สมดุลเคมี

แนวความคิดเรื่องสมดุลเคมีและค่าคงที่สมดุล การเขียนค่าคงที่สมดุล ความสัมพันธ์ระหว่างจลน์ศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี ค่าคงที่สมดุลบอกอะไรเราได้บ้าง

ปัจจัยที่มีผลต่อสมดุลเคมี หลักของเลอชาเตอลิเยร์ สมดุลกรด-เบส สมดุลไอออนิก

สมดุลเคมีและการเกิดปฏิกิริยา aA + bB cC + dD ปฏิกิริยาเกิดในภาชนะปิด: ที่ภาวะสมดุล อัตราเร็วของการเกิด ปฏิกิริยาไปข้างหน้า อัตราเร็วของการเกิด ปฏิกิริยาย้อนกลับ = ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มีค่าคงที่

ข้อสังเกต สมดุลกายภาพ(Physical equilibrium ) เป็นสมดุลระหว่างสารชนิดเดียวกันแต่อยู่คนละวัฏภาค เป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การระเหยของน้ำในภาชนะปิด ที่อุณหภูมิคงที่ H2O (l) H2O (g) สมดุลเคมี (Chemical equilibrium) เป็นการเปลี่ยนแปลงทางเคมี สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ เป็นสารคนละชนิด N2O4 (g) 2NO2 (g) ไม่มีสี สีน้ำตาลแดง

เมื่อถึงภาวะสมดุล สมบัติทางกายภาพของระบบไม่เปลี่ยนแปลงต่อไป N2O4 (g) 2NO2 (g) ไม่มีสี น้ำตาลแดง สมบัติทางกายภาพต่าง ๆ ของระบบ เช่น ความเข้มข้น สี ความหนาแน่น และดรรชนีหักเหของสารแต่ละชนิดจะคงที่เมื่ออุณหภูมิคงที่ และจะไม่เปลี่ยนแปลงอีกต่อไปไม่ว่าจะใช้เวลานานเท่าใดก็ตาม

N2O4 (g) 2NO2 (g) ระบบจะเข้าสู่ภาวะสมดุลได้เองไม่ว่าจะเริ่มปฏิกิริยาจากด้านใดก็ตาม เริ่มด้วย NO2 เริ่มด้วย N2O4 เริ่มด้วยNO2& N2O4

สมดุลเคมี มี 2 ชนิด คือ สมดุลเอกพันธ์ (Homogeneous equilibrium) : สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มี phaseเดียวกัน เช่น H2(g) + I2(g) 2HI(g) สมดุลวิวิธพันธ์(Heterogeneous equilibrium) : สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มีหลาย phase เช่น 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) Note :สำหรับของแข็งและของเหลวบริสุทธิ์ จะถือว่ามีความเข้มข้นคงที่เสมอ จึงไม่คิดค่าความเข้มข้นของของแข็งและของเหลวบริสุทธิ์ในการหาค่าคงที่สมดุล

N2O4(g) 2NO2(g) ค่าคงที่

การเขียนค่าคงที่สมดุล (Equilibrium constant:K) โดยทั่วไปค่าคงที่สมดุล Law of mass action “ณ อุณหภูมิคงที่อัตรากาเกิดปฏิกิริยา เป็นปฏิภาคโดยตรงกับมวลของสารที่ทำปฏิกิริยากัน” ถ้าเป็นสมดุลแบบเนื้อเดียวกัน และสารที่ทำปฏิกิริยากันเป็นของแข็ง ของเหลว และสารละลาย ค่า K จะเขียนเป็น Kc (c แทน ความเข้มข้น ในหน่วยโมล/ลิตร) aA + bB cC + dD Kc = [C]c.[D]d [A]a.[B]b โดยทั่วไปค่าคงที่สมดุล ไม่มีหน่วย สูตรนี้ใช้ได้เมื่ออุณหภูมิคงที่ ถ้าอุณหภูมิเปลี่ยนค่า K จะเปลี่ยนด้วยนะ

ถ้าเป็นปฏิกิริยาที่เป็นแก๊ส ค่า K จะเขียนเป็น Kp P แทนความดันในหน่วย atm จะใช้ความดันย่อย แทนความเข้มข้น ดังนี้ aA + bB cC + dD Kp = PcC.PdD PaA.PbB

