เบสและสมดุลสารละลาย

Report
สั ปดาหที
่
์
๑๐
สมดุลเคมีและการ
เกิดปฏิกริ ย
ิ า
(Chemical
equilibrium)
สั ปดาหที
์ ่ 10 สมดุลเคมี
ลเคมี
 ปัจจัยทีม
่ ผ
ี ลตอสมดุ
่
 หลักของเลอชาเตอลิเยร ์
 สมดุลกรด-เบส
 สมดุลไอออนิก
Principle of Le Chatelier
เลอซาเตอลิเยร ์
ค.ศ.1884 : Henry
Louis Le Chatelier
“ถ้าสมดุลของระบบถูกรบกวน
โดยให้มี
ความเค้น(stress)มากขึน
้
ระบบจะปรับตัวในทิศทางทีจ่ ะทา
ให้ความเค้นนั้นลดลง”
หมายเหตุ ความเคน
้ ไดแก
้ ่
การเปลีย
่ นแปลงความดัน
อุณหภูม ิ
น
และปริมาตร
ความเขมข
้
้
เป็ นกฎทีใ่ ช้ในการทานาย
ทิศทางสมดุล ของปฏิกริ ย
ิ าเมือ
่
ถูกรบกวนโดยปั
จัย1ตRaymond
างๆ
ทีม
่ า:จ
เคมี
Chang ห
่
อิทธิพลทีม
่ ผ
ี ลตอการเปลี
ย
่ นแปลงภาวะ
่
สมดุล
1
ความเข้มข้น
2
ความดัน
3
อุณหภูม ิ
4
คะตะไลท ์
1. การเปลีย
่ นแปลงความเขมข
้ น
้
SCN-
FeSCN2+(aq)
SCN
สี แดงเลื
อดนก
สี เหลืองออน
่
Fe3+(aq) +
ไมมี
่ สี
ถ้าเติม NaSCN ลงไปในระบบ จะรบกวนสมดุลโดย
- ระบบจะปรับตัวเพือ
เพิม
่ ความเขมข
นของ
SCN
่ ลด
้ ้
การรบกวนโดย Fe3+ จะทาปฏิกริ ย
ิ ากับ SCN- ทีเ่ ติม
ลงไป
สมดุลเลือ
่ นจากขวาไปซ้าย สารละลาย
มีสีแดงเพิม
่ ขึน
้
ทีม
่ า: เคมี 1 Raymond Chang ห
3+ (ตอ)
การเปลีย
่ นแปลงความเขมข
น
Fe
้ ้
่
FeSCN2+(aq)
Feสี3+แ(aq)
+
SCN
ดงเลือดนก
ถ้าเติม Fe(NO3)3 ลงไปในระบบ จะรบกวน
3+
สมดุลโดยเพิม
่ ความเขมข
นของFe
้ ้
-ระบบจะปรับตัวเพือ
่ ลดการรบกวน
โดย SCNจะทาปฏิกริ ย
ิ ากับ Fe3+ ที่
ทีม
่ า: เคมี 1 Raymond Chang ห
การเปลีย
่ นแปลงความเขมข
้ น
้ (ตอ)
่
FeSCN2+(aq)
+สีSCN
แดงเลือดนก
Fe3+(aq)
สี
ถ้าเติมกรดออกซาลิก (H2C2O4) ลงไปใน
ระบบ รบกวนสมดุลโดยลดความเขมข
้ นของ
้
2+ แตกตัวเพือ
Fe3+ เนื่องจาก
FeSCN
่ ให้
สมดุลเลือ
่ นจากซ้ายไปขวา
Fe3+
สารละลายเปลีย
่ น
เป็ นสี เหลือง
ทีม
่ า: เคมี 1 Raymond Chang หน
สรุปการเปลีย
่ นแปลง
ความเขมข
้ น
้
aA + bB
dD
cC +
c[D]d
คาคงที
ส
่
มดุ
ล
=
K
=
[C]
c
่
a
b
[A] [B]
ผลหารของปฏิกริ ย
ิ าทีเ่ ปลีย
่ นแปลงความ
เข้มข้น
Qc = [C]c[D]d
[A]a[B]b
สรุปการเปลีย
่ นแปลงความเข้มขน
้
reactant
aA + bB
การเปลี
dD ย่ นแปลง
product
cC +
การเลือ
่ นของ
สมดุล
•เพิม
่ ความเขมข
product Qc > Kc ระบบจะ
้ นของ
้
พยายามลด [product]
 ขวาไปซ้าย
•ลดความเขมข
product Qc < Kc ระบบจะ
้ นของ
้
พยายามเพิม
่ [product]
ซ้ายไปขวา
•เพิม
่ ความเขมข
reactant Qc < Kc ระบบจะ
้ นของ
้
พยายามลด [reactant]
 ซ้ายไปขวา
•ลดความเขมข
reactant Qc > Kc ระบบจะ
้ นของ
้
่ ทขวาไปซาย
าให้ Qc = Kc
พยายามเพิม
่ [reactant] เพือ
ตัวอยาง14.11
คาคงที
ส
่ มดุลทีอ
่ ุณหภูม ิ 350
่
่
oC
สาหรับปฏิกริ ย
ิ า
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
-3 ในการทดลองหนึ่งทีส
เทากั
บ
2.37x10
่ ภาวะ
่
สมดุล พบวา่ [N2] = 0.683 M [H2] = 8.80 M
และ [NH3]=1.05 M ถ้าเติม NH3 ลงในระบบ
จนความเขมข
ม
่ เป็ น 3.65 M
้ นเพิ
้
(a) จงใช้หลักของเลอชาติลเิ ยร ์ ทานายทิศ
