反応速度のデータから濃度・温度・触媒の影響を分けて考える
七つの架空の反応の記録から、区間の平均反応速度、条件をそろえた比較と測定範囲を考える14問と六つの記述課題です。
学年・内容の目安 高校「化学」の反応速度を考える補助教材。授業の復習や教材の準備に使えます。公開教材の利用条件を確認し、年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。
学習内容や既習事項に合わせて使う独自の練習です。文部科学省の認定教材や、教科書・入試の全範囲を網羅する教材ではありません。
高等学校「化学」(2)ア(イ)㋐「反応速度」のうち、濃度・温度・触媒をそろえた比較と反応速度の表し方を考える補助教材です。
解説を読む
反応が速いかを比較するには、同じ時間にどれだけ進んだか、または同じ量まで何秒かかったかを見ます。測定条件を一つずつ変えて、それぞれの影響を分けましょう。
必要な予備知識
濃度差、時間差、小数の割り算、実験で変える条件とそろえる条件を使います。
- この教材では、同じ反応で生じた生成物の濃度の増加を、かかった時間で割った値を区間の平均速度として比べる。
- 生成物が同じ量だけ増えるまでの時間を比べる場合は、時間の短い方がその範囲で平均速度が大きい。
- 濃度・温度・触媒のうち一つの影響を調べるときは、比べる二試行でほかの条件と測り方をそろえる。
- 反応速度を変えることと、最後に得られる量を変えることは別である。測った時間範囲から分かることを区別する。
解き方の例
生成物の濃度が4秒で0.12 mol/L増えると、平均速度は0.12÷4＝0.03 mol/(L·s)です。
よくある間違い
- 最後の濃度をそのまま時間で割り、初めからあった量を引かない。
- 温度と触媒を同時に変えた二試行から、どちらか一つの影響を決める。
- 反応が速く進んだことを、最後の生成物の量が増えたことと考える。
観察と考え方を講師と確かめる
比べた区間、条件、測った量を示します。記述では結果から言える範囲と、別に必要な測定を分けます。
同じ反応での生成物の濃度を比べます。濃度を二倍にしても、反応速度がどの反応でも二倍になるとは扱いません。
読む文章・資料
初めから少し生成物がある
開始時に生成物が0.05 mol/Lあり、5秒後に0.20 mol/Lになりました。温度と体積は一定です。
濃度だけを変える
温度25 ℃で、同じ体積・同じ触媒条件の試行AとBを比べます。一つの反応物の初めの濃度をAでは0.20 mol/L、Bでは0.40 mol/Lにしました。最初の10秒で生成物はAが0.12 mol/L、Bが0.20 mol/L増えました。
同じ増加量までの時間を比べる
同じ反応物・濃度・体積で、温度だけを20 ℃と35 ℃に変えました。生成物が0.12 mol/L増えるまで、20 ℃では12秒、35 ℃では6秒かかりました。触媒は入れていません。
触媒ありとなしを比べる
同じ温度・体積で同じ反応物を用意し、一方だけに触媒を入れました。最初の10秒で生成物は触媒ありで0.20 mol/L、なしで0.08 mol/L増えました。このあと反応はどちらも最後まで進み、生成物は両方で0.30 mol/L増えました。
二つの条件が同時に違う
反応物と初めの濃度が同じ二試行を行いました。試行1は20 ℃で触媒なし、試行2は35 ℃で触媒ありです。最初の5秒で、試行2の方が生成物の濃度が大きく増えました。
前半と後半の平均を比べる
同じ容器で生成物の濃度を測り続けました。生成物の濃度は、開始時に0.00 mol/L、4秒で0.12 mol/L、8秒で0.20 mol/Lでした。四秒間ずつに分けて比べます。
同じ条件を三回試す
触媒の有無だけを変え、生成物が0.10 mol/L増えるまでの時間を三回測りました。触媒なしは9秒・10秒・11秒、触媒ありは5秒・6秒・7秒でした。時間以外の量は測っていません。
練習する
選択問題では答えを一つ選び、数値問題では指定された単位で数だけを入力します。観察の根拠や途中の計算は、記述課題で講師と確認します。
入力した答えは、ページを再読み込みするか離れるまで、このページのメモリ上に保持されます。保存済みの下書き、アカウントの成績、自動の宿題提出は作成されません。
自分の答えと記述
確認問題・資料・講師と使う課題
資料：初めから少し生成物がある
最初の5秒間で生成物の濃度は何mol/L増えましたか。
答えと解説
0.15
0.20 mol/Lから、開始時にあった0.05 mol/Lを引きます。
資料：初めから少し生成物がある
最初の5秒間の平均速度は何mol/(L·s)ですか。
答えと解説
0.03
増加した0.15 mol/Lを5秒で割ると0.03 mol/(L·s)です。
資料：濃度だけを変える
試行Bの最初の10秒間の平均速度は何mol/(L·s)ですか。
答えと解説
0.02
0.20 mol/L増えたので、10秒で割って0.02 mol/(L·s)です。
資料：濃度だけを変える
最初の10秒間での比較として正しいのはどれですか。
- Aの平均速度はBより大きい。
- Bの平均速度はAより大きい。
- 二つの平均速度は等しい。
答えと解説
Bの平均速度はAより大きい。
同じ10秒でBの増加が0.20 mol/L、Aの増加が0.12 mol/Lです。
資料：同じ増加量までの時間を比べる
35 ℃の試行で、平均速度は何mol/(L·s)ですか。
答えと解説
0.02
同じ増加量0.12 mol/Lを6秒で割ると0.02 mol/(L·s)です。
資料：同じ増加量までの時間を比べる
同じ濃度の増加を比べると、35 ℃の平均速度は20 ℃の何倍ですか。
- 半分
- 変化しない
- 二倍
答えと解説
二倍
同じ0.12 mol/L増えるまで、35 ℃では時間が半分なので平均速度は二倍です。
資料：触媒ありとなしを比べる
最初の10秒に限ると、平均速度について言えることはどれですか。
- 触媒ありの方が大きい。
- 触媒なしの方が大きい。
- 初めから両方とも等しい。
答えと解説
触媒ありの方が大きい。
同じ10秒で生成物の増加は触媒あり0.20 mol/L、なし0.08 mol/Lです。
資料：触媒ありとなしを比べる
最後の生成物の増加について、記録に合うのはどれですか。
- 触媒ありの方が0.12 mol/L多い。
- 両方とも0.30 mol/L増えた。
- 触媒なしでは0.08 mol/Lで止まった。
答えと解説
両方とも0.30 mol/L増えた。
0.20と0.08 mol/Lは途中の値です。最後は両方とも0.30 mol/L増えました。
資料：二つの条件が同時に違う
試行2が速かった理由を、この比較だけでどう判断できますか。
- 温度の変更は影響せず、記録の差は触媒によって生じた。
- 触媒の変更は影響せず、記録の差は温度によって生じた。
- 温度と触媒を変えたので、個別の影響は分からない。
答えと解説
温度と触媒を変えたので、個別の影響は分からない。
二試行で温度と触媒が両方違います。個々の条件の効果を分けて測っていません。
資料：二つの条件が同時に違う
温度だけの影響を調べる次の試行として適切なのはどれですか。
- 触媒の有無をそろえ、温度を20 ℃と35 ℃にする。
- 温度を同じにして、触媒の有無を変える。
- 温度と初めの濃度を一緒に変える。
答えと解説
触媒の有無をそろえ、温度を20 ℃と35 ℃にする。
温度以外の条件を同じにして、同じ方法で速度を比べます。
資料：前半と後半の平均を比べる
4秒から8秒の間に、生成物の濃度は何mol/L増えましたか。
答えと解説
0.08
0.20−0.12＝0.08 mol/Lです。
資料：前半と後半の平均を比べる
4秒から8秒の間の平均速度は何mol/(L·s)ですか。
答えと解説
0.02
後半4秒間の増加0.08 mol/Lを4秒で割ります。
資料：同じ条件を三回試す
触媒ありの三回で、同じ量までの平均時間は何秒ですか。
答えと解説
6
(5＋6＋7)÷3＝6秒です。
資料：同じ条件を三回試す
三回ずつの記録から、どこまで言えますか。
- 触媒を加えると、最後の生成物の量が三回とも多い。
- この測定では、触媒ありの方が同じ量までの時間が短い。