สรุปความสัมพันธ์ระหว่าง Kp& Kc Kp = Kc(RT)n n = จน.โมลรวมของแก๊สผลิตภัณฑ์–จน.โมลรวมของแก๊สสารตั้งต้น R = ค่าคงที่ของแก๊ส = 0.082 L.atm/K.mol T = อุณหภูมิในหน่วยเคลวิน (K)

การทำนายสมดุล จากสมการ aA + bB cC + dD จะได้ว่า Kc = [C]c.[D]d (ผลิตภัณฑ์น้อย)

ตย.14.1 จงเขียนค่า Kc และ Kp ของปฏิกิริยา (a) HF(aq)+H2O(l) H3O+(aq) + F-(aq) วิธีทำ Kc = [H3O+][ F-] = [H3O+][ F-] [HF] [H2O] [HF] ตัด [H2O] ออกเพราะ เป็นของเหลวบริสุทธิ์ จะถือว่ามี ความเข้มข้นคงที่เสมอ (b) 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g) วิธีทำ Kp = P2NO2 P2NO PO2

จงเขียนค่าสมดุล Kc และKp ของปฏิกิริยาต่อไปนี้ 2N2O5 (g) 4NO2(g) + O2(g) Kc = [NO2]4[O2] [N2O5]2 Kp = P4NO2 PO2 P2N2O5

ตัวอย่าง ในการศึกษาสมดุลเคมีของกระบวนการ ที่ 230oC 2NO(g) + O2 (g) 2NO2(g) ให้ความเข้มข้นที่สมดุล [NO] = 0.0542 M , [O2] = 0.127 M [NO2] = 15.5 M จงคำนวณค่า Kc ของปฏิกิริยานี้ที่ 230oC Kc = [NO2] 2 = (15.5)2 = 6.44x105 [NO]2[O2] (0.0542)2 x (0.127)

Kc = [C]c.[D]d หาค่าที่โจทย์ต้องการ หลักการคิดเรื่องสมดุล คือ ตั้งสมการ เช่น aA + bB  cC + dD ใส่จำนวนโมลสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ตามที่โจทย์ให้ค่า สมมุติจำนวนโมลสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ตามที่โจทย์ถามแล้วใช้ Kc = [C]c.[D]d หาค่าที่โจทย์ต้องการ [A]a.[B]b

แบบฝึกหัด ความเข้มข้นที่สมดุลของปฏิกิริยา CO(g) + Cl2(g) COCl2(g) คือ [CO] = 1.2 x 10-2 M , [Cl2] = 0.054 M และ [COCl2] = 0.14 M จงคำนวณค่าคงที่สมดุล (Kc)

โจทย์ความเข้มข้นที่สมดุลของปฏิกิริยา CO(g)+Cl2(g) COCl2(g) คือ [CO]=1 โจทย์ความเข้มข้นที่สมดุลของปฏิกิริยา CO(g)+Cl2(g) COCl2(g) คือ [CO]=1.2 x 10-2M, [Cl2]=0.054 M และ [COCl2] = 0.14 Mจงคำนวณค่าคงที่สมดุล (Kc) สมการที่ดุลแล้วคือ CO(g) + Cl2(g) COCl2(g) ณ สมดุล 1.2 x 10-2 0.054 0.14 M ดังนั้น Kc= [COCl2] = (0.14) = 2.16x102 [CO].[Cl2] (1.2x10-2)(0.054) ตอบ ค่าคงที่สมดุล = 2.16x102

แบบฝึกหัด ค่าคงที่สมดุล (Kp) ของปฏิกิริยา 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) มีค่าเท่ากับ 158 ที่ 1000 K จงคำนวณ PO2 ถ้า PNO2 = 0.400 atm และ PNO = 0.270 atm

โจทย์ ค่าคงที่สมดุล(Kp) ของปฏิกิริยา 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) จงคำนวณ PO2 ถ้า PNO2= 0.400 atm และ PNO= 0.270 atm วิธีทำ สมการที่ดุลแล้วคือ 2NO2(g) 2NO(g)+O2(g) ความดันย่อย 0.400 0.270 PO2=? ดังนั้น Kp = 158 = PNO 2PO2 = (0.270)2(PO2) PNO22 (0.400)2 PO2= (158) (0.400)2 = 347 atm ans (0.270)2

แบบฝึกหัด สำหรับปฏิกิริยา N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Kp มีค่า 4 แบบฝึกหัด สำหรับปฏิกิริยา N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Kp มีค่า 4.3 x 10-4 ที่ 375oC จงคำนวณ Kc ของปฏิกิริยานี้

