Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Equilibrium mahidol

754 views

Published on

  • Be the first to comment

Equilibrium mahidol

  1. 1. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 1 สมดุลเคมี (Chemical equilibrium)1. สมดุลเคมี เปนสมดุลแบบไดนามิกหรือสมดุลพลวัต (dynamic equilibrium) หมายถึงการเปลี่ยนแปลงปฏิกริยาไปขางหนาและปฏิกิริยายอนกลับอยูตลอดเวลา ไมหยุดนิ่ง ิ2. ประเภทของสมดุลไดนามิก 2.1 ภาวะสมดุลระหวางสถานะ เกิดจากสถานะที่แตกตางกัน ประเภทสมดุล การเปลี่ยนแปลง ภาวะของสมดุล ตัวอยาง อัตราการสมดุลของการ solid liquid หลอมเหลวเทากับ H2O(s) H2O(l)หลอมเหลว อัตราการแข็งตัว อัตราการระเหยสมดุลของการ liquid gas เทากับอัตราการ H2O(l) H2O(g)กลายเปนไอ กลั่นตัว อัตราการระเหิดสมดุลของการ solid gas เทากับอัตราการ I2(s) I2(g)ระเหิด เกิดผลึก 2.2 ภาวะสมดุลในสารละลาย 1) สมดุลของการแตกตัว เกิดขึ้นกับสารละลายอิเล็กโทรไลตออนในน้ํา สวนหนึ่งแตกตัวเปนไอออน ในขณะที่บางสวนของไอออนจะรวมกันเปนโมเลกุล เชน HCN(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CN-(aq) 2) สมดุลของการละลาย เกิดขึนกับสารละลายอิเล็กโทรไลตแกหรือนอนอิเล็ก ้โทรไลตที่อยูในภาวะอิ่มตัว(ถาไมอิ่มตัวจะไมเกิดสมดุลเกิดขึ้น) ซึ่งกลาวไดวาอัตราการละลายเทากับอัตราการตกผลึก CuSO4(s) + H2O(l) Cu2+(aq) + SO42-(aq) นายสาโรจน บุญเส็ง
  2. 2. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 2 2.3 ภาวะสมดุลในปฏิกิริยาเคมี เชน PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) NH4+(aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O+(aq)3. ปฏิกิริยาทีผันกลับได (Reversible reaction) ่ ในการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เมื่อสารตั้งตนเขาทําปฏิกิริยากันไดสารผลิตภัณฑจะเรียกวาปฏิกิริยาไปขางหนา และเมื่อสารผลิตภัณฑทําปฏิกิริยากันแลวไดเปนสารตั้งตนเรียกวาปฏิกิรยา ิยอนกลับ สําหรับการเปลี่ยนแปลงปฏิกริยาเคมีทั้งไปขางหนาและปฏิกิริยายอนกลับจะเรียกวาการ ิเปลี่ยนแปลงทีผันกลับไดหรือปฏิกิริยาที่ผันกลับได (reversible reaction) ่ปฏิกิริยาไปขางหนา Reactant Productปฏิกิริยายอนกลับ Reactant Productปฏิกิริยาที่ผันกลับได Reactant Product ปฏิกิริยาผันกลับไดของสารละลาย [Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6H2O นายสาโรจน บุญเส็ง
  3. 3. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 3 ณ อุณหภูมิหองไอออนทั้งสองของโคบอลตจะปะปนกันอยูในสารละลาย และเปนสารละลายสีมวง ตอเมื่อเราใหความรอนแกสารละลาย ปฏิกิรยาไปขางหนาจะเกิดไดมากขึ้น ิสารละลายจะเปลี่ยนเปนสีนาเงินในรูปของ [CoCl4]2- และเมือนําสารละลายนี้มาทําใหเย็น ้ํ ่ปฏิกิรยายอนกลับจะเกิดไดมากขึ้นใหสารละลายสีชมพูในรูปของ [Co(H2O)6] 2+ ในบทนี้เราจะ ิศึกษาเรื่องสมดุลเคมี รวมถึงปจจัยตาง ๆ ที่มีผลตอสมดุลเคมี ปฏิกิริยาเคมีสวนใหญมักจะเปนปฏิกิริยาทีผันกลับได คือมีการเปลี่ยนแปลงในทิศทางที่ ่เกิดสารผลิตภัณฑหรือการเปลี่ยนแปลงไปขางหนาและการเปลี่ยนแปลงยอนกลับหรือการเปลี่ยนแปลงในทิศทางที่เกิดสารตั้งตนเมื่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาและอัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับมีคาเทากัน แสดงวาระบบเขาสู สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium)4. ระบบกับสิ่งแวดลอม (System and surrounding) 1) ระบบ สิ่งที่เราศึกษาหรือทดลอง 2) สิ่งแวดลอม คือสิ่งที่อยูนอกระบบ5. ชนิดของระบบ 1) ระบบเปด (Opened system) คือระบบที่มีการถายเทไดทั้งมวลสารและพลังงานกับสิ่งแวดลอม 2) ระบบปด (Closed system) คือระบบที่มีการถายเทเฉพาะพลังงานอยางเดียว แตไมมีการถายเทมวลสาร 3) ระบบโดดเดี่ยว (Isolated system) คือระบบที่ไมมีการถายเททังพลังงานและมวล ้สารแกสิ่งแวดลอม Energy Energy Energy Matter Matter Matter Opened system Closed system Isolated system นายสาโรจน บุญเส็ง
  4. 4. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 4ตัวอยาง การเปลี่ยนแปลงตอไปนี้จัดวาเปนระบบแบบใด 1) การหลอมเหลวแนพธารีนในชามกระเบื้อง ระบบ............................. 2) ใสโลหะทองแดงลงในสารละลายกรดไนตริก ระบบ............................. 3) ผสมกรด HCl กับ NaOH ในบีกเกอร ระบบ............................. 4) ตั้งบีกเกอรใสน้ําปูนใสไวบนโตะจนกระทั่งมีฝาสีขาว ลอยอยูบนน้ําปูนใส ระบบ.............................6. ระบบที่อยูในภาวะสมดุล 1) เกิดในระบบปด 2) อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาเทากับปฏิกิริยายอนกลับ 3) เปนปฏิกิริยาทีผันกลับได ่ 4) มีสมบัติคงที่ (สี อุณหภูมิ ความดัน ความเขมขน และ จํานวนโมล)ตัวอยาง จากปฏิกิริยาเคมีตอไปนี้จงตอบคําถาม  A + B C + D1) A B สมดุลระบบเขาสูสภาวะสมดุลได หรือ ไมได สารใดเกิดใหม .................สารใดที่มีจํานวนโมลเพิ่มขึน........................สารใดที่มีจานวนโมลลดลง........................ ้ ํ2) C D สมดุลระบบเขาสูสภาวะสมดุลได หรือ ไมได สารใดเกิดใหม .................สารใดที่มีจํานวนโมลเพิ่มขึน........................สารใดที่มีจานวนโมลลดลง........................ ้ ํ3) A C สมดุลระบบเขาสูสภาวะสมดุลได หรือ ไมได สารใดเกิดใหม .................สารใดที่มีจํานวนโมลเพิ่มขึน........................สารใดที่มีจานวนโมลลดลง........................ ้ ํ นายสาโรจน บุญเส็ง
  5. 5. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 54) B D สมดุลระบบเขาสูสภาวะสมดุลได หรือ ไมได สารใดเกิดใหม .................สารใดที่มีจํานวนโมลเพิ่มขึน........................สารใดที่มีจานวนโมลลดลง........................ ้ ํ5) A B C สมดุลระบบเขาสูสภาวะสมดุลได หรือ ไมได สารใดเกิดใหม .................สารใดที่มีจํานวนโมลเพิ่มขึน........................สารใดที่มีจานวนโมลลดลง........................ ้ ํ6) B C D สมดุลระบบเขาสูสภาวะสมดุลได หรือ ไมได สารใดเกิดใหม .................