สมดุลสารละลาย

สมดลุ ของสารละลาย นส.ธิดาพร ปังประเสรฐิ เลขที่17 ม.5/2 ครูกาญจนา แก้วคง

คำนำ หนงั สอื E-BOOK เร่อื ง สมดลุ ของสำรละลำย ระดบั ชนั้ มธั ยมศกึ ษำปีท่ี 5 ภำคเรยี นท่ี 1 มีวตั ถปุ ระสงคจ์ ดั ทำเพ่ือเพ่มิ พนู ควำมรูแ้ ละทกั ษะใน กำรเรยี นรู้ และเพ่ือใหเ้ กิดควำมเขำ้ ใจมำกขนึ้ จดั ทำโดย นำงสำวธิดำพร ปังประเสรฐิ

สำรบญั หนำ้ ท่ี 1 หวั ขอ้ 3 แบบทดสอบก่อนเรยี น 4 ทำควำมเขำ้ ใจ 7 สมดลุ เคมี 11 คำ่ คงท่ีสมดลุ 14 สมดลุ ของกำรละลำย 16 แบบฝึกหดั ทำ้ ยบท เฉลยแบบฝึกหดั

แบบทดสอบก่อนเรียน 1 1 ) สารละลายมีอะไรบา้ ง ก. ของแขง็ ข. ของเหลว ค. แก๊ส ง. ถกู ทุกขอ้ 2 ) การเปลี่ยนแปลงที่ผนั กลบั ไดม้ ีก่ีประเภท ก. 2 ข. 3 ค. 4 ง. 5 3 ) ขอ้ ใดคือปัจจยั ที่มีผลต่อสมดุลเคมี ก. ความดนั ข. อณุ หภูมิ ค. ตวั เร่ง/ตวั หน่วง ง. ถกู ทุกขอ้ 4 ) หลงั ดุลสมการ สารต้งั ตน้ กบั สารผลิตภณั ฑจ์ ะเป็นอยา่ งไร ก. สารต้งั ตน้ > ผลิตภณั ฑ์ ข. สารต้งั ตน้ < ผลิตภณั ฑ์ ค. สารต้งั ตน้ = ผลิตภณั ฑ์ ง. ไม่มีขอ้ ใดถูก

5 ) ค่า K > 1 คือ 2 ก. ผลิตภณั ฑเ์ กิดมาก สารต้งั ตน้ เหลือนอ้ ย ข. ผลิตภณั ฑเ์ กิดมาก สารต้งั ตน้ เหลือมาก ค. ผลิตภณั ฑเ์ กิดนอ้ ย สารต้งั ตน้ เหลือมาก ง. ผลิตภณั ฑเ์ กิดนอ้ ย สารต้งั ตน้ เหลือนอ้ ย 6 ) ปฏิกิริยา Cl2(g) ↔ 2Cl(g) มีค่า K = 1.21 x 10–6 ที่ 1000oC ถา้ ใส่ Cl2 1.0 โมล ในภาชนะขนาด 1 ลิตร ที่ภาวะสมดุล Cl2 จะสลายตวั ไปก่ีโมล ก. 1.1 x 10–3 ข. 1.21 x 10–6 ค. 1.1 x 10–6 ง. 5.5 x 10–4 7 ) ภาวะ ณ สมดุลไดนามิก ก. ตอ้ งมีการเปล่ียนแปลงไปขา้ งหนา้ และการเปลี่ยนแปลงยอ้ นกลบั ข. อตั ราเร็วของการเปลี่ยนแปลงไปขา้ งหนา้ เท่ากบั อตั ราการเปลี่ยนแปลงยอ้ นกลบั ค. สมบตั ิของระบบคงท่ี หมายถึงสมบตั ิไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาเปลี่ยนไป แต่ไม่ใช่ระบบ น้นั หยดุ นิ่ง (ไดนามิก) ง. ถกู ทุกขอ้ 8 )จงเขียนสมการหาค่าคงทีสมดุล (Kcและ Kp) ของปฏิกิริยาต่อไปนี 1.1 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) 1.2 2C2H4 (g) + O2 (g) 2CH3CHO (g) 1.3 C (s) + 2N2O (g) CO2 (g) + 2N2 (g) 1.4 PCl3 (g) + Cl2 (g) PCl5 (g) 9 ) อุณหภูมิหนึง ไดท้ าํ การเติมไอของไอโอดีน (I2) ลงในหลอดปฏิกิริยาทีปิ ดและบรรจุ แก๊ส ไฮโดรเจน (H2) H2 (g) + I2 (g) 2HI (g) จงอธิบายวาความเขม้ ขน้ ของสารต้งั ตน้ ทั งสองเปลียนแปลงอยางไรบา้ งเมือ ่่ 2.1 ขณะทีเริมเติมไอโอดีน 2.2 ปฏิกิริยากาลงั ดาํ เนินไป 2.3 ทีภาวะสมดุล 10 ) ปฏิกิริยาการเตรียมเมทานอลดงั สมการ เมือภาชนะทีใชเ้ ตรียมมีปริมาตร 1.50 ลิตร ถกู บรรจุ ดว้ ย CO 0.15 โมลและ H2 0.30 โมล ทีภาวะสมดุล ณ อณุ หภูมิ 500 เคล วิน พบวามี CO 0.1187 โมลจงหาความเขม้ ขน้ ของสารทุกชนิดทีภาวะสมดุล CO (g) + 2H2 (g) ---------- CH3OH (g)

