สื่อการสอน Chemical equilibrium

สมดุลเคมี

(Chemical Equilibrium)

N2O4 (g)

2NO2 (g)

ไม่ มีสี

สีนำตำล
้

N2 + 3H2

2NH3

สมดุลเคมี
1. บทนา
2. ความหมายสมดุลเคมี
3. การหาค่าคงที่สมดุล
4. ปัจจัยที่มีผลต่อสมดุลเคมี
5. หลักของเลอชาเตอลิเอ

บทนำ
คำศัพท์ ทควรรู้
ี่
ปฏิกริยำทีไม่ ผนกลับ (Irreversible reaction)
ิ ่ ั
ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นทาปฏิกิริยากันจนหมด เกิดผลิตภัณฑ์อย่าง
สมบูรณ์ ปฏิกิริยาจะยุติเมื่อสารตั้งต้นสารใดสารหนึ่งหมด

ปฏิกริยำผันกลับได้ (Reversible reaction)
ิ
ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นทาปฏิกิริยากัน ได้ผลิตภัณฑ์ และในขณะเดียวกัน
่
ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นทาปฏิกิริยากันกลับเป็ นสารตั้งต้นใหม่ ไม่วาจะใช้
เวลานานเท่าใด ภายในระบบยังมีท้ งสารตั้งต้นทุกชนิดเหลือ และ
ั
ผลิตภัณฑ์เกิดขึ้นทุกชนิด

บทนำ
ตัวอย่ ำงปฏิกริยำเคมีที่ผนกลับได้
ิ
ั

N2O4(g)

(ไม่มีสี)

2 NO2(g)

(สี น้ าตาล)

1.

N2O4 (g)

2NO2 (g)

ปฏิกรยาไปข ้างหน ้า
ิ ิ

2.

2NO2 (g)

N2O4 (g)

ปฏิกรยาย ้อนกลับ
ิ ิ

4

บทนำ
ตัวอย่ ำงปฏิกริยำเคมีที่ผนกลับได้
ิ
ั

[Co(H2O)6]2+ + 4Cl(สีชมพู)

[CoCl4]2- + 6H2O
(สีนำเงิน)
้

บทนำ
ี่

ระบบและสิ่ งแวดล้อม
ระบบ คือ สิ่ งที่เราศึกษาหรื อทดลอง
่
สิ่ งแวดล้อม คือ สิ่ งที่อยูนอกระบบ
ชนิดของระบบ แบ่ งออกเป็ น 3 ชนิด

1) ระบบเปิ ด (Open system) คือระบบที่มีการถ่ายเทได้ท้ งมวลสารและพลังงานกับ
ั
สิ่ งแวดล้อม
2) ระบบปิ ด (Closed system) คือ ระบบที่มีการถ่ายเทเฉพาะพลังงานอย่างเดียว
แต่มวลสารไม่ถ่ายเท
3) ระบบแยกตัว (Isolated system) คือระบบที่ไม่มีการถ่ายเททั้งมวลสารและพลังงานกับ
สิ่ งแวดล้อม เช่น แคลอริ มิเตอร์

บทนำ
ี่
กำรเปลียนแปลงทีเ่ กิดในระบบ มี 3 อย่ ำง
่
1. การเปลี่ยนแปลงสถานะ (Solid, liquid, gas)
2. การละลาย (Solute + Solvent = Solution)
3. การเกิดปฏิกิริยาเคมี (Reactants
Product)
่
(การเปลี่ยนแปลงทั้งสามอย่างนี้ จะอยูในสมดุลหรื อไม่สมดุลก็ได้)

บทนำ
ี่
สมดุลไดนำมิก (dynamic equilibrium)
่
หมายถึง สมดุลที่มีการเคลื่อนที่ของอนุภาคอยูตลอดเวลา ระบบ
ไม่หยุดนิ่ง อัตราการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลง
ผันกลับ (สมดุลเคมีเป็ นสมดุลไดนามิก)

N2O4 (g)

2NO2 (g)

ไม่ มีสี

สีนำตำล
้

ควำมหมำย
ภาวะสมดุล หมายถึง ภาวะที่ระบบมีสมบัติคงที่ ซึ่งระบบยังคงมีการ
เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา โดยมีอตราการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าเท่ากับอัตรา
ั
การเปลี่ยนแปลงย้อนกลับ
ลักษณะทัวไปของภำวะสมดุล
่
1. เกิดในระบบปิ ดเท่านั้น
2. ต้องเป็ นปฏิกิริยาที่ผนกลับได้
ั
3. อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาผันกลับ
At equilibrium: Rateforward = Raterev