สารใดที่มีจํานวนโมลเพิ่มขึน........................สารใดที่มีจานวนโมลลดลง........................ ้ ํ7. ภาวะสมดุล อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีไปขางหนาเทากับปฏิกิริยายอนกลับ เริ่มตนอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาเริมลดลง ในขณะที่ปฏิกิริยายอนกลับเริ่มเพิ่มขึ้น ที่ ่ภาวะสมดุลอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปขางหนาและปฏิกริยายอนกลับมีคาเทากันถาไมมีการรบกวน ิสมดุลเกิดขึ้น ตัวอยางเชนการทดลองในระบบของสารตอไปนี้ดังสมการ N2O4(g) 2NO2(g) ไมมีสี สีน้ําตาล เมื่อเรานํากาซไดไนโตรเจนเตตระออกไซดใสไวในขวดที่มีฝาปด และทําใหมีอณหภูมิ ุ100๐C กาซในขวดจะเริ่มเปลี่ยนเปนสีนาตาลและคอย ๆ เขมขึ้นเรื่อย ๆ จนความเขมสีคงที่ เมือ ้ํ ่ทําการศึกษาในระดับโมเลกุลพบวา ในชวงแรกโมเลกุลของ N2O4 จะแพรกระจายไปทั่วขวดจากนั้นจึงคอย ๆ สลายตัวเปน NO2 ซึ่งมีสีน้ําตาล และโมเลกุลของ NO2 จะคอย ๆ เพิ่มมากขึ้นจึงเห็นเปนสีนาตาลเขมขึ้น เมื่อจํานวนโมเลกุลของ N2O4 นอยลง N2O4 ก็จะสลายตัวชาลงดวย ้ํ นายสาโรจน บุญเส็ง
  6. 6. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 6ในขณะที่โมเลกุลของ N2O4 สลายตัว โมเลกุลของ NO2 จะเกิดขึ้น และเมื่ออัตราการเกิดปฏิกิรยาไปขางหนา (การสลายตัวของ N2O4 ) เทากับอัตราการเกิดปฏิกิริยายอนกลับ (การ ิเกิด N2O4 ) ภาวะนี้เรียกวา ภาวะสมดุล8. กราฟแสดงความสัมพันธระหวางอัตราการเกิดปฏิกริยาเคมีกับเวลาในระบบที่มีภาวะสมดุล ิ R1 A B R2 อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาไปขางหนา A B สมดุล ปฏิกิริยายอนกลับ B A เวลาเมื่อเปรียบเทียบ R1 และ R2 ควรเปนอยางไรที่เริ่มตนปฏิกริยา ิ R1………………R2ที่ภาวะสมดุล R1………………R2นอกจากการเกิดภาวะสมดุลนั้นจะตองเปนระบบปด เปนปฏิกิริยาที่ผนกลับไดแลว ภาวะสมดุลจะ ัเกิดขึ้นไดอีกประการหนึ่งทีสําคัญคือคุณสมบัติของระบบคงทีทั้ง สี กลิ่น และความเขมขนของสาร ่ ่ นายสาโรจน บุญเส็ง
  7. 7. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 7กราฟแสดงในเทอมของความเขมขนของสมดุลไดนามิกของสารแตละตัวในระบบได ซึ่งที่ภาวะสมดุลความเขมขนของสารทุกตัวในระบบจะคงที่ดังกราฟตอไปนี้ A + B C + D A+B [ ] C+D เวลากราฟแสดงความเขมขนที่ภาวะสมดุลเมื่อความเขมขนของสาร ผลิตภัณฑ เทากับ สารตั้งตน A+B [ ] C+D เวลากราฟแสดงความสัมพันธที่ภาวะสมดุลเมื่อความเขมขนของสารผลิตภัณฑ นอยกวา สารตั้งตน C+D [ ] A+B เวลากราฟแสดงความสัมพันธที่ภาวะสมดุลเมื่อความเขมขนของสารผลิตภัณฑ มากกวา สารตั้งตน การแสดงกราฟสมดุลของระบบในแงความเขมขนไมจําเปนตองเขียนความสัมพันธระหวางความเขมขนของสารทุกตัวกับเวลา อาจเขียนพิจาณาแคสารใดสารหนึ่ง นายสาโรจน บุญเส็ง
