สมดุลเคมี
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

สมดุลเคมี

on

  • 5,317 views

 

Statistics

Views

Total Views
5,317
Views on SlideShare
5,317
Embed Views
0

Actions

Likes
1
Downloads
23
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft Word

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

สมดุลเคมี สมดุลเคมี Document Transcript

  • สภาวะสมดุลเคมี จัดทำำโดย นำงสำวพักตร์นภำ รุ่งโรจน์ เสนอ คุณครูวีรพงษ์ บรรจง รำยงำนนี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชำเคมี(ว٤٠٢٢٢) ภำคเรียนที่١ สำำนักงำนเขตพื้นที่กำรศึกษำมุกดำหำร กระทรวงศึกษำธิกำร
  • คำำนำำ ในปัจจุบันนี้กำรเรียนรู้เรื่องเคมีมีควำมสำำคัญมำก ในชีวิตประจำำวัน มีเนื้อหำสำระสำำคัญ เช่นกำรผัน กลับได้ ภำวะสมดุล เป็นต้น พักตร์นภา รุงโรจน์ ่
  • สำรบัญ เรื่อง หน้ำ การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ 1 ภาวะสมดุล 2 ความสำาพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารต่างๆ ณ ภาวะสมดุล 3 การเปลี่ยนแปลงภาวะสมดุล 4 หลักของเลอชาเตอลิเอ ٥
  • เรื่อง สมดุลเคมี (Equilibrium) เนื้อหำ(Content) การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ ภาวะสมดุล ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารต่างๆ ณ ภาวะสมดุล การเปลี่ยนภาวะสมดุล หลักของเลอชาเตอลิเอ จุดประสงค์กำรเรียนรู้(Objective) 1.เพื่อให้นักเรียนมีความรู้ ความเข้าใจเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ ภาวะสมดุล และสมบัติของระบบ ณภาวะสมดุล 2.เพื่อให้นักเรียนมีทักษะสามารถเขียนแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้น ของ สารตั้งต้นกับสารผลิตภัณฑ์ ณ ภาวะสมดุล ตลอดจนคำานวณค่าคงที่สมดุล และความเข้มข้นของสารต่างๆ ณ ภาวะสมดุล 3.เพื่อให้นักเรียนสามารถทราบถึงปัจจัยที่มีผลต่อภาวะสมดุลและมีความเข้าใจ ในการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเมื่อภาวะสมดุลของระบบถูกรบกวน 4.เพื่อให้นักเรียนมีความรู้เกี่ยวกับหลักของเลอชาเตอลิเอและมีความเข้าใจใน การปรับตัวของระบบเมื่อมีการรบกวนสมดุลของระบบ
  • สมดุลเคมี (Eguilibrium) นักเคมีมักพบปัญหาจากปฏิกิริยาเคมีใดๆว่า ผลิตภัณฑ์ที่ได้มักได้ไม่ถึง 100% โดยอาจมีสาเหตุมาจากเทคนิคของการทดลอง หรือปฏิกิริยาเกิดไม่สมบูรณ์ จากหลักปริมาณสารสัมพันธ์จะพิจารณาว่า ในการเกิดปฏิกิริยาใดๆ ปฏิกิริยาต้อง ดำาเนินไปจนสมบูรณ์กล่าวคือ เมื่อสารทำาปฏิกิริยากัน ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นจนกว่า สารตั้งต้นสารใดสารหนึ่งหมดไป ปฏิกิริยาจึงจะหยุด Ex 1.CaCO3(s)— CaO(s) + CO2(g)………………..