4. ระบบจะไม่หยุดนิ่งแต่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเรี ยกว่า
สมดุลพลวัติ (dynamic equilibrium)
5. สมบัติต่างๆ จะคงที่ เช่น สี ความเข้มข้น ความหนาแน่น ความดัน

่
6. เมื่อระบบอยูในสมดุล หากมีสิ่งอื่นมารบกวนระบบ เช่น การเปลี่ยน
อุณหภูมิ ความดัน สมดุลของระบบจะเสี ยไป เมื่อหยุดรบกวน ระบบจะ
เข้าสู่สมดุลใหม่ได้เอง (เลอชาเตอลิเยร์)
7. การเข้าสู่สมดุลของระบบอาจเริ่ มจากทิศใดก็ได้

N2 + 3H2

2NH3

2NH3

N2 + 3H2

N2O4(g)

2NO2(g)

2NO2(g)

N2O4(g)

N2O4(g)

2NO2(g)

ค่ำคงที่สมดุล
คือค่าคงที่ค่าหนึ่งซึ่งบอกให้ทราบถึงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้น
ของสารต่างๆ ที่ภาวะสมดุล
่ ั
่ ั
มีค่ามากหรื อน้อยขึ้นอยูกบแต่ละปฏิกิริยา และขึ้นอยูกบอุณหภูมิ
หากทราบค่าคงที่สมดุล (K) จะหาความเข้มข้นของสาร ณ ภาวะสมดุลได้
มี 2 แบบ คือ Kc และ Kp ( Kc  Kp )
“ค่าคงที่สมดุล มีค่าเท่ากับผลคูณของความเข้มข้นที่ภาวะสมดุลของ
ผลิตภัณฑ์ หารด้วยผลคูณของความเข้มข้นที่ภาวะสมดุลของสารตั้ง
ต้น ความเข้มข้นแต่ละค่ายกกาลังเท่ากับตัวเลขนาหน้าสารนั้น” (Kc)

ดังสมการ

Kc =

aA + bB
c[D]d
[C]

[A]a[B]b

่
[ ] เป็ นความเข้มข้นเมื่อสารอยูในสมดุล
มีหน่วยเป็ น mol/dm3

cC + dD
(PC)c (PD)d
Kp =
(PA)a (PB)b
่
P เป็ นความดันย่อยเมื่อสารอยูในสมดุล
มีหน่วยเป็ น atm

เมื่อ a, b, c และ d เป็ นสัมประสิ ทธิ์ปริ มาณ
สัมพันธ์ของสาร A, B, C และ D ตามลาดับ

ตัวอย่างการหาค่าคงที่สมดุล

N2O4(g)

Kc =

c[D]d
[C]

[A]a[B]b
2
]

[NO2
Kc =
[N2O4]

2NO2(g)

(PC)c (PD)d
Kp =
(PA)a (PB)b
2
P

NO2

Kp= P
NO

2 4


N2O4(g)

Forward reaction:
N2O4 (g)
2 NO2 (g)

Rate law:
Rate = kf [N2O4]

At equilibrium:

2NO2(g)

Reverse reaction:
2 NO2 (g)
N2O4 (g)

Rate law:
Rate = kr [NO2]2

Ratef = Rater

kf [N2O4] = kr [NO2]2


at equilibrium

N2O4(g)

2NO2(g)

kf [N2O4] = kr [NO2]2
kf
[NO2]2
=
kr
[N2O4]

kf
=
Kc =
kr

2
]

[NO2
[N2O4]

สมดุลเอกพันธุ์ (homogeneous equilibrium)
่
: สมดุลของปฏิกิริยาที่สารทั้งหมดในปฏิกิริยาอยูในวัฏภำคเดียวกัน
เช่น ในปฏิกิริยาการสลายตัวของ N2O4(g)
2 NO2(g)

[NO 2 ]
- ในรู ป KC เป็ นค่าคงที่ในรู ปความเข้มข้น (M, mol/L) Kc =
[N 2 O 4 ]
2

- ในรู ป Kp เป็ นค่าคงที่ในรู ปของความดัน (atm)

Kp =

PNO2
2

P N 2 O4

โดยทัวไป KC  Kp แต่เราสามารถหาความสัมพันธ์ระหว่าง KC กับ Kp
่
ได้ดงสมการนี้
ั
aA(g)
bB(g)

