ตอนที่ 2 ศึกษาความเขม้ ขน้ ของ ส.ล.ล. HClหลอดท่ี V ส.ล.ล. V ของ [HCl] เวลาท่ีใช้ [HCl] H2O(cm3) หลงั เติม H2O (s) 0.3 mol/dm3 (cm3) 0 mol/dm3 2 1 10 4 28 6 36 8 44 52
2) กฎอตั ราและอนั ดบั ของปฏิกริ ิยาเคมี สามารถหาอตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมไี ด้อกี วธิ ีหน่งึ คือ การหาจากความสัมพนั ธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารต้งั ต้นกบั อตั ราปฏกิ ริ ิยา ซ่ึงเรียกว่า กฎอตั รา หรือ สมการอตั รา( Rate Law ) สรุปได้ดงั ต่อไปนี้(1) กฎอตั รา ( Rate Low ) เป็ นความสัมพนั ธ์ระหว่างอตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมกี บั ความเข้มข้นของสารต้งั ต้น ยกกาลงั เลขใดค่าหนึ่งเท่าน้ัน ซ่ึงจะได้จาก การทดลอง เท่าน้นัปฏิกริ ิยา aA + bB cC + dD R = อตั ราการเกิดปฏิกิริยา k= ค่าคงท่ีของอตั รากฎอตั รา ; R = k[A]n[B]m
(2) สมการอตั รา เป็ นการเปลย่ี นความสัมพนั ธ์จากกฎอตั ราให้อยู่ในรูปของสมการ โดยคูณด้วย ค่าคงทขี่ องอตั รา ดงั สมการ สมการอตั รา ; R = k[A]n[B]mค่า n,m เป็ นตัวเลขทไ่ี ด้จาก การทดลองเท่าน้ัน และเป็ นค่าท่ีแสดงถงึอนั ดบั ของปฏิกริ ิยา(3) อนั ดบั ของปฏิกริ ิยา เป็ นค่าตัวเลขใด ๆ ( n,m ) ทหี่ าได้จากผลของการทดลองเท่าน้ันเพื่อแสดงให้ทราบถงึ ความสัมพนั ธ์ท่ีว่า เมื่อความเข้มข้นของสารต้งั ต้นเปลยี่ นไป x เท่า อตั ราของปฏิกริ ิยาจะเปลย่ี นไปกเ่ี ท่า แบ่งออกเป็ นปฏิกริ ิยาอนั ดบั ศูนย์ อนั ดบั หนึ่งอนั ดบั สอง และอนั ดบั สาม แล้วแต่ปฏิกริ ิยา
ปฏิกิริยาอนั ดบั หน่ึงและปฏิกิริยาอนั ดบั สองเป็นปฏิกิริยาท่ีพบมากท่ีสุด ส่วนปฏิกิริยาอนั ดบั ศูนย์ (zero order) น้นั มีไม่มากนกัปฏิกิริยาอนั ดบั ศูนยเ์ ป็นปฏิกิริยาที่ศึกษาไดง้ ่ายเพราะมีกฎอตั ราเป็นดงั น้ี R = k[A]0 = k ดงั น้นั ปฏิกิริยาชนิดน้ีจึงมีอตั ราการเกิดคงท่ีเสมอ ไม่ข้ึนกบั ความเขม้ ขน้ ของสารต้งั ตน้
ปฏกิ ริ ิยาอนั ดบั หนึ่ง (first-order reaction) คือ ปฏิกิริยาท่ีอตั ราการเกิดปฏิกิริยาข้ึน อยกู่ บั ความเขม้ ขน้ ของสารต้งั ตน้ ยกกาลงั หน่ึง ถา้ n = 0 และ m = 1 (n+m =1) ผลบวกเป็น 1 เรียกวา่ ปฏิกิริยาอนั ดบั หน่ึง R = k[A][B]0 ปฏกิ ริ ิยาอนั ดบั สอง (second-order reaction) คือ ปฏิกิริยาท่ีอตั ราการเกิดปฏิกิริยา ข้ึนอยกู่ บั ความเขม้ ขน้ ของสารต้งั ตน้ ยกกาลงั สอง หรือข้ึนอยกู่ บั ความเขม้ ขน้ ของสารต้งั ตน้ สองชนิด แต่ละชนิดยกกาลงั หน่ึง R = k[A][B]