3 ความสามารถของการละลาย ซง่ึ กค็ อื ความสามารถของ สารทจ่ี ะละลายในสารอ่นื จนเป็นสารละลายอม่ิ ตวั ซง่ึ สารประกอบไอออนิกบางชนิดกล็ ะลายน้าไดด้ ี บางชนิดก็ ละลายไดน้ ้อย ซง่ึ ถา้ เมอ่ื ลาะลายแลว้ จนเป็นสารละลาย อมิ่ ตวั ถา้ ระบบมสี มบตั คิ งทก่ี ค็ อื ระบบจะเขา้ สภู่ าวะสมดลุ แต่จะเป็นสมดลุ ไดนามกิ ซง่ึ ในสารทล่ี ะลายน้าไดน้ ้อยบาง ทกี จ็ ะมกี ารเปลย่ี นแปลงไปขา้ งหน้ากค็ อื การละลาย และ เปลย่ี นแปลงยอ้ นกลบั เชน่ การตกผลกึ แตม่ นั เกดิ ในอตั รา ทเ่ี ทา่ กนั ในสว่ นทม่ี นั ละลายแลว้ มนั จะเกดิ เป็นไอออน +,- อยใู่ นสารละลาย ซง่ึ ถา้ เรานาไปเขยี นสมการ มนั จะมี คา่ คงทผ่ี ลคณู ของการละลายหรอื คา่ Ksp อยู่ ซง่ึ คา่ น้ีจะ บอกวา่ สารประกอบนนั้ ละลายน้าไดม้ ากหรอื น้อยเท่าไหรท่ ่ี อุณหภมู คิ งท่ี และใชเ้ ทยี บวา่ สารใดละลายไดด้ กี วา่ กนั

4 สารละลายคอื อะไร ? สำรละลำย คือ สำรเนือ้ เดียวท่ีไมบ่ รสิ ทุ ธิ์ เกิดจำกสำรตงั้ แต่ 2 ชนิด ขนึ้ ไปมำรวมกนั สำรละลำยแบง่ สว่ นประกอบได้ 2 สว่ นคือ •ตวั ทาละลาย : สำรท่ีมีควำมสำมำรถในกำรทำใหส้ ำรอ่นื ๆ ละลำย ได้ โดยไม่ทำปฏิกิรยิ ำเคมี •ตัวละลาย : สำรท่ถี กู ตวั ทำละลำยทำใหล้ ะลำย ประเภทของสารละลาย จาแนกตามสถานะของสารละลาย • ของแข็ง เช่น ทองเหลือง นำก • ของเหลว เช่น นำ้ เช่ือม นำ้ เกลอื แอลกอฮอล์ • แกส๊ เช่น แก๊สหงุ ตม้ กล่นิ นำ้ หอมในอำกำศ

