คู่มือครู ม.5 เล่ม 3

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 8 | อตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี 87 22 = 1.07 × 10-5 M s-1 คำ�นวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เวลา   340   วินาทีได้จากความชันของกราฟของ คานวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เวลา 340 วินาทีได้จากความชันของกราฟของ สาร B ดังสนารี้ B ดังน้ี อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ทเ่ี วลา 340 วินาที จากสาร B อตั ราการเก ดิ ปฏิกริ ยิ าrเค ม ี =ท่ีเ ว ล า41340ΔΔว[ินBtา]ทrี จากสาร B = 1 [B] = 1 (0.0200 – 0.01450t) M 4 (400 –=2701) (s0.0200 - 0.0150) M 4 (400 - 270) s = 9.62 × 10-6 M s-1 = 9.62 × 10-6 M s-1 นกั เรียนอนาักจเรตียอนบอาตจ่าตองจบตา่ากงแจานกวแคนว�ำ คตาอตอบบไไดด้้ ขขึน้ ้ึนกกับับกากราลรากลเาสก้นสเสัมน้ผัสสกมั ราผฟัสกราฟ อภปิ รายอผภลิปกราายรผทลำ�กการิจทการกิจรกมรรม เมื่อโจทย์ให้ขเม้อื่อมโจูลทคยว์ใาหม้ข้อเขมู้มลคขว้นามขเอข้มงสข้นาขรอCงสาทรี่เCวลทา่ีเวตล่าางต่าๆง ๆสสาามมาารรถถคคาำ�นนววณณความเข้มข้นของ สารอน่ื ๆคใวนามปเฏข้มกิ ขริ ้นยิ ขาอเงคสมารจี อา่ืนกๆคใวนาปมฏสิกมัิริยพาเนั คธมีจข์ าอกงคเวลาขมสสัมมั พปันรธะ์ขอสงทิ เลธขใิ์ สนัมสปมระกสาิทรธเิ์ใคนมี ซง่ึ สามารถเขยี น กราฟความสัมพันธ์แสดงการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารท่ีไม่ได้วัดในปฏิกิริยาเคมีที่เวลา ต่าง ๆ และน�ำ มาหาอัตรากาคู่มรอื เคกรรู ดิา่ งป1 ฏสสิกวทริ .ยิ สงาวเนคสิทมธิ์ ไีหดา้ ม้ เผยแพร่ สรุปผลการท�ำ กจิ กรรม สามารถเขียนกราฟความสัมพันธ์แสดงการเปลี่ยนแปลงปริมาณสารที่ไม่ได้วัดในปฏิกิริยา เคมีท่ีเวลาต่าง ๆ ได้ เม่ือทราบการเปล่ียนแปลงปรมิ าณของสารใดสารหน่ึง สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมี เคมี เลม่ 3 88 16. ครใู ห้นกั เรียนทำ�แบบฝึกหัด 8.1 เพ่ือทบทวนความรู้ แนวทางการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรู้เกี่ยวกับความหมายและการคำ�นวณเกี่ยวกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของสารและอัตรา การเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี จากรายงานการทดลอง รายงานการท�ำ กจิ กรรม การอภปิ ราย การท�ำ แบบฝกึ หดั และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสงั เกต การวดั การทดลอง ความรว่ มมอื การท�ำ งานเปน็ ทมี และภาวะผนู้ �ำ จากรายงาน การทดลองและการสังเกตพฤตกิ รรมในการทำ�การทดลอง 3. ทักษะการจัดกระทำ�และสื่อความหมายข้อมูล จากรายงานการทดลองและรายงาน การท�ำ กิจกรรม 4. ทักษะการใช้จำ�นวน จากการทำ�แบบฝกึ หดั 5. ทักษะการสอ่ื สาร สารสนเทศและการรูเ้ ท่าทนั สือ่ จากการอภิปราย 6. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความอยากรู้อยากเห็น ความซ่ือสัตย์ ความรอบคอบ การใช้วิจารณญาณ ความใจกว้าง ความเชื่อมั่นต่อหลักฐาน จากการสังเกตพฤติกรรมในการอภิปราย การทำ�การทดลอง และการท�ำ กจิ กรรม สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 8 | อตั ราการเกิดปฏิกิริยาเคมี 89 แบบฝึกหดั 8.1 1. จากการทดลองศึกษาอตั ราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี 2A + B C โดยการวดั ความ เขม้ ข้นของสาร A ได้ผลดงั นี้ เวลา (s) 0.0 5.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 [A] (M) 1.00 0.64 0.44 0.27 0.22 0.22 0.22 1.1 ค ำ�นวณอตั ราการเปลยี่ นแปลงปรมิ าณของสาร A ในช่วงเวลา 0.0–5.0 5.0–10.0 และ 10.0–20.0 วินาที และเปรียบเทียบอตั ราการเปล่ียนแปลงปริมาณของสาร A ในชว่ งเวลาดังกล่าว ช่วงเวลา 0.0–5.0 วินาที - Δ[A] = - (0.64 – 1.00) M Δt (5.0 – 0.0) s = 7.2 × 10-2 M s-1 ช่วงเวลา 5.0–10.0 วนิ าที - Δ[A] = - (0.44 – 0.64) M Δt (10.0 – 5.0) s = 4.0 × 10-2 M s-1 ชว่ งเวลา 10.0–20.0 วนิ าที - Δ[A] = - (0.27 – 0.44) M Δt (20.0 – 10.0) s = 1.7 × 10-2 M s-1 ดังน้ัน อัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของสาร A ในช่วงเวลา 0.0–5.0 เร็วกว่า 5.0–10.0 และ 10.0–20.0 วนิ าที ตามล�ำ ดบั สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี เคมี เลม่ 3 90 1.2 ค ำ�นวณอตั ราการเปลี่ยนแปลงปรมิ าณของสาร A และ C ในช่วงท่เี กิดปฏิกริ ยิ าเคมี ชว่ งที่เกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี คือ 0.0–30.0 วนิ าที อัตราการเปลีย่ นแปลงปรมิ าณของสาร A - Δ[A] = - (0.22 – 1.00) M Δt (30.0 – 0.0) s = 2.6 × 10-2 M s-1 อัตราการเปลย่ี นแปลงปรมิ าณของสาร C Δ[C] = - 1 Δ[A] Δt 2 Δt = 1 × 2.6 × 10-2 M s-1 2 = 1.3 × 10-2 M s-1 ดงั นนั้ อตั ราการเปลยี่ นแปลงปรมิ าณของสาร A และ C ในชว่ งทเี่ กดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี เทา่ กบั 2.6 × 10-2 M s-1 และ 1.3 × 10-2 M s-1 ตามล�ำ ดบั 1.3 ค �ำ นวณอัตราการเกดิ ปฏิกิรยิ าเคมีเฉล่ีย ในช่วงที่เกิดปฏิกิรยิ าเคมี r = Δ[C] Δt = 1.3 × 10-2 M s-1 อัตราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมีเฉลยี่ ในชว่ งทเี่ กิดปฏกิ ริ ิยาเคมี เทา่ กับ 1.3 × 10-2 M s-1 สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี 26 91 1.4 หาอตั ราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมี ที่เวลา 11 วินาที 1.4 ห าอัตราการเกิดปฏกิ ิริยาเคมี ทเี่ วลา 11 วนิ าที r = - 1 Δ[A] 2 Δt = - 1 (0.32 – 0.48) M 2 (15.0 – 8.0) s = 1.1 × 10-2 M s-1 คานวณคำ�อนตั วรณากอัตารเากกิดารปเฏกดิกปิรยิฏาิกเริ คยิ มาีเคทมเี่ ี ว ทล่ีเาวล1า21ว2นิ วานิทาี ที r = - 1 Δ[A] [A] 2 Δt sMt r 1  1=(0.32 – 0.48) = - 2 2(15.0 – 8.0) = 1.1 ×=10-2 M s-1 1  (0.32-0.48)M  2 (15.0-8.0)s ดังนน้ั อตั ราการเกิดปฏกิ ิริยาเค=มี ทีเ่ วลา11.12 วิน1า0ท-ี2เทM่ากsับ-1 1.1 × 10-2 M s-1 2. ถ้าสาร P ทำ�ปฏิกิริยากับสาร Q เกิดผลิตภัณฑ์เป็นสาร W จากการทดลองพบว่า อัตรา ดกังานรนั้ เกอิดตัปรฏาิกกิราิยราเเกคดิ มปีเปฏ็นกิ ริ ิย12าเเคทม่าีขทอ่ีเงวอลัตารา1ก2าวรินเปาลที่ยี เนทแา่ ปกลบั งป1.ร1ิมาณ1ข0อ-2งMสารs-1P และเป็น 1 เท่าของอัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสาร Q และเป็น 1 เ ท่ า ข อ ง อั ต ร า 4 3 2. ถ้าสากราPรเปทลาี่ยปนฏแปิกลิรงิยปารกมิ ับาณสาขรองQสารเกWิด ผ จลงิตเขภียัณนสฑม์เกปา็นรเสคามรขี อWงปฏจิกาิริยกากทาีเ่ รกทิดขดึ้นลองพบว่า อัตร ากา รเกิด ปฏิกิริยาเคมีเป็น2P1+เท4่Qาข องอัตร า 3กWารเปล่ียนแปลงปริมาณของสาร P 2 และเป็น 1 เทา่ ของอัตราการเปลย่ี นแปลงปริมาณของสาร Q และเป็น 1 เทา่ ของอัตรา 43 การเปลย่ี นแปลงปริมาณของสาร W จงเขยี นสมการเคสถมาีขบนัอสงง่ ปเสฏรมิิกกิรายิ ราสอทนี่เวกทิ ดิ ยขาศน้ึ าสตร์และเทคโนโลยี 2P+4Q  3W

บทที่ 8 | อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี เคมี เล่ม 3 92 3.  สาร A สลายตัวเป็นสาร B ดังสมการเคม ี 3A 5B เมือ่ เริม่ ตน้ ปฏิกริ ยิ ามี สาร A 3.00 โมลาร์ เมื่อเวลาผ่านไป 30.0 นาที มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉล่ีย เท่ากับ 0.0150 โมลารต์ อ่ นาที สาร A และสาร B จะมีความเขม้ ข้นเท่าใด ค�ำ นวณความเขม้ ขน้ ของสาร A เม่ือเวลาผ่านไป 30.0 นาที จาก r = - 1 Δ[A] 3 Δt จะไดอ้ ัตราการเปลยี่ นแปลงปรมิ าณของสาร A คือ - Δ[A] = 3r Δt - A2 – A1 = 3 × 0.0150 M min-1 t2 – t1 - A2 – 3.00 M = 0.0450 M min-1 (30.0 – 0.0) min -(A2 – 3.00 M) = 0.0450 M min-1 × 30.0 min A2 = 3.00 M – 1.35 M = 1.65 M ความเข้มข้นของสาร B r = 1 Δ[B] 5 Δt จะไดอ้ ัตราการเปล่ียนแปลงปรมิ าณของสาร B คือ Δ[B] = 5r Δt B2 – 0.00 M = 5 × 0.0150 M min-1 (30.0 – 0.0) min B2 – 0.00 M = 0.0750 M min-1 × 30.0 min B2 = 2.25 M ดังนั้น เวลาผ่านไป 30.0 นาที สาร A และสาร B มีความเข้มข้น 1.65 M และ 2.25 M ตามล�ำ ดับ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 8 | อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี 93 4. พิจารณากราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารและเวลา เพื่อตอบคำ�ถาม ตอ่ ไปน้ี 4.1 ระบุความเข้มข้นของสาร A B และ C เม่ือเร่ิมต้นและเม่ือไม่มีการเปล่ียนแปลง ความเข้มข้น ความเขม้ ขน้ เมอ่ื ไมม่ กี าร สาร ความเขม้ ขน้ เรม่ิ ตน้ (M) เปลย่ี นแปลงความเขม้ ขน้ (M) A 0.25 0.05 B 0.00 0.20 C 0.20 0.10 4.2 สารใดเป็นสารผลิตภณั ฑ์ สาร B สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อตั ราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 94 4.3 อ ัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของสารแต่ละชนิด ต้ังแต่เร่ิมต้นปฏิกิริยาจนความ เขม้ ข้นไมเ่ ปลี่ยนแปลง มคี า่ เท่าใด อตั ราการเปล่ียนแปลงปริมาณของสาร A - Δ[A] = - (0.05 – 0.25) M Δt (50 – 0) s = 4.0 × 