[B]
KC =
[A]a
b

P
Kp =
P

b
B
a
A

เมื่อ PA และ PB เป็ นความดันย่อยของ A และ B
PAV = nART
PBV = nBRT

n A RT
PA = V

n B RT
PB = V

แทนค่า PA และ PB นี้ลงในสมการของ Kp จะได้
b

 n B RT 
 V 

Kp = 
a
 n A RT 
 V 



b

=

[B]
KC =
a
[A]
b

 nB 
V
  (RT) b-a
a
 nA 
V
 

เนื่องจาก nA / V และ nB / V มีหน่วยเป็ น mol/L จึงแทนได้ดวย [A] และ
้
[B] ตามลาดับ จะได้

b

เมื่อ

[B] (RT) n
n
Kp =
= Kc (RT)
a
[A]

n = b – a

=

จำนวนโมลรวมของก๊ ำซผลิตภัณฑ์ – จำนวนโมลรวมของก๊ำซตั้งต้ น

R = 0.082 L.atm/K.mol

KP = KC (RT)

n

ตัวอย่ ำง 1

หาค่า K
ตัวอย่ ำง 2

PCl5 (g)

PCl3 (g) + Cl2 (g)

PCl3 Cl2 
K
PCl5 

H2(g) + I2(g)
HI2
K
H 2 I 2 

2HI(g) หาค่า K

สมดุลวิวธพันธุ์ (Heterogeneous Equilibrium)
ิ
: ปฏิกิริยาที่สาร (reactants, products) ไม่เป็ นวัฏภาคเดียวกันคือ มี gas solid
liquid ปนกัน “ควำมเข้ มข้ นของของแข็งและของเหลวบริสุทธิ์ มีค่ำคงทีเ่ สมอ”

เช่น CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
[CaO][CO 2 ]
K =
C
[CaCO 3 ]
KC

= [ CO2 ]

KP

=

PCO 2

PCO2 ไม่ข้ ึนกับปริ มาณของ CaCO3 หรื อ CaO

สมดุลวิวธพันธุ์ (Heterogeneous Equilibrium)
ิ

ตัวอย่าง 1 NH4Cl(s)

NH3(g) + HCl(g)

Kc = [NH3][HCl]
ตัวอย่าง 2 CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)

Ca2+ (aq) + 2 HCO3-(aq)

Kc = [Ca2+][HCO3-]2
[CO2]

ตัวอย่าง 3 H 2O l 

H  aq   OH  aq 

Kc = [H+][OH-]

แบบฝึ กหัด
จงหาค่า K ของสมการต่อไปนี้ ในกรณี ที่เป็ นก๊าซ หาทั้ง Kp และ Kc
1. 2NOCl (g)
2 NO (g) + Cl2 (g)
2. COCl2 (g)
CO (g) + Cl2 (g)
3. NO (g)
½ N2 (g) + ½ O2 (g)
4. Zn (s) + CO2 (g)
ZnO (s) + CO (g)
5. MgSO4 (s)
MgO (s) + SO3 (g)
6. FeO (s) + CO (g)
Fe (s) + CO2 (g)
7. PbCl2 (s)
Pb2+ (aq) + 2 Cl−(aq)
8. NH3(aq) + H2O(l)
NH4+(aq) + OH-(aq)

กำรแปลควำมหมำยของค่ ำคงทีสมดุล
่
กรณี ที่ 1 : ถ้า K >> 1 เช่น ในระบบต่อไปนี้ที่ 2300 oC

2O3(g)

3O2(g)

[O 2 ]
K =
2
[O 3 ]

3

K » 1… products มาก

= 2.54  1012

่ ั
ที่สมดุล ระบบจะมี O2 ปนอยูกบ O3 แต่จะมี O3 << O2

่
กรณี ที่ 2 : ถ้า K << 1 เช่น ในระบบต่อไปนี้ที่ 25 oC
Cl2(g)
Cl(g) + Cl(g)

[Cl]
K =
[Cl 2 ]
2

= 1.4  10 - 38

ระบบสมดุลจะมี Cl2 >> Cl
K « 1… reactants มาก

่
่
กรณี ที่ 3 : ถ้า K มีคาไม่มากเกินไปหรื อน้อยเกินไปเมื่อเทียบกับ 1
สารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ที่สมดุลจะมีปริ มาณพอๆกัน เช่น

CO(g) + H2O(g)

H2(g) + CO2(g)

[H 2 ][CO 2 ]
K=
= 5.10
[CO][H 2 O]

ถ้า [CO] = 0.200 M, [H2O] = 0.400 M และ [H2] = 0.300 M
ที่สมดุล จะได้ [CO2] = 1.36 M


ค่า K น้ อยๆ
ค่า K มากๆ

K ปานกลาง

การคานวณค่าคงที่สมดุล
แบบที่ 1 โจทย์กาหนดค่า [ ] หรื อ P ที่สมดุลมาให้ ให้หาค่า K
ตัวอย่างที่ 1 จากปฏิกิริยาดังแสดงในสมการต่อไปนี้

A(s) + 2B(g) + C(g)

2D(g)