ทางการเลือ
่ นของสมดุลไปสู่สมดุลใหม่
(b) คานวณหาผลหารของ
ปฏิกริ ย
ิ า(reaction quotient, Qc )
เปรียบเทียบกับคา่ Kc เพือ
่
N2(g) + 3H2(g)
NH3
2NH3(g)
oC
คาคงที
350
สาหรับปฏิกริ ย
ิ า
ส
่
มดุ
ล
ที
อ
่
ณ
ุ
หภู
ม
ิ
่
-3 ในการทดลองหนึ่งทีส
เทากั
บ
2.37x10
่ ภาวะสมดุล
่
พบวา่ [N2] = 0.683 M [H2] = 8.80 M และ
[NH3]=1.05 M ถ้าเติม NH3 ลงในระบบจนความ
ก.จงใช
หลั
ก
ของเลอชาติ
ล
เ
ิ
ยร
ท
านายทิ
ศ
้
์
เข
มข
นเพิ
ม
่
เป็
น
3.65
M
้ ้
ทางการเลือ
่ นของสมดุลไปสู่สมดุลใหม่
ans เติม NH3=เพิม
่ product
ระบบจะพยายามลด [N
ปฏิกริ ย
ิ าจะไปทางซ้าย
N2(g) + 3H2(g)
NH3
2NH3(g)
oC
คาคงที
ส
่
มดุ
ล
ที
อ
่
ณ
ุ
หภู
ม
ิ
350
สาหรับปฏิกริ ย
ิ า
่
-3 ในการทดลองหนึ่งทีส
เทากั
บ
2.37x10
่ ภาวะสมดุล
่
พบวา่ [N2] = 0.683 M [H2] = 8.80 M และ
[NH
3]=1.05 M ถ้าเติม NH
ข.
คานวณหาผลหารของปฏิ
ก3ริ ลงในระบบจนความ
ย
ิ า(reaction
เข้มขนเพิ
ม
่ เป็) น เปรี
3.65
Mยบกับคา K เพือ
้
quotient,Q
ย
บเที
่ ตรวจสอบ
่
c
c
วาผลการท
านายถู
กาคงที
ตองหรื
อไม
-3
่ วิธค
้
่
ี ด
ิ โจทย
ให
ค
ส
่
มดุ
ล
=
K
=
2.37x10
์ ้ ่
c
Qc = [NH3]02 = [3.65]2
= 2.83 x
10-2
[N2]0[H2]03 [0.683][8.80]3
เปรียบเทียบคา่
Qc( 2.83 x 10-2) >
-3
ที่ 430oC คาคงที
ส
่ มดุล(Kp) ของปฏิกริ ย
ิ า
่
2NO(g) + O2(g)
2NO2(g)
5 ในการทดลองครัง
มีคาเท
ากั
บ
1.5
x
10
้ หนึ่ง
่ ่
ความดันเริม
่ ตนของ
NO , O2 และ NO2 =
้
2.1x10-3 atm , 1.1x10-2 atm และ 0.14 atm
ตามลาดับ จงคานวณคา่ Qp และทานายวาระบบ
่
จะเขาสู
สมดุลในทิ
ศทางใด
้
่
2
Q = [P ] =
(0.14)2
=
p
NO2
4.04x105
[PNO]2.[PO2] (2.1x10-3)2 (1.1x10-2)
ans Qp>Kp ระบบจะพยายามปรับตัวลด
คา่ Qp ลงให้
เทากั
่ บ Kp
ดังนั้น ปฏิกริ ย
ิ าจะเกิดจาก ขวาไปซ้าย
ถ้ามีการรบกวนระบบ
โดยเปลีย
่ นความเขมข
้ ้น
ของสารตัง้ ตนหรื
อ
้
ผลิตภัณฑแล
ถ้าเรารู้
์ ว
้
คาคงที
(Kcหรือ
ส
่ มดุล
่
Kp) แลว
หากเรา
้
ทราบความเขมข
้ น
้
หรือความดัน
(กรณี
แก๊ส) ครัง้ ใหมของสาร
่
ในระบบ
เราก็จะหา
คา่ Qc หรือ Qp ได้
เมือ
่ เปรียบเทียบคา่
K
กับ Q แลว
เราจะ
้
2 การเปลีย
่ นแปลงปริมาตรหรือความ
ดัน
• มีผลน้อยมากตอความเข
มข
งและ
่
้ นของของแข็
้
ของเหลว
เพราะไมสามารถบี
บอัดไดท
่
้ าให้ ปริมาตร
เปลีย
่ นแปลงน้อยมาก
• มีผลอยางมากต
อการเปลี
ย
่ นแปลงความ
่
่
เขมข
นของก
าซ
้
้
๊
โดยเฉพาะระบบทีม
่ ท
ี ม
ี่ จ
ี านวนโมล ของสารตัง้
ตนและผลิ
ตภัณฑต
น
้
่
์ างกั
การเปลีย
่ นแปลงปริมาตรและความดัน(ตอ
่
• จากสูตร PV = nRT
ความเขมข
้ นในหน
้
่ วย
P = n RT
โมล/ลิตร
V
เพิม
่ P คือ
ปฏิกริ ย
ิ า
N2O4(g)
2NO2(g)
ลด V
Qc = [NO2]2
[N2O4]
ถ้าเพิม
่ P (ลด
V) ระบบจะพยายามลดความดัน
ซึง่ ทาไดโดยการลดจ
านวนโมลของแก๊ส
ดังนั้นจะ
้
เกิดปฏิกริ ย
ิ าไปทางซ้าย (สมการทางซ้ายมี
จานวนโมล =1 ทางขวา =2 )
ถ้าลด P (เพิม
่ V)ระบบจะพยายามเพิม
่
ความดัน
เกิดปฏิกริ ย
ิ าไปทางขวา
 เพือ
่ เพิม
่ จานวนโมล (เพิม
่ ความดัน)
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