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Kpมีค่า 4.3x10-4ที่ 375oC จงคำนวณ Kc สูตร Kp = Kc(RT)n ดังนั้น Kc =Kp/(RT)n n =จน.โมลรวมแก๊สผลิตภัณฑ์–จน.โมลรวมแก๊สสารตั้งต้น = (2)–(1+3)= 2-4 = -2 เปลี่ยนหน่วยอุณหภูมิจาก oC เป็น K ; T = 375+273 = 648 K แทนค่าสูตร Kc = Kp = 4.3 x 10-4 = 1.21 ans (RT)n (0.082 . 648)-2

สมดุลเคมี มี 2 ชนิด คือ สมดุลเอกพันธ์ (Homogeneous equilibrium) : สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มี phaseเดียวกัน เช่น แก๊สทั้งหมด หรือ เป็นสารละลายเนื้อเดียวกัน เช่น H2(g) + I2(g) 2HI(g) สมดุลวิวิธพันธ์(Heterogeneous equilibrium) : สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มีหลาย phase เช่น อาจเป็นของเหลวไม่ผสมกันระหว่างของแข็งกับของเหลว หรือของแข็งกับแก๊ส หรือของเหลว กับแก๊สในระบบปิด เช่น 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) Note : สำหรับของแข็งและของเหลวบริสุทธิ์ จะถือว่ามีความ เข้มข้นคงที่เสมอ จึงไม่คิดค่าความเข้มข้นของของแข็งและ ของเหลวบริสุทธิ์ในการหาค่าคงที่สมดุล

ไม่คิดความเข้มข้นของของแข็ง ในการหา การเขียนค่าคงที่สมดุล กรณีเป็นสมดุลแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน หรือสมดุลวิวิธพันธ์ ปฏิกิริยาที่สารต้นและผลิตภัณฑ์อยู่คนละวัฏภาคกัน CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) Kc‘ = [CaO][CO2] [CaCO3] [CaCO3]=ของแข็ง=ค่าคงที่, [CaO]=ของแข็ง=ค่าคงที่ Kc = [CO2] Kp = PCO2 ไม่คิดความเข้มข้นของของแข็ง ในการหา ค่าคงที่สมดุล....

ตัวอย่าง จงเขียนสมการแสดงค่าคงที่สมดุล Kc และ/หรือ Kp สำหรับระบบวิวิธพันธ์ ต่อไปนี้ (ก) (NH4)2Se (s) 2NH3(g) + H2Se(g) (ข) AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) (ค) P4(s) + 6Cl2(g) 4PCl3(l)

(ก) (NH4)2Se(s) 2NH3(g) + H2Se(g) แนวคิด ถือว่าของแข็งมีความเข้มข้นคงที่เสมอ ไม่คิดค่าความเข้มข้นของของแข็งในการหาค่าคงที่สมดุล ดังนั้น Kc = [NH3]2[H2Se] Kp = P2NH3PH2Se

(ข) AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) แนวคิด ถือว่าของแข็งมีความเข้มข้นคงที่เสมอ ไม่คิดค่าความเข้มข้นของของแข็งในการหาค่าคงที่สมดุล ดังนั้น Kc = [Ag+][Cl-]

(ค) P4(s) + 6Cl2(g) 4PCl3(l) แนวคิด ถือว่าของแข็ง P4(s) และ ของเหลวบริสุทธิ์ PCl3(l) มีความเข้มข้นคงที่เสมอ ไม่คิดค่าความเข้มข้นของของแข็งและของเหลวบริสุทธิ์ในการหาค่าคงที่สมดุล ดังนั้น Kc = 1 [Cl2]6 Kp = 1 P6Cl2

แบบฝึกหัด จงเขียนสมการแสดงค่าคงที่สมดุล Kc และ Kp สำหรับปฏิกิริยา Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g)

จงเขียนสมการแสดงค่าคงที่สมดุล Kc และ Kp สำหรับปฏิกิริยา Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) แนวคิด ถือว่าของแข็ง Ni(s) มีความเข้มข้นคงที่เสมอ ไม่คิดค่าความเข้มข้นของของแข็งในการหาค่าคงที่สมดุล ดังนั้น Kc = [Ni(CO)4] [CO]4 Kp = P Ni(CO)4 P4CO