ที่ภาวะสมดุลภายในภาชนะขนาด 2 dm3 มี A 4 mol B 4 mol C 2 mol และ
D 6 mol จงคานวณค่าคงที่สมดุล

การคานวณหาค่าคงที่สมดุล
แบบที่ 1 โจทย์กาหนดค่า [ ] หรื อ P ที่สมดุลมาให้ ถามหาค่า K
วิธีทำ

K

D 2

2
B  C 

[B] = 4/2 = 2
[C] = 2/2 = 1
[D] = 6/2 = 3

(3)2
Kc = 2
= 2.25
(2) (1)
ดังนั้นค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยานี้ = 2.25

ตัวอย่ ำง 2 พิจารณาปฏิกิริยาต่อไปนี้ 2H2(g) + S2(g)
2H2S(g)
จากการวิเคราะห์พบว่าที่สมดุลมี H2 1.2 mol , S2 6 mol และ H2S 2.4
mol ในขวดขนาด 12 L จงคานวณค่า Kc


วิธีทา

[H2S]2
K=
[H2]2 [S2]
[0.2]2
K=
[0.1]2 [0.5]
K = 8

[H2S] = 2.4/12 = 0.2
[H2] = 1.2/12 = 0.1
[S2] = 6/12 = 0.5

ตัวอย่างที่ 3 NH4HS(s)
NH3(g) + H2S(g)
จงหา KC , KP ถ้าภาวะสมดุล ความดันย่อยของ gas เท่ากันคือ 0.3 atm
ที่อุณหภูมิ 300 K


วิธีทา

KP

= P NH3 . PH2S
= (0.3 atm)(0.3 atm) = 0.09 atm2
n

จาก

KP = KC (RT)
n = 2 – 0 = 2 mol
T = 300 K

แทนค่า

0.09 = KC (0.082  300)2
KC = 1.49 x 10 – 4

ตัวอย่ ำง 4 พิจารณาปฏิกิริยาต่อไปนี้ N2(g) + O2(g)
2NO(g)
ถ้าความดันย่อยที่สมดุลของ N2 , O2 และ NO เท่ากับ 0.15 atm, 0.33 atm
และ 0.50 atm จงหา Kp

แบบที่ 2 โจทย์กาหนดค่า K, [ ] หรื อ P ที่สมดุลมาให้ ถามหา [ ]eq บางค่า
ตัวอย่าง 1 ปฏิกิริยา CO(g) + H2O(g)
H2(g) + CO2(g)
มีค่าคงที่สมดุล K = 5.10 กาหนดให้ที่สมดุล [CO] = 0.200 M,
[H2O] = 0.400 M และ [H2] = 0.300 M จงหาความเข้มข้นของ [CO2]
[H 2 ][CO 2 ]
วิธีทำ จาก
K=
= 5.10
[CO][H 2 O]
[CO2] =

(0.200)(0.400)
 5.10 =
(0.300)

1.36 M

ตัวอย่ ำง 2 ปฏิกิริยา H2(g) + I2(g)

2HI(g)

มีค่าคงที่สมดุล K = 5 x 10-4 กาหนดให้ที่สมดุล [ H2 ] = 0.10 M,
[I2] = 8 M จงหาความเข้มข้นของ [HI]


วิธีทา

[HI]2
K=
[H2] [I2]
[HI]2
[0.1] [8]
[HI]2
[HI]

= 5 x 10-4
= 5 x 10-4

= 4 x 10-4
= 2 x 10-2

แบบที่ 3.1 โจทย์กาหนดค่า K และค่า [ ] เริ่ มต้น ถามหา [ ] ที่สมดุล

ตัวอย่าง 1 ค่า Kc ของปฏิกิริยา H2(g) + I2(g)
2 HI(g)
มีค่าเท่ากับ 55.3 หากเริ่ มต้น H2 และ I2 มีความเข้มข้นอย่างละ 1 M
จงหาความเข้มข้นที่สมดุลของสารทั้ง 3 ชนิด
2

[HI]
Kc =
= 55.3
[H2 ][I2 ]

แบบที่ 3.1 โจทย์กาหนดค่า K มาให้ ให้หาค่า [ ] หรื อ P ที่สมดุล
วิธีทำ

H2(g) + I2(g)

2 HI(g), Kc = 55.3

ขั้นที่ 1 เขียนการเปลี่ยนแปลงของสาร
เริ่ มต้น
เปลี่ยนแปลง
สมดุล

[H2]
1.00

+ [I2]
1.00

[HI]
0


ขั้นที่ 2 กาหนดให้การเปลี่ยนแปลง
[H2]

1.00
เปลี่ยนแปลง -x
สมดุล

1.00 - x

+

= x

[I2]

[HI]