1 โมล 3 โมล
2 โมล
ปริมาตร 22.4 3x22.4
2x22.4
ที่
STP
(L)ม
ถ้าเพิ
่ ความดันหรือลดปริมาตร
• ระบบจะพยายามลดความดัน โดยจะ
เกิดปฏิกริ ย
ิ าไปในทางทีจ
่ ะทาให้จานวนโมลรว
มของแก๊สลดลง ในปฏิกริ ย
ิ านี้ โมลรวม
ของสารตัง้ ตน
้ = 1+3 = 4 โมลรวมของ
ผลิตภัณฑ ์ = 2
ดังนั้น เมือ
่ เพิม
่ ความดันในปฏิกริ ย
ิ านี้
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
= NH3
= H2
= N2
2 ลิตร
สมดุลใหม่
สรุป
1
2
3
ถ้าเพิม
่ ความดันให้แกระบบที
อ
่ ยูใน
่
่
สภาวะสมดุลตาแหน่งของสมดุลจะเลือ
่ น
ไปในทิศทางทีม
่ จ
ี านวนโมล ของก๊าซ
ง้ ตนและ
้าจานวนโมลของสารตั
้
นถ้ อยกว
า่
ผลิตภัณฑเท
การเปลีย
่ นแปลง
่ น
์ ากั
ล
ผลตอสมดุ
ความดันไมมี
่
่
ในการเปลีย
่ นความดัน
เราจะคิดเฉพาะ
จน.โมลของแก๊สในสมการ ส่วน จน.โม
ลของของแข็งและของเหลวไมน
่ ามาคิด
ตัวอยาง
14.12 พิจารณาระบบสมดุลตอไปนี
้
่
่
(a) 2PbS(s) + 3O2(g)
2PbO(s) +
2SO2(g)
(b) PCl5(g)
PCl3 (g) + Cl2(g)
(c) H2(g) + CO2(g)
H2O(g) + CO(g)
จงทานายทิศทางการเปลีย
่ นแปลงเมือ
่ แตละระบบมี
่
ความดันเพิม
่ ขึน
้ (ปริมาตรลดลง) ทีอ
่ ุณหภูมค
ิ งที่
แนวคิด เพิม
่ ความดัน ระบบจะปรับตัวโดย
ลดความดัน ไปสู่ขางของสมการที
ม
่ จ
ี านวน
้
โมลน้อยลง
(a) 2PbS(s) + 3O2(g)
2PbO(s) +
2SO2(g)
โมลรวม
สารตัง้ ตน=3
้
ผลิตภัณฑ ์ = 2
ตัวอยาง
14.12 พิจารณาระบบสมดุล
่
ตอไปนี
้
่
(b) PCl5(g)
PCl3 (g) +
Cl2(g)
จงทานายทิศทางการเปลีย
่ นแปลงเมือ
่ แตละ
่
ระบบมี
เพิม
่ ขึน
้ (ปริ
มาตรลดลง)
่
แนวคิดความดั
เพิม
่ น
ความดั
ระบบจะปรั
บตัวทีโดยลด
ม
่ จ
ี านวนโมลน้อย
อุณความดั
หภูมค
ิ น
งที่ ไปสู่สมการขางที
้
ลง
(b) PCl5(g)
PCl3 (g) +
Cl2(g)
โมลรวม
สารตัง้ ตน=1
ผลิตภัณฑ ์ =
้
1+1 = 2
ตัวอยาง
14.12 พิจารณาระบบสมดุลตอไปนี
้
่
่
(c) H2(g) + CO2(g)
H2O(g) +
CO(g)
จงทานายทิศทางการเปลีย
่ นแปลงเมือ
่ แตละ
่
ระบบมีความดันเพิม
่ ขึน
้ (ปริมาตรลดลง) ที่
แนวคิ
ด มค
ม
่ ความดั
น ระบบจะปรับตัวโดยลด
อุณหภู
ิ เพิ
งที
่
ความดันไปสู่สมการขางที
ม
่ จ
ี านวนโมลน้อยลง
้
(c) H2(g) + CO2(g)
H2O(g) +
CO(g)
โมลรวม
สารตัง้ ตน=1+1=2
ผลิตภัณฑ ์
้
= 1+1 = 2
ทานาย
แบบฝึ กหัด 14.12
พิจารณาปฏิกริ ย
ิ า
2NOCl(g)
2NO(g) + Cl2(g)
ถ้าระบบนี้มค
ี วามดันลดลง (ปริมาตรเพิม
่ ขึน
้ ) ที่
อุณหภูมค
ิ งที่ จะเกิดปฏิกริ ย
ิ าไปในทิศทางใด
แนวคิด ลดความดัน ระบบจะปรับตัวโดยเพิม
่
ความดัน ไปสู่สมการขางที
ม
่ จ
ี านวนโมลมา
้
กขึน
้
2NOCl(g)
2NO(g) + Cl2(g)
โมลรวม
สารตัง้ ตน=2
ผลิตภัณฑ ์ =
้
2+1 = 3
ทานาย
การลด P ระบบจะ
เรือ
่ งของความดันมีผลตอสมดุ
ลของปฏิกริ ย
ิ า
่
ทีม
่ ส
ี ถานะแก๊ส ถ้ามีการรบกวนระบบโดยการเพิม
่
ความดัน(ลดปริมาตร) ระบบจะปรับตัวโดย
พยายามลดความดัน ปฏิกริ ย
ิ าจะไปทางดานที
ม
่ ี
้
จานวนโมลรวมน้อยกวา่ ถ้าลดความดัน(เพิม
่
ปริมาตร) ระบบจะปรับตัวโดยพยายามเพิม
่ ความ
ดัน ซึง่ จะปฏิกริ ย
ิ าจะไปทางดานที
ม
่ จ
ี านวน
้
โมลรวม มากกวา...
่
เรือ
่ งการเปลีย
่ นความดันในสมดุลเคมี
นั้น เราคิดเฉพาะจานวนโมลของแก๊ส
ส่วนจานวนโมลของของแข็งของเหลว
ไมต
ดเพราะมันเปลีย
่ นปริมาตรได้
่ องคิ
้
การเปลีย
่ นแปลง
อุณหภูม ิ
• ทาให้ระบบปรับตัวเขาสู
้ ่ สมดุลใหม่
• ทาให้คาคงที
ส
่ มดุลเปลีย
่ นไป โดยขึน
้ อยูกั
่
่ บ
ชนิดของปฏิกริ ย
ิ า
การเปลีย
่ นแปลง
ความเขมข
้ นกั
้ บ
่
ความดัน คาคงที
่
สมดุล(K) ไมเปลี
่ น
่ ย
แตการเปลี
ย
่ น
่
ประเภท
รูป
คาย
พลังงาน
ดูด
พลังงาน
1
H
-
2
+
รูป 1 ปฏิกริ ย
ิ าคาย
ความรอน
้
รูป 2 ปฏิกริ ย
ิ าดูด
ความรอน
้
การเปลีย
่ นแปลงอุณหภูม ิ
ปฏิกริ ย
ิ าคายความ
ความรอน
้
(Exothermic
reaction)
•การลดอุณหภูมท
ิ าให้
ปฏิกริ ย
ิ าคายความรอน
้
เกิดไดดี
ึ้
้ ขน
•ผลิตภัณฑเพิ
่
์ ม
ปฏิกริ ย
ิ าดูดความรอน
้
(Endothermic
reaction)
• การเพิม
่ อุณหภูมท
ิ า
ให้ปฏิกริ ย
ิ าดูดความ
รอนเกิ
ดไดดี
ึ้
้
้ ขน
•ผลิตภัณฑเพิ
่
์ ม
• คา่ ทีม่ K
เพิ1ม
่ Raymond Chang ห
า: เคมี
N2O4(g)ดูคาย
ด
ไมมี
่ สี
DH = +57.2 kJ
KP
ดูดความรอน
้
อุณหภูม ิ
2NO2(g)
สี น้าต
ปฏิกริ ย
ิ าดูดความ
รอน
้ (Endothermic
reaction)
• การเพิม
่ อุณหภูมท
ิ า
ให้ปฏิกริ ย
ิ าดูดความ
รอนเกิ
ดไดดี
ึ้
้
้ ขน
•ผลิตภัณฑเพิ
่
์ ม
• คา่ K เพิม
่
ดูด
[Co(H2O)6]2+ + 4Cl[CoCl4]2- + 6H2
คาย
สี ชมพู
สี น้าเงิน
• ทีส
่ มดุลมีสีมวง
่
น้ารอน
้
น้าเย็น
ลดอุณหภูม ิ
เพิม
่ อุณหภูม ิ
ทีม
่ า: เคมี 1 Raymond Chang ห
ดู
N2O4(g) ด
คา
ไมมี
่ สี ย
น้ารอน
้
2NO2(g)
สี น้าตาลแดง
น้าเย็น
H+ 57.
ถ้าเปลีย
่ น
T คา่ K
ก็เปลีย
่ น
ดวย
้
การเพิม
่
อุณหภูม ิ ทา
ให้ปฏิกริ ย
ิ าดูด
ความรอน(ΔH
้
เป็ น +)
ปฏิกริ ย
ิ าเกิดได้
ในสมดุลเคมี
การลดอุณหภูม ิ
ทาให้ปฏิกริ ย
ิ า
คายความรอน
้
(ΔH เป็ น -)
ปฏิกริ ย
ิ าเกิดได้
ดีขน
ึ้
อิทธิพลของตัวเรงปฏิ
กริ ย
ิ า
่
• ตัวเรงปฏิ
กริ ย
ิ าส่งผลให้กลไกการ
่
เกิดปฏิกริ ย
ิ าเปลีย
่ นไปและทาให้ Eตัa วลดลง
เรง
Energy
Uncatalyzed
Ea
E'a
Catalyzed
่
ปฏิกริ ย
ิ าไป
ลดคา่ Ea
(ภูเขาสูง
น้อยลง)
Products
Intermediate
Reactants
Reaction Coordinate
4.ผลของตัวเรงปฏิ
กริ ย
ิ า(Catalyst)
่
• ตัวเรงปฏิ
กริ ย
ิ าทาให้ปฏิกริ ย
ิ าเกิดไดเร็
้
่
้ วขึน
โดยลดพลังงานกระตน(E
ิ ย
ิ าไป
a)ของปฏิกร
้
ขางหน
ิ ายอนกลั
บ
้
้ า และปฏิกริ ย
้
...สรุปได้ว่า..