ตวั อย่าง จากปฏิกริ ิยา 2N O (g) + O 2(g) 2N O 2(g)ซ่ึงเกิดที่ 25 °C มีขอ้ มลู ดงั น้ีการทดลองที่ [NO] (mol/dm3) [O2] (mol/dm3) อตั ราเร่ิมตน้ ของการ เกิด NO2(mol/dm3/s) 1 0.01 0.01 0.0072 0.01 0.02 0.0143 0.01 0.03 0.0214 0.02 0.03 0.084จงหา 1. ค่า n 2. ค่า m 3. กฎอตั รา 4. k
การทดลองท่ี [NO] (mol/dm3) [O2] (mol/dm3) อตั ราเร่ิมตน้ ของการเกิด NO2(mol/dm3/s)1. ค่า n 1 0.01 0.01 0.007 2 0.01 0.02 0.014 3 0.01 0.03 0.021 4 0.02 0.03 0.084• หาคา่ n จากการทดลองท่ี 3 และ 4 ซ่ึง [ ] ของ O2 คงที่• R = k[NO]n[O2]m• ทดลองที่ 3 0.021 = k[0.01]n[0.03]m ……………… (1)• ทดลองที่ 4 0.084 = k[0.02]n[0.03]m ……………….(2)• สมการ 2 ÷1 0.084 = k[0.02]n[0.03]m• 0.021 k[0.01]n[0.03]m• 4 = 2n• 22 = 2n
2. ค่า m • หาคา่ m เลือกการทดลอง 1 กบั 2 ซ่ึง [ ] ของ NO คงที่ •R = k[NO]n[O2]m• ทดลอง 1 0.007 = k[0.01]n [0.01]m … (3)• ทดลอง 2 0.014 = k[0.01]n [0.02]m …. (4)สมการ 4 ÷3 0.014 = k[0.01]n[0.02]m 0.007 k[0.01]n[0.01]m 2 = 2m m=1
3. กฎอตั รา• R = k[NO]n[O2]m• แทน ค่า n และ m R = k[NO]2[O2]
4. k • R = k[NO]n[O2]m • แทนค่า ต่างๆ ลงในการทดลองที่ 1 ในกฎอตั รา • 0.007 mol dm-3 s-1 = k [0.01mol/dm3]2[0.01 mol/dm3] • k = 7.0 x 10-3 mol/dm3/s • 1.0 x 10-6 mol3/dm9 • = 7.0 x 103 dm6 mol-2 s-1
5. จงคานวณหาอตั ราเริ่มตน้ การเกิด NO2 ถา้ ความเขม้ ขน้ เริ่มตน้ ของ NO = 0.04 mol.dm-3 และความเขม้ ขน้ เร่ิมตน้ ของ O2 = 0.015 mol/dm-3 • จากกฎอตั ราR = k[NO]2[O2]k = 7.0 x 103 dm6 mol-2 s-1R = (7.0 x 103 dm6 mol-2 s-1)(0.04 mol dm-3)2(0.015 mol dm-3)อตั ราการเร่ิมตน้ การเกิด NO2 = 0.168 mol dm-3 s-1
ลองทา• จากการศึกษาปฏิกิริยาระหวา่ งไอโอไดด์ (I-) กบั เปอร์ซลั เฟต ไอออน(S2O8-2) ดงั สมการ โดยทาการทดลองที่อณุ หภมู ิ 25 °CS2O 82-(aq) + 2I- (aq) 2SO -2 (aq) + I2 (aq) 4 การ ความเขม้ ขน้ ของสารต้งั ตน้ อตั ราการเกิดทดลอง I2 (mol dm-3s- [S2O82-] [I-] 1)1 1.0 X 10-4 1.0 X 10-2 6.50 X 10-72 2.0 X 10-4 1.0 X 10-2 1.30 X 10-63 2.0 X 10-4 2.0 X 10-2 5.20 X 10-6