(1) CaO(s) + CO2(g)— CaCO3(s)…………………(2) เมื่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า(Rate of forward Reaction) ปฏิกิริยา (1)เท่ากับ อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ(Rate of backward Reaction)ปฏิกิริยา(2) แล้วในขณะ นั้นระบบมีสมบัติคงที่ เรียกว่า เกิดภาวะสมดุล(Equilibrium State) กำรเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ 1. การเปลี่ยนแปลงที่เข้าสู่ภาวะสมดุล โดยระบบมิได้หยุดนิ่ง แต่จะมีการ เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เรียกว่าสมดุลไดนามิก(Dynamic Equilibrium) ซึ่งเป็น สมดุลที่โมเลกุลของสารในระบบยังคงมีการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้และเกิด ขึ้นอยู่ตลอดเวลาในระบบปิด(Closed system) 2. ระบบจะดำาเนินเข้าสู้ภาวะสมดุลได้เอง โดยอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า เท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ 3. การดำาเนินเข้าสู่ภาวะสมดุลของระบบอาจเริ่มจากทางซ้ายหรือทางขวาก็ได้ Ex 2.PCl5(g) =PCl3(g) + Cl2(g) ค่ำคงที่สมดุล ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ จะมีค่าคงที่ค่าหนึ่งซึ่งบอกให้ทราบถึงความสัมพันธ์ระหว่าง ความเข้มข้น ของสารต่างๆที่ภาวะสมดุล เรียกว่า ค่าคงที่สมดุล(Equilibrium Constant) Ex 3.H2(g) + I2(g) =2HI(g) ที่ 4250C การทดลองที่ [N2] [I2] [HI] K = [HI]2 / [H2][I2] 1 4.565 0.738 13.54 54.79 2 3.560 1.250 15.59 54.67 3 2.253 2.336 16.85 54.14 4 1.831 3.130 17.67 54.79 5 0.479 0.479 3.531 54.35 6 1.141 1.141 8.410 54.35 หมายเหตุ lab 1-4 ได้จากการรวมตัวชอง H2 และ I2 lab 5-6 ได้จากการสลายตัวของ HI จากตารางสรุปได้ว่าไม่ว่าจะเริ่มต้นด้วยปริมาณสารเท่าใดก็ตาม อัตราส่วน ระหว่างผลคูณของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดยกกำาลังด้วย สัมประสิทธิ์บอกจำานวนโมลของผลิตภัณฑ์นั้นๆกับผลคูณของความเข้มข้นของ สารตั้งต้นที่เหลือแต่ละชนิดยกกำาลังด้วยสัมประสิทธิ์บอกจำานวนโมลของสารที่
  • เหลือที่สภาวะสมดุลจะมีค่าคงที่เสมอเมื่ออุณหภูมิคงที่ เรียกว่า ค่ำคงที่สมดุล(k ) K = [HI]2 / [H2][I2] จลนศำสตร์เคมีและค่ำคงที่สมดุล ค.ศ. 1866 C.M. Guldberg นักคณิตศาสตร์ประยุกต์ และ P .Waage นักเคมีได้เสนอ “Law of mass action” กล่าวคือ “ อัตรำกำรเกิดปฏิกิริยำจะต้องเป็นปฏิภำค กับควำมเข้มข้นของสำรตั้งต้นยกกำำลังด้วยสัมประสิทธิ์บอกจำำนวนโมล ของสำรนั้นๆ” Ex aA + bB —cC + dD อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า Ratef = kf[A]a[B]b………………..(1) อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ Rater = kr [C]c[D]d………………..(2) เมื่อระบบเข้าสู่สภาวะสมดุลจะได้ (1)=(2) kf[A]a[B]b = kr [C]c[D]d เมื่อ kf/ kr = K จะได้ K = [C]c[D]d/[A]a[B]b หลักกำรใช้ค่ำคงที่สมดุล 1.