ตัวเร่งปฏิกริ ย
ิ าไม่มีผลต่อค่าคงทีส
่ มดุล
แต่การเติมตัวเร่งปฏิกริ ย
ิ า
จะช่วยเร่งให้ระบบเข้าสู่สมดุลได้เร็วขึน
้
สรุป
อิทธิพลทีม
่ ผ
ี ลตอการเปลี
ย
่ นแปลงภาวะสมดุล
่
กับคาคงที
ส
่ มดุล(K)
่
1. การเปลีย
่ นความเขมข
คา่
้ น
้
K ไมเปลี
่ น
่ ย
2. การเปลีย
่ นความดัน
คา่ K ไมเปลี
่ น
่ ย
3. การเปลีย
่ นอุณหภูม ิ
คา่ K
เปลีย
่ น
...คา่ K เปลีย
่ น
4. การเติมคะตะไลท ์
คา่ K
เมือ
่ มีการ
ไมเปลี
่ น
่ ย
เปลีย
่ นแปลง
ตัวอยาง
14.13
่
สาหรับกระบวนการสมดุลตอไปนี
้:
่
N2F4(g)
2NF2(g) : ΔH0 = 38.5 kJ
จงทานายทิศทางการเปลีย
่ นแปลงของสมดุล
ถ้ า
(a) ระบบรอนขึ
น
้ โดยมีปริมาตรคงที่
้
(b) แก๊ส N2F4 ถูกดูดออกจากระบบที่
อุณหภูมแ
ิ ละปริมาตรคงที่
(c) ระบบมีความดันลดลงทีอ
่ ุณหภูมค
ิ งที่
(d) เติมตัวเรงปฏิ
กริ ย
ิ าลงไป
่
ตัวอยาง
14.13 สาหรับกระบวนการสมดุล
่
ตอไปนี
้:
่
N2F4(g)
2NF2(g) : ΔH0=38.5 kJ
จงทานายทิศทางการเปลีย
่ นแปลงของสมดุล
ถ้ า
(a) ระบบรอนขึ
น
้ โดยมีปริมาตรคงที่
้
ans ΔH เป็ น + ปฏิกริ ย
ิ าดูดความรอน
้
การเพิม
่
T ทาให้ปฏิกริ ย
ิ าเกิดจากซ้าย
ไปขวา
เกิด NF2 มากขึน
้ คา่ Kc สูงขึน
้
ตัวอยาง
14.13 สาหรับกระบวนการสมดุล
่
ตอไปนี
้:
่
N2F4(g)
2NF2(g) : ΔH0=38.5 kJ
จงทานายทิศทางการเปลีย
่ นแปลงของสมดุล
ถ้ า
(b) แก๊ส N2F4 ถูกดูดออกจากระบบที่
อุณหภู
มแ
ิ ละปริ
่
ans
N2F4มาตรคงที
ถูกดูดออกจากระบบ
ระบบจะพยายามเพิม
่ N2F4ปฏิกริ ย
ิ าจะ
เกิดยอนกลั
บ(จากขวาไปซ้าย) เพือ
่ เขาสู
้
้ ่
สมดุล
คา่ Kc เทาเดิ
่ ม
ตัวอยาง
14.13 สาหรับกระบวนการสมดุล
่
ตอไปนี
้:
่
N2F4(g)
2NF2(g) : ΔH0 = 38.5 kJ
จงทานายทิศทางการเปลีย
่ นแปลงของสมดุล
ถ้ า
(c) ระบบมีความดันลดลงทีอ
่ ุณหภูมค
ิ งที่
ans จน.โมลของแก๊สทางซ้าย = 1 จน.โม
ลของแก๊สทางขวา = 2ลดความดัน
ระบบจะพยายามเพิม
่ ความดัน
การเพิม
่ ความดันทาโดยการเพิม
่ จานวน
โมเลกุลของแก๊ส
ปฏิกริ ย
ิ าจะ
เกิดจากซ้ายไปขวา คา่ Kc เทาเดิ
่ ม
ตัวอยาง
14.13 สาหรับกระบวนการสมดุล
่
ตอไปนี
้:
่
N2F4(g)
2NF2(g) : ΔH0 = 38.5 kJ
จงทานายทิศทางการเปลีย
่ นแปลงของสมดุล
ถ้ า
(d) เติมตัวเรงปฏิ
กริ ย
ิ าลงไป
่
ans คา่ Kc ไมเปลี
่ น แตระบบเข
าสู
่ ย
่
้ ่ส
แบบฝึ กหัด 14.13
จงพิจารณาสมดุลตอไปนี
้:
่
3O2(g)
2O3(g) : ΔH0 = 284 kJ
การเปลีย
่ นแปลงตอไปนี
้มผ
ี ลอยางไร
่
่
(a) เพิม
่ ความดันของระบบโดยลดปริมาตร
(b) เติม O2 เขาไปในระบบที
ป
่ ริมาตรคงที่
้
(c) ลดอุณหภูม ิ
(d) เติมตัวเรงปฏิ
กริ ย
ิ า
่
3O2(g)
2O3(g) : ΔH0 = 284
kJ
(a) เพิม
่ ความดันของระบบโดยลด
ปริมาตร
ans ระบบจะพยายามลดความดัน โดย
(b)
ม O2 เขาไปในระบบ
ลดจเติ
านวน
้
ans
ระบบจะพยายามลด
O2
โมเลกุ
ล ปฏิกริ ย
ิ าเกิดจากซ้ายไปขวา
ปฏิกริ ย
ิ าจะเกิดจากซ้ายไปขวา
3O2(g)
2O3(g) : ΔH0 = 284 kJ
(c) ลดอุณหภูม ิ
ans ΔH เป็ น + ปฏิกริ ย
ิ าไปขางหน
้
้ าเป็ นดูด
ความรอน
ปฏิกริ ย
ิ ายอนกลั