• 1. จงหาคา่ n และ m• 2. จงหากฎอตั ราและอนั ดบั ของปฏิกิริยา• 3. จงคานวณหาคา่ คงที่ของอตั รา (k)• 4. จงคานวณหาอตั ราการเกิด I2 ที่ 25 C เม่ือ ความเขม้ ขน้ ของ S2O82- = 1.0 X 104- mol dm-3 และ ความเขม้ ขน้ ของ I- = 2.0 X10-2 mol dm-3
4.2 พืน้ ท่ผี วิ ของสารกบั อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมีมหี ลกั ทคี่ วรพจิ ารณาผลของพืน้ ทผี่ วิ ของสารต่ออตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี ดงั ต่อไปนี้1) โดยทวั่ ไปเราจะแบ่งชนิดของปฏิกริ ิยาออกเป็ นพวก ๆ โดยพจิ ารณาเนื้อของสาร คือ ปฏกิ ริ ิยาเนื้อเดยี ว และปฏิกริ ิยาเนื้อผสมปฏกิ ริ ิยาเนื้อเดยี ว ไดแ้ ก่ ปฏกิ ิรยิ าทมี่ สี ารตง้ั ตน้ ทุกชนิดรวมกนั แล้วได้สารละลายเนื้อเดยี วกนั เช่น สารละลายกรดไฮโดรครอริก(HCl) รวมกบั สารละลายเบสโซเดยี มไฮดรอกไซด์ เป็ นต้นปฏิกริ ิยาเนื้อผสม ไดแ้ ก่ ปฏกิ ิรยิ าทมี่ สี ารตงั้ ตน้ ทุกชนิดรวมกนั แล้วได้สารละลายไม่เป็ นเนื้อเดยี วกนั
2) ในปฏกิ ริ ิยาชนิดเนื้อผสมประเภทนี้ นอกจากความเข้มข้นของสารแล้ว ยงั ต้องพจิ ารณาพืน้ ทผ่ี วิ ของสารจะมีผลต่ออตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาด้วยส่วนในปฏกิ ริ ิยาเนื้อเดยี ว ความเข้มข้นของสารต้งั ต้นจะเป็ นปัจจัยที่สาคญั ในการควบคุมอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี3) ในเรื่องพืน้ ทผ่ี วิ ของสารต่ออตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี สรุปได้ว่า (1) ปฏกิ ริ ิยาใดที่เป็ นของแขง็ เป็ นสารต้งั ต้นอยู่ด้วยกบั สารสถานะอ่ืน ๆ (สารละลาย,ก๊าซ) พืน้ ทผี่ วิ ของของแขง็ เท่าน้ันทมี่ ผี ลต่ออตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี คือ ถ้าของแขง็ มพี ืน้ ท่ีผวิ มาก อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาจะสูงกว่าของแขง็ ทม่ี ีพืน้ ทผ่ี วิ น้อยกว่า
(2) ถ้ามีสารต้งั ต้นต่างสถานะกนั ( เช่น ก๊าซกบั ของเหลว ของแขง็กบั สารละลาย , ของเหลวกบั ก๊าซ) พืน้ ทผี่ วิ ของสารจะมีผลต่ออตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี4) การเพม่ิ พืน้ ทีผ่ วิ ของของแขง็ อาจทาได้โดยทาให้เป็ นแผ่นชิ้นเลก็ ๆยง่ิ เลก็ มากกจ็ ะเพมิ่ พืน้ ทีผ่ วิ มาก ถ้าบดให้ละเอยี ดยิ่งทาให้สารมีพืน้ ท่ีผวิ มากขนึ้ อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยากจ็ ะเพม่ิ ขนึ้5) การทส่ี มการมีพืน้ ท่ผี วิ มากทาให้มีอตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาได้เร็วเป็ นเพราะเป็ นการเพม่ิ จานวนอนุภาคของสารต้งั ต้นมีจานวนมากขนึ้ ที่สัมผสั กนั และชนกนั ได้มากโอกาสเกดิ ปฏกิ ริ ิยาจงึ มีมากขึน้