10-3 M s-1 อตั ราการเปลย่ี นแปลงปริมาณของสาร B Δ[B] = (0(.5200 – 0) M Δt – 0) s = 4.0 × 10-3 M s-1 อตั ราการเปล่ยี นแปลงปริมาณของสาร C - Δ[C] = - (0.10 – 0.20) M Δt (50 – 0) s = 2.0 × 10-3 M s-1 ดงั นนั้ อัตราการเปลี่ยนแปลงปรมิ าณของสาร A B และ C เท่ากับ 4.0 × 10-3 M s-1 4.0 × 10-3 M s-1 และ 2.0 × 10-3 M s-1 ตามล�ำ ดบั 4.4 ส มการเคมีของปฏิกิริยาเคมีเป็นอย่างไรและอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีต้ังแต่เริ่มต้น ปฏกิ ิรยิ าจนความเขม้ ข้นไม่เปลย่ี นแปลง มคี า่ เท่าใด สมการเคมขี องปฏกิ ิรยิ า คอื 2A + C 2B อัตราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมเี ฉล่ีย เทา่ กบั 2.0 × 10-3 M s-1 สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 8 | อตั ราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี 95 8.2 แนวคิดเกี่ยวกับอตั ราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ อธิบายแนวคิดเกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีโดยใช้ทฤษฎีการชนและทฤษฎีสถานะ แทรนซชิ ัน ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื นที่อาจเกิดขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง ปฏกิ ริ ยิ าคายพลงั งานเกดิ ไดเ้ รว็ กวา่ ปฏกิ ริ ยิ าดดู ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี กดิ ขน้ึ เรว็ หรอื ชา้ ไมข่ น้ึ กบั ชนดิ ของ พลังงาน เน่อื งจากผลิตภัณฑ์มีพลังงานตำ�่ กว่า ปฏกิ ริ ยิ าวา่ เปน็ ปฏกิ ริ ยิ าดดู หรอื คายพลงั งาน แต่ สารตง้ั ตน้ ขน้ึ อยกู่ บั พลงั งานกอ่ กมั มนั ตข์ องปฏกิ ริ ยิ า แนวการจัดการเรียนรู้ 1. ครูทบทวนความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีจลน์ของแก๊สว่า อนุภาคของแก๊สมีการเคลื่อนท่ีและอาจ เกิดการชนกันได้ จากน้ันครูใช้คำ�ถามนำ�ว่า การชนกันของอนุภาคสารตั้งต้นสามารถนำ�ไปสู่การเกิด ผลติ ภณั ฑไ์ ดห้ รือไม่ และมีผลตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมอี ยา่ งไร 2. ครูให้ความรู้เก่ียวกับแนวคิดเกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีตามทฤษฎีการชนว่า เมื่อ อนภุ าคของสารตงั้ ตน้ เคลอ่ื นทม่ี าชนกนั แลว้ เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี การชนนนั้ ตอ้ งมที ศิ ทางทเี่ หมาะสมและ อนุภาคที่ชนกนั ต้องมีพลงั งานจลนม์ ากพอ โดยครใู ช้รูป 8.3 ประกอบการอธบิ าย จากนั้นใหน้ ักเรียน ตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อัตราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 96 ตรวจสอบความเขา้ ใจ ให้นักเรียนวาดรูปแสดงทิศทางการชนกันของแก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) กับ แกส๊ โอโซน (O3) ที่มีผลต่อการเกิดแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) กับ แก๊สออกซเิ จน (O2) รูปท่วี าดควรใหอ้ ะตอม N ของ NO ชนกบั อะตอม O ท่ีปลายของ O3 เช่น + + NO O3 NO2 O2 3. ครูอธิบายเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานจลน์ของอนุภาคแก๊สและพลังงาน ก่อกัมมันต์ของปฏกิ ริ ยิ าเคมี โดยใช้รปู 8.4 ประกอบการอธิบาย ตามรายละเอยี ดในหนงั สอื เรียน 4. ครูอธิบายแนวคิดเกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีตามทฤษฎีสถานะแทรนซิชัน โดย ใชร้ ปู 8.5 ตามรายละเอียดในหนังสอื เรียน 5. ครูใช้รูป 8.6 เพอ่ื แสดงตัวอยา่ งแผนภาพการดำ�เนนิ ไปของปฏกิ ิรยิ าเคมแี ละการจดั เรียงตัว ของอนภุ าคสาร ณ สถานะแทรนซชิ นั 6. ครอู ธบิ ายแผนภาพการด�ำ เนนิ ไปของปฏกิ ริ ยิ าในรปู 8.7 โดยเนน้ ใหเ้ หน็ วา่ ปฏกิ ริ ยิ าเคมจี ะ เกดิ เรว็ หรอื ชา้ ขนึ้ กบั พลงั งานกอ่ กมั มนั ตข์ องปฏกิ ริ ยิ าเทา่ นน้ั แตไ่ มข่ นึ้ กบั ชนดิ ของปฏกิ ริ ยิ าเคมวี า่ เปน็ ปฏกิ ิรยิ าคายพลังงานหรอื ดูดพลังงาน จากนน้ั ให้นักเรยี นตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 8 | อตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี 97 ตรวจสอบความเขา้ ใจ ปฏิกิริยาเคมีท่ี 1 คายพลังงานเท่ากับ 20 kJ/mol มีพลังงานก่อกัมมันต์เท่ากับ 52 kJ/mol ปฏิกิริยาเคมีที่ 2 ดูดพลังงานเท่ากับ 30 kJ/mol มีพลังงานก่อกัมมันต์เท่ากับ 45 kJ/mol ปฏิกริ ยิ าเคมีใดเกดิ ไดเ้ รว็ กวา่ กนั เพราะเหตุใด ปฏกิ ริ ยิ าเคมที ี่ 2 เกดิ ไดเ้ รว็ กวา่ ปฏกิ ริ ยิ าเคมที ่ี 1 เพราะมพี ลงั งานกอ่ กมั มนั ตน์ อ้ ยกวา่ 7. ครูให้นกั เรยี นทำ�แบบฝึกหดั 8.2 เพื่อทบทวนความรู้ แนวทางการวดั และประเมินผล 1. ความรู้เกี่ยวกับแนวคิดเก่ียวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีตามทฤษฎีการชนและทฤษฎี สถานะแทรนซชิ นั จากการทำ�แบบฝกึ หัด และการทดสอบ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี เคมี เลม่ 3 98 แบบฝึกหัด 8.2 1. จงเติมเคร่ืองหมาย หน้าข้อความท่ีถูกต้อง และ เติมเครื่องหมาย หน้าข้อความ ท่ไี มถ่ ูกต้อง … ... 1.1 ก ารเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารตั้งต้นที่เป็นของแข็งกับของเหลวไม่สามารถ อธิบายไดโ้ ดยใชท้ ฤษฎกี ารชน … ... 1.2 ป ฏกิ ริ ยิ าเคมีเกิดข้ึนได้ ถ้าอนุภาคของสารตั้งตน้ ชนกนั ดว้ ยทิศทางทีเ่ หมาะสม และมีพลงั งานอยา่ งนอ้ ยเท่ากบั พลังงานกอ่ กัมมันต์ … ... 1.3 อนุภาคของสารท่ีชนกันแลว้ เกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี แต่ละอนุภาคไมจ่ �ำ เป็นตอ้ งมี พลงั งานเทา่ กับพลงั งานกอ่ กัมมนั ต์ 2. พ ิจารณาแผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงพลงั งานของปฏิกริ ยิ าต่อไปนี้ 2.1 พ ลงั งานก่อกมั มนั ต์ของปฏิกิริยา A + B C + D มีค่าเทา่ ใด พลังงานกอ่ กัมมนั ต์ของปฏิกริ ยิ า A + B C + D มคี า่ 120 – 52 เท่ากับ 68 kJ 2.2 พ ลังงานกอ่ กัมมันตข์ องปฏกิ ิริยา C + D A + B มีค่าเทา่ ใด พลงั งานกอ่ กัมมนั ต์ของปฏกิ ิริยา C + D A + B มีคา่ 120 – 20 เท่ากบั 100 kJ 2.3 ปฏิกิริยา A + B C + D เป็นปฏิกิริยาดูดหรือคายพลังงาน และพลังงาน ของปฏกิ ิรยิ ามีค่าเท่าใด เป็นปฏกิ ิริยาคายพลงั งาน และพลังงานของปฏกิ ริ ิยามีค่า 52 – 20 เท่ากับ 32 kJ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี 99 3. จากขอ้ มูลในตารางตอ่ ไปน้ ี ปฏิกิริยาที่ สมการเคมี พลังงานก่อกัมมันต์ พลังงานของปฏิกิริยา (kJ/mol) (kJ/mol) 1 AB 50.56 -70.00 2 C+D E 70.45 +45.23 3 H I+J 110.00 -25.33 3.1 เรยี งลำ�ดับอัตราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมขี องทั้งสามปฏิกริ ิยาจากมากไปหานอ้ ย 1>2>3 3.2 ป ฏิกริ ิยาที่ 1 สารต้งั ตน้ มีพลังงานมากหรอื นอ้ ยกว่าผลิตภณั ฑเ์ ท่าใด สารตงั้ ต้นมีพลงั งานมากกวา่ สารผลติ ภัณฑ์ 70.00 kJ/mol สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 100 4. ป ฏิกิริยา A C เป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน 36 กิโลจูลต่อโมล โดยมี B เป็นสารท่ี สถานะแทรนซชิ ัน ซงึ่ มพี ลงั งานมากกว่า A 45 กโิ ลจูลต่อโมล 4.1. เขียนแผนภาพการด�ำ เนินไปของปฏิกิรยิ า 4.2 เปรยี บเทียบพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา A C กบั C A A ท่ีมีพลังงาน A C มีพลังงานก่อกัมมันต์ 45 kJ/mol ซึ่งน้อยกว่า C กอ่ กัมมันต์ 45 + 36 เท่ากับ 81 kJ/mol สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี 101 8.3 ปัจจยั ทมี่ ีผลต่ออตั ราการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าเคมี จุดประสงค์การเรยี นรู้ 1. ทำ�การทดลอง และอธิบายผลของความเข้มข้นของสาร พ้ืนท่ีผิวของสาร อุณหภูมิ และ ตวั เร่งปฏิกริ ยิ าซึ่งเปน็ ปจั จัยหลกั ทีม่ ผี ลตอ่ อัตราการเกิดปฏกิ ิริยาเคมี 2. เปรยี บเทยี บอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี มอ่ื มกี ารเปลย่ี นแปลงปจั จยั หลกั ทม่ี ผี ลตอ่ อตั ราการ เกดิ ปฏกิ ิรยิ าเคมี 3. สบื คน้ ขอ้ มลู เกย่ี วกบั กระบวนการทเี่ กดิ ขนึ้ ในชวี ติ ประจ�ำ วนั หรอื อตุ สาหกรรมทเี่ กยี่ วขอ้ งกบั ปัจจยั ทม่ี ผี ลตอ่ อัตราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี ความเข้าใจคลาดเคล่อื นท่อี าจเกิดขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง ปฏกิ ริ ยิ าคายพลงั งาน เมอ่ื เพม่ิ อณุ หภมู จิ ะท�ำ ให้ ปฏกิ ริ ยิ าดดู และคายพลงั งาน เมอ่ื เพม่ิ อณุ หภมู จิ ะ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมลี ดลง ท�ำ ใหอ้ ตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี พม่ิ ขน้ึ เมอ่ื เพม่ิ ปรมิ าตรของสารตง้ั ตน้ ทเ่ี ปน็ สารละลาย การเพม่ิ ปรมิ าตรของสารตง้ั ตน้ ทเ่ี ปน็ สารละลาย จะสง่ ผลใหอ้ ตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี พม่ิ ขน้ึ ท่ไี ม่มีผลต่อความเข้มข้นหรือพ้นื ท่ผี ิวสัมผัส จะ ไมม่ ผี ลตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี แนวการจัดการเรยี นรู้ 1. ครูทบทวนความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีการชนว่า ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดข้ึนเม่ือโมเลกุลของ สารต้ังต้นเกิดการชนกันในทิศทางที่เหมาะสมและมีพลังงานท่ีมากพอให้เกิดปฏิกิริยา ดังน้ันการเพ่ิม จำ�นวนครั้งของการชนในทิศทางท่ีเหมาะสมและมีพลังงานมากพอ จะมีผลทำ�ให้อัตราการเกิด ปฏิกริ ยิ าเคมีเพม่ิ ข้ึน 2. ครูยกตัวอย่างปฏิกิริยาเคมีท่ีเกิดข้ึนในธรรมชาติหรือชีวิตประจำ�วัน เช่น ปฏิกิริยาการเกิด สนมิ เพื่อใหน้ ักเรยี นอภปิ รายร่วมกนั วา่ ปจั จยั ใดบา้ งที่สง่ ผลใหป้ ฏิกิรยิ าเคมดี งั กลา่ วเกิดไดเ้ ร็วหรือช้า เพ่ือนำ�เข้าสูก่ ิจกรรม 8.4 3. ครใู ห้นกั เรียนท�ำ กจิ กรรม 8.4 การทดลองศึกษาผลของความเข้มขน้ พื้นทผี่ วิ และอุณหภูมิ ต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี แล้วให้นักเรียนอภิปรายผลการทดลองโดยใช้คำ�ถามท้าย การทดลอง สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 102 กิจกรรม 8.4 ก ารทดลองศึกษาผลของความเข้มข้น พื้นที่ผิว และอุณหภูมิ ต่ออตั ราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมี จุดประสงคก์ ารทดลอง 1. ทดลองเพ่ือศึกษาผลของความเข้มข้น   พ้ืนท่ีผิว   และอุณหภูมิต่ออัตราการเกิด ปฏกิ ริ ยิ าเคมี 2. อธิบายผลของความเข้มข้น พื้นทผ่ี วิ และอณุ หภูมิตอ่ อตั ราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี เวลาท่ีใช้ อภิปรายก่อนท�ำ การทดลอง 10 นาที นาที ทำ�การทดลอง 30 นาที นาที อภปิ รายหลงั ท�ำ การทดลอง 20 รวม 60 วสั ดุ อปุ กรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม 0.3 g สารเคมี 0.1 g 30 mL 1. แคลเซยี มคาร์บอเนต (CaCO3) 10 mL แบบผง 1 อัน 2. แคลเซียมคารบ์ อเนต (CaCO3) 4 ใบ แบบเม็ด 1 เรือน 3. สารละลายกรดไฮโดรคลอริก (HCl) 1 ชุด 0.2 M 4. สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ (HCl) 0.5 M วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 1. ก ระบอกตวงขนาด 10 mL 2. บีกเกอร์ขนาด 100 mL 3. นาฬิกาจับเวลาหรอื นาฬกิ าท่ีมีเข็ม วนิ าที 4. ตะเกยี งแอลกอฮอล์พร้อมท่ีกน้ั ลม สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 8 | อัตราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี 103 การเตรียมล่วงหนา้ 1. เตรยี ม HCl 0.2 M ปรมิ าตร 450 mL โดยตวง HCl 6.0 M ปรมิ าตร 15 mL ลงใน น้�ำ กลั่นประมาณ 250 mL แล้วเติมน้ำ�กล่นั ให้ไดป้ ริมาตร 450 mL (สารละลายท่ี เตรียมสามารถใช้ได้กับการทดลองของนักเรยี นประมาณ 15 กล่มุ ) 2. เตรียม HCl 0.5 M ปรมิ าตร 120 mL โดยตวง HCl 6.0 M ปริมาตร 10 mL ลงใน น�ำ้ กล่ันประมาณ 60 mL แล้วเตมิ นำ้�กลน่ั ใหไ้ ดป้ รมิ าตร 120 mL (สารละลายที่ เตรียมสามารถใชไ้ ด้กับการทดลองของนักเรียนประมาณ 12 กลมุ่ ) ขอ้ เสนอแนะสำ�หรบั ครู • HCl มฤี ทธกิ์ ัดกรอ่ น ควรให้นักเรยี นสวมถงุ มอื ระหวา่ งทำ�การทดลอง • สำ�หรับการทดลองในบีกเกอร์ใบท่ี 3 สามารถให้นักเรียนหยุดการทดลองหากใช้เวลา นานมากกวา่ 5 นาที • ค รูอาจชั่ง CaCO3 ไว้ลว่ งหน้า ในกรณที ม่ี เี ครื่องช่งั ไม่เพียงพอ ตัวอย่างผลการทดลอง บีกเกอร์ใบที่ เวลา (s) 48 1 36 ผง CaCO3 + HCl 0.2 M >300 2 25 ผง CaCO3 + HCl 0.5 M 3 เมด็ CaCO3 + HCl 0.2 M 4 ผง CaCO3 + HCl 0.2 M (อนุ่ ) อภิปรายผลการทดลอง จากการทดลองปฏิกิริยาเคมีท่ีเกิดขนึ้ เป็นดงั สมการเคมี CaCO3(s) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 104 เวลาท่ีใช้ในการเกิดปฏิกิริยาเคมีจนกระท่ังไม่เห็นฟองแก๊สเกิดขึ้นในแต่ละบีกเกอร์ ไมเ่ ทา่ กัน ดงั น้ี เมื่อเปรียบเทยี บบกี เกอร์ใบท่ี 1 และใบที่ 2 พบวา่ บกี เกอร์ใบท่ี 2 ซง่ึ ใช้ HCl เข้มขน้ มากกวา่ ใช้เวลานอ้ ยกวา่ แสดงว่าการเพ่ิมความเขม้ ขน้ ของ HCl มีผลท�ำ ให้อัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมีนีเ้ พิ่มขน้ึ เม่อื เปรยี บเทียบบกี เกอร์ใบที่ 1 และใบที่ 3 พบว่า บกี เกอร์ใบที่ 1 ซง่ึ ใชผ้ ง CaCO3 ซง่ึ มี พ้นื ท่ีผิวมากกว่า ใช้เวลานอ้ ยกวา่ บกี เกอร์ใบท่ี 3 ซง่ึ ใช้เมด็ CaCO3 แสดงว่าการเพ่มิ พืน้ ทีผ่ ิว ของ CaCO3 ให้สัมผัสกับ HCl มากขึ้นมผี ลทำ�ใหอ้ ัตราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมนี ี้เพิ่มขึน้ เม่ือเปรียบเทยี บบีกเกอรใ์ บที่ 1 และใบที่ 4 พบวา่ บกี เกอร์ใบที่ 4 ซง่ึ มีอณุ หภมู ิ สูงกวา่ ใชเ้ วลาน้อยกวา่ แสดงวา่ การเพม่ิ อุณหภมู ิในการเกิดปฏิกิรยิ ามีผลท�ำ ใหอ้ ัตราการ เกิดปฏกิ ริ ิยาเคมีนเ้ี พิม่ ข้ึน สรุปผลการทดลอง การเพม่ิ ความเขม้ ข้น การเพม่ิ พ้นื ท่ผี วิ ของสารตั้งต้น และการเพม่ิ อุณหภมู ิ เปน็ ปจั จยั ที่ ท�ำ ให้ปฏิกริ ยิ าเคมีเกิดไดเ้ ร็วข้นึ 4. ครูอธิบายผลของความเขม้ ข้น พื้นท่ผี วิ และอุณหภมู ิ ทีม่ ตี อ่ อัตราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี โดย ใช้รูป 8.8, 8.9 และ 8.10 ประกอบการอธิบายตามลำ�ดับ จากน้ันครูยกตัวอย่างความรู้เก่ียวกับ ปัจจัยท่ีมีผลตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมีในชวี ติ ประจ�ำ วัน ตามรายละเอยี ดในหนงั สือเรียน 5. ครใู หน้ กั เรียนตอบค�ำ ถามชวนคดิ สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี 105 ชวนคิด 1. เมื่อใส่ผงแมกนีเซียม 0.5 กรัม (หน่ึงเมล็ดถ่ัวเขียว) ลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริกท่ีมี ความเขม้ ขน้ 1.0 โมลาร์ ปริมาตร 10 มิลลิลิตร และ 20 มลิ ลลิ ิตร อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี ในสารละลายทงั้ สองต่างกนั หรอื ไม่ อย่างไร อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในสารละลายท้ังสองไม่ต่างกัน เพราะสารละลายท้ังสองมี ความเขม้ ขน้ เทา่ กนั 2. หากทำ�การทดลองดงั ข้อ 1 โดยใชส้ ารละลาย ดังตอ่ ไปน้ี • สารละลายกรดไฮโดรคลอริก 1.0 โมลาร์ ปรมิ าตร 10 มลิ ลิลติ ร • ส ารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.5 โมลาร์ ปรมิ าตร 20 มิลลลิ ิตร • ส ารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.2 โมลาร์ ปริมาตร 50 มลิ ลิลิตร อตั ราการเกิดปฏิกิริยาเคมใี นสารละลายใดมคี ่ามากที่สดุ เพราะเหตุใด สารละลายกรดไฮโดรคลอริก 1.0 M ปริมาตร 10 mL มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี มากทส่ี ดุ เพราะใชส้ ารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ ทม่ี คี วามเขม้ ขน้ มากทส่ี ดุ 6. ครใู ชค้ �ำ ถามน�ำ วา่ นอกจากความเขม้ ขน้ พน้ื ทผ่ี วิ และอณุ หภมู ิ แลว้ ยงั มปี จั จยั อนื่ อกี หรอื ไม่ ท่ีมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี จากนั้นครูเขียนสมการเคมีแสดงการสลายตัวของไฮโดรเจน เปอรอ์ อกไซด์ ดังนี้ 2H2O2(aq) 2H2O(l) + O2(g) ครูช้ีให้เห็นว่าปฏิกิริยานี้มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารตั้งต้น จากน้ันให้นักเรียนทำ� กิจกรรม 8.5 การออกแบบและทดลองเพ่ือศึกษาผลของการเติมสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ ตอ่ อตั ราการสลายตวั ของไฮโดรเจนเปอรอ์ อกไซด์ แลว้ ใหน้ กั เรยี นอภปิ รายผลการทดลองโดยใชค้ �ำ ถาม ทา้ ยการทดลอง สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อตั ราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมี เคมี เล่ม 3 106 กิจกรรม 8.5 การออกแบบและทดลองเพือ่ ศึกษาผลของการเตมิ สารละลาย โพแทสเซยี มไอโอไดด์ต่ออตั ราการสลายตวั ของไฮโดรเจน เปอรอ์ อกไซด์ จุดประสงคก์ ารทดลอง 1. อ อกแบบและทดลองเพอ่ื ศกึ ษาผลของการเติมสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดดต์ ่อ อัตราการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 2. อ ธบิ ายผลของการเติมสารละลายโพแทสเซยี มไอโอไดด์ตอ่ อัตราการสลายตวั ของ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เวลาทใี่ ช ้ อภิปรายกอ่ นท�ำ การทดลอง 10 นาที นาที ทำ�การทดลอง 20 นาที นาที อภิปรายหลังท�ำ การทดลอง 20 รวม 50 วสั ด อุ ุปกรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม สารเคมี 0.5 mL 1. ส ารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์  (KI) 20 mL ร้อยละ 1 โดยมวลตอ่ ปริมาตร 0.5 mL 2. ส ารละลายไฮโดรเจนเปอรอ์ อกไซด์ (H2O2) ร้อยละ 8 โดยมวลต่อปริมาตร 2 ใบ 1 อัน 3. น้ำ�กลั่น 1 อัน วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 1. บีกเกอร์ขนาด 50 mL 2. กระบอกตวงขนาด 10 mL 3. หลอดหยด การเตรียมล่วงหนา้ 1. เตรียม KI 1 %w/v ปรมิ าตร 10 mL โดยชงั่ KI 0.1 g ละลายในนำ�้ กลน่ั ให้ได้ปริมาตร 10    mL    (สารละลายที่เตรียมสามารถใช้ได้กับการทดลองของนักเรียนประมาณ 20 กลุม่ ) สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี 107 2. เตรียม H2O2 8%w/v ปรมิ าตร 150 mL โดยการตวง H2O2 35%w/w (40%w/v) ปรมิ าตร 30 mL เติมนำ�้ กล่ันจนได้ปริมาตร 150 mL (สารละลายที่เตรียมสามารถ ใชไ้ ดก้ ับการทดลองของนกั เรยี นประมาณ 15 กลุ่ม) ข้อเสนอแนะสำ�หรับครู 1. H 2O2 เปน็ สารเคมที ก่ี ่อให้เกิดความระคายเคอื ง ควรให้นักเรยี นสวมถุงมอื ระหวา่ ง ท�ำ การทดลอง 2. อ าจใช้ H2O2 ความเขม้ ขน้ สงู กวา่ 8%w/v หรอื เติมนำ้�ยาลา้ งจานท่ีไมม่ ีสี เพอ่ื ให้ สงั เกตเหน็ ฟองแก๊สไดช้ ัดเจนขึ้น 3. ถ้าไมไ่ ด้ใช้ H2O2 ที่เปดิ ขวดใหม่ อาจท�ำ ให้ไมเ่ หน็ ฟองแกส๊ ในกรณีทไ่ี ม่เติม KI สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อตั ราการเกิดปฏิกิริยาเคมี เคมี เล่ม 3 108 ตวั อย่างผลการออกแบบและเขยี นรายงานทดลอง กจิ กรรม 8.5 ออกแบบและทดลองเพือ่ ศึกษาผลของการเตมิ สารละลาย โพแทสเซียมไอโอไดดต์ ่ออัตราการสลายตัวของไฮโดรเจน เปอร์ออกไซด์ จดุ ประสงคก์ ารทดลอง 1. อ อกแบบและทดลองเพื่อศึกษาผลของการเตมิ สารละลายโพแทสเซียมไอโอไดดต์ ่อ อตั ราการสลายตวั ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 2. อ ธบิ ายผลของการเติมสารละลายโพแทสเซียมไอโอไดดต์ อ่ อัตราการสลายตวั ของ ไฮโดรเจนเปอรอ์ อกไซด์ สมมติฐาน ปฏกิ ริ ยิ าการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซดจ์ ะเกิดได้เรว็ ขน้ึ เมอ่ื เตมิ สารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ ตัวแปรต้น สารละลายโพแทสเซยี มไอโอไดด์ ตัวแปรตาม ปริมาณฟองแกส๊ ทเ่ี กิดข้ึนจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอรอ์ อกไซด์ ตวั แปรควบคุม ค วามเข้มข้นและปรมิ าตรของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ อณุ หภูมิ ขนาด ภาชนะ เวลา วัสดุ อุปกรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม สารเคมี 1. สารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ (KI) 0.5 mL 20 mL ร้อยละ 1 โดยมวลตอ่ ปริมาตร 2. สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 0.5 mL (H2O2) รอ้ ยละ 8 โดยมวลตอ่ ปรมิ าตร 2 ใบ 3. น้ำ�กลั่น 1 อัน 1 อัน วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 1. บีกเกอร์ขนาด 50 mL 2. กระบอกตวงขนาด 10 mL 3. หลอดหยด สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 8 | อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี 109 วิธีทดลอง 1. เตมิ H2O2 ปริมาตร 10 mL ลงในบีกเกอร์ใบที่ 1 และ 2 2. เติม KI 0.5 mL ลงในบกี เกอร์ใบที่ 1 3. เตมิ H2O 0.5 mL ลงในบีกเกอรใ์ บที่ 2 4. สงั เกตการเปลยี่ นแปลงและบนั ทึกผลการทดลอง ตัวอยา่ งผลการทดลอง ในเวลาทเ่ี ทา่ กนั เมอื่ เตมิ KI ลงในบกี เกอร์ใบท่ี 1 พบวา่ เกดิ ฟองแกส๊ ปรมิ าณมากในขณะที่ บกี เกอรใ์ บท่ี 2 สงั เกตเหน็ ฟองแกส๊ เกดิ ขนึ้ เลก็ นอ้ ยหรอื อาจไมเ่ หน็ ฟองแกส๊ เลย โดยในระหวา่ ง ทป่ี ฏกิ ริ ยิ าด�ำ เนนิ ไป สารละลายในบกี เกอรใ์ บที่ 1 เปลยี่ นเปน็ สเี หลอื งแลว้ กลบั เปน็ สารละลาย ใสไม่มีสีเหมอื นเดมิ ส่วนสารละลายในบีกเกอรใ์ บท่ี 2 เป็นสารละลายใสไม่มสี ีตลอดเวลา อภปิ รายผลการทำ�กิจกรรม H2O2 สลายตวั ดงั สมการเคมี 2H2O2(aq) 2H2O(l) + O2(g) ปฏิกิริยาการสลายตัวของ H2O2 สามารถสังเกตได้จาก O2 ท่ีเกิดขึ้น โดยฟองแก๊สจะ หมดไปเม่อื ปฏิกิริยาเคมีสิ้นสดุ ลง เมอื่ เตมิ KI ลงในบกี เกอรใ์ บที่ 1 พบวา่ เกดิ ฟองแกส๊ ปรมิ าณมากกวา่ บกี เกอรใ์ บท่ี 2 ในเวลา ทเ่ี ทา่ กนั แสดงวา่ ปฏกิ ริ ยิ าในบกี เกอรใ์ บท่ี 1 เกดิ เรว็ กวา่ ใบที่ 2 มาก โดยในระหวา่ งทปี่ ฏกิ ริ ยิ า ดำ�เนินไป สารละลายในบีกเกอร์ใบที่ 1 เปล่ียนเป็นสีเหลืองแล้วกลับเป็นสารละลายใสไม่มีสี เหมือนเดิม สว่ นสารละลายในบีกเกอรใ์ บท่ี 2 เปน็ สารละลายใสไมม่ ีสตี ลอดเวลา แสดงวา่ KI เข้าไปมสี ่วนรว่ มในปฏิกริ ิยาด้วย สรปุ ผลการทดลอง เม่ือเตมิ KI ลงใน H2O2 ท�ำ ให้อัตราการสลายตวั ของ H2O2 สูงขึน้ 7. ครูอธิบายเชื่อมโยงจากกิจกรรมว่า โพแทสเซียมไอโอไดด์ทำ�ให้ปฏิกิริยาการสลายตัวของ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เกิดได้เร็วข้ึน ซ่ึงสารท่ีเติมลงไปแล้วทำ�ให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดได้เร็วขึ้นเรียกว่า ตัวเรง่ ปฏิกิริยา ดังน้นั โพแทสเซยี มไอโอไดดจ์ ึงเป็นตวั เรง่ ปฏกิ ิริยา สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 110 8. ครูให้ความรู้เพิ่มเติมว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาจะเข้าไปมีส่วนร่วมในปฏิกิริยา แต่เม่ือปฏิกิริยา ส้ินสุดแล้วจะได้ตัวเร่งปฏิกิริยากลับคืนมาเหมือนเดิม ซึ่งจากกิจกรรมจะเห็นว่า ระหว่างปฏิกิริยา ด�ำ เนนิ ไปสารละลายในบกี เกอรท์ เ่ี ตมิ โพแทสเซยี มไอโอไดดเ์ ปลยี่ นเปน็ สเี หลอื งและเมอื่ ปฏกิ ริ ยิ าสนิ้ สดุ จะไดโ้ พแทสเซยี มไอโอไดด์กลับมาเหมือนเดิมจงึ สงั เกตเห็นเป็นสารละลายใสไม่มสี ี ความร้เู พ่มิ เตมิ สำ�หรับครู ปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เม่ือเติมโพแทสเซียมไอโอไดด์ แสดงดงั สมการเคมี H2O2(aq) + I-(aq) H2O(l) + OI-(aq) OI-(aq) + H2O2(aq) O2(g) + I-(aq) + H2O(l) 9. ครูอธิบายว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาจะทำ�ให้พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาลดลงแต่พลังงานของ ปฏกิ ริ ยิ าไมเ่ ปลย่ี นแปลง โดยใชร้ ปู 8.11 ประกอบการอธบิ าย จากนน้ั ครยู กตวั อยา่ งความรเู้ กย่ี วกบั ปจั จยั ที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในชีวิตประจำ�วัน ตามรายละเอียดในหนังสือเรียน แล้วให้ความรู้ เพม่ิ เตมิ เกยี่ วกบั ตวั หนว่ งปฏกิ ริ ิยา 10. ครูอธิบายเกี่ยวกับธรรมชาติของสารท่ีมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีท่ีแตกต่างกัน เช่น ปฏกิ ริ ยิ าการเผาไหมถ้ า่ นและเพชรซง่ึ เปน็ คารบ์ อนทมี่ อี ญั รปู แตกตา่ งกนั ซงึ่ มอี ตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี แตกตา่ งกัน 11. ครูและนักเรียนร่วมกันอภิปรายเพื่อเปรียบเทียบอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเมื่อมีการ เปลี่ยนแปลงปจั จยั หลกั ท่มี ีผลต่ออตั ราการเกิดปฏิกิริยาเคมี 12. ครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 8.6 เพื่อสืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการที่เกิดขึ้นใน ชีวิตประจำ�วันหรืออุตสาหกรรมท่ีเก่ียวข้องกับปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี จากนั้นให้ นักเรียนสะท้อนความรู้ความเข้าใจ โดยให้นักเรียนแต่ละกลุ่มสรุปความรู้ และนำ�เสนอในรูปแบบท่ี สามารถสรา้ งความเขา้ ใจใหก้ ับผู้อน่ื ได้ดี เช่น แผนผงั แผ่นพับ วีดิทศั น์ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 8 | อัตราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมี 111 กจิ กรรม 8.6 ส บื ค้นขอ้ มูลเก่ียวกบั กระบวนการที่เกดิ ข้ึนในชีวิตประจ�ำ วนั หรืออุตสาหกรรมที่เก่ียวข้องกบั ปจั จยั ท่ีมีผลตอ่ อัตราการเกิด ปฏกิ ิรยิ าเคมี จดุ ประสงคข์ องกิจกรรม สืบคน้ ขอ้ มลู และน�ำ เสนอตัวอย่างกระบวนการทีเ่ กดิ ขนึ้ ในชวี ิตประจ�ำ วนั หรืออุตสาหกรรม ท่เี ก่ียวข้องกับปจั จัยท่ีมีผลต่ออตั ราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมี เวลาที่ใช้ 50 นาที ตัวอยา่ งผลการทำ�กจิ กรรม ความเข้มขน้ การล้างห้องนำ้�โดยใช้น้ำ�ยาล้างห้องน้ำ�ที่มีความเข้มข้นของสารละลายกรดไฮโดรคลอริก มากกว่าจะทำ�ใหเ้ กิดปฏกิ ิริยากบั หินปนู ได้เรว็ กวา่ อุณหภูมิ อุณหภูมิมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของสารในร่างกายของมนุษย์ โดยถ้าร่างกายมี อุณหภูมิสูงข้ึน 1 องศาเซลเซียส เน้ือเยื่อในร่างกายจะต้องการออกซิเจนเพ่ิมข้ึน ซ่ึงมีผลให้ อตั ราการเต้นของชีพจรและอตั ราการหายใจเพมิ่ ขึน้ พืน้ ที่ผวิ ของสาร การรบั ประทานอาหาร นกั โภชนาการแนะน�ำ ใหเ้ คยี้ วอาหารใหล้ ะเอยี ดกอ่ นกลนื เพราะการ เคี้ยวอาหารให้ละเอียดทำ�ให้อาหารมีขนาดเล็กลง เป็นการเพ่ิมพ้ืนท่ีผิวของอาหารให้มากข้ึน ทำ�ให้กรดและเอนไซม์ในน้ำ�ย่อยในกระเพาะอาหารทำ�ปฏิกิริยากับอาหารได้เร็วข้ึน อาหารจึง ย่อยง่ายขนึ้ ตวั เรง่ ปฏกิ ริ ิยา การหมักเน้ือโดยเติมยางมะละกอซ่ึงมีเอนไซม์ปาเปน (papain) ลงไป จะทำ�ให้เนื้อนุ่มข้ึน เน่อื งจากเอนไซมป์ าเปนจะชว่ ยย่อยโปรตนี ในเนอื้ ทำ�ใหเ้ น้ือน่มุ ข้นึ เมอื่ ทำ�ใหส้ กุ การใช้ตัวเรง่ ปฏิกิริยาในกระบวนการแตกสลายไฮโดรคาร์บอนส�ำ หรบั การกลน่ั นำ้�มัน ขอ้ เสนอแนะส�ำ หรบั ครู ครูให้นกั เรียนสืบคน้ ข้อมลู ล่วงหน้าแล้วน�ำ เสนอในห้องเรยี น 13. ค รูให้นักเรยี นทำ�แบบฝึกหดั 8.3 เพ่อื ทบทวนความรู้ 14. ครแู ละนกั เรยี นร่วมกนั สรุปเนอื้ หาในบทเรยี น แลว้ ใหน้ ักเรยี นทำ�แบบฝกึ หัดทา้ ยบท สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 112 แนวทางการวดั และประเมินผล 1. ความรู้เกย่ี วกับผลของความเขม้ ขน้ พื้นทีผ่ ิว อณุ หภมู ิ และตวั เรง่ ปฏกิ ิริยาตอ่ อัตราการเกิด ปฏิกิริยาเคมี จากรายงานการทดลอง ผลงานการสืบค้น การอภิปราย การทำ�แบบฝึกหัด และ การทดสอบ 2. ทกั ษะการสงั เกต การวดั และการทดลอง จากรายงานการทดลองและการสงั เกตพฤตกิ รรม ในการท�ำ การทดลอง 3. ทกั ษะความรว่ มมอื การท�ำ งานเปน็ ทมี และภาวะผนู้ �ำ จากการสงั เกตพฤตกิ รรมในการท�ำ การ ทดลอง และการท�ำ กจิ กรรม 4. ทกั ษะการส่ือสารสารสนเทศและการรู้เทา่ ทันสื่อ จากการอภปิ รายและผลงานการสบื คน้ 5. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นความอยากรอู้ ยากเหน็ ความซอื่ สตั ย์ ความรอบคอบ การใชว้ จิ ารณญาณ ความใจกว้าง ความเชื่อมั่นต่อหลักฐาน จากการสังเกตพฤติกรรมในการอภิปราย การทำ�การทดลอง และการท�ำ กิจกรรม 6. จ ติ วิทยาศาสตร์ด้านการเหน็ คณุ ค่าทางวทิ ยาศาสตร์ จากผลงานการสืบค้น สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 8 | อัตราการเกิดปฏกิ ิริยาเคมี 113 แบบฝกึ หดั 8.3 1. ป ฏิกิริยาระหว่างเหล็กกับกรดไฮโดรคลอริกเป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน ข้อสรุปเกี่ยวกับ ปฏกิ ริ ยิ าตอ่ ไปนถ้ี กู ต้องหรอื ไม่ เพราะเหตใุ ด 1.1 เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ อัตราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมขี องปฏิกริ ยิ าจะเพม่ิ ขนึ้ ถูก เพราะการเพิ่มอุณหภูมิ จะทำ�ให้โมเลกุลของสารต้ังต้นมีพลังงานจลน์สูงข้ึน อตั ราการเกิดปฏิกิริยาเคมขี องปฏิกริ ยิ าจงึ เพมิ่ ข้นึ 1.2 เมือ่ ใช้แผ่นเหลก็ จะเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมีเรว็ กว่าผงตะไบเหลก็ ท่ีมีมวลเท่ากนั ผดิ เพราะผงตะไบเหล็กมีพนื้ ทผี่ วิ มากกวา่ จึงเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมเี รว็ กวา่ 1.3 เม่ือใช้สารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.1 โมลาร์ ปริมาตร 20 มิลลิลิตร จะเกิด ปฏิกิริยาเคมีเร็วกว่า เม่ือใช้สารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.1 โมลาร์ ปริมาตร 10 มลิ ลลิ ติ ร ผิด เพราะความเข้มข้นของสารละลายกรดไฮโดรคลอริกเท่ากัน อัตราการเกิด ปฏกิ ริ ยิ าเคมจี ึงเท่ากัน 1.4 ก ารเตมิ ตัวเรง่ ปฏิกริ ยิ าลงในระบบ เมอื่ สิ้นสุดปฏิกิรยิ าจะไดผ้ ลิตภัณฑ์เพิม่ ข้นึ ผิด เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาทำ�ให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพ่ิมข้ึน แต่ไม่ได้เพิ่มปริมาณ ผลิตภัณฑ์ ดังนั้นเมือ่ สิน้ สุดปฏิกิริยาจะไดผ้ ลติ ภัณฑเ์ ท่าเดมิ 1.5 เมอ่ื คนสารในระบบ อตั ราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมขี องปฏกิ ิริยาเพม่ิ ขึ้น ถกู การคนสารในระบบ ท�ำ ใหก้ รดไฮโดรคลอรกิ มโี อกาสสมั ผสั และเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี กับเหล็กมากข้ึน อัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมีจึงมากขึ้น สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี เคมี เล่ม 3 114 2. เมื่อนำ�สาร A และ สาร B ท่ีมีความเข้มข้นต่าง ๆ มาทำ�ปฏิกิริยากันเป็นเวลา 10 นาที พบว่าไดผ้ ลติ ภัณฑ์เป็น A2B ซึ่งมีความเข้มข้น ดังตาราง ความเขม้ ขน้ (M) การทดลองท่ี A2B ท่ี 10 นาที A เริ่มตน้ B เริม่ ต้น 1 1.00 0.50 0.40 2 1.00 1.00 0.40 3 1.00 1.50 0.40 4 0.50 0.50 0.20 2.1 เขยี นสมการเคมีแสดงปฏิกิรยิ าเคมที เี่ กิดขึ้น 2A + B A2B 2.2 อตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมีขน้ึ กับความเขม้ ขน้ เริ่มตน้ ของสาร A และ B อย่างไร อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมขี นึ้ กบั ความเขม้ ขน้ เรม่ิ ตน้ ของสาร A แตไ่ มข่ นึ้ กบั ความเขม้ ขน้ เร่ิมต้นของสาร B เมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นของสาร A ลดลง อัตราการเกิดปฏิกิริยา เคมีจึงลดลง 3. พิจารณาปฏิกิริยาระหว่างแก๊สไฮโดรเจน (H2) กับแก๊สไอโอดีน (I2) ท่ีอุณหภูมิ 458 องศาเซลเซยี ส ดังสมการเคมี H2(g) + I2(g) 2HI(g) เมื่อเพ่ิมปรมิ าณแก๊สไฮโดรเจนเป็น 2 เท่า โดยปรมิ าตรของภาชนะคงท่ี พบวา่ อัตราการเกิด ปฏิกิริยาเคมีเพิ่มขึ้น ดังน้ันถ้าลดปริมาตรของภาชนะลงครึ่งหนึ่งโดยปริมาณของแก๊ส เท่าเดิมจะมผี ลต่ออัตราการเกดิ ปฏิกิรยิ าเคมีอยา่ งไร เพราะเหตุใด  อ ัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเพิ่มขึ้น เน่ืองจากการลดปริมาตรของภาชนะลงมีผลทำ�ให้ความ เข้มขน้ ของแกส๊ ไฮโดรเจนเพ่ิมขนึ้ เช่นเดยี วกบั การเพ่มิ ปริมาณแกส๊ ไฮโดรเจน สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี 115 4. เมื่อเผาโลหะแมกนีเซียมในอากาศจะลุกไหม้อย่างรวดเร็วได้ออกไซด์ของแมกนีเซียม แต่เม่ือวางโลหะแมกนีเซียมไว้ในอากาศจะทำ�ปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนอย่างช้า ๆ เป็นเพราะเหตุใด  เมื่อเผาโลหะแมกนีเซียมเป็นการเพิ่มพลังงานจำ�นวนมากให้กับอนุภาคของสารต้ังต้น ทำ�ให้มีจำ�นวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงพอที่จะเกิดปฏิกิริยาได้มากข้ึน รวมทั้งโอกาสที่ อนุภาคจะเกิดการชนกันก็มากข้ึน จึงทำ�ให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เร็วกว่าเมื่อวางโลหะ แมกนเี ซียมไวใ้ นอากาศซ่ึงมีอุณหภมู ิต�่ำ กว่า 5. ก ารผลิตเนยเทียมที่เป็นของแข็งจากนำ้�มันพืชที่เป็นของเหลวทำ�โดยเติมแก๊สไฮโดรเจน และโลหะนิกเกิลลงไปในกระบวนการผลิต เม่ือส้ินสุดปฏิกิริยาโลหะนิกเกิลท่ีใส่ลงไป ท้ังหมดจะถูกแยกออกจากเนยเทยี ม โลหะนกิ เกิลท่ีเติมลงไปทำ�หน้าท่ใี ด โลหะนิกเกิลทำ�หน้าท่เี ปน็ ตัวเร่งปฏิกริ ยิ า สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมี เคมี เล่ม 3 116 เฉลยแบบฝึกหดั แบบฝกึ หัด แบบทดสอบ เฉลยแบบทดสอบ แบบฝึกหัดทา้ ยบท 1. ปฏกิ ิรยิ า 3A + 2B 2C ถา้ สาร A มีความเขม้ ข้นเริม่ ต้น 0.20 โมลาร์ เม่ือเวลา ผา่ นไป 90 วนิ าที ความเขม้ ขน้ ของสาร A ลดลงเหลอื 0.05 โมลาร์ อตั ราการเปลย่ี นแปลง ปริมาณของสาร C ในช่วงเวลาดังกลา่ วเป็นเทา่ ใด - 1 Δ[A] = 12 Δ[C] 3 Δt Δt - 1 (0.05 – 0.20) M = 1 Δ[C] 3 (90 - 0) s 2 Δt Δ[C] = 1.1 × 10-3 M s-1 Δt ดังนั้น อัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสาร C ในช่วงเวลาดังกล่าวเป็น 1.1 × 10-3 โมลาร์ตอ่ วินาที 2. พิจารณากราฟต่อไปนี้ จงเขยี นสมการเคมีและค�ำ นวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 8 | อตั ราการเกดิ ปฏิกิรยิ าเคมี 117 หาความเข้มข้นตง้ั แต่เร่มิ ต้นปฏกิ ริ ยิ าจนความเข้มขน้ ไมเ่ ปล่ียนแปลง สาร ความเข้มข้น ความเข้มข้นเมื่อสิ้นสุด การเปลี่ยนแปลง เริ่มต้น (M) ปฏิกิริยาเคมี (M) ความเข้มข้น (M) A 4.00 1.00 3.00 B 1.50 0.50 1.00 C 0.00 2.00 2.00 ดังนนั้ สมการเคมเี ป็น 3A + B 2C ความเขม้ ขน้ ไม่เปลย่ี นแปลงทเ่ี วลา 30 วินาที r = - Δ[B] Δt = - (0.50 – 1.50) M (30 – 0) s = 3.3 × 10-2 M s-1 ดงั นนั้ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมเี ท่ากบั 3.3 × 10-2 โมลารต์ ่อวนิ าที 3. สาร A เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี ปลย่ี นเปน็ สาร B และ C ตามแผนภาพการด�ำ เนนิ ไปของปฏกิ ริ ยิ า ดงั แสดง สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 118 ถ้าเร่ิมต้นปฏิกิริยาเคมีด้วยความเข้มข้นของสาร A เท่ากัน อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ของ A B และ A C เท่ากันหรอื ไม่ อยา่ งไร อตั ราการเกิดปฏกิ ิริยาเคมีของ A B มากกว่า A C เนอื่ งจากพลังงาน กอ่ กมั มันต์ของ A B มีค่านอ้ ยกวา่ พลังงานกอ่ กัมมันตข์ อง A C 4. ปฏิกิริยาการสลายตัวของโพแทสเซียมคลอเรต (KClO3) ได้ผลิตภัณฑ์เป็นโพแทสเซียม คลอไรด์ (KCl) และแก๊สออกซเิ จน (O2) ดังสมการเคมี 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) ปฏิกิริยาดังกล่าวต้องมีการให้ความร้อนและใช้แมงกานีส(IV)ออกไซด์ (MnO2) เป็นตัวเร่ง ปฏกิ ริ ยิ า 4.1 ใ นการศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีควรติดตามโดยการวัดปริมาณของสารใด เพราะเหตุใด O2 เน่ืองจากเป็นแก๊สแยกออกจากสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ได้ ส่วน KClO3 และ KCl เปน็ ของแข็งทีผ่ สมกนั อยจู่ ึงหามวลของสารแต่ละชนดิ ได้ยาก 4.2 ถ า้ ต้องการใหป้ ฏกิ ิริยาเกดิ ไดเ้ ร็วขึ้นอกี ควรทำ�อยา่ งไร บด KClO3 ใหล้ ะเอยี ดข้นึ และ/หรอื เพิม่ อุณหภมู ิในการใหค้ วามรอ้ น 4.3 ถ้าทำ�การทดลองในภาชนะขนาด 10.0 ลิตร เมื่อทำ�การทดลองผ่านไป 10 นาที ท่ี อุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส วัดความดันภายในภาชนะได้เท่ากับ 11.98 บรรยากาศ จงคำ�นวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉล่ียของปฏิกิริยาน้ี เมื่อกำ�หนดให้ ปริมาตร ของโพแทสเซียมคลอเรตและโพแทสเซียมคลอไรด์ มีค่าน้อยมากเม่ือเทียบกับ ปรมิ าตรของภาชนะ หาจำ�นวนโมลของแก๊สออกซเิ จนท่ีเกิดข้ึน จาก PV = nRT n = PV RT (11.98 atm)(10.0 L) = (0.0821 L • atm/mol • K)(55 + 273 K) = 4.45 mol สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 8 | อัตราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี 119 ความเขม้ ข้นของ O2 = 4.45 mol 10.0 L = 0.445 M ค�ำ นวณอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี r = 31 Δ[O2] Δt = 31 × 0.445 M 10 min = 1.5 × 10-2 M min-1 5. ในการจดุ เทยี นหอม ความรอ้ นจากเปลวไฟจะท�ำ ใหเ้ นอ้ื เทยี นเปน็ ของเหลว เนอ้ื เทยี นเหลว จะเคล่ือนที่ไปตามไส้เทียนและเกิดปฏิกิริยาเผาไหม้ เกิดเป็นแสงสว่างและทำ�ให้น้ำ�มัน หอมระเหยในเน้ือเทียนฟุ้งกระจายไป หากต้องการให้ปฏิกิริยาเกิดช้าลงซึ่งจะทำ�ให้จุด เทยี นหอมให้สว่างและส่งกล่นิ หอมได้นานขึ้นควรทำ�อย่างไร • ตัดไส้เทยี นให้ส้นั ลง เพื่อลดพน้ื ท่ีผิวในการเผาไหม้ • ครอบเทียนหอมด้วยโคมเทียน เพ่ือลดปริมาณออกซิเจนท่ีเข้ามาทำ�ปฏิกิริยาการ เผาไหม้ 6. จากการศกึ ษาปฏิกิรยิ า A(aq) + B(aq) P(aq) เม่อื ทำ�การจับเวลาทใ่ี ช้ในการเกดิ สาร P ใหไ้ ด้ความเข้มขน้ 0.01 โมลาร์ ได้ผลดังตาราง การ ความเข้มข้นเริ่มตน้ (M) สาร X อณุ หภูมิ เวลาทใี่ ช้ในการ ทดลองท่ี (g) (oC) เกดิ ปฏิกริ ิยา (s) AB 1 0.10 0.10 - 25 30 - 45 15 2 0.10 0.10 0.01 25 5 - 25 10 3 0.10 0.10 - 25 15 4 0.10 0.20 5 0.20 0.10 สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี เคมี เล่ม 3 120 6.1 อ ัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีนี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นเร่ิมต้นของสารตั้งต้นใด ทราบได้ อย่างไร อตั ราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมีน้ีข้ึนอยกู่ บั ความเขม้ ข้นของทั้งสาร A และ B ทราบได้จาก การทดลองท่ี 1 4 และ 5 เมอื่ เพมิ่ ความเขม้ ขน้ ของสารตงั้ ตน้ ตวั ใดตวั หนงึ่ เวลาทใ่ี ชใ้ น การเกดิ สาร P ลดลง 6.2 สาร X ท�ำ หน้าท่ีใดในปฏกิ ิริยาน้ี ตวั เรง่ ปฏกิ ิรยิ า 6.3 เพราะเหตใุ ดการทดลองท่ี 2 จงึ ใช้เวลาน้อยกวา่ การทดลองท่ี 1 การทดลองที่ 2 ใช้อุณหภูมสิ ูงกวา่ การทดลองท่ี 1 7. ในการทดลองทำ�จรวดจากขวดน้ำ�พลาสติกทำ�ได้โดยนำ�ขวดนำ้�มาตกแต่งเป็นรูปจรวด จากน้ันเติมนำ้�ส้มสายชู (CH3COOH) ลงไปประมาณหน่ึงในสี่ของขวด และนำ�โซเดียม ไฮโดรเจนคาร์บอเนต (NaHCO3) ประมาณ 1 ช้อนโต๊ะ มาห่อด้วยกระดาษชำ�ระและ อดั ไวท้ ปี่ ากขวด ปดิ ปากขวดใหเ้ รยี บรอ้ ย จากนน้ั คว�ำ่ ขวด น�้ำ สม้ สายชจู ะท�ำ ใหก้ ระดาษทชิ ชู เปียกและแตกออก นำ้�ส้มสายชูจะทำ�ปฏิกิริยากับโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต ได้แก๊ส คารบ์ อนไดออกไซด์ (CO2) ดงั สมการเคมี CH3COOH(aq) + NaHCO3(s) CH3COONa(aq) + H2O(l) + CO2(g) การปรับปรงุ ในขอ้ ใด จะท�ำ ให้เกดิ แรงดนั จากแก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ได้มากขึ้น 7.1 เพม่ิ ปรมิ าณโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต อัตราการเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มข้ึน เพราะการเพ่ิมปริมาณโซเดียม ไฮโดรเจนคารบ์ อเนตเปน็ การเพิม่ ปริมาณสารตัง้ ตน้ 7.2 เพ่ิมความเขม้ ข้นของน�ำ้ ส้มสายชู อัตราการเกดิ แกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มข้นึ เพราะอตั ราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมีขนึ้ กับ ความเข้มข้นของสารตงั้ ตน้ 7.3 เปล่ยี นขวดน�ำ้ พลาสติกใหม้ ีขนาดใหญ่ขนึ้ อตั ราการเกดิ แกส๊ คารบ์ อนไดออกไซดเ์ ทา่ เดมิ เนอื่ งจากปรมิ าณสารตง้ั ต้นเท่าเดิม สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 121 บทที่ 9 สมดุลเคมี ipst.me/8828 ผลการเรยี นรู้ 1. ทดสอบและอธบิ ายความหมายของปฏกิ ริ ยิ าผนั กลบั ไดแ้ ละภาวะสมดลุ 2. อธิบายการเปล่ียนแปลงความเข้มข้นของสาร   อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า และ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั เมอ่ื เรม่ิ ปฏกิ ริ ยิ าจนกระทง่ั ระบบอยใู่ นภาวะสมดลุ 3. ค�ำ นวณคา่ คงทส่ี มดลุ ของปฏกิ ริ ยิ า 4. ค�ำ นวณความเขม้ ขน้ ของสารทภ่ี าวะสมดลุ 5. ค�ำ นวณคา่ คงทส่ี มดลุ หรอื ความเขม้ ขน้ ของปฏกิ ริ ยิ าหลายขน้ั ตอน 6. ระบุปัจจัยท่มี ีผลต่อภาวะสมดุลและค่าคงท่สี มดุลของระบบ   รวมท้งั คาดคะเนการเปล่ยี นแปลง ทเ่ี กดิ ขน้ึ เมอ่ื ภาวะสมดลุ ของระบบถกู รบกวนโดยใชห้ ลกั ของเลอชาเตอลเิ อ 7. ยกตัวอย่างและอธิบายสมดุลเคมีของกระบวนการท่ีเกิดข้ึนในส่ิงมีชีวิต   ปรากฏการณ์ ในธรรมชาตแิ ละกระบวนการในอตุ สาหกรรม การวิเคราะห์ผลการเรยี นรู้ ผลการเรยี นรู้ 1. ทดสอบและอธบิ ายความหมายของปฏกิ ริ ยิ าผนั กลบั ไดแ้ ละภาวะสมดลุ จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ทดสอบและอธบิ ายความหมายของปฏกิ ริ ยิ าผนั กลบั ไดแ้ ละสภาวะสมดลุ ทกั ษะกระบวนการ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1.  ความร่วมมอื การทำ�งาน 1. ความอยากรู้อยากเห็น 1. การสงั เกต เป็นทีมและภาวะผนู้ ำ� 2. ความรอบคอบ 2. การทดลอง 3. การตีความหมายข้อมลู และ ลงข้อสรปุ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 122 ผลการเรยี นรู้ 2. อธิบายการเปล่ียนแปลงความเข้มข้นของสาร อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า และอัตรา การเกดิ ปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั เมอ่ื เรม่ิ ปฏกิ ริ ยิ าจนกระทง่ั ระบบอยใู่ นภาวะสมดลุ จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. อธิบายการเปล่ียนแปลงความเข้มข้นของสาร อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า และอัตรา การเกดิ ปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั เมอ่ื เรม่ิ ปฏกิ ริ ยิ าจนกระทง่ั ระบบอยใู่ นสมดลุ ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. ก ารจดั กระท�ำ และสอ่ื ความหมาย - - ขอ้ มลู 2. ก ารตคี วามหมายขอ้ มลู และ ลงข้อสรปุ ผลการเรยี นรู้ 3. ค�ำ นวณคา่ คงทส่ี มดลุ ของปฏกิ ริ ยิ า จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. เขยี นความสมั พนั ธข์ องคา่ คงทส่ี มดลุ จากสมการเคมี 2. ค�ำ นวณคา่ คงทส่ี มดลุ ของปฏกิ ริ ยิ าเคมี ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ - 1. ความรอบคอบ 1. การใช้จำ�นวน 2. การตคี วามหมายขอ้ มูลและ ลงขอ้ สรุป ผลการเรยี นรู้ 4. ค�ำ นวณความเขม้ ขน้ ของสารทภ่ี าวะสมดลุ จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ค�ำ นวณความเขม้ ขน้ ของสารทส่ี มดลุ ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1.  การคดิ อยา่ งมวี ิจารณญาณ 1. ความรอบคอบ 1. การใช้จ�ำ นวน และการแก้ปัญหา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 123 ผลการเรยี นรู้ 5. ค�ำ นวณคา่ คงทส่ี มดลุ หรอื ความเขม้ ขน้ ของปฏกิ ริ ยิ าหลายขน้ั ตอน จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ค�ำ นวณคา่ คงทส่ี มดลุ หรอื ความเขม้ ขน้ ของสารในปฏกิ ริ ยิ าหลายขน้ั ตอน ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. ก ารคดิ อย่างมีวจิ ารณญาณ 1. ความรอบคอบ 1. การใช้จำ�นวน และการแกป้ ญั หา ผลการเรยี นรู้ 6. ระบปุ จั จยั ทม่ี ผี ลตอ่ ภาวะสมดลุ และคา่ คงทส่ี มดลุ ของระบบ รวมทง้ั คาดคะเนการเปลย่ี นแปลงท่ี เกดิ ขน้ึ เมอ่ื ภาวะสมดลุ ของระบบถกู รบกวนโดยใชห้ ลกั ของเลอชาเตอลเิ อ จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ระบปุ จั จยั ทม่ี ผี ลตอ่ สมดลุ และคา่ คงทส่ี มดลุ ของระบบ 2. ใชห้ ลกั ของเลอชาเตอลเิ อในการคาดคะเนการเปลย่ี นแปลงทเ่ี กดิ ขน้ึ เมอ่ื สมดลุ ของระบบถกู รบกวน ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. การคดิ อย่างมีวจิ ารณญาณ 1. ความมเี หตผุ ล 1. การสังเกต และการแก้ปัญหา 2. ความซื่อสตั ย์ 2. การพยากรณ์ 3. ก ารทดลอง 2. ความร่วมมือ การทำ�งาน 4. การตีความหมายขอ้ มูลและ เป็นทีมและภาวะผู้นำ� ลงขอ้ สรุป สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 124 ผลการเรยี นรู้ 7. ยกตวั อยา่ งและอธบิ ายสมดลุ เคมขี องกระบวนการทเ่ี กดิ ขน้ึ ในสง่ิ มชี วี ติ ปรากฏการณใ์ นธรรมชาติ และกระบวนการในอตุ สาหกรรม จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ยกตวั อยา่ งและอธบิ ายสมดลุ เคมขี องกระบวนการทเ่ี กดิ ขน้ึ ในสง่ิ มชี วี ติ ปรากฏการณใ์ นธรรมชาตแิ ละ กระบวนการในอตุ สาหกรรม ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. การคดิ อย่างมวี จิ ารณญาณ 1. ความอยากรอู้ ยากเหน็ - และการแก้ปญั หา 2. ความมีเหตผุ ล 3. ความใจกวา้ ง 2. ก ารส่อื สารสารสนเทศและ การรูเ้ ทา่ ทันสอ่ื 3. ค วามร่วมมือ การท�ำ งาน เปน็ ทีมและภาวะผู้นำ� สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดุลเคมี 125 ผังมโนทศั น์ บทท่ี 9 สมดลุ เคมี ปฏิกิริยาไปข้างหนา้ ปฏกิ ิริยาย้อนกลบั ปฏิกิรยิ าผนั กลับได้ สมดุลเคมี ความเข้มขน้ ท่สี มดุล ค่าคงทสี่ มดลุ ปจั จัยที่มีผลตอ่ สมดลุ ความเข้มข้น ความดนั อณุ หภมู ิ หลักของเลอชาเตอลเิ อ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี เคมี เลม่ 3 126 สาระสำ�คัญ การเปลี่ยนแปลงท่ีผันกลับได้ในระบบปิด ที่สภาวะสมดุลมีปริมาณสารในระบบคงท่ี เน่ืองจาก มีอัตราการเปล่ียนแปลงไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเปล่ียนแปลงย้อนกลับเกิดขึ้นต่อเน่ืองกันตลอด เวลา เรยี กว่า สมดุลพลวัต สำ�หรับสมดุลพลวัตของปฏิกริ ยิ าเคมีทีผ่ นั กลับได้ เรยี กวา่ สมดุลเคมี ซง่ึ เปน็ สภาวะทีค่ วามเข้มข้นของสารตง้ั ต้นและผลิตภัณฑ์คงท่ี ไมเ่ ปล่ยี นแปลงตามเวลา ท่ีสมดุล ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์กับสารต้ังต้นมีความสัมพันธ์ที่เป็นค่าคงที่ เรียกว่า คา่ คงทสี่ มดลุ ซงึ่ เปน็ คา่ เฉพาะของแตล่ ะปฏกิ ริ ยิ า ณ อณุ หภมู หิ นงึ่ ๆ คา่ คงทสี่ มดลุ สามารถน�ำ มาใชใ้ นการ คำ�นวณปริมาณของผลิตภัณฑ์หรือสารต้ังต้นท่ีสมดุลได้ นอกจากน้ีค่าคงที่สมดุลสามารถใช้บ่งบอกว่า ปฏิกิริยาดำ�เนินไปข้างหน้าเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ได้มากหรือน้อยเม่ือเทียบกับสารตั้งต้น ค่าคงท่ีสมดุลมี ความสัมพันธ์กับเลขสัมประสิทธิ์ในสมการเคมี และค่าคงท่ีสมดุลของปฏิกิริยาหลายขั้นตอน หาได้จาก ผลคูณของค่าคงท่สี มดลุ ของปฏกิ ิรยิ าย่อยท่นี �ำ สมการเคมมี ารวมกนั สมดุลเคมีอาจถูกรบกวนได้โดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสาร ความดัน หรืออุณหภูมิ ซึ่งปฏิกิริยาเคมีจะปรับตัวไปในทิศทางท่ีลดผลของการรบกวนเพ่ือเข้าสู่สมดุลอีกครั้งตามหลักของ เลอชาเตอลิเอ โดยมีเฉพาะการเปลย่ี นแปลงอุณหภูมทิ ีท่ ำ�ใหค้ ่าคงที่สมดุลเปล่ียนแปลง หลักการของสมดุลเคมีสามารถนำ�ไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม และใช้อธิบายกระบวนการ บางอย่างทเี่ กิดข้นึ ในสง่ิ มชี ีวิตและปรากฏการณธ์ รรมชาตไิ ด้ เวลาทใ่ี ช้ บทนีค้ วรใชเ้ วลาสอนประมาณ 24 ชว่ั โมง 8 ชั่วโมง 9.1 สภาวะสมดลุ 8 ชัว่ โมง 9.2 คา่ คงทีส่ มดลุ 6 ชวั่ โมง 9.3 ปจั จัยทีม่ ีผลต่อสมดลุ 2 ช่ัวโมง 9.4 สมดลุ เคมใี นส่ิงมชี วี ิต สิง่ แวดลอ้ ม และอตุ สาหกรรม ความร้กู อ่ นเรียน ระบบเปดิ และระบบปดิ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ปฏกิ ริ ยิ าคายพลงั งานและปฏกิ ริ ยิ าดดู พลงั งาน ปรมิ าณสมั พนั ธ์ ความเขม้ ขน้ ของสารละลายในหนว่ ยโมลาร์ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 127 ตรวจสอบความรู้กอ่ นเรยี น ใส่เคร่อื งหมาย หน้าขอ้ ความทถี่ กู ต้อง และเคร่อื งหมาย หนา้ ขอ้ ความท่ีไมถ่ กู ตอ้ ง … ... 1. น้�ำ แข็งในแกว้ เก็บความเยน็ เปน็ ระบบปิด … ... 2. ป ฏิกิริยาเคมีระหว่างหินปูนกับกรดเกลือในบีกเกอร์เป็นการเปลี่ยนแปลงใน ระบบเปิด … ... 3. ปฏกิ ริ ิยาดดู พลังงานมคี ่าพลังงานของปฏิกริ ิยา (ΔE) เปน็ บวก … ... 4. ปฏิกริ ยิ าคายพลังงาน ใหผ้ ลิตภัณฑแ์ ละพลงั งาน … ... 5. ปฏกิ ริ ิยาคายพลงั งาน เมื่อเพมิ่ อณุ หภูมจิ ะท�ำ ให้อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมีลดลง ท ั้งปฏิกิริยาคายพลังงานและปฏิกิริยาดูดพลังงาน เม่ือเพิ่มอุณหภูมิ อัตราการเกิด ปฏิกริ ิยาเคมจี ะสูงขน้ึ … ... 6. อ ัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในช่วงเร่ิมต้นมีค่าน้อย และค่อย ๆ เพิ่มขึ้นเมื่อเวลา ผ่านไป อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในช่วงเริ่มต้นมีค่ามาก และค่อย ๆ ลดลงเม่ือเวลา ผ่านไป … ... 7. ปฏิกริ ิยา H2(g) + I2(g) 2HI(g) เมอื่ H2 ลดลง 0.5 โมล จะมี HI เกิดข้นึ 0.5 โมล มี HI เกิดข้ึน 1.0 โมล … ... 8. ละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ในน้ำ� 4.0 กรัม แล้วเติมน้ำ�จนสารละลายมี ปริมาตร 100 มิลลิลิตร สารละลายมีความเขม้ ขน้ 1.0 โมลาร์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 128 9.1 สภาวะสมดุล จดุ ประสงค์การเรียนรู้ 1. ทดสอบและอธบิ ายความหมายของปฏิกิริยาผนั กลับไดแ้ ละสภาวะสมดลุ 2. อธบิ ายการเปล่ยี นแปลงความเข้มขน้ ของสาร อัตราการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าไปข้างหน้า และอัตรา การเกดิ ปฏิกริ ิยายอ้ นกลบั เม่ือเรม่ิ ปฏิกริ ิยาจนกระท่ังระบบอย่ใู นสมดลุ ความเข้าใจคลาดเคล่อื นทอี่ าจเกดิ ขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง ปฏิกิริยาผันกลับได้ สารต้ังต้นเกิดปฏิกิริยาไป ปฏิกิริยาผันกลับได้ สารตั้งต้นเกิดปฏิกิริยาไป ข้างหน้าจนกระทั่งสารตั้งต้นหมด แล้วจึงเกิด ข้างหน้ากลายเป็นผลิตภัณฑ์ และผลิตภัณฑ์ท่ี ปฏกิ ิริยายอ้ นกลบั เกิดขึ้นสามารถเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ โดยไม่ต้อง เกิดปฏิกริ ยิ าไปข้างหน้าจนสารตั้งต้นหมด ทส่ี ภาวะสมดลุ ไมม่ ปี ฏกิ ริ ยิ าเคมเี กดิ ขน้ึ ท�ำ ใหส้ าร ท ส่ี ภาวะสมดลุ มปี ฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหนา้ และปฏกิ ริ ยิ า ในระบบมปี ริมาณคงที่ ย้อนกลับเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยปฏิกิริยาไป ข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับมีอัตราการเกิด ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี ทา่ กนั จงึ ท�ำ ใหส้ ารในระบบมปี รมิ าณ คงท่ี ที่สภาวะสมดุล สารต้ังต้นและผลิตภัณฑ์มี ท่ีสภาวะสมดุล อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า ความเข้มขน้ เทา่ กัน และปฏิกิริยาย้อนกลับมีค่าเท่ากัน แต่สารตั้งต้น และผลติ ภณั ฑอ์ าจมคี วามเขม้ ขน้ เทา่ กนั หรอื ไมก่ ไ็ ด้ แนวการจัดการเรยี นรู้ 1. ครยู กตวั อยา่ งการเปลยี่ นแปลงของสารทส่ี งั เกตเหน็ ไดง้ า่ ยเนอ่ื งจากการเปลย่ี นแปลงดงั กลา่ ว เกดิ ขนึ้ คอ่ นขา้ งเรว็ และด�ำ เนนิ ไปในทศิ ทางเดยี ว เชน่ การเผาไหมน้ �้ำ มนั เชอ้ื เพลงิ การบดู เนา่ ของอาหาร การระเหดิ ของน�้ำ แขง็ แหง้ จากนนั้ ยกตวั อยา่ งปรากฏการณใ์ นธรรมชาตหิ รอื ในชวี ติ ประจ�ำ วนั ทด่ี เู สมอื น ว่าไม่มีการเปล่ียนแปลงของสารเกิดข้ึน เช่น หินงอกหินย้อยท่ีพบเห็นในถ้ำ� ระดับน้ำ�ท่ีบรรจุอยู่ใน ภาชนะปดิ แลว้ ใชค้ �ำ ถามน�ำ วา่ ปรากฏการณ์เหลา่ นม้ี กี ารเปลี่ยนแปลงของสารเกิดขึน้ หรอื ไม่ เพราะ เหตใุ ดจงึ ไมส่ ามารถสงั เกตเหน็ การเปลย่ี นแปลง และหากตอ้ งการตรวจสอบวา่ มกี ารเปลย่ี นแปลงของ สารอย่หู รือไม่จะทำ�ไดอ้ ย่างไร สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 129 2. ครูให้นักเรียนพิจารณาปริมาตรน้ำ�ในระบบเปิดและระบบปิด เมื่อเวลาผ่านไปในรูป 9.1 จากน้ันอธิบายการลดลงของระดับน้ำ�ท่ีอยู่ในภาชนะเปิด แล้วใช้คำ�ถามนำ�ว่า นำ้�ในภาชนะปิดมีการ ระเหยเป็นไอนำ้�หรือไม่ มีกระบวนการใดท่ีทำ�ให้นำ้�ในภาชนะท่ีปิดฝามีระดับคงที่ เพื่อ น�ำ เข้าสู่กจิ กรรม 9.1 3. ครใู หน้ กั เรยี นท�ำ กจิ กรรม 9.1 การเปลยี่ นแปลงทผ่ี นั กลบั ได้ แลว้ ใหน้ กั เรยี นอภปิ รายผลการ ทำ�กิจกรรมโดยใช้ค�ำ ถามทา้ ยกิจกรรม กิจกรรม 9.1 การเปลย่ี นแปลงท่ผี นั กลับได้ จุดประสงคข์ องกจิ กรรม ศกึ ษาการเปลยี่ นแปลงทผี่ ันกลับไดข้ องระบบ เวลาทใ่ี ช้ อภปิ รายก่อนทำ�กจิ กรรม 10 นาที 25 นาที ทำ�กิจกรรม 15 นาที นาที อภปิ รายหลังท�ำ กิจกรรม 50 รวม วสั ดุและอปุ กรณ์ รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม ลวดเสยี บกระดาษ หรอื วสั ดอุ น่ื เชน่ 40 อนั ลกู อม เหรยี ญบาท ขอ้ เสนอแนะส�ำ หรับครู 1. เนน้ ใหน้ ักเรียนยา้ ยลวดเสียบกระดาษ จากทัง้ สองกลมุ่ พร้อมกัน 2. อาจให้นักเรียนทำ�กิจกรรมตอนที่ 1 พร้อมกัน เพื่อให้มีความเข้าใจตรงกันก่อน จากนั้นจึงทำ�กิจกรรมตอนที่ 2 โดยให้นักเรียนแข่งขันกันเติมข้อมูลบนกระดาน หน้าห้อง สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 130 ตวั อย่างผลการทำ�กิจกรรม ตอนที่ 1 A B ครั้งที่ จำ�นวน จำ�นวนรวมของ จำ�นวน จำ�นวนรวมของ ลวดเสียบ ลวดเสียบ ลวดเสียบ ลวดเสียบ เรม่ิ ตน้ กระดาษที่ย้าย กระดาษ กระดาษที่ย้าย กระดาษ 1 (อัน) (อัน) 2 (อัน) (อัน) 3 4 - 30 - 10 5 15 18 3 22 9 15 6 25 8 13 6 27 7 13 7 27 7 13 7 27 ตอนที่ 2 A B ครั้งที่ จำ�นวน จำ�นวนรวมของ จำ�นวน จำ�นวนรวมของ ลวดเสียบ ลวดเสียบ ลวดเสียบ ลวดเสียบ เร่ิมต้น กระดาษที่ย้าย กระดาษ กระดาษที่ย้าย กระดาษ 1 (อัน) (อัน) 2 (อัน) (อัน) 3 4 - 40 -0 5 20 20 0 20 10 15 5 25 8 13 6 27 7 13 7 27 7 13 7 27 สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 131 อภปิ รายผลการทำ�กจิ กรรม จากกจิ กรรมตอนที่ 1 พบว่าจำ�นวนลวดเสียบกระดาษทย่ี ้ายจากกล่มุ A ไป B มีแนวโน้ม ลดลงแล้วคงท่ี ในขณะท่ีจ�ำ นวนลวดเสียบกระดาษที่ยา้ ยจากกลมุ่ B ไป A มีแนวโน้มเพิ่มข้ึน แลว้ คงท่ี โดยตัง้ แตก่ ารยา้ ยครง้ั ที่ 4 จำ�นวนลวดเสียบกระดาษทย่ี ้ายระหวา่ ง 2 กลมุ่ มีจ�ำ นวน เทา่ กัน ส่งผลให้จ�ำ นวนรวมของลวดเสยี บกระดาษในแต่ละกลมุ่ คงท่ีตงั้ แต่หลงั การยา้ ยครง้ั ท่ี 3 ทั้งน้กี จิ กรรมตอนท่ี 2 ไดผ้ ลการทดลองเช่นเดยี วกับกิจกรรมตอนท่ี 1 หากให้จำ�นวนลวดเสียบกระดาษในกลุ่ม A และกลมุ่ B เปน็ ปรมิ าณสาร A และสาร B และ ให้จำ�นวนลวดเสียบกระดาษที่ย้ายจากแต่ละกลุ่มในแต่ละคร้ังเป็นอัตราการเปลี่ยนแปลงไป ขา้ งหน้าจากสาร A ไปเป็นสาร B และอัตราการเปล่ยี นแปลงย้อนกลับจากสาร B ไปเปน็ สาร A อาจสรุปไดว้ ่าปรมิ าณของสาร A และสาร B คงทเี่ ม่ืออตั ราการเปลยี่ นแปลงไปขา้ งหนา้ เท่ากบั อตั ราการเปลยี่ นแปลงยอ้ นกลบั สรุปผลการท�ำ กจิ กรรม จำ�นวนลวดเสียบกระดาษในแต่ละกลุ่มมีค่าคงท่ี   เนื่องจากการย้ายลวดเสียบกระดาษ จากกลมุ่ A ไป B และจากกลุ่ม B ไป A ในแต่ละครง้ั มจี ำ�นวนเทา่ กัน 4. ครนู �ำ อภปิ รายเพอื่ เชอื่ มโยงกจิ กรรม 9.1 กบั การเปลย่ี นแปลงทผ่ี นั กลบั ได้ การเปลย่ี นแปลง ไปขา้ งหนา้ การเปลย่ี นแปลงยอ้ นกลบั สภาวะสมดลุ และสมดลุ พลวตั แลว้ อธบิ ายการเขา้ สสู่ มดลุ ของ น้ำ�ท่ีอยู่ในภาชนะปิดซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ โดยใช้รูป 9.2 ตามรายละเอียดใน หนังสือเรียน จากนั้นใช้คำ�ถามนำ�ว่า ปฏิกิริยาเคมีเป็นการเปล่ียนแปลงที่ผันกลับได้หรือไม่ เพื่อ น�ำ เข้าสูก่ ิจกรรม 9.2 5. ครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 9.2 การทดสอบปฏิกิริยาของไอร์ออน(III)ไอออน (Fe3+) และ ไอร์ออน(II)ไอออน (Fe2+) แล้วให้นักเรียนอภปิ รายผลการท�ำ กจิ กรรมโดยใช้คำ�ถามทา้ ยการทดลอง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดลุ เคมี เคมี เล่ม 3 132 กจิ กรรม 9.2 การทดสอบปฏิกิริยาของไอรอ์ อน(III)ไอออน (Fe3+) และ ไอร์ออน(II)ไอออน (Fe2+) จดุ ประสงคข์ องกจิ กรรม 1. ท ดสอบปฏิกิริยาระหวา่ งไอร์ออน(III)ไอออน (Fe3+) กบั ไอโอไดดไ์ อออน (I-) พรอ้ มท้ัง เขยี นสมการเคมี 2. ท ดสอบปฏกิ ิรยิ าระหว่างไอรอ์ อน(II)ไอออน (Fe2+) กับไอโอดนี (I2) พรอ้ มทงั้ เขยี น สมการเคมี 3. บ อกความสัมพนั ธข์ องปฏิกริ ิยาระหวา่ งไอร์ออน(III)ไอออนกบั ไอโอไดดไ์ อออนกับ ปฏกิ ริ ิยาระหว่างไอร์ออน(II)ไอออนกับไอโอดีน เวลาทใ่ี ช ้ อภปิ รายกอ่ นท�ำ กจิ กรรม 10 นาที 45 นาที ท�ำ กจิ กรรม 35 นาที นาที อภิปรายหลงั ทำ�กิจกรรม 90 รวม วัสดุ อุปกรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม สารเคมี 1.0 mL 1.0 mL 1. สารละลายไอรอ์ อน(III)ไนเทรต (Fe(NO3)3) 0.05 mol/L 2. สารละลายแอมโมเนยี มไอร์ออน(II)ซัลเฟต ((NH4)2Fe(SO4)2) 1.0 mL 1.0 mL 0.05 mol/L 0.5 mL 0.5 mL 3.  สารละลายโพแทสเซียมไอโอไดด์ (KI) 0.05 mol/L 0.5 mL 4.  สารละลายไอโอดนี ในเอทานอล (I2) 1% 0.5 mL 5. สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด์ (NaOH) 0.1 mol/L 2 หลอด 6.  ส ารละลายโพแทสเซยี มเฮกซะไซยาโนเฟอเรต(III) (K3Fe(CN)6) 1 อัน 0.1 mol/L 2 อัน 6 อัน 7.  สารละลายซิลเวอรไ์ นเทรต (AgNO3) 0.1 mol/L 8.  นำ�้ แปง้ สุก 1% วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 1. หลอดทดลองขนาดเลก็ 2. จานหลุมพลาสติก 3. ห ลอดหยด 4. ไมจ้ ม้ิ ฟัน สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดุลเคมี 133 การเตรียมลว่ งหนา้ 1. เตรยี มFe(NO3)30.05mol/Lปรมิ าตร50mLโดยช่ังไอร์ออน(III)ไนเทรตนาโนไฮเดรต (Fe(NO3)3 • 9H2O) 1.01 g ละลายในนำ้�กลั่นให้ไดป้ รมิ าตร 50 mL 2. เตรยี ม (NH4)2Fe(SO4)2 0.05 mol/L ปรมิ าตร 50 mL โดยช่งั แอมโมเนยี มไอร์ออน (II) ซัลเฟต   เฮกซะไฮเดรต ((NH4)2Fe(SO4)2 • 6H2O) 0.98 g ละลายในน�้ำ กล่นั ใหไ้ ด้ ปรมิ าตร 50 mL 3. เตรียม KI 0.05 mol/L ปริมาตร 50 mL โดยช่งั KI 0.42 g ละลายในนำ้�กลัน่ ใหไ้ ดป้ ริมาตร 50 mL 4. เตรยี ม NaOH 0.1 mol/L ปรมิ าตร 25 mL โดยชั่ง NaOH 0.1 g ละลายในนำ้�กล่ัน ใหไ้ ด้ปรมิ าตร 25 mL 5. เตรยี ม K3Fe(CN)6 0.1 mol/L ปรมิ าตร 25 mL โดยชงั่ K3Fe(CN)6 0.82 g ละลาย ในน้ำ� กลน่ั ให้ไดป้ รมิ าตร 25 mL 6. เตรยี ม AgNO3 0.1 mol/L ปรมิ าตร 25 mL โดยช่ัง AgNO3 0.42 g ละลายใน น�ำ้ กลน่ั ใหไ้ ด้ปริมาตร 25 mL 7. เตรียมน้�ำ แป้งสุก 1%w/v ปรมิ าตร 25 mL โดยช่ังแป้งมันประมาณ 0.25 g (1 ชอ้ นเบอร์ 1) ละลายในน�ำ้ กล่นั 5 mL แลว้ เทน�้ำ เดือดลงในน�ำ้ แปง้ ให้มีปริมาตร 25 mL คนให้ทวั่ จนแป้งสุก สารท่ีเตรียมได้ในข้อ   1–7   สามารถใช้ได้กับการทดลองของนักเรียน  ประมาณ 50 กล่มุ ข้อเสนอแนะสำ�หรับครู 1. K3Fe(CN)6เมื่อได้รับความร้อนหรืออยู่ในกรดแก่จะเกิดแก๊สไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN)   ซ่ึงเป็นพิษ   ครูจึงควรเตรียมภาชนะสำ�หรับทิ้งสารจากการทดลอง   และเตือน ใหน้ ักเรียนท้งิ สารในภาชนะท่เี ตรยี มไว้ 2. ไมค่ วรใช้ Fe(SO4) แทน (NH4)2Fe(SO4)2 เนอ่ื งจากถูกออกซิไดซเ์ ป็น Fe3+ ไดง้ า่ ย 3. ควรเตรยี มสารละลาย (NH4)2Fe(SO4)2 และ KI เมอื่ ตอ้ งการจะใช้ 4. NaOH   ทำ�ปฏิกิริยาเคมีกับ   Fe3+   ได้ตะกอนสีน้ำ�ตาลแดง   และทำ�ปฏิกิริยาเคมีกับ Fe2+ ไดต้ ะกอนสีเขยี ว ดังนน้ั ในการทดสอบตอนท่ี 2 และ 3 ดว้ ย NaOH อาจมตี ะกอน สเี ขยี วเกิดขึน้ ด้วย สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี เคมี เลม่ 3 134 5. K 3Fe(CN)6 ทำ�ปฏกิ ิรยิ าเคมกี ับ Fe2+ ไดต้ ะกอนสนี ำ้�เงิน และท�ำ ปฏกิ ริ ยิ ากบั Fe3+ ไดต้ ะกอน สีน�ำ้ ตาล แต่สงั เกตเหน็ ตะกอนสีน้ำ�เงินเนื่องจากเหน็ ได้ชดั เจนกว่า 6. เตือนนักเรียนให้ใช้ปริมาณสารละลายตามที่กำ�หนด    เน่ืองจากปริมาณของสารในการ ทดลองนีจ้ ะมผี ลโดยตรงตอ่ การเปลีย่ นแปลงทีเ่ กิดขนึ้ 7. เตือนนักเรียนไม่ให้ใช้อุปกรณ์คนสารอันเดียวกันในการคนสารละลายแต่ละหลุม เพอื่ ปอ้ งกันการปนเปอ้ื น ตวั อย่างผลการท�ำ กิจกรรม 1. เม่ือผสม Fe(NO3)3 กบั KI ได้สารละลายสีน้�ำ ตาลแกมเหลอื ง และเมื่อผสม (NH4)2 Fe(SO4)2 กับ I2 ได้สารละลายสีนำ้�ตาลแกมเหลอื ง ดังรปู Fe(NO3)3 + KI (NH4)2Fe(SO4)2 + I2 สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 135 2. ก ารเปลยี่ นแปลงทส่ี งั เกตไดจ้ ากการทดลองเปน็ ดงั ตาราง การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ แถวที่ คอลัมน์ A คอลัมน์ B คอลัมน์ C คอลัมน์ D (มี NaOH (มี K3Fe(CN)6 (มีน้ำ�แป้งสุก สำ�หรับทดสอบ สำ�หรับทดสอบ (มี AgNO3 สำ�หรับทดสอบ สำ�หรับทดสอบ Fe3+ ) Fe2+) I2) I-) ตะกอน สารสนี ำ้�เงนิ เขม้ สีน้ำ�ตาลแดง ตะกอนสนี ำ�้ เงนิ ตะกอน สีเหลอื งออ่ น 1 เมื่อหยด Fe(NO3)3 เมือ่ หยด เมื่อหยด KI เมือ่ หยด I2 (NH4)2Fe(SO4)2 ตะกอน ตะกอน สารสนี �ำ้ เงินเข้ม สนี ้ำ�ตาลแดง ตะกอนสนี ้�ำ เงิน สีเหลอื งออ่ น 2 เม่ือหยด Fe(NO3)3 + KI ตะกอน ตะกอนสนี �้ำ เงิน ตะกอน สารสนี �ำ้ เงนิ เข้ม สนี ำ้�ตาลแดง สเี หลืองออ่ น 3 เม่ือหยด (NH4)2Fe(SO4)2 + I2 สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี เคมี เลม่ 3 136 อภปิ รายผลการท�ำ กจิ กรรม จากการทดสอบในตอนท่ี 1 พบวา่ • Fe(NO3)3 ท�ำ ปฏกิ ิริยากบั NaOH เกิดตะกอนสีน�้ำ ตาลแดง • (NH4)2Fe(SO4)2 ทำ�ปฏิกิริยากบั K3Fe(CN)6 เกดิ ตะกอนสนี ้ำ�เงนิ • KI ท�ำ ปฏกิ ริ ิยากับ AgNO3 เกดิ ตะกอนสีเหลอื งอ่อน • I2 ทำ�ปฏกิ ิริยากับน้ำ�แป้งสกุ ได้สารสีน�ำ้ เงินเข้ม ดังนั้นสามารถใชผ้ ลการสงั เกตในการทดสอบ ตอนท่ี 1 เพื่อยืนยันการมีอยูข่ อง Fe3+ Fe2+ I- และ I2 ในการทดสอบตอนท่ี 2 และ 3 ได้ การทดสอบในตอนท่ี 2 และ 3 ให้ผลการทดลองในแตล่ ะคอลัมน์เหมือนกับการ ทดสอบในตอนท่ี 1 แสดงว่าสารละลายผสมในตอนท่ี 2 และ 3 มี Fe3+ Fe2+ I- และ I2 เป็น องคป์ ระกอบ สารละลายผสมในตอนท่ี 2 ซงึ่ เกดิ จากการผสมกันระหวา่ ง Fe(NO3)3 กับ KI เขยี น สมการเคมแี สดงปฏกิ ิรยิ าทเ่ี กิดข้ึนไดด้ ังนี้ 2Fe3+(aq) + 2I-(aq) 2Fe2+(aq) + I2(aq) สารละลายผสมในตอนท่ี 3 ซึ่งเกิดจากการผสมกนั ระหวา่ ง (NH4)2Fe(SO4)2 กับ I2 เขยี น สมการเคมีแสดงปฏกิ ิรยิ าท่ีเกิดขึน้ ได้ดังน้ี 2Fe2+(aq) + I2(aq) 2Fe3+(aq) + 2I-(aq) นัน่ คอื ปฏกิ ิรยิ าเคมีของตอนที่ 2 และ 3 มีความสัมพันธ์กัน โดย Fe3+ และ I- ซึง่ เปน็ สารต้งั ต้นของปฏิกิริยาเคมใี นตอนที่ 2 เปน็ ผลิตภัณฑข์ องปฏิกิรยิ าเคมีในตอนที่ 3 และ Fe2+ และ I2 ซ่ึงเป็นผลติ ภัณฑข์ องปฏกิ ริ ยิ าเคมใี นตอนที่ 2 เปน็ สารต้ังตน้ ของปฏิกริ ิยาเคมีในตอน ที่ 3 ดงั นัน้ น่าจะมสี มดลุ เกิดข้นึ เพราะหลงั การผสมสารเขา้ ด้วยกัน   พบว่าสารละลายแต่ละ หลอดมีทั้งสารต้ังต้นและผลิตภัณฑ์ทุกสารอยู่ด้วยกัน   และเม่ือตั้งไว้สีของสารละลายคงท่ี แสดงวา่ ความเขม้ ขน้ ของสารแตล่ ะชนิดคงที่ สรปุ ผลการทำ�กิจกรรม Fe3+ ท�ำ ปฏกิ ริ ยิ ากับ I- ได้ผลิตภณั ฑ์เปน็ Fe2+ และ I2 สว่ น Fe2+ ทำ�ปฏิกิรยิ ากบั I2 ได้ ผลิตภัณฑ์เป็น Fe3+ และ I- แสดงวา่ ปฏิกริ ิยาทัง้ สองมคี วามสัมพนั ธ์กนั   โดยสารตง้ั ตน้ ของ ปฏกิ ิริยาหน่ึงจะเปน็ ผลติ ภณั ฑข์ องอีกปฏิกิรยิ าหนึ่ง ดังนนั้ ปฏิกริ ยิ าดงั กลา่ วน่าจะมีสมดุล เกดิ ขึ้น สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี