1

สมดลเคม

2

สมดลเคม (Chemical Equilibrium)

ปฏกรยาเคมบางปฏกรยาทด าเนนไปทศทางเดยวคอจากสารตงตนเปลยนแปลงไปเปนผลตภณฑและเกดขนอยางสมบรณ

ปฏกรยาทผนกลบไมได (Irreversible reaction)

บางปฏกรยาไมด าเนนไปจนเสรจสมบรณ สารตงตนไมไดเปลยนไปเปนผลตภณฑทงหมด และผลตภณฑสามารถเปลยนมาเปนสารตงตนได ปฏกรยาเชนนเรยกวาปฏกรยาทผนกลบได (Reversible reaction)

3

ปฏกรยาทผนกลบได (Reversible reaction)

4

1. ภาวะสมดล

ทภาวะสมดลจะมทงสารทเขาท าปฏกรยา (reactant) และ ผลผลต (product) ภาวะสมดล (equilibrium state) เกดขนเมออตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา (forward reaction ) เทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบ (reverse reaction )

ถาปฏกรยาเปลยนไปขางหนาและยอนกลบเกดขนตลอดเวลา เรยกวา สมดลพลวตหรอสมดลไดนามก (dynamic equilibrium) เขยนแทนดวยลกศรไป-กลบ

5

1.1 ภาวะสมดลระหวางสถานะ

6

1.2 ภาวะสมดลในสารละลาย

7

1.3 ภาวะสมดลในปฏกรยาเคม

ทภาวะสมดล ความเขมขนของสารตางๆ มคาคงท ถงแมวาปฏกรยายงคงด าเนนไป

ในปฏกรยาใดจะเกดสมดลไดจะตอง 1. เกดในระบบปด 2. มสมดลไดนามก 3. ยงมสารตงตนเหลออย 4. ระบบสามารถเขาสสมดลไดไมวาจะเรมตนจากไปขางหนาหรอยอนกลบ 5. เกดการเปลยนแปลงทผนกลบได 6. ความเขมขน, ความดน และ อณหภมมผลตอภาวะสมดล

8

2. การด าเนนเขาสภาวะสมดลของระบบ

การด าเนนเขาสสภาวะสมดลของระบบไมขนอยกบทศทาง ไมวาจะเรมจากการเปลยน แปลงไปขางหนาหรอเรมจากการเปลยนแปลงยอนกลบ เมอระบบเขาสสมดล ภาวะสมดลทเกดขนจะมลกษณะเหมอนกนทกประการ

การเขยนกราฟแสดงการเกดภาวะสมดล

1. กราฟแสดงความสมพนธระหวางอตราการเกดปฏกรยากบเวลา

9

2. เขยนกราฟแสดงความสมพนธระหวางความเขมขนของสารกบเวลา

10

3. คาคงทสมดล

“ ส าหรบ ปฏกรยาทผนกลบไดทภาวะสมดลผลคณของความเขมขนของสารผลตภณฑ เมอหารดวยผลคณของความเขมขนของสารตงตนทเหลอ โดยทความเขมขนของสารแตละชนด ยกก าลงดวยเลขสมประสทธบอกจ านวนโมลของสารในสมการทดลแลวจะมคาคงทเสมอเมออณหภมคงท”

ทภาวะสมดล equilibrium constant Kc

11

หากภาวะสมดลทเกดขนในปฏกรยาทมสารอยในวฏภาคเดยวกนทงหมดจะเรยกวา สมดลเอกพนธ (Homogeneous reaction) ส าหรบปฏกรยาทเกดขนทสารตงตนและสารผลตภณฑมวฏภาคแตกตางกนเรยกวา สมดลววธภณฑ (Heterogeneous reaction)

4

ไมตองน าความเขมขนของสารท เปนของแขงหรอของเหลวบรสทธ มาเขยนไวในอตราสวนทแสดงคาคงทเพราะวา................................

12

ขอสงเกตเกยวกบคาคงทของสมดล (K)

คา K ขนอยกบอณหภม คอ เมออณหภมคงทคา K กจะคงทแตถาอณหภมเปลยนคา K กจะเปลยนดวย ดงนนเมอกลาวถงคา K ตองอางอณหภมเสมอ

13

แสดงความสมพนธระหวางคา K1 และ K2 คอ

14

กรณท 2 เกดขนหลายขนตอน ถาปฏกรยายอยๆบวกกนแลวเปนปฏกรยารวม

15

ตวอยาง 1 ทอณหภม 700 องศาเซลเซยส จากปฏกรยายอยตอไปนจงหาปฏกรยารวม และเขยนสมการแสดงคา Kc