4.3 ผลของอุณหภูมทิ มี่ ตี ่ออตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมีมหี ลกั ทค่ี วรพจิ ารณาผลของอุณหภูมิต่ออตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี ดงั นี้1) ปฏิกริ ิยาเคมีโดยทัว่ ไปมี 2 ประเภท เมื่อคานึงถงึ การเปล่ียนแปลงพลงั งานของระบบ คือ ประเภทคายความร้อน และประเภทดูดความร้อน2) สมการแสดงค่า H3) ปฏิกริ ิยาคายความร้อนจะเกดิ ได้ดที อี่ ุณหภูมไิ ม่สูงนัก ส่วนปฏิกริ ิยาดูดความร้อนจะเกดิ ได้ดที อี่ ุณหภูมิค่อนข้างสูง
4) ปฏกิ ริ ิยาส่วนมากจะเกดิ ได้เร็วน้ันจะต้องใช้พลงั งานความร้อนเข้ามา โดยมหี ลกั ทวั่ ไปว่า อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาทวั่ ๆ ไป จะเพม่ิ ขนึ้ เม่ือ ระบบมีอุณหภูมเิ พม่ิ ขนึ้5) ตวั อย่างในเร่ืองผลของอณุ หภูมทิ มี่ ตี ่อการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมีทพ่ี บในชีวติ ประจาวนั ได้แก่ การเกบ็ อาหารไว้ในตู้เยน็( อณุ หภูมติ า่ ) อาหารจะไม่บูดเน่า แต่ถ้าเกบ็ ไว้ในข้างนอก(อุณหภูมปิ กต)ิ จะทาให้อาหารบูดเน่าได้ง่าย
อณุ หภมู แิ ละอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า• อณุ หภมู มิ ผี ลโดยตรงตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าCO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g)T (K) 600 650 700 750 800 k 0.03 0.22 1.30 6.00 23.00(mol L-3 s-1)– เมอ่ื อณุ หภมู เิ พมิ่ ขนึ้ คา่ k จะเพมิ่ ขน้ึ ดว้ ยk log k T 1/T
การอธิบายผลของอณุ หภูมทิ มี่ ตี ่ออตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี การเพม่ิ อณุ หภูมทิ าให้เพมิ่ จานวนโมเลกลุ ของสารทม่ี ีพลงั งานสูงพอทจ่ี ะชนกนั แล้วทาให้เกดิ ปฏกิ ริ ิยาได้ เป็ นปัจจัยสาคญั ที่ทาให้อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเพม่ิ ขนึ้ แสดงวา่ เมอื่ เพมิ่ อณุ หภูมิ จานวนโมเลกลุ ทมี่ พี ลงั งานสูงพอทจี่ ะชนกนั แล้วเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี จะเพม่ิ มากขนึ้