5 จาแนกตามปริมาณของตวั ละลาย •สารละลายอม่ิ ตวั : สำรละลำยท่ี ตวั ละลำยไม่สามารถ ละลายไดอ้ กี ท่ีอณุ หภมู เิ ดมิ หรอื และปรมิ ำณตวั ทำ ละลำยเทำ่ เดมิ •สารละลายไม่อมิ่ ตวั : สำรละลำยท่ี ตวั ละลำยยงั สามารถละลายไดอ้ กี ท่ีอณุ หภมู ิเดมิ หรอื และปรมิ ำณ ตวั ทำละลำยเทำ่ เดมิ

6 จาแนกตามความเข้มข้น •สารละลายเข้มข้น : สำรละลำยท่ีมี ตวั ละลำย ปรมิ ำณมำก แตต่ วั ทำละลำยปรมิ ำณนอ้ ย •สารละลายเจอื จาง : สำรละลำยท่ีมีตวั ละลำย ปรมิ ำณนอ้ ย แตต่ วั ทำละลำยปรมิ ำณมำก

7

สมดุลไดนามกิ หมายถึง สมดุลท่ีมีการเคล่ือนที่ของอนุภาคอยตู่ ลอดเวลา ระบบไม่หยดุ นิ่ง อตั ราการเปลี่ยนแปลงไปขา้ งหนา้ เท่ากบั อตั ราการเปล่ียนแปลง ผนั กลบั (สมดุลเคมีเป็นสมดุลไดนามิก) ระบบและส่ิงแวดล้อม ระบบ คือ สิ่งที่เราศึกษาหรือทดลอง ส่ิงแวดลอ้ ม คือ ส่ิงที่อยนู่ อกระบบ ชนิดของระบบ แบ่งออกเป็ น 3 ชนิด 1) ระบบเปิ ด (Open system) คือระบบที่มีการถ่ายเทไดท้ ้งั มวลสารและพลงั งาน กบั ส่ิงแวดลอ้ ม 2) ระบบปิ ด (Closed system) คือ ระบบท่ีมีการถ่ายเทความร้อนเฉพาะพลงั งาน อยา่ งเดียว แต่มวลสารไม่ถ่ายเท 3) ระบบแยกตวั (Isolated system) คือระบบท่ีไม่มีการถ่ายเทท้งั มวลสารและ พลงั งานกบั ส่ิงแวดลอ้ ม เช่น แคลอริมิเตอร์ การเปลยี่ นแปลงท่ีเกดิ ในระบบ ทพี่ บโดยท่วั ไป มี 3 อย่าง 1. การเปลี่ยนแปลงสถานะ (Solid, liquid, gas) 2. การละลาย (Solute + solvent = solution) 3. การเกิดปฏิกิริยาเคมี (Reactants Product) (การเปล่ียนแปลงท้งั สามอยา่ งน้ี จะอยใู่ นสมดุลหรือไม่สมดุลกไ็ ด)้ ภาวะ ณ สมดุลไดนามกิ (เกดิ ในระบบ) 1. ตอ้ งมีการเปล่ียนแปลงไปขา้ งหนา้ และการเปลี่ยนแปลงยอ้ นกลบั 2. อตั ราเร็วของการเปลี่ยนแปลงไปขา้ งหนา้ เท่ากบั อตั ราการเปลี่ยนแปลง ยอ้ นกลบั 3. สมบตั ิของระบบคงที่ หมายถึงสมบตั ิไม่เปล่ียนแปลงเม่ือเวลาเปลย่ี นไป แต่ ไม่ใช่ระบบน้นั หยดุ นิ่ง (ไดนามิก) 4. สมดุลของการเปลี่ยนสถานะ (อตั ราการระเหย = อตั ราการกลน่ั ตวั ) 5. สมดุลการละลาย (อต้ ราการละลาย = อตั ราการตกผลึก) 6. สมดุลเกิดปฏิกิริยาเคมี (chemical equilibrium) 8