- 濃度が異なっても、触媒による時間の短縮は一定になる。
答えと解説
この測定では、触媒ありの方が同じ量までの時間が短い。
調べたのは、指定した濃度までの時間だけです。触媒ありの三回は、なしの三回よりすべて短いです。
観察と考え方を講師と確かめる
資料：初めから少し生成物がある
反応の平均速度を求め、初めからあった生成物をどう扱ったか説明しましょう。
答えと解説
生成物の増加は0.20−0.05＝0.15 mol/Lです。5秒で割って0.03 mol/(L·s)になります。初めからあった0.05 mol/Lは、この区間で生じた量には含めません。
最後の濃度をそのまま割りません。
- 生成物の濃度の増加を0.20−0.05＝0.15 mol/Lと求める。
- 増加分を5秒で割って0.03 mol/(L·s)とし、初めからあった量と区別する。
資料：濃度だけを変える
AとBを比べ、どの条件だけを変え、何が変わったか数値で説明しましょう。
答えと解説
温度・体積・触媒の条件をそろえ、反応物の初めの濃度だけを0.20から0.40 mol/Lに変えました。同じ10秒で、生成物の増加が0.12から0.20 mol/Lになり、平均速度も大きくなりました。
この条件での観察と、すべての反応への一般化を分けます。
- 温度、体積、触媒をそろえ、初めの濃度だけを0.20から0.40 mol/Lへ変えたと示す。
- 同じ10秒の増加は0.12から0.20 mol/Lとなり、平均速度が大きくなったと示す。
資料：同じ増加量までの時間を比べる
20 ℃と35 ℃で、同じ増加量になるまでの平均速度を計算し、比べましょう。
答えと解説
20 ℃では0.12÷12＝0.01、35 ℃では0.12÷6＝0.02 mol/(L·s)です。同じ量までの時間が半分なので、35 ℃では平均速度は二倍です。
同じ増加量を使うので、時間の違いを比較できます。
- 共通の増加量0.12 mol/Lを使い、20 ℃では12秒、35 ℃では6秒で割る。
- 平均速度をそれぞれ0.01と0.02 mol/(L·s)と求め、35 ℃で二倍と示す。
資料：触媒ありとなしを比べる
触媒の影響を、10秒時点と最後の記録を分けて説明しましょう。
答えと解説
10秒での増加は触媒あり0.20、なし0.08 mol/Lで、触媒ありの方が速く進みました。最後は両方0.30 mol/L増えたので、最後に得た量が増えたとは言えません。
途中の速度と最後の量を区別します。
- 10秒の増加は触媒あり0.20、なし0.08 mol/Lで、初めは触媒ありの方が速いと示す。
- 最後の増加は両方0.30 mol/Lで等しく、10秒時点の速さの違いは最終的な生成量の違いを意味しないと示す。
資料：二つの条件が同時に違う
温度と触媒の影響をそれぞれ調べられるように、比較を二組提案しましょう。
答えと解説
触媒なしで20 ℃と35 ℃を比べれば、温度の影響を調べられます。次に35 ℃で触媒ありとなしを比べれば、触媒の影響を調べられます。他の条件と測る最初の5秒はそろえます。
変える条件を一つに絞った比較を二組つくります。
- 触媒なしのまま20 ℃と35 ℃を比べ、温度だけの影響を調べる。
- 35 ℃のまま触媒の有無を比べ、ほかの条件と測定する最初の5秒をそろえる。
資料：前半と後半の平均を比べる
前半4秒と後半4秒の平均速度を比べ、どこまで分かるか説明しましょう。
答えと解説
前半は0.12÷4＝0.03、後半は0.08÷4＝0.02 mol/(L·s)です。記録した後半の平均は小さくなりましたが、区間内の各瞬間の速度までは測っていません。
時刻が三つ分かれば、区間の平均を比べられます。
- 前半0.12、後半0.08 mol/Lの増加を各4秒で割り、平均速度を0.03と0.02 mol/(L·s)と求める。
- 後半の平均は小さいが、区間内の各瞬間の速度までは決められないと示す。
ワークシート
学習内容と参考資料
授業・宿題・次の記録につなげる
観察や測定の結果をもとに、生徒が何を根拠に考えたかを一緒に確かめましょう。印刷する場合は、生徒用には解答を付けず、講師用には解答と記述課題の評価の目安を付けます。年少の生徒には講師が紙の教材を用意します。生徒用のログインを使う場合は、利用条件と同意の手順を確認してください。