1.00
-x

0
+2x

1.00 - x

2x

ขั้นที่ 3 แทนค่าในสมการ K เพื่อหา x
Kc =

[HI] 2
= 55.3
[H2 ][I2 ]

[2x]2
Kc =
= 55.3
[1.00 - x][1.00 - x]
7.44

x = 0.79

=

2x
1.00 - x

[H2] = [I2] = 1.00 - x = 0.21 M


ตัวอย่าง 2 ปฏิกิริยา I2(g)
2I(g)
ที่ 1000 K มี Kc = 4 ถ้าเริ่ มต้นมี I2 4.6 mol ในขวดขนาด
2.3 L จงหาความเข้มข้นของแก๊สทั้งสองที่สมดุล


วิธีทา

K=

เปลี่ยนแปลง
สมดุล

[I]2
[I2]

I2(g)

= 4

2I(g)

2
-x

0.00
+2x

2–x

+2x

[ I ] = 4.6/2.3
= 0.02 M

[2x]2
[2 - x]

= 4


วิธีทา

[2x]2
K=
[2 - x]

= 4

4x2 + 4x -8 = 0
x2 + x - 2 = 0
สมกำรกำลังสอง


ตัวอย่าง 3 ปฏิกิริยา A + B
C + D มีค่าคงที่สมดุล
เท่ากับ 9 ถ้าผสม A 2 M และ B 2 M เข้าด้วยกัน จะมี B และ
C อย่างละกี่ M ที่ภาวะสมดุล
่
ตัวอย่าง 4 ถ้าปล่อยให้ A 0.5 โมลสลายตัวจนอยูในสมดุลกับ B
ในภาชนะขนาด1 L ที่ 25 ºC ดังสมการ A(g)
2B(g) ถ้าค่าคงที่สมดุล
เท่ากับ 8 จงหาความเข้มข้นของ A และ B ที่สมดุล และหาร้อยละการ
สลายตัวของ A

แบบที่ 3.2 โจทย์กาหนดค่า x (ค่าการเปลี่ยนแปลง) ให้

ตัวอย่าง 1 ปฏิกิริยา 2A
B + 2C ถ้าตั้งต้นปฏิกิริยาจาก
A 4 mol เพียงชนิดเดียวในภาชนะขนาด 4 L เมื่อถึงสมดุลเหลือ
A 1 mol หาความเข้มข้นของสารทุกตัวที่สมดุล และ Kc
ตัวอย่าง 2 ที่ 25 ºC CH3COOH 0.1 M แตกตัวได้ 1.34%
จงคานวณ [H3O+], [CH3COO-] และ ค่าคงที่สมดุล (Ka)

แบบที่ 3.2 โจทย์กาหนดค่า x (ค่าการเปลี่ยนแปลง) ให้
ตัวอย่าง 3 ที่อุณหภูมิ 700 K ในภาชนะปิ ดขนาด 2 dm3 บรรจุแก๊ส CO 0.1 mol
เมื่อเติมไฮโดรเจนเกิดปฏิกิริยาดังสมการ CO(g) + 2H2(g)
CH3OH(g)
เมื่อปฏิกิริยาเข้าสู่สมดุลพบว่าเกิด CH3OH เท่ากับ 0.06 mol และมี mol รวม
เท่ากับ 0.24 ค่าคงที่สมดุลเป็ นเท่าใด

กำรรบกวนสมดุล
ตัวอย่าง 1 พิจารณาสมดุลของปฏิกิริยา A(aq) + B(aq)
C(aq) นา A 1 mol
และ B 2.5 mol ละลายในน้ าแล้วทาให้ปริ มาตรของสารละลายเป็ น 0.5 dm3
เมื่อปฏิกิริยาเข้าสู่ภาวะสมดุล พบว่าความเข้มข้นของ A เท่ากับ 1 mol.dm-3
ถ้าทดลองใหม่ โดยเริ่ มจากการละลาย C 0.5 โมล ในน้ าแล้วทาให้ปริ มาตร
สารละลายเป็ น 0.25 dm3 เมื่อระบบเข้าสู่สมดุล C มีความเข้มข้นกี่ mol.dm-3

กำรรบกวนสมดุล
ตัวอย่าง 2 แก๊สผสม SO2 และ NO2 ในภาชนะขนาด 1 dm3 เกิดปฏิกิริยา
ดังสมการ SO2 + NO2
SO3 + NO เมื่อเข้าสู่ภาวะสมดุลพบว่ามี SO3
NO, NO2 และ SO2 อย่างละ 0.6, 0.4, 0.1 และ 0.8 mol ตามลาดับ ถ้าต้องการ
เพิมปริ มาณ NO2 ให้เป็ น 0.3 mol จะต้องปล่อยแก๊ส NO เข้าสู่ภาชนะกี่โมล
่
ที่อุณหภูมิและความดันคงที่