บเป็ นปฏิกริ ย
ิ า
้
้
คายความรอน
การลด T ทาให้ปฏิกริ ย
ิ า
้
ึ้ เกิดปฏิกริ ย
ิ า
ดไดดี
คายความรอนเกิ
้ ขน
้
ยอนกลั
บจากขวาไปซ้าย
้
ค(d)
า่ เติ
Kม
ลดลง
วเรงปฏิ
กริ ย
ิ า
c ตั
่
ans ตัวเรงปฏิ
กริ ย
ิ าช่วยทาให้
่
ปฏิกริ ย
ิ า
เขาสู
้ ไม่
้ ่ สมดุลเร็วขึน
มีผลตอค
่ สมดุล
่ าคงที
่
สมดุลกรด-เบส
1. สมดุลสารละลายแบบเนื้อเดียวและแบบ
ไมเนื
่ ้อเดียว
2. ปรากฏการณไอออนร
วม
่
์
3. สารละลายบัฟเฟอร ์
4. สมดุลการละลาย
สมดุล สลล.แบบเนื้อเดียวและแบบไม่
เนื้อเดียว
กรดออนและเบส
่
ออนแตกตั
วไดไม
่
้ ่
สมบูรณในน
้า
์
แตละลายน
้าไดหมด
่
้
เป็ นสารละลาย
เนื้อเดียว
• ส่วนสารทีล
่ ะลาย
น้าไดบางส
้
่ วน จะ
มีทง้ั ส่วนทีล
่ ะลาย
และส่วนทีเ่ ป็ น
ของแข็ง นั่นคือ
สารละลายแบบไม่
เป็ นเนื้อเดียว
ปรากฏการณไอออนร
วม
่
์
• ไอออนรวม
หมายถึง สารละลายทีม
่ ต
ี วั ถูก
่
ละลาย 2 ตัว ทีม
่ ไี อออนเหมือนกัน
(cation or anion)
• การมีไอออนรวมในสารละลายท
าให้การแตก
่
ไอออน
ตัวของกรดออนหรื
อ
เบสอ
อนลดน
อยลง
เช่น
่
่
้
รวม
่
โซเดียมอะซีเตต และกรดอะซีตก
ิ ละลายอยู่
ดวยกั
น
้
• CH3COONa(s)  CH3COO(aq)+Na+(aq)
• CH3COOH(aq)
CH3COO-
CH3COONa(s)  CH3COO(aq)+Na+(aq)
CH3COOH(aq)
CH3COO(aq)+H+(aq)
จากหลักการของเลอชาเตอลิเยร ์
การเติม CH3COO-ทีไ่ ดจากCH
้
3COONa ทา
ให้การแตกตัวของ CH3COOH ลดลง
สมดุลจึงเลือ
่ นจากขวาไปซ้าย ความเขมข
้ น
้
H+ลดลง
ดังนั้น สลล.ทีม
่ ท
ี ง้ั CH3COOH และ
CH3COONa จะเป็ นกรดน้อยกวา่ สลล.ทีม
่ ี
ปรากฎการณไอออนร
วม
่
์
CH3COONa(s)  CH3COO-(aq)+Na+(aq)
CH3COOH(aq)
CH3COO(aq)+H+(aq)
 ปรากฎการณไอออนร
วม
คือ การเลือ
่ น
่
์
ของสมดุลทีเ่ กิดจากการเติมสารประกอบทีม
่ ี
ไอออนชนิดเดียวกันกับสารละลายอยู่
มีความสาคัญในการกาหนด pH ของ
สารละลาย
สมมุต ิ กรดออน
มีสูตร HA และ เกลือมีสูตร
่
NaA
HA
H+(aq)+A-(aq)
+][A-]
คาคงที
ก
่
ารแตกตั
ว
=
K
=
[H
a
่
[HA]
ย้ายข้าง [H+] = Ka[HA]
[A-]
+] = -log K [HA]
คูณดวย
–log
ตลอด
-log
[H
a
้
[A-]
-log [H+] = -log Ka - log[HA]
[A-]
-log [H+] = -log Ka + log[A-]
pH = pKa +
[HA]
log[A-]
HA
H+(aq) + A-(aq)
กรด
คูเบส
่
pH = pKa + log [A-]
[HA]
เมือ
่ pKa = -log Ka
สมการนี้เรียกสมการเฮนเตอรสั์ น-ฮาเซิล
บัลช ์
เขียนรูปทัว่ ไปวา่ pH = pK + log [คูเบส]
a
่
[กรด]
ขอสั
้ งเกตของ pKa = -log Ka
• กรดยิง่ แก่ Ka ยิง่ มีคามาก(แตกตั
วไดมาก)
่
้
pKa ยิง่ มีคาน
่ ้ อย เพราะ pKa = -log Ka
(ทานองเดียวกับ pH=-log[H+]
• pKa เป็ นคาคงที
่
่
• ถ้ารู้ Ka และความเขมข
้
้ นของกรดและ
เกลือของกรด จะหา pH ของสารละลาย
ได้ ดังสมการ
• pH = pKa + log [คูเบส]
่
[กรด]
ตัวอยาง
่
(a) จงคานวณ pH ของสารละลาย
CH3COOH ทีม
่ ค
ี วามเขมข
้ น
้ 0.20 M
(b) pH ของสารละลายทีม
่ ี 0.20 M
CH3COOH กับ 0.30 M CH3COONa มี
คาเท
่ าใด
่
เมือ
่ Ka ของ CH3COOH เทากั
่ บ