ค่าคงที่สมดุล 9 นยิ ำมของคำ่ คงทสี่ มดลุ และ กำรหำคำ่ คงท่ีสมดลุ (Equilibrium constant) ผลคณู ของควำมเขม้ ขน้ ของสำรผลติ ภณั ฑท์ ่ียกกำลงั ดว้ ยสมั ประสทิ ธิ์บอกจำนวนโมลสำร ผลิตภณั ฑ์ หำรดว้ ยผลคณู ของควำมเขม้ ขน้ ของสำรตง้ั ตน้ ท่ียกกำลงั ดว้ ยสมั ประสทิ ธิ์บอก จำนวนโมลสำรตงั้ ตน้ จะมีคำ่ คงที่ท่ีอณุ หภมู หิ นงึ่ คือคำ่ คงทส่ี มดลุ (Equilibrium constant) และมีสญั ลกั ษณเ์ ป็น K หรอื Kc ขนั้ ตอนกำรคำนวณเก่ียวกบั คำ่ คงท่ีสมดลุ เคมี 1. เขียนสมกำรพรอ้ มดลุ 2. เขียนควำมเขม้ ขน้ ของสำรตงั้ ตน้ 3. เขียนควำมเขม้ ขน้ ของสำรท่ีเปลยี่ นไป 4. เขียนควำมเขม้ ขน้ ของสำรท่ีภำวะสมดลุ ( จำกขนั้ ท่ี 2 + ขนั้ ท่ี 3 ) 5. เขียนคำ่ คงท่ีสมดลุ จำกขนั้ ท่ี 1 6. แทนคำ่ ควำมเขม้ ขน้ ของสำรตำ่ ง ๆ ท่ีภำวะสมดลุ จำกขนั้ ท่ี 4 ลงในขนั้ ท่ี 5 7. คำนวณหำตวั แปร จำกขนั้ ท่ี 6 8. ตอบคำถำมจำกโจทยท์ ่ีกำหนด ควำมสมั พนั ธร์ ะหวำ่ ง คำ่ K กบั ควำมเขม้ ขน้ ของสำรตงั้ ตน้ และสำรผลิตภณั ฑ์ และ กำรดำเนินไปของปฏิกิรยิ ำ 1. คำ่ K > 1 ถือวำ่ คำ่ K มำก แสดงวำ่ ปฏิกิรยิ ำเกิดไปขำ้ งหนำ้ ไดด้ มี ำก ผลติ ภณั ฑ์ เกิดมำก สำรตงั้ ตน้ เหลือนอ้ ย 2. คำ่ K < 1 ถือวำ่ คำ่ K นอ้ ย แสดงวำ่ ปฏิกิรยิ ำเกิดไปขำ้ งหนำ้ ไดน้ อ้ ย เกิดปฏิกิรยิ ำ ยอ้ นกลบั ไดด้ ี ผลติ ภณั ฑเ์ กิดนอ้ ย สำรตงั้ ตน้ เหลอื มำก 3. คำ่ K = 1 ถือวำ่ คำ่ K ปำนกลำง แสดงวำ่ สำรตงั้ ตน้ และสำรผลติ ภณั ฑ์ จะมี ปรมิ ำณพอ ๆ กนั 4. คำ่ K จะคงท่ีเสมอ ไมว่ ่ำสมดลุ จะถกู รบกวน ยกเวน้ อณุ หภมู ิมีกำรเปล่ียนแปลง 5. คำ่ K > 1 หรอื K < 1 ได้ แตจ่ ะไมม่ ีคำ่ ตดิ ลบ

10 เเลว้ จะเกดิ สมดุลเคมไี ด้ยงั ไง ? สมดุลเคมีน้นั จะเกิดไดต้ อ้ งมีเง่ือไขดงั น้ี 1 . เป็นระบบปิ ด 2. ปฏิกิริยาตอ้ งผนั กลบั ได้ 3. อตั ราการเกิดปฏอกิริยาไปขา้ งหนา้ = อตั ราการเกิดปฏอกิริยายอ้ นกลบั ต่อไปคือปัจจัยทมี่ ผี ลต่อสมดลุ เคมี 1. ความดัน (มีผลเเค่ในเเก๊สเท่าน้ัน ) – ความดนั เพมิ่ : โมลนอ้ ย – ความดนั ลด : โมลมาก 2. อุณหภูมิ – ดูดความร้อน – คายความร้อน 3. ตวั เร่ง/ ตวั หน่วง – ตวั เร่ง : ช่วยใหเ้ ขา้ สู่สมดุลเร็ว – ตวั หน่วง : เขา้ สู่สมดุลชา้