ข้อสรุ ปในการใช้ค่าคงที่สมดุล
1. ถ้านาเลขใดคูณกับสมการเดิม ค่า K ของสมการใหม่จะเท่ากับค่า K เดิม
ยกกาลังด้วยเลขจานวนนั้น เช่น ถ้าคูณสมการเดิมด้วย n ค่า Kใหม่ = Knเดิม

H2(g) + I2(g)

2 HI(g) …..K

นา 2 คูณสมการเดิม

2H2(g) + 2I2(g)

4 HI(g) …..Kใหม่

Kใหม่ = K2

2. ถ้าเขียนสมการกลับกัน ค่า K จะกลับกันด้วย เช่น
H2(g) + I2(g)

2 HI(g) …..K

กลับสมการ
2 HI(g)

H2(g) + I2(g) …..Kใหม่

Kใหม่ = 1/K
หา Kใหม่ ของปฏิกิริยา 4 HI(g)

2H2(g) + 2I2(g)

3. ถ้าปฏิกิริยาเกิดหลายขั้นตอน ค่าคงที่สมดุลจะเท่ากับผลคูณของ
ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาย่อยทั้งหมด

S(s) + O2(g)
SO2(g) +
ดังนั้น

S(s) +

O2(g)

O2(g)

SO2(g)

K1

SO3(g)

K2

SO3(g) …..K

K = K1. K2

กำหนดให้

2SO3

2SO2 + O2 …..K1

จงหาค่าคงที่ของสมดุล( K ) ต่อไปนี้

1) 2SO2 + O2
2) SO3

2SO3

SO2 + O2

3) 4SO2 + 2O2

4SO3

กาหนดให้

2A(g)

B2(g) + C2(g) …..K1

A(g) + D2(g)
จงหาค่าคงที่สมดุลของ

AD(g) …..K2

B2(g) + C2(g) + D2(g)

AD(g)

ปฏิกิริยา

2HI
HI

H 2 + I2

K = 4 x 10-2

H 2 + I2 K = ?

กาหนดให้ NO2 (g)

NO(g) + O(g) K = 6.8 x 10-4

O3 (g) + NO(g)

NO2(g) + O2(g) K = 5.8x10-34

ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาต่อไปนี้มีค่าเท่าใด

O2(g) + O(g)

O3(g)

A(g) + B(g)

2C(g)

K1

D(g) + E(g)

A(g) + C(g)

K2

E(g) + F(g)

2B(g) + G(g)

K3

ปฏิกิริยา 3A(g) + F(g)

3C(g) + D(g) + G(g) K = ?

ทานายทิศทางของปฏิกิริยา (ไปข้างหน้า หรื อ ย้อนกลับ)
โดยการเปรี ยบเทียบค่า QC กับ KC

QC

= ผลหารปฏิกิริยา (reaction quotient)

[product]
=
** ใช้ความเข้มข้นเริ่ มต้นแทนค่า
[reactant]
KC

=

[C]c [D]d
a
b
[A] [B]

ถ้า QC = KC
QC > KC
QC < KC

สมดุล
มี product มากเกินสมดุล ปฏิกิริยาต้องย้อนกลับ
มี product น้อยกว่าสมดุล ปฏิกิริยาต้องไปข้างหน้า

ตัวอย่างที่ 1 จากสมดุลของ N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
จานวนโมลเริ่ มต้น
0.8 mol 0.4 mol
0.1 mol
ในภาชนะ 2 L จงแสดงการเปรี ยบเทียบค่า KC , QC สมดุลหรื อไม่
ถ้าไม่สมดุลทิศทางของปฏิกิริยาไปทางไหน ( เมื่อ KC = 0.65 )

โจทย์กาหนดจานวนโมลเริ่ มต้นให้เปลี่ยนเป็ นความเข้มข้น (mol/L, M)
[N2]0 = 0.8 mol / 2 L = 0.4 mol/L
[H2]0 = 0.4 mol / 2 L = 0.2 mol/L
[NH3]0 = 0.1 mol / 2 L = 0.05 mol/L

QC



QC

[NH 3 ]2
=
3
[N 2 ][H 2 ]
2
= (0.05)

=

(0.4)(0.2)
0.78

3

เมื่อ KC

= 0.65

ดังนั้น QC > KC ปฏิกิริยาจะมีทิศทางย้อนกลับ (reverse) (ขวาไปซ้าย)