4.4 ผลของสารบางชนิดต่ออตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี1) ตัวเร่งปฏกิ ริ ิยา ตัวเร่งปฏิกริ ิยา ได้แก่ สารทเ่ี ตมิ ลงไปจานวนน้อย แล้วทาให้ปฏกิ ริ ิยาเกดิ ได้เร็วขนึ้ หลงั จากปฏิกริ ิยาสิ้นสุดแล้วจะได้สารตวั เร่งปฏกิ ริ ิยาน้ัน ๆ กลบั คืนมา ซึ่งมคี ุณสมบตั เิ หมือนเดมิ ทุกประการ2) ผลของตวั เร่งปฏิกิริยาต่ออตั ราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (1) ตัวเร่งปฏกิ ริ ิยาเข้าไปมีส่วนช่วยอานวยความสะดวกให้การดาเนินไปของปฏิกริ ิยาเกดิ ได้สะดวกขนึ้ โดยตวั เร่งปฏกิ ิริยาไปลดพลงั งานก่อกมั มนั ต์ของปฏิกริ ิยาให้ต่าลง
กลไกเมอ่ื มตี วั เรง่ ปฏกิ ริ ยิ า• Heterogeneous Catalyst 2NO(g ) + 2CO(g ) ⎯P⎯t⎯(s)→ N 2 (g ) + 2CO2 (g ) NO O C Pt Pt Pt (a) (b) (c) Pt Pt Pt (d) (e) (f)
(2) หน้าท่ีของตัวเร่งประการท่ี 2 คือ ตวั เร่งอาจเข้าไปร่วมทาปฏิกริ ิยากบั สารต้งั ต้นตัวใดตวั หน่ึงโดยจดั ให้มีโครงสร้างใหม่ที่เหมาะสมในสภาพทพ่ี ร้อมจะเกดิ ปฏิกริ ิยาได้ ผลของตวั เร่งปฏกิ ริ ิยาต่ออตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยา
ผลของตัวเร่งปฏกิ ิริยาทาให้เกิดปฏกิ ริ ิยาในทศิ ทางใหม่ท่มี ีค่า Ea ต่าลง Ea ปฏิกริ ิยาท่ไี ม่มีตวั เร่งPotential energy A+B Ea ปฏกิ ิริยาท่มี ีตัวเร่ง Progress of reaction
3) ตัวยบั ย้งั หรือตวั ขดั ขวางปฏกิ ริ ิยา(Inhibitor) ตวั ขดั ขวางปฏิกริ ิยา หมายถงึ สารทเี่ ติมลงไปในปฏกิ ิริยาแล้วทาให้อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาลดลง หรือบางกรณอี าจจะไม่ทาให้เกดิ ปฏิกริ ิยากไ็ ด้ อาจเป็ นเพราะ สารตัวขดั ขวางไปจบั กบั สารต้งั ต้นทาให้สารต้งั ต้นมโี ครงสร้างไม่เหมาะสมทีจ่ ะเกดิ ปฏกิ ิริยาจงึ ทาให้ปฏกิ ริ ิยาเกดิ ได้ช้าลง
• ตวั อยา่ งการทดลอง• การเขียนการทดลองเป็นแผนภาพ
หลักการทดลอง ศกึ ษาอัตราการเกิดปฏกิ ริ ิยาของ2I-(aq)+ S2O82-(aq) I2 (aq) + 2SO42-(aq)……….(1 ) Rate = k [I-]m [S2O82-]nในกำรทดลองนีจ้ ะหำอตั รำเร็วของปฏิกิริยำจำกปริมำณ I2 ท่เี กิดขนึ ้ ตอ่ หนง่ึ หนว่ ยเวลำ Rate = D[I2] Dtและใช้ S2O32- เป็นตวั จำกดั กำรเกิดปฏกิ ิริยำ