1.8x10-5
(a) CH3COOH
เริม
่ ตน(M)
0.2
้
เปลีย
่ นแปลง
สมดุล(M)
0.2-x
Ka = 1.8x10-5
CH3COO- + H+
0
0
-x
+x
+x
+x
+x
= [CH3COO- ][H+] = [x][x]
[CH3COOH]
[0.2-x]
กรดออนแตกตั
วน้อยมาก(xน้อยมาก)จึงให้ 0.2-x=0.2
่
-5 = [x][x]
2
จะไดว
า
1.8x10
=
x
้ ่
0.2
0.2
่ อง ได้ X = 1.9x10-3M
แก้สมการ และถอดรากทีส
= [H+]
หา pH ตอ,
=
่ pH
log[H+]
(b) CH3COOH
+
+
H
เริม
่ ตน(M)
0.2
CH3COO-
0.3
0
้
0.3 มาจาก
เปลีย
่ นแปลง
-x
+x
CH3COO
+x
Na แตก
สมดุล(M)
0.2-x
0.3+x ตัวหมด
+x
Ka = 1.8x10-5 = [CH3COO- ][H+] = [0.3+x][x]
[CH3COOH]
[0.2-x]
กรดออนแตกตั
วน้อยมาก(xน้อยมาก)จึงให้ 0.2-x=0.2
่
และ 0.3+x = 0.3
-5 = [0.3][x]
า
จะไดว
1.8x10
้ ่
[0.2]
(a) pH ของสารละลาย CH3COOH 0.20 M
=2.72
(b) pH ของสารละลายทีม
่ ี 0.20 M
CH3COOH กับ 0.20 M CH3COONa =
4.92
สรุป
CH3COOH
CH3COO- + H+
-) ทาใหสมดุลเลือ
ไอออนรวม(CH
COO
่ น
่
3
้
จากขวาไปซ้าย กรดแตกตัวไดลดลง
ขอ
้
้
(a) เป็ นกรดมากกวา่
ขอ
้ (b) (คา่ pH
ตา่ กวา่ เป็ นกรดมากกวา)
่
แบบฝึ กหัด
• จงคานวณ pH ของสารละลายทีม
่ ี
HCOOH เขมข
้ น
้ 0.30 M และ HCOOK
เขมข
้ น
้ 0.52 M และเปรียบเทียบผลทีไ่ ด้
กับ pH ของสารละลาย HCOOH ทีม
่ ี
ความเขมข
้ น
้ 0.30 M
• กาหนด Ka = 1.7x10-4
• แนวคิดทาแนวเดียวกับตัวอยางที
ผ
่ านมา
่
่
หา pH ของสารละลายทีม
่ ี 0.30 M HCOOH และ
0.52M HCOOK
HCOOH
HCOO- +
H+
เริม
่ ตน
0.3
้
0.52
0
เปลีย
่ นแปลง
-x
+x
สมดุล
0.3-x
0.52+x
+x
Ka = [HCOO-][H+] = [0.52+x][x] ,
Ka=1.7x10-4
+x
หา pH ของสารละลายทีม
่ ี HCOOH เขมข
้ น
้
0.30 M
HCOOH
HCOO- + H+
เริม
่ ตน
0.3
0
0
้
เปลีย
่ นแปลง
-x
+x
+x
สมดุล
0.3-x
+x
+x
Ka = [HCOO-][H+] = [x][x] , Ka=1.7x10-4
[HCOOH]
[0.3-x]
x มีคาน
่ ้ อยมาก ดังนั้น 0.3-x = 0.3
แก้สมการ x = [H+] = 0.00714
pH = -log[H+] = -log 0.00714 =
สรุป
• pH ของสารละลายทีม
่ ี HCOOH เขมข
้ น
้
0.30 M และ HCOOK เขมข
้ น
้ 0.52 M
= 4.01
• pH ของสารละลาย HCOOH ทีม
่ ค
ี วาม
เขมข
้ น
้ 0.30 M = 2.15
• เปรียบเทียบไดว
่
้ า่ ถ้ามีไอออนรวม
(HCOO-) จะทาให้กรดแตกตัวไดน
้ ้ อยลง
คา่ pH ของสารละลายทีม
่ ไี อออนรวมจึ
ง
่
สูงกวา่ pH ของสารละลายกรดออนอย
าง
่
่
เดียว
สมดุลการละลาย
• สารแตละชนิ
ดมีความสามารถในการละลายได้
่
ไมเท
่ ากั
่ น
• บางชนิดละลายไดหมด
เช่น NaCl
้
• แตบางชนิ
ดละลายไดไม
่
้ หมด
่
• จึงมีเรือ
่ งของสมดุลเคมีเขามา
้
ผลคูณการ
ละลาย
AgCl(s)
Ag+(aq) + Cl-(aq)
AgCl เป็ นอิเล็กโทรไลตแก
์ ่ ละลายน้าแตกตัว
ไดหมด
้
คาคงที
ข
่ องการละลาย = Ksp
่
Ksp = [Ag+][Cl-]
MgF2(s)
Mg2+(aq)+2F-(aq) , Ksp =
[Mg2+][F-]2
Ag2CO3(s)
2Ag++CO3- ,
Ksp
=[Ag+]2[CO32-]
คาคงที
ก
่ ารละลาย
่
(Ksp : solubility product constant)
เป็ นคาคงที
ส
่ มดุลหนึ่งนั้นเอง จะเห็ นวา่
่
ของแข็งไมคิ
ลื
่ ด แตต
่ องไม
้
่ มยกกาลัง สปส.