ตัวอย่างที่ 2 ที่อุณหภูมิ 350 oC
N2(g) + 3 H2(g)
2NH3(g) ค่า Kc = 2.37  10 - 3
ที่สมดุล (M) 0.683 8.80
1.05
ถ้าเพิ่ม [ NH3 ] เป็ น 3.65 M จงทานายทิศทางของปฏิกิริยา ( จาก QC , KC )
QC

[NH 3 ]2
=
3
[N 2 ][H 2 ]

(3.65)
=
3
(0.683)(8.80)
2

= 2.86  10-2
 QC > KC ปฏิกิริยาจะมีทิศทางย้อนกลับ (reverse) จนกว่า QC = KC

ตัวอย่างที่ 3 ที่อุณหภูมิ 430 oC
2NO(g) + O2(g)
2NO2(g) ค่า KP = 1.5  105
ความดัน ( atm ) 0.001
0.02
0.50
จงคานวณหา QP และทิศทางของปฏิกิริยา
QP

=

2
NO 2

P
2
NO

P . PO2

(0.50)
=
2
(0.001) (0.02)
2

= 1.8  105

ดังนั้น QP > KP ปฏิกิริยาจะมีทิศทางย้อนกลับ (reverse)

ปั จจัยที่มีผลต่อสมดุลเคมี
1. ความเข้มข้น
3. อุณหภูมิ
2. ปริ มาตรและความดัน 4. ตัวเร่ งปฏิกิริยา
เมื่อระบบสมดุลถูกรบกวนด้วยปัจจัยเหล่านี้ ระบบจะปรับตัวเอง
ให้เข้าสู่สมดุลใหม่อีกครั้ง ตามหลักของเลอชาเตอรลิเยร์ ( Le Chatelier’s
Principle)

่
“ เมื่อระบบที่อยูในภาวะสมดุล ถูกรบกวนโดยการเปลี่ยนแปลง
ปัจจัยที่มีผลต่อสมดุล ระบบจะปรับตัวในทิศทางที่จะลดผลของ
การรบกวนนั้น เพื่อให้ระบบเข้าสู่สมดุลอีกครั้ง”

หลักของเลอชำเตอรลิเยร์ ( Le Chatelier’s Principle)

การเพิมปัจจัย
่

การเข้าสู่ สมดุลใหม่จะมีทิศทาง
เพื่อลดปัจจัย

การลดปัจจัย

การเข้าสู่สมดุลใหม่จะมีทิศทาง
เพื่อเพิ่มปั จจัย

ผลของกำรเปลียนควำมเข้ มข้ น
่
สารที่รบกวนจะต้องเหมือนกับสารใดสารหนึ่งในระบบ หรื อ
ทาปฏิกิริยากับสารในระบบที่ภาวะสมดุล ซึ่งจะมีผลให้ปริ มาณของสาร
ในระบบเปลี่ยนแปลงไป

เพิมความเข้มข้นของสารใด
่

ลดความเข้มข้นของสารใด

ระบบจะเกิดปฏิกิริยาในทิศทาง
ที่ลดความเข้มข้นของสารนั้น

ระบบจะเกิดปฏิกิริยาในทิศทาง
ที่เพิมความเข้มข้นของสารนั้น
่

่

FeSCN(aq)

Fe3+ (aq) + SCN-(aq)

เติม NaSCN (แตกตัวให้ Na+ และ SCN- )
สมดุลถูกรบกวนจาก SCN- ที่เพิ่มขึ้น เพื่อให้ระบบเข้าสู่สมดุลอีกครั้ง
ระบบจะลด SCN- โดย Fe3+ จะทาปฏิกิริยากับ SCN- ที่เพิ่มขึ้น เกิด
ปฏิกิริยาย้อนกลับ (ขวาไปซ้าย) มี FeSCN เพิ่มขึ้น ทาให้สารละลายมีสีแดง
เข้มขึ้น

FeSCN(aq)


่

FeSCN(aq)

3+
Fe

(aq)

+

SCN

(aq)

เติม Fe(NO3)3 (แตกตัวให้ Fe3+ และ NO3- )
สมดุลถูกรบกวนจาก Fe3+ ที่เพิ่มขึ้น เพื่อให้ระบบเข้าสู่สมดุลอีกครั้ง
ระบบจะลด Fe3+ โดย SCN- จะทาปฏิกิริยากับ Fe3+ ที่เพิ่มขึ้น เกิดปฏิกิริยา
ย้อนกลับ (ซ้ายไปขวา) มี FeSCN เพิมขึ้น ทาให้สารละลายมีสีแดงเข้มขึ้น
่

FeSCN(aq)


่

FeSCN(aq)