แบบฝึกหัด จงพิจารณาสมดุลต่อไปนี้ ที่ 295 K NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g) ถ้าความดันย่อยของแก๊สทั้งสองชนิดเท่ากับ 0.265 atm จงคำนวณค่า Kp และ Kc ของปฏิกิริยา

จงพิจารณาสมดุลต่อไปนี้ ที่ 295 K NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g) ถ้าความดันย่อยของแก๊สทั้งสองชนิดเท่ากับ 0.265 atm จงคำนวณค่า Kp และ Kc ของปฏิกิริยา Kp = PNH3. PH2S = 0.265 x 0.265 = 0.0702 จากสูตร Kp = Kc(RT)n  Kc = Kp/(RT)n n = (1+1)–(0)=2 , R = 0.082 , T = 295 K Kc = Kp/(RT)n = 0.0702 / (0.082 x 295)2 =1.2x10-4 Kp = 0.0702 และ Kc = 1.2x10-4 ans

ค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยารวม = ผลคูณของค่าคงที่ปฏิกิริยาย่อยทั้งหมด สมดุลแบบรวม หรือสมดุลแบบพหุ A + B C + D Kc/ = [C][D] [A][B] C + D E + F Kc// = [E][F] [C][D] A + B E + F Kc = [E][F] จะได้ว่า Kc = Kc/ x Kc// ถ้าปฏิกิริยาเขียนได้ด้วยผลรวมของปฏิกิริยาย่อย แล้ว ค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยารวม = ผลคูณของค่าคงที่ปฏิกิริยาย่อยทั้งหมด

รูปแบบของค่า K และสมการเคมีที่ภาวะสมดุล : มีกฎ 2 ข้อที่เกี่ยวกับการเขียนสมการแสดงค่าสมดุล คือ 1. เมื่อสมการเคมีของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ เขียนกลับข้างค่าคงที่สมดุลเป็นส่วนกลับของค่าคงที่สมดุลเดิม 2. ค่า K ขึ้นกับวิธีดุลสมการ

1. เมื่อสมการเคมีของปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ เขียนกลับข้าง ค่าคงที่สมดุลเป็นส่วนกลับของค่าคงที่สมดุลเดิม N2O4 (g) 2NO2 (g) Kc = [NO2]2 = 4.63 x 10-3 [N2O4] 2NO2 (g) N2O4 (g) Kc/ = [N2O4] = 1 = 1 = 216 [NO2]2 Kc 4.63 x 10-3 สรุป Kc = 1/Kc’ หรือ Kc Kc’ = 1

2. ค่า K ขึ้นกับวิธีดุลสมการ ดุลแบบที่ 1 N2O4 (g) 2NO2 (g) Kc = [NO2]2 = 4.63 x 10-3 [N2O4] ดุลแบบที่ 2 ½ N2O4 (g) NO2 (g) Kc’ = [NO2] = = = 0.0680 [N2O4]1/2 สรุป ถ้าดุลสมการต่างกันค่า K ที่ได้จะต่างกันด้วย (เป็นยกกำลังของค่าเดิม) เพราะ K มาจากการนำ สปส. ของสารตั้งต้นและมายกกำลัง ดังนั้น จึงระบุไว้ว่าถ้าจะเขียนค่า K ต้องระบุสมการแสดง สมดุลด้วย

ตัวอย่าง 14.7 ปฏิกิริยาการผลิตแอมโมเนีย ดังนี้ (a) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) (b) ½ N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g) (c) 1/3 N2(g) + H2(g) 2/3 NH3(g) จงเขียนสมการแสดงค่าคงที่สมดุลของสมการ (ใช้ความเข้มข้น หน่วย โมล/ลิตร (d) ค่าคงที่สมดุลเหล่านี้มีความสมพันธ์กันอย่างไร

(a) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Ka = [NH3]2 / [N2][H2]3 ans (b) ½ N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g) Kb = [NH3] / [N2]1/2[H2]3/2 ans (c) 1/3 N2(g)+H2(g) 2/3 NH3(g) Kc = [NH3]2/3 / [N2]1/3[H2] ans (d) ค่าคงที่สมดุลเหล่านี้มีความสมพันธ์กันอย่างไร Ka = Kb2 , Ka = Kc3 , Kb2 = Kc3 หรือ Kb = Kc2/3 ans