16

กรณท 3 ถาน าคาคงทมาคณทงสมการ คา K ใหมทไดจะน ามายกก าลง K เดม

ตวอยาง 2 จงเขยนสมการแสดงคา Kc เมอเพมความเขมขนของสารตงตนในปฏกรยาตอไปนเปนสองเทา

17

ตวอยาง 2 จงเขยนสมการแสดงคา Kc เมอเพมความเขมขนของสารตงตนในปฏกรยาตอไปนเปนสองเทา

18

ความสมพนธในรปแบบตาง ๆ ของสมการเคม ทมตอคาคงทสมดล K

19

ตวอยาง 3 ปฏกรยา H2 (g) + Br2 (g) 2HBr (g), K=8.1x1011

20

ตวอยาง 4 จงหาคาคงทสมดลของปฏกรยา

จากขอมลของปฏกรยาของสมดลท 298 K

21

ตวอยางเพม

22

ตวอยางเพม

23

แบบฝกหด สมดลเคม-1

1. ปฏกรยา X + 1

2Y Z มคาคงทสมดลเทากบ 0.25 ท 25 องศาเซลเซยส คาคงทสมดลของปฏกรยา

2Z 2X + Y มคาเทาไรท 25 องศาเซลเซยส

2. ก าหนดใหทอณหภม 25 องศาเซลเซยส ปฏกรยา 1), 2) และ 3) มคาคงทสมดลดงตอไปน 1) A2(g) +

1

2B2(g) A2B(g) K1= a

2) 2BC(g) + B2(g) 2B2C(g) K2 = b

3) A2B(g) + BC(g) A2(g) + B2C(g) K3 = ? 3. การศกษาการเผาไหมของ H2 พบวามการเกดไฮดรอกซลในเปลวไฟดงสมการ H(g) +

1

2O2(g) OH(g) จงใชขอมลตอไปนในการค านวณหาคาคงทสมดลของปฏกรยา

1

2H2(g) H(g) K1 = 1.6 x 10-3

1

2O2(g) +

1

2H2(g) OH(g) K2 = 0.58

4. จงหาคาคงทสมดลจากปฏกรยาตอไปน 2N2O(g) 2N2(g) + O2(g) K1 = a

2N2O4(g) 4NO2(g) K2 = b

N2(g) + 2O2(g) 2NO2(g) K3 = c 2N2O(g) + 3O2(g) 2N2O4(g) K4 = ?

24

ลกษณะโจทยในการค านวณคาคงทสมดล

มทงหมด 4 แนวทาง 1. ใหหาคาคงทสมดลโดยก าหนดความเขมขนใหทกคา 2. ใหหาคาคงทสมดลโดยก าหนดความเขมขนใหบางคา สวนคาทเหลอหาจากสมการเคม 3. ก าหนดคาคงทสมดลให และหาความเขมขนของสารแตละตว 4. การหาคา K เมอมการรบกวนสมดล

25

ตวอยาง 5 ปฏกรยา 2A (aq) + B (s) + C (g) 2D (g) ทภาวะสมดลในภาชนะขนาด 2.0 dm3 ม A

4.0 mol, B 4.0 mol, C 2.0 mol, and D 6.0 mol จงค านวณหาคาคงทสมดลของปฏกรยาน

26

ตวอยาง 6 ทอณหภม 700 องศาเซลเซยส เมอน า N2 จ านวน 2.00 mol มาท าปฏกรยากบ H2 จ านวน 2.00 mol ในภาชนะปด 2.00 ลตร ภาวะสมดลมกาซแอมโมเนย เกดขนจ านวน 1.00 mol จงหาคา Kc

27

ตวอยาง 7 ทอณหภม 200 องศาเซลเซยส

จงหาความเขมขนของ NO โดยทสมดลม [N2]=0.036 M และ [O2]=0.0089 M

28

ตวอยางท 8 แกสไฮโดรเจน 2 mol ท าปฏกรยากบแกสไอโอดน 2 mol ใหแกสไฮโดรเจนไอโอไดดโดยทดลองในภาชนะ 1 L ทอณหภม 450 °C เมอ ถงสมดลจะมแกสแตละชนดเทาใด เมอคา K = 50

29

ประโยชนของคาคงทของสมดล (K)

30

ความเขมขน

ความเขมขน

อธบายกราฟ

อธบายกราฟ

31

สรปตามหลกของเลอชาเตอลเอ

จงเขยนกราฟระหวางความเขมขนกบเวลาเมอระบบปรบเขาสสมดลใหม

32

จงเขยนกราฟระหวางความเขมขนกบเวลาเมอระบบปรบเขาสสมดลใหม

33

ผลของอณหภมตอสมดลเคม

ถาปฏกรยาใด ΔH = 0 อณหภมไมมผลตอภาวะสมดลของระบบ

34

ผลของความดนตอสมดลเคม

ถาจ านวนโมลของกาซทงหมดทางซายของสมการเทากบจ านวนโมลของกาซทงหมดทางขวาของสมการความดน (P) ไมมผลตอภาวะสมดลของระบบ แตมผลตออตราการเกดปฏกรยา