I2 (aq) + 2S2O32-(aq) 2I-(aq) + S4O62-(aq) …..(2)คงท่ีเนื่องจากปฏิกิริยา (2) เกิดเร็วกวา่ ปฏิกิริยา(1)อยา่ งมาก S2O32- ทาปฏิกิริยากบั I2 ท่ีเกิดข้ึนทนั ทีเม่ือ S2O32- หมด I2 ที่เกิดขนึ ้ ใหม่จำกปฏิกิริยำ(1) จะรวมตวั กบั นำ้ แปง้ ได้สำรละลำยสนี ำ้ เงนิ ซง่ึ เป็นจดุ ท่ียตุ กิ ำรทดลอง
ปริมำณ I2 ท่ีเกิดขนึ ้ จำกปฏิกิริยำ(1)ในช่วงเวลำดงั กลำ่ วจะเท่ำกบั 1/2 ของปริมำณ S2O32-ทงั้ หมดที่เติมลงไปในระบบ D[I2] = ½ [S2O32-] Dt Dtดงั นนั้ ½ [S2O32-] Dt Rate =
อุปกรณ์นาฬิกาจับเวลา เทอร์โมมิเตอร์ บวิ เรต ขวดรูปกรวย บกี เกอร์
สารเคมีKI 0.200 M CuSO4 0.100 MNa2S2O3 0.010 M นา้ แป้ง(NH4)2S2O8 0.100 M นา้ กล่ัน
วิธีกำรทดลองตอนท่ี 1 : การหาอันดบั ของปฏิกิริยา และค่าคงท่อี ตั ราเร็วตอนท่ี 2 : ผลของอุณหภมู ิต่ออัตราเร็ว ปฏิกริ ิยาและการหา Eaตอนท่ี 3 : ผลของคะทะลิสต์ต่ออัตราเร็ว ปฏกิ ริ ิยา
ตอนท่ี 1การหาอันดบั ของปฏกิ ริ ิยา และค่าคงท่อี ัตราเร็ว
ตอนท่ี 11. เตมิ สารละลาย KI, Na2S2O3และนา้ แป้ง ลงในขวดรูป กรวย และเตมิ นา้ และ (NH4)2S2O8 ลงในบีกเกอร์ ตาม สัดส่วนขวดรูปกรวย บีกเกอร์ (NH4)2S2O8KI Na2S2O3 นา้ นา้ แป้ง
2. เทสารละลายในบกี เกอร์ ลงในขวดรูปกรวยอย่าง รวดเร็ว พร้อมจบั เวลาทนั ที เขย่าสารละลายผสม จนกระท่งั เหน็ สีนา้ เงนิ ปรากฏขนึ้ บนั ทกึ ช่วงเวลา ของการเกิดปฏกิ ริ ิยาเป็ นวนิ าที จบั เวลา1 หยดุ จบั เวลา เขย่า
จากนัน้ ทาการทดลองในทานองเดยี วกันสาหรับการทดลองครัง้ ท่ี 2-7 โดยเปล่ียนอตั ราส่วนของKI, Na2S2O3 H2O และ (NH4)2S2O82 34 Dt4Dt2 Dt35 67 Dt7Dt5 Dt6
ตอนท่ี 2ผลของอุณหภมู ติ ่ออัตราเร็วปฏกิ ริ ิยาและการหาพลังงานก่อกมั มันต์ (Ea)
ตอนท่ี 2 ทาการทดลองเหมอื นการทดลองครัง้ ท่ี 2 ในตอนท่ี 1 แต่ทาในอ่างควบคุมอุณหภมู ทิ ่ี 10, 20และ 40 oC ตามลาดับ จบั เวลาเป็ นวินาที (Dt) 8 9 10 10oC 20oC 40oCอ่างควบคุมอุณหภมู ิ อ่างควบคุมอุณหภมู ิ อ่างควบคุมอุณหภมู ิ
ตอนท่ี 3ผลของคะทะลสิ ต์ต่ออตั ราเร็วปฏกิ ิริยา
ตอนท่ี 3 1. ทาการทดลองเหมอื นการทดลองครัง้ ท่ี 2 แต่เพ่มิ CuSO4 0.100 M 1 หยด ลงไปใน บกี เกอร์ท่มี ีสารละลาย (NH4)2S2O8 จบั เวลาและบนั ทกึ เวลาท่ใี ช้ (Dt)11 CuSO4 Dt11
2. ทาการทดลองโดยใช้ปริมาณสารเช่นเดียวกับข้อ 1 แต่ทาท่อี ุณหภมู ิ 10 ,20 และ 40 oC ตามลาดบั12 13 14 10oC 20oC 40oCอ่างควบคุมอุณหภมู ิ อ่างควบคุมอุณหภมู ิ อ่างควบคุมอุณหภมู ิ
Search