11 สมดุลของการละลาย เกดิ ข้ ึนกบั การละลายของอิเล็กโทรไลตแ์ ก่หรือนอน – อิเล็กโทรไลต์ ท่ีอยใู่ นภาวะอิ่มตวั และมขี องแขง็ เหลืออยู่ เม่ือนาอิเล็กโทรไลตแ์ ก่เช่น NaCI หรือนอน-อิเล็กโทรไลต์ เชน่ C6H12O6 ละลายในน้า ในตอนแรกของแข็งเหลา่ น้ ีจะละลาย ไดห้ มดไมม่ ีภาวะสมดุลเกิดข้ นึ แต่เมือ่ เติมของแขง็ ลงไปในน้าเร่ือย ๆ จนไดส้ ารละลายอิ่มตวั จะมีภาวะสมดุลเกิดข้ นึ ผลึกของแขง็ ส่วน หนึ่งจะละลายในน้าซ่ึงเป็ นปฏกิ ริ ิยาไปขา้ งหนา้ ในขณะเดียวกนั สาร ที่อยใู่ นสารละลายอ่ิมตวั จะรวมกนั เกิดเป็ นผลึกของแข็งข้ ึนมาใหมซ่ ่ึง เป็ นปฏิกริ ิยายอ้ นกลบั ท่ีภาวะสมดุลอตั ราการเกดิ ปฏกิ ิริยาไป ขา้ งหน้า (อตั ราการละลาย) จะเท่ากบั อตั ราการเกิดปฏิกิริยา ยอ้ นกลบั (อตั ราการตกผลึก) เรียกวา่ สมดุลของการละลาย

12 ตวั อยา่ งเชน่ สมดลุ ของการละลายของ I2 ในตวั ทาละลายผสม ระหวา่ งน้ากบั เอธานอล ซง่ึ จดั วา่ เป็นการละลายของนอน – อเิ ลก็ โทรไลตเ์ มอ่ื I2 ละลายใน เอธานอลจนไดส้ ารละลายอมิ่ ตวั มผี ลกึ ของ I2 เหลอื อยจู่ ะมภี าวะ สมดุลเกดิ ขน้ึ

13 ในกรณกี ารละลายของอเิ ลก็ โทรไลตแ์ ก่กเ็ ชน่ เดยี วกนั จะมสี มดลุ ของการ ละลายเกดิ ขน้ึ เช่น การละลายของCuSO4 ในน้า เมอ่ื สารละลายอม่ิ ตวั สี ของสารละลายจะคงท่ี (สฟี ้าของ Cu2+) และมผี ลกึ CuSO4 เหลอื อยู่ จะเห็นไดว้ า่ การเกิดสารละลายสามารถมีภาวะสมดุลได้ 2 ประเภทคือ สมดุลของการแตกตวั และสมดุลของการละลาย สมดุลของการแตกตวั จะ เกิดข้ึนกบั การเกิดสารละลายของอิเลก็ โทรไลตอ์ ่อนและสมดุลของการ ละลายจะเกิดข้ึนกบั การเกิดสารละลายของอิเลก็ โทรไลตแ์ ก่ หรือนอนอิ เลก็ โทรไลต์ โดยท่ีสารละลายน้นั จะตอ้ งอยใู่ นภาวะอิ่มตวั (ถา้ ไม่ใช่ สารละลายอ่ิมตวั จะไม่เกิดภาวะสมดุล)