แบบฝึกหัด จงเขียนสมการแสดงค่าคงที่สมดุล (Kc) สำหรับปฏิกิริยาต่อไปนี้ และหาความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่ที่ได้ (a) 3O2(g) 2O3(g) (b) O2(g) 2/3 O3(g)

แบบฝึกหัด (a) 3O2(g) 2O3(g) Kc = [O3]2 / [O2]3 (b) O2(g) 2/3 O3(g) Kc’ = [O3]2/3/[O2] ความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่ที่ได้คือ Kc = Kc’3 ans

ค่าคงที่สมดุล 1.ความเข้มข้นของสารในสถานะสารละลายให้มีหน่วยเป็น mol/L สถานะแก็สมีหน่วยเป็น mol/L หรือ atm 2.ค่า Kc และ Kp มีความสัมพันธ์ ดังสมการ Kp = Kc(RT)n 3. ความเข้มข้นของของแข็งบริสุทธิ์ ของเหลวบริสุทธิ์(ในสมดุลแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน) และตัวทำละลาย(เช่น น้ำในสมดุลแบบเป็นเนื้อเดียวกัน) จะไม่นำมาเขียนแสดงในสมการของค่าคงที่ เช่น AgCl (s) และH2O(l) ไม่ต้องเขียน

ค่าคงที่สมดุล 4. ค่าคงที่สมดุล (Kc หรือ Kp) ไม่มีหน่วย 5. การเขียนค่าคงที่สมดุล ต้องแสดงสมการเคมีที่ดุลแล้วและอุณหภูมิ 6. ถ้าปฏิกิริยาเคมีแบบหลายขั้นตอนแล้ว ค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยารวม = ผลคูณของค่าคงที่ปฏิกิริยาย่อย

ความสัมพันธ์ระหว่างจลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี ปฏิกิริยาที่สมดุล A + 2B AB2 อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า: ratef = kf [A][B]2 อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ: rater = kr [AB2] ที่สมดุลอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า=อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ratef = rater นั่นคือ kf [A][B]2 = kr [AB2] kf = [AB2] = Kc kr [A][B]2

ความสัมพันธ์ระหว่างจลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี kf = [AB2] = Kc kr [A][B]2 สรุป ตามหลักการของจลนศาสตร์เคมี ค่าคงที่สมดุล K หาได้จากอัตราส่วนระหว่างค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า กับค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ดังนั้นค่าคงที่สมดุลจึงเป็นค่าคงที่ที่ขึ้นกับอุณหภูมิ

ค่าคงที่สมดุลทำให้เราทราบอะไรบ้าง ช่วยทำนายทิศทางของการเกิดปฏิกิริยาเข้าสู่สมดุล ช่วยคำนวณความเข้มข้นของสารตั้งต้นและสาร ผลิตภัณฑ์เมื่อระบบเข้าสู่สมดุลแล้วได้

ช่วยทำนายทิศทางของการเกิดปฏิกิริยาเข้าสู่สมดุล ปฏิกิริยา H2(g) + I2(g) 2HI(g) ; Kc = 54.3 ที่ 430oC นำ H2 0.243 mol , I20.146 mol และ HI 1.98 molมารวมกันในภาชนะขนาด 1 ลิตร ที่ 430oC และเราต้องการทราบว่าระบบจะเกิดปฏิกิริยาไปในทิศทางใด วิธีทำ แทนค่าความเข้มข้นเริ่มต้นของสารทั้งหมด ผลหารปฏิกิริยา = Qc = [HI]02 = (1.98)2 = 111 [H2]0[I2]0 (0.243)(0.146) โจทย์กำหนด Kc = 54.3 เปรียบเทียบค่า Qcกับ Kc Qc>Kc ทำนายทิศทางของปฏิกิริยาได้ว่า ระบบจะปรับตัวพยายามลดค่า Qc ลงเข้าสู่ค่า Kcปฏิกิริยาจะเกิดจากขวาไปทางซ้าย เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ลดลง และเพิ่มสารตั้งต้น เพื่อเข้าสู่ค่า Kc