  8. 8. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 89. ภาวะสมดุลกับตัวเรงปฏิกิริยา หากนําตัวเรงใสเขาไปในปฏิกิริยาที่สามารถเกิดภาวะสมดุลไดและปฏิกิริยาขณะนันยังไม ้เขาสูสมดุล ตัวเรงจะเรงใหเขาสูภาวะสมดุลไดเร็วขึ้น โดยจะเรงใหปฏิกริยาไปขางหนาและ ิปฏิกิริยายอนกลับใหเทากัน แตถาภาวะนันเขาสูสมดุลแลวตัวเรงปฏิกิริยาจะไมมีผลตอระบบ  ้10. สมดุลเอกพันธและสมดุลวิวิธพันธ (Homogeneous and heterogeneousequilibrium)สมดุลเอกพันธคือสมดุลที่มีสามตั้งตนและผลิตภัณฑทกชนิดมีวฏภาคเดียวกันสวนสมดุลที่มีวฏภาค ุ ั ัตางกันตั้งแต 2 ชนิดเรียกวาสมดุลวิวิธพันธตัวอยางสมดุลวิวิธพันธไดแกสภาวะระหวางน้ําในสถานะของเหลวกับน้ําในสถานะไอ H2O(l) H2O(g)เลอชาเตอริเอ (Lechatelier) กลาวไววา ระบบใดก็ตามที่เขาสูภาวะสมดุล หากระบบถูกระกวน ดวยภาวะตางๆ (ความเขมขน อุณหภูมิ หรือ ความดัน) จะทําใหระบบที่เขาสูสมดุลนั้นเสียไป แตระบบจะพยายามปรับสภาวะใหเขาสูสมดุลอีกครั้ง แตจะไมเหมือนสมดุลครั้งแรกเชน จากปฏิกริยา A + B ิ C + D ซึ่งอยูในภาวะสมดุลถาเปลี่ยนความเขมขนของสารตัวหนึ่งตัวใดของระบบจะทําใหสมดุลเปลี่ยนถาเพิ่ม [A] จะทําใหสมดุลเปลี่ยนทิศทาง เพื่อลดความเขมขนของ A ตามหลักเลอชาเตอริเอสมดุลเปลี่ยนจากซายไปขวา ที่สมดุลใหม [A] เพิ่มขึ้น [B] ลดลง [C] และ [D] เพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม เวลา สมดุลเกา สมดุล นายสาโรจน บุญเส็ง
  9. 9. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 9ถาลด [A] จะทําใหสมดุลเปลี่ยนทิศทาง เพื่อเพิ่มความเขมขนของ A ตามหลักเลอชาเตอริเอสมดุลเปลี่ยนจากขวาไปซาย ที่สมดุลใหม [A] ลดลง [B] เพิ่มขึ้น [C] และ [D] ลดลง เมื่อเทียบกับสมดุลเดิม เวลา สมดุลเกา สมดุล11. คาคงที่สมดุลกับสมการเคมีกําหนดใหปฏิกิริยาเคมีคือ aA + bB cC + dDเมื่อเขียนคาคงที่สมดุล (K) จะไดความสัมพันธดังนี้ [C]c [D]d K= ... (1) [A]a [B]b หากมีการเปลียนแปลงสมการเคมี เชนกลับสมการจากสารตั้งตนเปนสารผลิตภัณฑหรือ ่จํานวนโมลของสมการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ก็จะมีผลตอคาคงที่สมดุลใหมดวย ดังตัวอยาง กรณีที่ 1. ถากลับสมการจากสารตั้งตนเปนสารผลิตภัณฑคาคงที่สมดุลใหมจะเปนสวนกลับกับคาคงที่เดิมเชน A+B C+D … K1 [C][D]คาคงที่สมดุลคือ K1 = [A][B]ถากลับสมการ C+D A+B … K2คาคงที่สมดุลคือ K 2 = [A][B] [C][D] นายสาโรจน บุญเส็ง
  10. 10. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 10 1จะเห็นไดวา K2 = K1กรณีที่ 2. ถานําสมการเคมีมารวมกันจะสงผลตอคาคงที่เดิม คาคงที่ใหมจะเทากับคาคงที่ของปฏิกิริยาแรกคูณดวยคาคงทีของปฏิกิริยาที่สองเชน ่ A+B C+D … K1เขียนคาคงที่สมดุลได K 1 = [C][D] [A][B] E+F G+B … K2เขียนคาคงที่สมดุลได K 2 = [G][B] [E][F]เมื่อรวมสมการเคมีจะได A+E+F C+D+Gเขียนคาคงที่สมดุลได K 3 = [C][D][G] [A][E][F]จะเห็นไดวา K 1 × K 2 = [C][D][G] = K 3 [A][E][F]กรณีที่ 3. ถานําจํานวนเต็มใดๆ (n = 1, 2, 3, …) คูณเขาไปในสมการจะพบวา คาคงที่ใหมเทากับคาคงที่เดิมกําลัง n เชน A+B C+D … K1เขียนคาคงที่สมดุลได K 1 = [C][D] [A][B]เอาสองคูณทั้งสมการจะได 2A + 2B 2C + 2D … K2 2 2เขียนคาคงที่สมดุลได K 2 = [C] 2[D]2 [A] [B]จะเห็นไดวา K 2 = K 12 นายสาโรจน บุญเส็ง