เติมกรดออกซำลิก (H2C2O4) ( แตกตัวให้ C2O42- ทาปฏิกิริยากับ Fe3+)
สมดุลถูกรบกวนจาก Fe3+ ที่ลดลง เพื่อให้ระบบเข้าสู่สมดุลอีกครั้ง
ระบบจะเพิ่ม Fe3+ โดย FeSCN จะแตกตัวให้ Fe3+ เพิ่มขึ้น เกิดปฏิกิริยา
ไปข้างหน้า (ขวาไปซ้าย) มี Fe3+ เพิมขึ้น ทาให้สารละลายเปลี่ยนจาก
่
สี แดงเป็ นสี เหลือง

FeSCN(aq)


่
N2(g) + 3 H2(g)

2NH3(g)

ใช้หลักการของเลอชาเตอรลิเยร์ ทานายทิศทางสมดุล เมื่อ
- เติม NH3 ลงไป
- เติม H2 ลงไป
- ดึง N2 ออก

ผลของกำรเปลียนปริมำตรและควำมดัน
่
มีผลเฉพาะสมดุลของแก๊สเท่านั้น

ลดปริ มาตร = เพิ่มความดัน ( P = k/V)

่
เพิมความดัน (ลดปริ มาตร)
่

ไปทางโมลน้อย

ลดความดัน (เพิมปริ มาตร)
่

ไปทางโมลมาก

Example:

N2O4(g)

2NO2(g)

PV = nRT

**กรณี ที่โมลของแก๊สตั้งต้นเท่ากับของแก๊สผลิตภัณฑ์ การเปลี่ยนแปลงความดัน
จะไม่มีผลต่อสมดุล

่
ตัวอย่าง จงทานายทิศทางของปฏิกิริยาต่อไปนี้เมื่อมีการเพิ่มความดัน
(ลดปริ มาตร)

1. 2PbS(s) + 3O2(g)

2PbO(s) + 2SO2(g)

2. PCl5(g)
PCl3(g) + Cl2(g)
3. H2(g) + CO2(g)
H2O(g) + CO(g)

ผลของกำรเปลียนอุณหภูมิ
่

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิทาให้ค่าคงที่สมดุล (K) เปลี่ยน

ปฏิกิริยาดูดความร้อนเกิดได้ดี

เพิ่มอุณหภูมิ

ปฏิกิริยาคายความร้อนเกิดได้ดี

ลดอุณหภูมิ

ตัวอย่าง N2O4(g) + heat

2NO2(g) ∆E = 58 kJ/mol

ผลของกำรเปลียนอุณหภูมิ
่
ความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่สมดุลกับอุณหภูมิของปฏิกิริยาดูด
และคายความร้อน

ดูดควำมร้ อน
เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ ค่าคงที่สมดุลจะเพิ่ม
เมื่อลดอุณหภูมิ ค่าคงที่สมดุลจะลด
คำยควำมร้ อน
เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ ค่าคงที่สมดุลลด
เมื่อลดอุณหภูมิ ค่าคงที่สมดุลเพิ่ม

ผลของตัวเร่ งปฏิกริยำ
ิ
ตัวเร่ งปฏิกิริยาไม่เกี่ยวข้องกับค่าคงที่สมดุล และไม่มีผลต่อทิศทาง
ของสมดุล แต่การเติมตัวเร่ งปฏิกิริยาจะช่วยเพิ่มอัตราการเกิดให้เข้าสู่
สมดุลได้เร็ วขึ้น
ตัวอย่าง ปฏิกิริยาการเผาผงโซเดียมไบคาร์บอเนตในภาชนะปิ ด

2NaHCO3(s)

Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)

จงทานายทิศทางของสมดุล เมื่อ
1. มี CO2 บางส่ วน ออกจากระบบ
3. ลดความดัน 4. เพิ่ม CO2

2. เติมผง Na2CO3 เข้าไป

ตัวอย่าง จากสมดุล
4NH3(g) + 5O2(g)

4NO(g) + 6H2O(l) E = - 248 kJ

จงทานายทิศทางการดาเนินไปของปฏิกิริยาเมื่อ
a. เพิ่ม NH3 (g)
b. ลด O2 (g)
c. ลด NO (g)
d. เพิ่มปริ มาตรของภาชนะบรรจุ 2 เท่า
e. เพิมอุณหภูมิ
่
f. เพิ่มความดัน

ตัวอย่างกราฟ

N2 + 3H2

2NH3

N2O4(g)

2NO2(g)


2HI

H2 + I2

ตัวอย่าง ณ วินาทีที่ 4, 10 และ 14 มีการรบกวนสมดุลอย่างไร

สื่อการสอน Chemical equilibrium

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to สื่อการสอน Chemical equilibrium

Similar to สื่อการสอน Chemical equilibrium (20)

More from พัน พัน

More from พัน พัน (20)

สื่อการสอน Chemical equilibrium