เมื่ออุณหภูมิคงที่ ค่าคงที่สมดุล k จะมีค่าคงที่ และจะต้องอ้างถึงสมการหนึ่ง สมการใดด้วยเสมอ เพราะถ้าเขียนสมการโดยใช้สัมประสิทธิ์ต่างกันไป ค่า k จะ แตกต่างกันด้วย Ex4. H2(g) + I2(g) =2HI(g)…………………………..(1) K1 = [HI]2/[H2][I2] 2 x(1) 2H2(g) + 2 I2(g)= 4HI(g) K2 = [HI]4/[H2]2[I2]2 K2 = K12 ดังนั้น ถ้าคูณสมการเดิมด้วย n ค่า K ใหม่เท่ากับ Kn เดิม 2.ถ้าเขียนสมการกลับกัน ค่า k ก็จะกลับกันด้วย Ex 5. 2NO(g) + O2(g) =2NO2(g)……………………(2) K1 =[NO2]2/[NO]2[O2] ถ้าเขียนสมการกลับกัน 2NO2(g) =2NO(g) + O2(g) K2 = [NO]2[O2] /[NO2]2 K2 = 1/K1 ดังนั้นถ้าเขียนสมการกลับกัน K ใหม่ = 1/K เดิม 2.ในกรณีที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้นหลายๆขั้นตอน ค่า K ของปฏิกิริยารวม จะเท่ากับผล คูณของค่า K ของปฏิกิริยาย่อยๆนั้น Ex 6. 2NO(g) + O2(g) =2NO2(g)………………..(1) 2NO2(g) N2O4(g)…………………(2) (1)+(2) ได้ 2NO(g) + O2(g) =N2O4(g) K3 =K1.K2=[N2O4]/[NO2]2[O2]
  • การใช้ค่า K ในสมดุลเอกพันธ์ ซึ่งสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์อยู่ในวัฏภาค เดียวกัน เช่น Ex 7. จากปฏิกิริยา aA + bB= cC +dD Kc = [C]c [D]d /[A] a[B] b 4 Kp = PCc PDd / PAa PBb ; P = n/v RT จาก Kp = Kc(RT) n ; n = (c+d)-(a+b) ถ้า n = 0 จะได้ Kp = Kc(RT)0 ; Kp = Kc Ex 8. N2(g) + 3H2(g) =2NH3(g) Kc = [ NH3]2 /[ N2][ H2 ]3 หรือ Kp = ( P NH3)2/ (PN2)(PH2)3 การใช้ค่า K ในสมดุลวิวิธภัณฑ์ สารที่เป็นของแข็งกำาหนดให้มีค่าคงที่เท่ากับ 1 Ex 9. CaCO3(s) =CaO(s) + CO2(g) Kc = [CO2] ; Kp = PCO2 กำรคำำนวณเกี่ยวกับค่ำคงที่สมดุล Ex 10. จากปฏิกิริยา 2SO2(g) + O2(g)= 2SO3(g) ที่ 250 c จงคำานวณหา Kc ที่สภาวะสมดุล (กำาหนด Kp = 2.5 x 1024 atm-1) วิธีทำา จาก Kp = Kc(RT) n Kc = Kp(RT)- n Kc = (2.5 x 1024)(0.0821)(298)-(1) = 6.2 x 1025 dm3 mol-1 Ex 11. เมื่อเติม ก๊าซ H2 และ I2 อย่างละ 0.5 mol ลงในภาชนะขนาด 2 dm3 ที่ อุณหภูมิ 520Oc เมื่อระบบเข้าสุ่ภาวะสมดุลจากการวิเคราะห์พบว่าภายในภาชนะ ประกอบด้วยก๊าซ HI 0.06 mol จงคำานวณหาค่าคงที่สมดุล วิธีทำา H2 (g) + I2(g) =2HI (g) เริ่มต้น 0.25 0.25 - เปลี่ยนแปลง 0.015 0.015 0.03 ที่สมดุล 0.235 0.235 0.03 K = [HI]2/[H2][I2] = (0.03)2/(0.235)2 = 2 x 10-2 Ex 12. ที่อุณหภูมิหนึ่งก๊าซ HX 1.0 mol/dm3 สลายตัวได้ 20 % ดังสมการ 2HX =H2 + X2 จงคำานวณหาค่าคงที่สมดุล วิธีทำา HX 1.0 mol/dm3 สลายตัวได้ 20 % ดังนั้น HX สลายตัว= 20/100 X 1= 0.2 mol/dm3 2HX= H2 + X2 เริ่มต้น 1 - - เปลี่ยนแปลง 0.2 0.1 0.1 ที่สมดุล 0.8 0.1 0.1 K =[H2][X2]/[HX]2 =(0.1)2/(0.8)2 =1.56 X 10-2 Ex 13. ก๊าซ N2 ทำาปฏิกิริยากับก๊าซ H2 ดังสมการ