  11. 11. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 11ดังนั้นสรุปไดวา 1) ถากลับสมการคา K จะกลับเศษเปนสวน 2) ถานําสมการมารวมกันคา K จะนํามาคูณกัน 3) ถาเอาเลขคูณทั้งสมการคา K นํามายกกําลังตัวอยาง จงหาคา K ของปฏิกิริยาตอไปนี้ A+B C+D --- K1 G+B E+F --- K2 A+E+F C+D+GK = ………………………ตัวอยาง คาคงที่สมดุลของปฏิกิริยา 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) เทากับ 1× 1012คาคงที่สมดลุของปฏิกิริยา NO(g) + 1/2O2(g) NO2(g) เทากับเทาใดK = …………………………………………….12. การหาคาคงที่ Kมีทั้งหมด 4 แนวทาง 1) ใหหา คาคงทีสมดุล โดยกําหนดความเขมขนใหทกคา ่ ุ 2) ใหหาคาคงที่สมดุล โดยกําหนดความเขมขนใหบางคา สวนคาที่เหลือหาจากสมการ เคมี 3) กําหนดคาคงที่สมดุลให และหาความเขมขนของสารแตละตัว 4) การหาคา K เมื่อมีการรบกวนสมดุลคา K ที่นํามาคิด คิดเฉพาะสารที่เปน aqueous และ gas เทานั้นตัวอยาง 12.1 จากปฏิกิริยา A(s) + 2B(g) + 2C(g) 4D(g) + 6E(s) + F(g) ที่ภาวะสมดุลในภาชนะ 5 ลิตรซึ่งมีสารตางๆ ดังนี้ A = 15 mol, B = 5 mol, C = 10 mol,D = 20 mol, E = 5 mol และ F = 5 mol จงหาคา K นายสาโรจน บุญเส็ง
  12. 12. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 12ตัวอยาง 12.2 จากปฏิกิริยาเคมีตอไปนี้ N2O4(g) 2NO2(g) ที่ภาวะสมดุลพบวาความเขมขนของ N2O4 มีคาเทากับ 4.50 × 10 mol/dm และ ความเขมขนของ NO2 เทากับ -2 31.61 × 10-2 mol/dm3 จงคํานวณหาคา K ของปฏิกิริยานี้ตัวอยาง 12.3 3.0 โมลของ SO2 และ 1.50 โมลของ O2 บรรจุอยูในภาชนะ 2.0 dm3 ที่อุณหภูมิ 1350 K จากการทดลองพบวาที่ภาวะสมดุลมี O2 0.90 โมล จงคํานวณหาคาคงที่สมดุลของปฏิกิริยา 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)ตัวอยาง 12.4 1.24 โมลของ H2 และ 5.08 โมลของ N2 บรรจุอยูในภาชนะ 10 dm3 ที่400 ๐C เมื่อถึงภาวะสมดุลมี NH3 0.159 โมลเกิดขึน จงคํานวณหาคา K สําหรับปฏิกิริยา ้ N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) นายสาโรจน บุญเส็ง
  13. 13. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 13ตัวอยาง 12.5 การทดลองในการสันดาปใน combustion chamber ที่ 1800 K ความเขมขนเริ่มตนของ N2 และ O2 เทากับ 2.2 และ 0.060 mol/dm3 ตามลําดับคาคงที่สมดุลของปฏิกริยา ิ N2(g) + O2(g) 2NO(g)เทากับ 1.2 × 10-4 ที่ 1800 K จงคํานวณหาความเขมขนของ N2, O2 และ NO ที่ภาวะสมดุลตัวอยาง 12.6 จากการเผา PCl5 0.08 โมล ในภาชนะ 2 ลิตรใหความรอน 250 ๐C รอใหถึงภาวะสมดุลพบวาจะให Cl2(g) 0.05 โมล จงคํานวณหาคาคงที่สมดุลของปฏิกิริยาที่ 250 ๐Cตัวอยาง 12.7 ปฏิกิริยา A(g) + B(g) C(g) + D(g) ถาอุณหภูมิที่ 25๐C ปริมาตร1 ลิตรมีกาซ A, B, C และ D อยู 2, 2, 1 และ 1 โมลตามลําดับถารบกวนสมดุลโดยการเติม Aลงไปโดยไมเปลี่ยนอุณหภูมิพบวาเมื่อระบบเขาสูสมดุลใหมจะมีกาซ B เหลืออยู 1.5 โมล อยาก ทราบวาเติมกาซ A ลงไปกี่โมล นายสาโรจน บุญเส็ง
  14. 14. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 1412. การเปลี่ยนแปลงภาวะสมดุล อิทธิพลที่มีตอภาวะสมดุลของระบบและสามารถทําใหสมดุลของระบบเปลี่ยนไปมีดังนี้ 1) ความเขมขน 2) ความดัน 3) อุณหภูมิ 1) ความเขมขนกับการเปลี่ยนภาวะสมดุล จะสงผลใหสมดุลเกิดการเปลี่ยนแปลงแลวเกิดสมดุลใหมเกิดขึ้นตัวอยางเชนการทดปฏิกิริยาระหวาง Fe(NO3)3 กับสารละลาย NH4SCN เมื่ออยูในระบบสมดุลเขียนสมการไดดังนี้ Fe3+(aq) + SCN-(aq) FeSCN2+(aq) สีเหลืองออน ไมมีสี สีแดง เมื่อเติมสารละลาย Fe(NO3)3 ลงไปในระบบที่สมดุลแลวความเขมขนของ Fe3+ ในระบบเพิ่มขึ้นจะพบวาสารละลายผสมมีสีแดงเขมขึ้นแสดงใหเห็นวาระบบเกิดการปรับตัวโดยมีFeSCN2+ ไอออนเกิดเพิ่มขึ้นและในที่สุดสีคงทีอีกครั้ง แสดงวาระบบเขาสูสมดุลอีกครั้ง เมื่อเติมสารละลาย NH4SCN จะทําใหความเขมขนของ SCN- ไอออนในระบบเพิมขึ้น ่สารละลายผสมจะมีสีแดงเขมขึ้นแสดงวามี FeSCN2+ เพิ่มขึ้นไอออนเกิดเพิ่มขึ้นตอมาสีจะคงที่แสดงวาระบบเขาสูสมดุลอีกครั้งตัวอยางที่ 12.1 จงทํานายการดําเนินไปของปฏิกิริยาเมื่อรบกวนสมดุลวาทิศทางไปทางไหนเพื่อปรับเขาสูสมดุลใหม 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2เติม Fe(NO3)3 สมดุลเลื่อนไปทาง ……………………เติม Pb(NO3)3 สมดุลเลื่อนไปทาง ……………………เติม KI สมดุลเลื่อนไปทาง ……………………เติม AgNO3 สมดุลเลื่อนไปทาง ……………………เติม LiI สมดุลเลื่อนไปทาง …………………… นายสาโรจน บุญเส็ง
  15. 15. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 15ตัวอยางที่ 12.2 A + 3B 2Cถาเพิ่มความเขมขนของ A ลงไปจงวาดกราฟแสดงภาวะสมดุลใหม A[] B C เวลาแตเมื่อลดความเขมขนของ C กราฟสมดุลใหมจะเปนอยางไร A [] B C เวลาในกรณีที่เปนปฏิกิริยาจําพวกกรดเบส- ถาเติมกรดหรือเกลือที่เปนกรดเปรียบเสมือนเติม H+- ถาเติมเบสหรือเกลือที่เปนเบส เปรียบเสมือนเติม OH- 2) ความดันกับการเปลี่ยนภาวะสมดุล จะมีผลเฉพาะกาซหรือไอเทานัน ระบบจะเขาสู ้สมดุลเมื่อถูกรบกวนตามหลักของเลอชาเตอลิเอ โดยอาศัยกฎของบอยล (Boyle’s law): Vα 1 Pและกฎของอาโวกาโดร: V α n ถารบกวนสภาวะสมดุลโดยการเพิ่มความดันของระบบ ระบบจะปรับตัวไปในทางทีจะลด่ความดันของตัวเอง โดยการลดจํานวนโมลของแกส คือเกิดปฏิกิริยาจากดานที่มแกสมากไปยังดาน ีที่มีแกสนอย แลวเขาสูสมดุลใหม นายสาโรจน บุญเส็ง
  16. 16. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 16 แตถารบกวนภาวะสมดุลโดยการลดความดันของระบบ ระบบจะปรับตัวไปในทางทีจะ ่เพิ่มความดันของตัวเอง โดยการเพิ่มจํานวนโมลของแกส คือเกิดปฏิกริยาจากดานทีมแกสนอยไปยัง ิ ่ ีดานที่มีแกสมาก แลวเขาสูภาวะสมดุลใหม ดังนั้นสามารถสรุปไดดังนี้ถาเพิ่มความดันสมดุลจะเลื่อนไปทางโมลนอย และ ถาลดความดันสมดุลจะเลื่อนไปทางโมลมากแตถาจํานวนโมลเทากันเมื่อเปลี่ยนความดันระบบจะเขาสูภาวะสมดุลใหมโดยไมมการปรับตัว ีเชน 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 3 mol 2 molถาเพิ่มความดันระบบจะปรับตัวเขาสูสมดุลโดยเลื่อนไปทางโมลนอย นั้นคือเลื่อนจากซายไปขวาถาลดความดันระบบจะปรับตัวเขาสูสมดุลโดยเลื่อนไปทางโมลมาก นั้นคือเลื่อนจากขวาไปซายตัวอยางที่ 12.3 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g) • เพิ่มความดันสมดุลเลื่อนไปทาง……………………….. • ลดความดันสมดุลเลื่อนไปทาง………………………… • ถาตองการใหสมดุลเลื่อนจากซายไปขวา (สมดุลเลื่อนไปขางหนา) ตองลดหรือเพิ่มความ ดัน………………..ถาเพิ่มความดันใหระบบจะไดกราฟที่สมดุลใหมเปนเชนไร CO ความเขมขน O2 CO2 เวลา นายสาโรจน บุญเส็ง