ถ้าให้ Qc = ผลหารปฏิกิริยา และ Kc= ค่าคงที่สมดุล Qc<Kc : อัตราส่วนความเข้มข้นที่สภาวะเริ่มต้นของสารผลิตภัณฑ์กับสารตั้งต้นมีค่าน้อยมาก ระบบจะต้องพยายามเพิ่มค่า Qc เข้าสู่ค่า Kc โดยต้องพยายามเพิ่มผลิตภัณฑ์ ลดสารตั้งต้น ดังนั้นปฏิกิริยาจะเกิดจากซ้ายไปขวา หรือเกิดไปข้างหน้า Qc= Kc : ระบบอยู่ในสมดุลแล้ว Qc>Kc : อัตราส่วนความเข้มข้นที่สภาวะเริ่มต้นของสารผลิตภัณฑ์ต่อสารตั้งต้นมีค่ามาก ระบบพยายามลดค่า Qc เข้าสู่ค่า Kc โดย ต้องพยายามลดผลิตภัณฑ์ เปลี่ยนเป็นสารตั้งต้น ดังนั้น ปฏิกิริยาจะเกิดจากขวาไปซ้าย หรือเกิดย้อนกลับ

ตัวอย่าง เมื่อเริ่มปฏิกิริยาภาชนะขนาด 3. 5 L ที่ 375oC ประกอบด้วย N2 0 ตัวอย่าง เมื่อเริ่มปฏิกิริยาภาชนะขนาด 3.5 L ที่ 375oC ประกอบด้วย N2 0.249 mol , H2 3.21x10-2 mol และ NH3 6.42x10-4 mol ค่าคงที่สมดุล(Kc)ของปฏิกิริยาที่อุณหภูมินี้มีค่า 1.2 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ระบบนี้อยู่ในสมดุลหรือไม่ ถ้าไม่อยู่ในสมดุลจะเกิดปฏิกิริยาในทิศทางใด

แนวคิด โจทย์ให้ค่า ค่าคงที่สมดุล(Kc) มา และให้ ปริมาตรและจำนวนโมลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เริ่มต้นมา นำมาหาค่าความเข้มข้น และหาผลหารปฏิกิริยา (Qc) ได้ จากนั้นจึงเปรียบเทียบค่า Qc กับ Kc แล้วทำนายทิศทางปฏิกิริยาได้

วิธีทำ ความเข้มข้นเริ่มต้นของสารคือ [N2]0= 0.249mol/3.5L = 0.0711 M [H2]0= 3.21x10-2mol/3.5L = 9.17x10-3 M [NH3]0=6.42x10-4mol/3.5L = 1.83x10-4 M ผลหารปฏิกิริยา=Qc=[NH3]02 = (1.83x10-4)2 = 0.611 [N2]0 [H2]03 (0.0711)(9.17x10-3)3 เปรียบเทียบ Qcกับ Kc ; Qc(0.611)< Kc (1.2) ดังนั้นปฏิกิริยายังไม่เข้าสู่สมดุล ปฏิกิริยาจะเกิดจากซ้าย ไปขวา(ไปข้างหน้า)จนถึงสมดุล

แบบฝึกหัด ค่าคงที่สมดุล (Kc) ของปฏิกิริยา 2NO(g) + Cl2(g) 2NOCl(g) มีค่าเท่ากับ 6.5x104 ที่ 35oC ถ้าผสม NO 2.0x10-2mol กับ Cl2 8.3x10-3mol และ NOCl 6.8mol ในภาชนะปริมาตร 2.0 L ระบบจะเข้าสู่สมดุลในทิศทางใด

แนวคิด โจทย์ให้ค่า ค่าคงที่สมดุล(Kc) มา และให้ ปริมาตรและจำนวนโมลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เริ่มต้นมา นำมาหาค่าความเข้มข้น และหาผลหารปฏิกิริยา (Qc) ได้ จากนั้นจึงเปรียบเทียบค่า Qc กับ Kc แล้วทำนายทิศทางปฏิกิริยาได้

เปรียบเทียบQcกับ Kc; Qc(2.79x107) > Kc (6.5x104) วิธีทำ ความเข้มข้นเริ่มต้นของสารคือ [NO]0= 2.0x10-2mol/2L = 1.0x10-2M [Cl2]0 = 8.3x10-3mol/2L = 4.15x10-3M [NOCl]0 = 6.8 mol/2L = 3.4 M Qc= [NOCL]02 = (3.4)2 = 2.79x107 [NO]02 [Cl2]0 (1.0x10-2)2(4.15x10-3) เปรียบเทียบQcกับ Kc; Qc(2.79x107) > Kc (6.5x104) แสดงว่า มีผลิตภัณฑ์มาก ระบบจะปรับตัวโดยการลด ผลิตภัณฑ์ ปฏิกิริยาจะเกิดจากขวาไปซ้ายจนเข้าสมดุล