  • 3H2(g) + N2(g)= 2NH3(g) ที่อุณหภูมิ 400oC ที่ภาวะสมดุลพบว่ามี N2 0.6mol/dm3 , H2 0.4 mol/dm3 และ NH3 0.14mol/dm3 จงคำานวณหาค่าคงที่สมดุล K = [NH3]2/[H2]3[N2] = (0.14)2/(0.6)(0.4)3 = 0.51 กำรเปลี่ยนภำวะสมดุล ที่ภาวะสมดุลของปฏิกิริยาใดๆสมบัติต่างๆเช่น ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ที่เกิด ขึ้นและความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือจะมีค่าคงที่ ถ้ามีการเปลี่ยนแปลง ปัจจัยบางอย่างขึ้น เช่น การเปลี่ยนความเข้มข้น อุณหภูมิ หรือความดัน อัตรา การเกิดปฏิกิริยาจะเปลี่ยนแปลงไป โดยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะมีผลต่อ ภาวะสมดุล ปัจจัยที่มีผลต่อภาวะสมดุลได้แก่ 1.การเปลี่ยนความเข้มข้น 2.การเปลี่ยนความดัน 3.การเปลี่ยนอุณหภูมิ กำรเปลี่ยนควำมเข้มข้นของสำรกับภำวะสมดุล Ex 14. ปฏิกิริยาระหว่าง Fe(NO3)3 กับ NH4 SCN Fe3+(aq) + SCN-(aq)= [FeSCN]2+(aq) นำ้าตาล ไม่มีสี สีแดงเลือดนก ทำาการทดลองโดยแบ่งสารละลายออกเป็น 4 ส่วนดังนี้ 1.เก็บไว้เปรียบเทียบ (blank) 2.เติม Fe(NO3)3 ลงไป ปรากฏว่าสีแดงเพิ่มขึ้น 3.เติม NH4 SCN ลงไปปรากฏว่าสีแดงเพิ่มขึ้น(มากกว่าส่วนที่ 1 แต่น้อยกว่าส่วนที่ 2) 4.เติม Na2HPO4 ลงไป ปรากฏว่าสีแดงจางลงและมีตะกอนสีขาวเกิดขึ้น จากการทดลองอธิบายได้ดังนี้ 2.การเติม Fe(NO3)3 ลงไปเท่ากับเป็นการเพิ่ม Fe3+ซึ่งจะทำาปฏิกิริยากับ SCN- ที่ เหลืออยู่เกิดเป็น [FeSCN]2+ทำาให้สแดงเข้มขึ้น และ Fe3+ ที่เติมลงไปถูกใช้ไม่ ี หมด 3.การเติม NH4 SCN เท่ากับเป็นการเพิ่ม SCN-ซึ่งจะทำาปฏิกิริยากับ Fe3+ ที่เหลือ อยู่เกิดเป็น [FeSCN]2+ ทำาให้สแดงเข้มขึ้นแต่สีจะน้อยกว่าส่วนที่ 2 เนื่องจาก ี SCN-ไม่มีสี 4.การเติม Na2HPO4 ลงไปเท่ากับเป็นการเพิ่ม HPO42- ที่จะไปดึง Fe3+เกิดเป็น ตะกอนขาวของ FePO4 ทำาให้สแดงของสารลายจางลงกว่าเดิม ี Fe3+(aq) + 2 HPO42-(aq) =FePO4(s) + H2 PO4-(s) จากตัวอย่างสรุปได้ว่า การเพิ่มหรือลดความเข้มข้นของสารจะมีผลทำาให้ภาวะ สมดุลเปลี่ยนไปซึ่งที่สมดุลใหม่สมบัติของระบบจะแตกต่างไปจากสมดุลเดิม กำรเปลี่ยนควำมดันของสำรกับภำวะสมดุล
  • Ex 15. ปฏิกิริยาการเตรียมก๊าซ NO2 ดังสมการ Cu(s) + 4HNO3(aq)— Cu(NO3)2(aq) +2NO2(g) + 2H2O(l) 2NO2(g) =N2O4(g) สีนำ้าตาลแดง ไม่มีสี จากปฏิกิริยาถ้าเพิ่มความดันจะพบว่าสีของก๊าซในกระบอกฉีดยาเข้มขึ้นและ ค่อยๆจางลงจนคงที่แต่ถ้าลดความดันจะพบว่าสีของสารละลายในกระบอกฉีดยา จะจางลงและเข้มขึนจนคงที่จากตัวอย่างสรุปได้ว่าการเพิ่มหรือ ้ ลดความดันของก๊าซจะมีผลทำาให้ภาวะสมดุลเปลี่ยนไปท่าสมดุลใหม่ สมบัติของ ระบบจะแตกต่างไปจากสมดุลเดิม กำรเปลี่ยนอุณหภูมิกับภำวะสมดุล Ex 16 จากปฏิกิริยา 2NO2(g) =N2O4(g) +DH สีนำ้าตาลแดง ไม่มีสี จากปฏิกิริยา ถ้าเพิ่มอุณหภูมิโดยการให้ความร้อน จะพบว่าสีของก๊าซใน กระบอกฉีดยาเข้มขึ้นแล้วคงที่ แต่ถ้าลดอุณหภูมิจะพบว่าสีของก๊าซในกระบอก ฉีดยาจางลงแล้วคงที่ จึงสรุปได้ว่าการเพิ่มหรือลดอุณหภูมิของสาร จะมีผลทำาให้ภาวะสมดุลของระบบ เปลี่ยนไป และทีสมดุลใหม่สมบัติของระบบจะแตกต่างไปจากสมดุลเดิม ปี ค.ศ. 1884 เลอ ชาเตอลิเอ นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ศึกษาค้นคว้าเกี่ยว กับการ เปลี่ยนแปลงภาวะสมดุลของปฏิกิริยาต่างๆและได้ข้อสรุปว่า ‘เมือระบบที่อยู่ใน ่ ภำวะสมดุล ถูกรบกวนโดยกำรเปลี่ยนแปลงปัจจัยที่มีผลต่อภำวะสมดุลของระบบ ระบบจะเกิดกำรเปลี่ยนแปลงไปในทิศทำงที่จะลดผลของกำรรบกวนนั้น เพื่อให้ระบบเข้ำสู่ภำวะสมดุลใหม่อีกครั้ง’ กรณีที่ควำมเข้มข้นเปลี่ยน Ex 17 A + B= C + D 1.ถ้าเพิ่มความเข้มข้นของสาร A ระบบจะปรับตัวโดยการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า ผลที่ได้คือ สาร C และ D มากขึ้น สาร B ลดลง 2.ถ้าลดความเข้มข้นของสาร A ระบบจะปรับตัวโดยการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับผล ที่ได้คือ สาร B เพิ่มขึ้น สาร C และ D ลดลง หมายเหตุ กรณีการเพิ่มหรือลดสารผลิตภัณฑ์ก็ให้ใช้หลักในการพิจารณาเช่น เดียวกับสารตั้งต้น กรณีที่ความดันเปลี่ยน Ex 18 3A + B= C + 4D 1.ถ้าเพิ่มความดัน ระบบจะเกิดการปรับตัวในทิศทางที่จะลดความดันโดยการเกิด ปฏิกิริยาย้อน กลับ ผลที่เกิดขึ้นคือ สาร A และ B มากขึ้น สาร C และ D จะลดลง 2.ถ้าลดความดันระบบจะเกิดการปรับตัวในทิศทางเพิ่มความดันโดยการเกิด
  • ปฏิกิริยาไปข้างหน้าผลที่เกิดขึ้นคือสาร C และ D มากขึ้น สาร A และ B ลดลง หมายเหตุ การเพิ่มหรือลดความดันจะไม่มีผลต่อภาวะสมดุลของปฏิกิริยาถ้า จำานวนโมลของสารที่เป็นก๊าซทั้งสองข้างเท่ากัน กรณีที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง Ex 19 X + Y =Z + D+H 1.ถ้าเพิ่มอุณหภูมิ ระบบจะปรับตัวในทิศทางลดอุณหภูมิโดยเกิดปฏิกิริยาย้อน กลับ ผลที่เกิดขึ้นคือสาร X และ Y มากขึ้น สาร Z ลดลง และค่าคงท่าสมดุล(K) ลดลงด้วย 2.ถ้าลดอุณหภูมิ ระบบจะปรับตัวในทิศทางเพิ่มอุณหภูมิโดยเกิดปฏิกิริยาไปข้าง หน้า ผลที่เกิดขึ้นคือสาร X และ Y ลดลง สาร Z เพิ่มขึ้นและค่าคงท่าสมดุล(K) เพิ่มขึ้นด้วย Ex 20 A + B + D+H=C + D 1.ถ้าเพิ่มอุณหภูมิ ระบบจะปรับตัวในทิศทางลดอุณหภูมิโดยเกิดปฏิกิริยาไปข้าง หน้า ผลที่เกิดขึ้นคือสาร A และ B ลดลง สาร C และ D เพิ่มขึ้น และค่าคงท่า สมดุล(K) เพิ่มขึ้นด้วย 2.ถ้าลดอุณหภูมิ ระบบจะปรับตัวในทิศทางเพิ่มอุณหภูมิโดยเกิดปฏิกิริยาย้อน กลับผลที่เกิดขึ้นคือสาร A และ B เพิ่มขึ้น สาร C และ D ลดลงและค่าคงท่า สมดุล(K)ลดลงด้วย กรณีตัวเร่งปฏิกิริยากับภาวะสมดุล การใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นการทำาให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเร็วขึ้นโดยไม่มีผลต่อภาวะ สมดุลแต่อย่างใด เพียงแต่ระบบเข้าสู่ภาวะสมดุลเร็วเท่านั้น
  • ภำค ผนวก
  • เอกสำรอ้ำงอิง http://elearning.spu.ac.th/content/chm100/chm/100 _11.html