  17. 17. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 17ถาลดความดันใหระบบจะไดกราฟที่สมดุลใหมเปนเชนไร CO ความเขมขน O2 CO2 เวลา 3) อุณหภูมิกบการเปลี่ยนภาวะสมดุล อุณหภูมิมีผลตอสมดุลเคมีวาดําเนินไปขางหนาหรือ ัยอนกลับตองพิจารณากอนวาปฏิกิรยาเคมีนั้นเปนดูดหรือคายความรอน หากปฏิกิรยาเปนปฏิกรยา ิ ิ ิิดูดความรอน เมื่อเพิ่มอุณหภูมิจะสงผลใหระบบดําเนินไปขางหนามากขึนแตหากลดอุณหภูมิจะ ้สงผลใหปฏิกิริยาเกิดยอนกลับ ในทางกลับกันหากเปนปฏิกิริยาคายความรอนหากลดอุณหภูมิจะสงผลใหปฏิกิริยาดําเนินไปขางหนา แตเมือเพิ่มอุณหภูมปฏิกิริยาจะเกิดยอนกลับ ่ ิตารางพิจารณาปฏิกิริยาวาดูดหรือคายความรอนปฏิกิริยาดูดความรอน(Endothermic ปฏิกิริยาคายความรอน (Exothermicreaction) reaction)A + B + 100 kJ C+D A + B - 100 kJ C+DA+B C + D - 100 kJ A+B C + D + 100 kJA+B C+D ΔH เปนบวก A + B C+D ΔH เปนลบA+B C + D - heat A+B C + D + heatA + B + heat C+D A + B - heat C+DA C+D A+B Cตัวอยาง 12.4 จากสมการ N2O4(g) + 92 kJ 2NO2(g)หากเพิ่มอุณหภูมิปฏิกิริยาจะปรับเขาสูภาวะสมดุลโดย…………………….. นายสาโรจน บุญเส็ง
  18. 18. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 18ตัวอยาง 12.5 จากสมการ 2CO2 2CO + O2 จงทํานายกราฟหลังจากรบกวนระบบถาเพิ่มอุณหภูมิใหแกระบบ CO ความเขมขน O2 CO2 เวลาถาลดอุณหภูมแกระบบ ิ CO ความเขมขน O2 CO2 เวลา13 การใชหลักของเลอชาเตอริเอในอุตสาหกรรม ในการผลิตทางดานอุตสาหกรรมผูลงทุนจะตองทําการผลิตและเลือกใชวิธีผลิตในการเปลี่ยนวัตถุดิบเพื่อใหไดผลิตภัณฑมากที่สด ในการผลิตกาซแอมโมเนียมีปฏิกิรยาดังนี้ ุ ิN2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + 92 kJ นายสาโรจน บุญเส็ง
  19. 19. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 19จากปฏิกิริยาถาอาศัยหลักของเลอชาเตอลิเอเพื่อใหไดกาซมาก ๆ ทําไดดังนี้ 1) ลดอุณหภูมิ 2) เพิ่มความดัน 3) เพิ่มความเขมขนของสารตั้นและลดความเขมขนของสารใหม แตในทางปฏิบัติจะใชหลักของเลอชาเตอริเอ เพียงอยางเดียวไมไดในทางอุตสาหกรรมจะตองคํานึงถึงเวลาและเงินทุนดวย จากการทดลองพบวาภาวะทีพอเหมาะคืออุณหภูมิที่เหมาะสมประมาณ 500๐C และใชตัวเรง ่ปฏิกริยาดวย ซึ่งตัวเรงปฏิกริยาที่เหมาะสมคือเหล็ก ิ ิ ปฏิกิริยาการเติม H2 ปฏิกิริยาการเติม H2 และการดึง NH3 นายสาโรจน บุญเส็ง