講師の方へ
教材にリンクを保存し、必要なときに生徒と共有できます。
この練習問題を保存ワークシート: 反応速度のデータから濃度・温度・触媒の影響を分けて考える
MomentDesk · https://momentdesk.com/ja/practice/isolate-concentration-temperature-and-catalyst-in-rate-data/
比べた区間、条件、測った量を示します。記述では結果から言える範囲と、別に必要な測定を分けます。
読む文章・資料
初めから少し生成物がある
開始時に生成物が0.05 mol/Lあり、5秒後に0.20 mol/Lになりました。温度と体積は一定です。
濃度だけを変える
温度25 ℃で、同じ体積・同じ触媒条件の試行AとBを比べます。一つの反応物の初めの濃度をAでは0.20 mol/L、Bでは0.40 mol/Lにしました。最初の10秒で生成物はAが0.12 mol/L、Bが0.20 mol/L増えました。
同じ増加量までの時間を比べる
同じ反応物・濃度・体積で、温度だけを20 ℃と35 ℃に変えました。生成物が0.12 mol/L増えるまで、20 ℃では12秒、35 ℃では6秒かかりました。触媒は入れていません。
触媒ありとなしを比べる
同じ温度・体積で同じ反応物を用意し、一方だけに触媒を入れました。最初の10秒で生成物は触媒ありで0.20 mol/L、なしで0.08 mol/L増えました。このあと反応はどちらも最後まで進み、生成物は両方で0.30 mol/L増えました。
二つの条件が同時に違う
反応物と初めの濃度が同じ二試行を行いました。試行1は20 ℃で触媒なし、試行2は35 ℃で触媒ありです。最初の5秒で、試行2の方が生成物の濃度が大きく増えました。
前半と後半の平均を比べる
同じ容器で生成物の濃度を測り続けました。生成物の濃度は、開始時に0.00 mol/L、4秒で0.12 mol/L、8秒で0.20 mol/Lでした。四秒間ずつに分けて比べます。
同じ条件を三回試す
触媒の有無だけを変え、生成物が0.10 mol/L増えるまでの時間を三回測りました。触媒なしは9秒・10秒・11秒、触媒ありは5秒・6秒・7秒でした。時間以外の量は測っていません。
資料：初めから少し生成物がある
最初の5秒間で生成物の濃度は何mol/L増えましたか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：初めから少し生成物がある
最初の5秒間の平均速度は何mol/(L·s)ですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：濃度だけを変える
試行Bの最初の10秒間の平均速度は何mol/(L·s)ですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：濃度だけを変える
最初の10秒間での比較として正しいのはどれですか。
- Aの平均速度はBより大きい。
- Bの平均速度はAより大きい。
- 二つの平均速度は等しい。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：同じ増加量までの時間を比べる
35 ℃の試行で、平均速度は何mol/(L·s)ですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：同じ増加量までの時間を比べる
同じ濃度の増加を比べると、35 ℃の平均速度は20 ℃の何倍ですか。
- 半分
- 変化しない
- 二倍
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：触媒ありとなしを比べる
最初の10秒に限ると、平均速度について言えることはどれですか。
- 触媒ありの方が大きい。
- 触媒なしの方が大きい。