การคำนวณความเข้มข้นที่สภาวะสมดุล 1. เขียนสมการปฏิกิริยาเคมี แสดงค่าคงที่สมดุล(Kc)และอุณหภูมิ 2. แสดงความเข้มข้นที่สมดุลที่ทราบค่าและที่ไม่ทราบให้สมมุติค่าเป็น X 3. แทนค่าความเข้มข้นในสมการ Kc แล้วแก้สมการ หาค่า X

เรานำมาหาค่าความเข้มข้นสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ที่สมดุลได้ ตัวอย่าง แก๊สผสมประกอบด้วย H2 0.500 mol และ I2 0.500 mol บรรจุอยู่ในขวดเหล็กกล้าไร้สนิมขนาด 1.00 L ที่อุณหภูมิ 430oC จงคำนวณความเข้มข้นของ H2 , I2 และ HI ที่สมดุล ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา H2(g)+I2(g) 2HI(g) เท่ากับ 54.3 ที่อุณหภูมินี้ แนวคิด โจทย์ให้ค่า ค่าคงที่สมดุล(Kc) มา ,ให้ ปริมาตรภาชนะ และจำนวนโมลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เริ่มต้นมา เรานำมาหาค่าความเข้มข้นสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ที่สมดุลได้

H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kc = 54.3 ที่ 430oC เริ่มต้น 0.5 M 0.5 M 0 M 2. แสดงความเข้มข้นที่สมดุลที่ทราบค่าและที่ไม่ทราบให้สมมุติค่าเป็น X เปลี่ยนแปลง -X -X 2X สมดุล 0.5-X 0.5-X 2X 3. แทนค่าความเข้มข้นในสมการ Kc แล้วแก้สมการหาค่า X Kc = 54.3 = [HI]2 = (2X)2 : X = 0.393 M [H2][I2] (0.5-X)((0.5-X)

ตอบ ความเข้มข้นที่สมดุล คือ H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kc = 54.3 ที่ 430oC สมดุล 0.5-X 0.5-X 2X ตอบ ความเข้มข้นที่สมดุล คือ H2 = 0.5 – 0.393 =0.107 M , I2 = 0.5 – 0.393 = 0.107 M HI = 2 x 0.393 M = 0.786 M ตรวจคำตอบ แทนค่าความเข้มข้นที่สมดุล ที่หาได้ Kc = (0.786)2 = 54 (0.107)(0.107)

แบบฝึกหัด พิจารณาปฏิกิริยาในตัวอย่าง 14 แบบฝึกหัด พิจารณาปฏิกิริยาในตัวอย่าง 14.9 H2(g) + I2(g) 2HI(g) : Kc = 54.3 ที่ 430oC เริ่มจาก HI เข้มข้น 0.040 M จงคำนวณความเข้มข้นของ HI , H2 และ I2 ที่สมดุล แนวคิด โจทย์ให้ค่า ค่าคงที่สมดุล(Kc) มา และให้ความเข้มข้นผลิตภัณฑ์เริ่มต้นมา นำมาหาค่าความเข้มข้นสารตั้ง ต้นและผลิตภัณฑ์ที่สมดุลได้

H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kc = 54.3 ที่ 430oC เริ่มต้น 0 M 0 M 0.04 M 2. แสดงความเข้มข้นที่สมดุลที่ทราบค่าและที่ไม่ทราบให้สมมุติค่าเป็น X เปลี่ยนแปลง +X +X -2X สมดุล X X 0.04-2X 3.แทนค่าความเข้มข้นในสมการ Kcแล้วแก้สมการหาค่า X Kc = 54.3 = [HI]2 = (0.04-2X)2 : X = 4.26x10-3 M [H2][I2] (X)((X)

ตอบ ความเข้มข้นที่สมดุล คือ H2(g) + I2(g) 2HI(g) Kc = 54.3 ที่ 430oC X = 4.26x10-3 M ตอบ ความเข้มข้นที่สมดุล คือ H2 = 4.26x10-3 M , I2 = 4.26x10-3 M HI = 0.04- 2(4.3x10-3) = 0.031 M ตรวจคำตอบ แทนค่าความเข้มข้นที่สมดุล ที่หาได้ Kc= (0.031)2 = 52 (ค่าใกล้เคียงเพราะปัดเลข) (4.3x10-3)(4.3x10-3)

ตอบ ข้อซักถาม