หน้าไอออนดวย
เช่น
้
MgF2(s)
Mg2+(aq)+2F-(aq) ,
Ksp= [Mg2+][F-]2
เป็ นคุณสมบัตเิ ฉพาะตัวของสารนั้นๆ
Ksp มีคามาก
แสดงวาละลายได
ดี
่
่
้
น
Ksp มีคาน
้ ้ อย
่
่ ้ อย แสดงวาละลายได
ณ สมดุลคาคงที
ส
่ มดุล Kc คือ คาคงที
ข
่ องการ
่
่
ละลาย
Kspสามารถนามาหาคาความเข
มข
ออน
่
้ นของอิ
้
ได้
เช่น Kspของ PbCO2 = 3.3x10-14จงหา
[Pb2+]และ [CO22-]
วิธท
ี า
สมการ
PbCO2 (s)
Pb2+(aq) +
CO22-(aq)
ณ สมดุล
ของแข็งไมคิ
x
่ ด
x
Ksp = 3.3x10-14 = [Pb2+][CO22-]
ถาอยากรู
ว
้นเป็ น...
้
้ าสารละลายนั
่
1. สารละลายไมอิ
่ ตัว(ยังละลายไดอี
่ ม
้ ก) 2.
สารละลายอิม
่ ตัว(ไมละลายแล
ว)
่
้ 3.
สารละลายอิม
่ ตัวยิง่ ยวด 2+ เช่น
PbCO (s)
Pb (aq) + CO 2-(aq)
2
2
ก็ใช้วิธห
ี าคาผลหารปฏิ
กริ ย
ิ า(Q) มาเทียบกับคา่
่
Ksp
ถ้า Q< Ksp สลล.ไมอิ
่ ตัว(ไมตกตะกอนกลั
บมา
่ ม
่
เป็ นสารตัง้ ตน)
้
ถ้า Q = Ksp สลล.อิม
่ ตัว(ไมตกตะกอน)
่
ถ้า Q > Ksp สลล.อิม
่ ตัวยิง่ ยวด(ตกตะกอน
กลับมาเป็ นสารตัง้ ตน
จนผลคูณ
้
AgCl(s)
Ag+(aq)+Cl-(aq)
Ksp = [Ag+][Cl-] = 1.6x10-10
Q = [Ag+]0[Cl-]0
ถ้า Q<Ksp คือ [Ag+]0[Cl-]0< 1.6x10-10
สารละลายไมอิ
่ ตัว(ไมเกิ
่ ม
่ ดการ
ตกตะกอน)
ถ้า Q=Ksp คือ [Ag+]0[Cl-]0= 1.6x10-10
สารละลายอิม
่ ตัว(ไมเกิ
่ ดการตกตะกอน)
ถ้า Q>Ksp คือ [Ag+]0[Cl-]0>1.6x10-10
สารละลายอิม
่ ตัวยิง่ ยวด AgCl จะ
ตกตะกอนออกมา
จนผลคูณ
ความเขมข
ากั
้ นของไอออนเท
้
่ บ
แบบฝึ กหัด
•การละลายน้าของแบเรียมซัลเฟต มีคาคงที
่
่
ผลคูณการละลาย(Ksp)=1.1x10-10
2+=
•ถ้าให้ความเขมข
นเริ
ม
่
ต
นของ
Ba
้ ้
้
1.1x10-3M และ SO42- = 6.0x10-3 M จง
ทานายวาจะเกิ
ดการตกตะกอนหรือไม่
่
BaSO4(s)
Ba2+(aq)+SO42(aq)
BaSO4(s)
2+
22+
2QBa
= [Ba(aq)+SO
][SO4 ] 4 (aq)
= [1.1x103][6.0x10-3]
= 6.6x10-6
เปรียบเทียบคา
่
Q กับ
Ksp
 Q(6.6x106)>K (1.1x10-10)
sp
สลล.อิม
่ ตัวยิง่ ยวด
Ba2+,SO42-

similar documents