  20. 20. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 20ตัวอยางที่ 13.1 การเตรียมกาซซัลเฟอรไตรออกไซด (SO3) เพื่อใชเปนสารตั้งตนในการเตรียมกรดซัลฟวริก โดยการนํากาซซัลเฟอรไดออกไซด (SO2) มาทําปฏิกิริยากับกาซออกซิเจนดังสมการ 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)ซึ่งปฏิกิริยานี้เปนปฏิกิริยาคายความรอน จงใชหลักเลอชาเตอลิเอเพื่อใหไดผลิตภัณฑปริมาณมาก แบบฝกหัดเพิมเติมเรื่อง สมดุลเคมี ่1. จงหาคา K ของสมการตอไปนี้ ในกรณีที่เกียวกับกาซ ใหหาทั้ง Kp และ KC และเขียน ่สมการแสดงความสัมพันธของ KP กับ KC ดวย ก. 2NOCl(g) 2 NO (g) + Cl2 (g) ข. COCl2(g) CO (g) + Cl2 (g) ค. NO(g) ½ N2 (g) + ½ O2 (g) ง. Zn (s) + CO2(g) ZnO (s) + CO (g) จ. MgSO4(s) MgO (s) + SO3 (g)……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………… นายสาโรจน บุญเส็ง
  21. 21. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 21……………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….2. สมการของปฏิกิริยา CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) ที่อุณหภูมิ 800 °Cความดันของ CO2 เทากับ 0.236 atm จงคํานวณ (ก) KP (ข) KC ที่อุณหภูมินี้……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….3. แอมโมเนียมคารบาเมต ( NH4CO2NH2 ) สลายตัวดังสมการNH4CO2NH2 (s) 2NH3 (g) + CO2 (g) ตอนเริ่มตนปฏิกิริยามีแอมโมเนียมคารบาเมตที่เปนของแข็งเพียงอยางเดียว และเมื่ออุณหภูมิ40°C พบวามีความดันของกาซ (NH3 และ CO2) เทากับ 0.363 atm จงคํานวณหาคาคงที่สมดุล (KP)……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….4.ที่ภาวะสมดุล คา KC ของสมการ H2 (g) + CO2 (g) H2O (g) + CO (g)เทากับ 4.2 ที่อุณหภูมิ 1650 ° C เมื่อเริ่มตนปฏิกิริยานํา CO2 0.8 โมล ฉีดเขาไปในภาชนะขนาด 5 ลิตร ที่มี H2 อยู 0.80 โมล จงคํานวณหาความเขมขนของสารตั้งตนและสารผลิตภัณฑที่ภาวะสมดุล……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………. นายสาโรจน บุญเส็ง
  22. 22. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 225. จงเติมคําวา “เพิ่มขึ้น” “ลดลง” หรือ “ไมเปลี่ยนแปลง” ถามีการรบกวนสมดุลของปฏิกิริยาตอไปนี้ลงในชองวางใหถกตอง ูH2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g) + 68 kJการเปลี่ยนแปลง [Cl2] [HCl] Kเติม H2 ลงไปเพิ่มอุณหภูมใหกับระบบ ิเพิ่มปริมาตรใหกับระบบ6. ปฏิกิริยาการเตรียมแอมโมเนีย N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) ปฏิกิริยานี้เปนปฏิกริยาดูดความรอน ในอุตสาหกรรมตองการใหไดผลิตภัณฑมากทีสุดคือปฏิกิริยาเลื่อนจากซาย ิ ่ไปขวา อาศัยความรูเรื่องหลักของเลอชาเตอลิเอในการทําใหได NH3 มาก ๆ สามารถทําไดโดย……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………. นายสาโรจน บุญเส็ง
  23. 23. สาขาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ สมดุลเคมี / 23ในทางปฏิบัตจริงไดมีการเปลี่ยนแปลงสภาวะตาง ๆ ใหนักเรียนเติมขอดีและขอเสียของการ ิเปลี่ยนแปลงนัน ๆ ลงในตาราง ้สภาวะ การเปลี่ยนแปลง ขอดี ขอเสียอุณหภูมิ สูง …………………… …………………… …………………… …………………… ต่ํา ……………… ……………….ความดัน สูง …………………… …………………… …………………… …………………… ต่ํา ……………… ………………ในอุตสาหกรรมเลือกใชอุณหภูมท……………….. ความดันที……………………… ิ ี่ ่และเมื่อเติมตัวเรงปฏิกิริยาจะมีผลตอสมดุลเคมีหรือไม…………………………… นายสาโรจน บุญเส็ง

×