- 初めから両方とも等しい。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：触媒ありとなしを比べる
最後の生成物の増加について、記録に合うのはどれですか。
- 触媒ありの方が0.12 mol/L多い。
- 両方とも0.30 mol/L増えた。
- 触媒なしでは0.08 mol/Lで止まった。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：二つの条件が同時に違う
試行2が速かった理由を、この比較だけでどう判断できますか。
- 温度の変更は影響せず、記録の差は触媒によって生じた。
- 触媒の変更は影響せず、記録の差は温度によって生じた。
- 温度と触媒を変えたので、個別の影響は分からない。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：二つの条件が同時に違う
温度だけの影響を調べる次の試行として適切なのはどれですか。
- 触媒の有無をそろえ、温度を20 ℃と35 ℃にする。
- 温度を同じにして、触媒の有無を変える。
- 温度と初めの濃度を一緒に変える。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：前半と後半の平均を比べる
4秒から8秒の間に、生成物の濃度は何mol/L増えましたか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：前半と後半の平均を比べる
4秒から8秒の間の平均速度は何mol/(L·s)ですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：同じ条件を三回試す
触媒ありの三回で、同じ量までの平均時間は何秒ですか。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
資料：同じ条件を三回試す
三回ずつの記録から、どこまで言えますか。
- 触媒を加えると、最後の生成物の量が三回とも多い。
- この測定では、触媒ありの方が同じ量までの時間が短い。
- 濃度が異なっても、触媒による時間の短縮は一定になる。
途中の計算・単位・理由・確認答え:
観察と考え方を講師と確かめる
ここからは講師と確認する記述問題です。自動採点の点数には含みません。
資料：初めから少し生成物がある
反応の平均速度を求め、初めからあった生成物をどう扱ったか説明しましょう。
資料：濃度だけを変える
AとBを比べ、どの条件だけを変え、何が変わったか数値で説明しましょう。
資料：同じ増加量までの時間を比べる
20 ℃と35 ℃で、同じ増加量になるまでの平均速度を計算し、比べましょう。
資料：触媒ありとなしを比べる
触媒の影響を、10秒時点と最後の記録を分けて説明しましょう。
資料：二つの条件が同時に違う
温度と触媒の影響をそれぞれ調べられるように、比較を二組提案しましょう。
資料：前半と後半の平均を比べる
前半4秒と後半4秒の平均速度を比べ、どこまで分かるか説明しましょう。
解答: 反応速度のデータから濃度・温度・触媒の影響を分けて考える
0.15
0.20 mol/Lから、開始時にあった0.05 mol/Lを引きます。
0.03
増加した0.15 mol/Lを5秒で割ると0.03 mol/(L·s)です。
0.02
0.20 mol/L増えたので、10秒で割って0.02 mol/(L·s)です。
Bの平均速度はAより大きい。
同じ10秒でBの増加が0.20 mol/L、Aの増加が0.12 mol/Lです。
0.02
同じ増加量0.12 mol/Lを6秒で割ると0.02 mol/(L·s)です。
二倍
同じ0.12 mol/L増えるまで、35 ℃では時間が半分なので平均速度は二倍です。
触媒ありの方が大きい。
同じ10秒で生成物の増加は触媒あり0.20 mol/L、なし0.08 mol/Lです。
両方とも0.30 mol/L増えた。
0.20と0.08 mol/Lは途中の値です。最後は両方とも0.30 mol/L増えました。
温度と触媒を変えたので、個別の影響は分からない。