แบบทดสอบหลงั เรียน 14 1 ) สารละลายมีอะไรบา้ ง ก. ของแขง็ ข. ของเหลว ค. แก๊ส ง. ถกู ทุกขอ้ 2 ) การเปลี่ยนแปลงท่ีผนั กลบั ไดม้ ีก่ีประเภท ก. 2 ข. 3 ค. 4 ง. 5 3 ) ขอ้ ใดคือปัจจยั ท่ีมีผลต่อสมดุลเคมี ก. ความดนั ข. อุณหภูมิ ค. ตวั เร่ง/ตวั หน่วง ง. ถูกทุกขอ้ 4 ) หลงั ดุลสมการ สารต้งั ตน้ กบั สารผลิตภณั ฑจ์ ะเป็นอยา่ งไร ก. สารต้งั ตน้ > ผลิตภณั ฑ์ ข. สารต้งั ตน้ < ผลิตภณั ฑ์ ค. สารต้งั ตน้ = ผลิตภณั ฑ์ ง. ไม่มีขอ้ ใดถูก

5 ) ค่า K > 1 คือ 15 ก. ผลิตภณั ฑเ์ กิดมาก สารต้งั ตน้ เหลือนอ้ ย ข. ผลิตภณั ฑเ์ กิดมาก สารต้งั ตน้ เหลือมาก ค. ผลิตภณั ฑเ์ กิดนอ้ ย สารต้งั ตน้ เหลือมาก ง. ผลิตภณั ฑเ์ กิดนอ้ ย สารต้งั ตน้ เหลือนอ้ ย 6 ) ขอ้ ใดถกู ตอ้ ง ก. ค่าKนอ้ ย แสดงวา่ ปฏิกิริยาเกิดไปขา้ งหนา้ ไดน้ อ้ ย เกิดปฏิกิริยายอ้ นกลบั ไดด้ ี ข. ค่าKมาก แสดงวา่ ปฏิกิริยาเกิดไปขา้ งหนา้ ไดด้ ีมาก ค. ค่าKปานกลาง แสดงวา่ สารต้งั ตน้ และสารผลิตภณั ฑจ์ ะมีปริมาณพอๆกนั ง. ถกู ทุกขอ้ 7 ) ภาวะ ณ สมดุลไดนามิก ก. ตอ้ งมีการเปล่ียนแปลงไปขา้ งหนา้ และการเปลี่ยนแปลงยอ้ นกลบั ข. อตั ราเร็วของการเปล่ียนแปลงไปขา้ งหนา้ เท่ากบั อตั ราการเปล่ียนแปลงยอ้ นกลบั ค. สมบตั ิของระบบคงท่ี หมายถึงสมบตั ิไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาเปลี่ยนไป แต่ไม่ใช่ระบบ น้นั หยดุ น่ิง (ไดนามิก) ง. ถูกทุกขอ้ 8 )จงเขียนสมการหาค่าคงทีสมดุล (Kcและ Kp) ของปฏิกิริยาต่อไปนี 1.1 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) 1.2 2C2H4 (g) + O2 (g) 2CH3CHO (g) 1.3 C (s) + 2N2O (g) CO2 (g) + 2N2 (g) 1.4 PCl3 (g) + Cl2 (g) PCl5 (g) 9 ) อุณหภูมิหนึง ไดท้ าํ การเติมไอของไอโอดีน (I2) ลงในหลอดปฏิกิริยาทีปิ ดและบรรจุ แก๊ส ไฮโดรเจน (H2) H2 (g) + I2 (g) 2HI (g) จงอธิบายวาความเขม้ ขน้ ของสารต้งั ตน้ ทั งสองเปลียนแปลงอยางไรบา้ งเมือ ่่ 2.1 ขณะทีเริมเติมไอโอดีน 2.2 ปฏิกิริยากาลงั ดาํ เนินไป 2.3 ทีภาวะสมดุล 10 ) ปฏิกิริยาการเตรียมเมทานอลดงั สมการ เมือภาชนะทีใชเ้ ตรียมมีปริมาตร 1.50 ลิตร ถูกบรรจุ ดว้ ย CO 0.15 โมลและ H2 0.30 โมล ทีภาวะสมดุล ณ อุณหภูมิ 500 เคล วนิ พบวามี CO 0.1187 โมลจงหาความเขม้ ขน้ ของสารทุกชนิดทีภาวะสมดุล CO (g) + 2H2 (g) ---------- CH3OH (g)

16 เฉลยแบบฝึ กหัด 1 ) ง. 2 ) ข. 3 ) ง. 4 ) ค. 5 ) ก. 6 ) ง. 7 ) ง.

17 8)

18 9) 10 )