ถาจ านวนโมลของกาซทงหมดทางซายของสมการไมเทากบจ านวนโมลของกาซทงหมดทางขวาของสมการความดนจะมผลตอภาวะสมดลของระบบ

35

ผลของความดนตอสมดลเคม

ตวอยาง

36

37

ประโยชนของหลกเลอชาเตอลเอ

Haber's process การผลตกาซแอมโมเนยในอตสาหกรรม ใชอณหภม 500 °C

ความดน 350 บรรยากาศ โดยม Fe เปนตวเรงปฏกรยา

38

สมดลของปฏกรยาเกยวของกบแกส

ถาสารอยในสถานะกาซการหาความเขมขนจะยงยากกวา ดงนนเพอความสะดวกจะท า การวดความดนมากกวาความเขมขน ดงนนคาคงทสมดลทวดจากความดน คอ Kp

จงเขยนสมการความสมพนธระหวางคา Kc และ Kp

จาก PV = nRT

39

40

ถา KP = 1.05 ท 250 0C ความดนยอย PCl5

= 0.8 atm , PCl3 = 0.4 atm จงหาความดนยอย Cl2

ทสมดล (2500C)

ตวอยาง 9 จากสมดลของ

41

ตวอยาง 10 จากสมดลของ

ถา KP = 4.3 x 10 –4 ท 200 0C จงหาคา KC

42

ตวอยาง 11

43

ตวอยาง 12

44

กลางภาค 2561

ขอสอบปรนย 28 ขอ 25 คะแนน

1.การหาอตราการเกดปฏกรยาเฉลย การเกดปฏกรยาชวงเวลา การเกดปฏกรยาทเวลาหนง ๆ

ขอสอบอตนย 3 ขอ 15 คะแนน

2.กฏอตราการหาอนดบของปฏกรยา เพมหรอลดความเขมขนของสารตงตนปฏกรยาจะเปลยนแปลงกเทา

3.การค านวณหาคา Ea, ∆E

4.ลกษณะของตวเรงปฏกรยา ตวหนวงปฏกรยา

5.การเขยนสมการสมดลเคม ความสมพนธของคา K กบการเปลยนแปลงของสมการ

6.การค านวณหาคา Kp และ Kc ทภาวะสมดล

1.กราฟพลงงาน แสดง Ea, ∆E

2.กราฟการปรบสมดลเมอถกรบกวน ระบทศทางของปฏกรยาเมอสมดลถกรบกวน

45

การท านายทศทางของปฏกรยา

ถาในปฏกรยาทเราพจารณาไมไดอยในภาวะสมดลแตตองการท านายวาปฏกรยา เกดขนในทศทางใด มแนวโนมเปนเชนไร จะพจารณาจากคา Reaction quotient (Qc)

“Qc คอคาทไดจากผลคณความเขมขนของผลตภณฑยกก าลงดวย สมประสทธ แสดงจ านวนโมล ของสารในสมการทดลแลวหารดวยผลคณความเขมขนของตวท าปฏกรยายกก าลงดวยสมประสทธ แสดงจ านวนโมลของสารในสมการทดลแลว”

46

ความเหมอน และความแตกตางระหวางผลหารปฏกรยา (Q) และคาคงทสมดล (K)

47

ตวอยาง 13

48

ตวอยาง 14

49

ตวอยาง 15

50

ตวอยาง 16

51

สมดลของการละลาย (Solubility equilibrium)

สภาพการละลาย (Solubility) ของสาร หมายถงความสามารถของสารทจะละลายในสารอน จนเปนสารละลายอมตว

รป แสดงการละลายน าของซลเวอรคลอไรด

รป แสดงนวในไต

รป แสดงสารละลายอมตวของ CaF2 (McMURRY, Chemistry 4th edition)

52

เมอถงภาวะสมดลหรอในภาวะทสารละลายอมตวแลวอตราการละลายจะเทากบอตราการตกผลกทภาวะนระบบไมไดหยดอยนง ยงคงมการเปลยนแปลงอยทเรยกวาเปนภาวะไดนามก

Ksp (Solubility product constant)

53

เกลอออกเปน 3 ประเภท 1) เกลอทละลายน าได (soluble salt) เปนเกลอทละลายในน า แลวความเขมขนมากกวา 0.1 M 2) เกลอทละลายไมละลายน า (insoluble salt) เปนเกลอทละลายในน า แลวความเขมขน นอยกวา 0.001 M 3) เกลอทละลายนาไดนอย (slightly soluble salt) เปนเกลอทละลายในนา แลวความ เขมขน 0.001-0.1 M

ตาราง แสดงคา Ksp ของสารประกอบตางๆ ทอณหภม 25oC

54

ตวอยาง 17

55

ตวอยาง 18