二試行で温度と触媒が両方違います。個々の条件の効果を分けて測っていません。
触媒の有無をそろえ、温度を20 ℃と35 ℃にする。
温度以外の条件を同じにして、同じ方法で速度を比べます。
0.08
0.20−0.12＝0.08 mol/Lです。
0.02
後半4秒間の増加0.08 mol/Lを4秒で割ります。
6
(5＋6＋7)÷3＝6秒です。
この測定では、触媒ありの方が同じ量までの時間が短い。
調べたのは、指定した濃度までの時間だけです。触媒ありの三回は、なしの三回よりすべて短いです。
記述問題の解答・確認の観点
資料：初めから少し生成物がある
反応の平均速度を求め、初めからあった生成物をどう扱ったか説明しましょう。
生成物の増加は0.20−0.05＝0.15 mol/Lです。5秒で割って0.03 mol/(L·s)になります。初めからあった0.05 mol/Lは、この区間で生じた量には含めません。
最後の濃度をそのまま割りません。
- 生成物の濃度の増加を0.20−0.05＝0.15 mol/Lと求める。
- 増加分を5秒で割って0.03 mol/(L·s)とし、初めからあった量と区別する。
資料：濃度だけを変える
AとBを比べ、どの条件だけを変え、何が変わったか数値で説明しましょう。
温度・体積・触媒の条件をそろえ、反応物の初めの濃度だけを0.20から0.40 mol/Lに変えました。同じ10秒で、生成物の増加が0.12から0.20 mol/Lになり、平均速度も大きくなりました。
この条件での観察と、すべての反応への一般化を分けます。
- 温度、体積、触媒をそろえ、初めの濃度だけを0.20から0.40 mol/Lへ変えたと示す。
- 同じ10秒の増加は0.12から0.20 mol/Lとなり、平均速度が大きくなったと示す。
資料：同じ増加量までの時間を比べる
20 ℃と35 ℃で、同じ増加量になるまでの平均速度を計算し、比べましょう。
20 ℃では0.12÷12＝0.01、35 ℃では0.12÷6＝0.02 mol/(L·s)です。同じ量までの時間が半分なので、35 ℃では平均速度は二倍です。
同じ増加量を使うので、時間の違いを比較できます。
- 共通の増加量0.12 mol/Lを使い、20 ℃では12秒、35 ℃では6秒で割る。
- 平均速度をそれぞれ0.01と0.02 mol/(L·s)と求め、35 ℃で二倍と示す。
資料：触媒ありとなしを比べる
触媒の影響を、10秒時点と最後の記録を分けて説明しましょう。
10秒での増加は触媒あり0.20、なし0.08 mol/Lで、触媒ありの方が速く進みました。最後は両方0.30 mol/L増えたので、最後に得た量が増えたとは言えません。
途中の速度と最後の量を区別します。
- 10秒の増加は触媒あり0.20、なし0.08 mol/Lで、初めは触媒ありの方が速いと示す。
- 最後の増加は両方0.30 mol/Lで等しく、10秒時点の速さの違いは最終的な生成量の違いを意味しないと示す。
資料：二つの条件が同時に違う
温度と触媒の影響をそれぞれ調べられるように、比較を二組提案しましょう。
触媒なしで20 ℃と35 ℃を比べれば、温度の影響を調べられます。次に35 ℃で触媒ありとなしを比べれば、触媒の影響を調べられます。他の条件と測る最初の5秒はそろえます。
変える条件を一つに絞った比較を二組つくります。
- 触媒なしのまま20 ℃と35 ℃を比べ、温度だけの影響を調べる。
- 35 ℃のまま触媒の有無を比べ、ほかの条件と測定する最初の5秒をそろえる。
資料：前半と後半の平均を比べる
前半4秒と後半4秒の平均速度を比べ、どこまで分かるか説明しましょう。
前半は0.12÷4＝0.03、後半は0.08÷4＝0.02 mol/(L·s)です。記録した後半の平均は小さくなりましたが、区間内の各瞬間の速度までは測っていません。
時刻が三つ分かれば、区間の平均を比べられます。
- 前半0.12、後半0.08 mol/Lの増加を各4秒で割り、平均速度を0.03と0.02 mol/(L·s)と求める。
- 後半の平均は小さいが、区間内の各瞬間の速度までは決められないと示す。