(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท เพิ่มเติมเคมี3

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 137 ความรเู้ พมิ่ เติมส�ำ หรบั ครู Fe(NO3)3 ทำ�ปฏกิ ริ ิยากบั NaOH เกดิ เปน็ ตะกอนสีน้�ำ ตาลแดง ดังสมการเคมี Fe3+(aq) + 3OH-(aq) Fe(OH)3(s) (NH4)2Fe(SO4)2 ทำ�ปฏกิ ิริยากับ K3Fe(CN)6 เกดิ เป็นตะกอนสีนำ�้ เงนิ ดงั สมการเคมี Fe2+(aq) + Fe(CN)63-(aq) Fe3+(aq) + [Fe(CN)6]4-(aq) 4Fe3+(aq) + 3[Fe(CN)6]4-(aq) Fe4[Fe(CN)6]3(s) KI ท�ำ ปฏกิ ิรยิ ากบั AgNO3 เกิดเปน็ ตะกอนสีเหลอื งอ่อน ดังสมการเคมี I-(aq) + Ag+(aq) AgI(s) I2 ท�ำ ปฏิกริ ยิ ากับน้�ำ แปง้ สุก เกดิ เป็นสารสีนำ�้ เงินเขม้ ดงั สมการเคมี I2(aq) + starch starch–I2(aq) สารประกอบเชงิ ซอ้ น 6. ครอู ธบิ ายเกยี่ วกบั ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหนา้ ปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั และปฏกิ ริ ยิ าผนั กลบั ได้ พรอ้ มทงั้ ยกตวั อย่างสมการเคมปี ระกอบการอธิบาย จากนนั้ อธิบายเกีย่ วกับสมดลุ เคมขี องปฏกิ ริ ิยาผนั กลับได้ ในระบบปดิ ตามรายละเอียดในหนงั สือเรยี น 7. ครูให้นกั เรียนตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเข้าใจ ตรวจสอบความเข้าใจ จากกิจกรรม 9.2 ถ้ากำ�หนดให้ปฏิกิริยาเคมี ในตอนท่ี 2 เป็นปฏิกิริยาไปข้างหน้า จงเขียนสมการไอออนกิ สุทธิของปฏกิ ริ ิยาย้อนกลบั และปฏกิ ริ ยิ าผนั กลบั ได้ จากท่ีกำ�หนดใหป้ ฏกิ ิริยาไปข้างหน้า คือ 2Fe3+(aq) + 2I-(aq) 2Fe2+(aq) + I2(aq) ดังนนั้ ปฏิกริ ิยาย้อนกลบั คอื 2Fe3+(aq) + 2I-(aq) และ ปฏิกิริยาผันกลับได้ คือ 2Fe2+(aq) + I2(aq) 2Fe3+(aq) + 2I-(aq) 2Fe2+(aq) + I2(aq) 8. ครใู ชค้ �ำ ถามน�ำ วา่ ความเขม้ ขน้ ของสารตงั้ ตน้ และผลติ ภณั ฑเ์ มอ่ื เรม่ิ ปฏกิ ริ ยิ าจนกระทงั่ ระบบ อยู่ในสมดุลเป็นอย่างไร จากน้ันครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 9.3 ความเข้มข้นของสารเมื่อระบบเข้าสู่ สมดลุ แล้วใหน้ กั เรียนอภปิ รายผลการทำ�กจิ กรรมโดยใช้คำ�ถามทา้ ยกิจกรรม สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 138 กิจกรรม 9.3 ค วามเขม้ ข้นของสารเมื่อระบบเขา้ สสู่ มดลุ จุดประสงคข์ องกิจกรรม อธบิ ายความเข้มขน้ ของสารตัง้ ต้นและผลติ ภัณฑเ์ มือ่ เรม่ิ ต้นปฏิกริ ิยาจนกระทัง่ ระบบ อยใู่ นสมดุล เวลาทใี่ ช ้ อภปิ รายกอ่ นท�ำ กิจกรรม 5 นาที 30 นาที ทำ�กจิ กรรม 15 นาที นาที อภปิ รายหลังท�ำ กิจกรรม 50 รวม วัสดุและอุปกรณ์ รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม 1 แผน่ กระดาษกราฟ ข้อเสนอแนะส�ำ หรับครู ครูอาจมอบใหน้ กั เรียนทำ�กิจกรรมล่วงหน้าโดยใชโ้ ปรแกรม excel เพื่อชว่ ยในการ เขียนกราฟ แล้วน�ำ ขอ้ มูลทไี่ ดม้ าอภปิ รายในหอ้ งเรยี น ความเ ้ขม ้ขน (mol/L)ตวั อยา่ งผลการทำ�กจิ กรรม X2 ระบบที่ 1 X3Y Y2 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 01 2 3 4 5 678 เวลา (ชว่ั โมง) สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดุลเคมี 139 ระบบท่ี 2 ความเ ้ขม ้ขน (mol/L) X2 X3Y 3.50 Y2 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0 1 234 56 78 อภปิ รายผลการทำ�กิจกรรม เวลา (ชวั่ โมง) ปฏกิ ิรยิ าเคมนี ้เี ป็นปฏกิ ริ ยิ าผนั กลับได้ เนอื่ งจาก X2 ทำ�ปฏิกริ ยิ าเคมีกับ Y2 ได้ X3Y ขณะเดียวกัน X3Y สามารถเกดิ เป็น X2 และ Y2 ได้ เขยี นสมการเคมไี ด้ดงั น้ี 3X2 + Y2 2X3Y หรือ 2X3Y 3X2 + Y2 จากกราฟ เมอ่ื เริ่มตน้ ปฏิกิรยิ าความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลง สว่ นความเขม้ ขน้ ของ ผลติ ภณั ฑ์เพ่มิ ขน้ึ จนความเขม้ ข้นของสารต้ังตน้ และผลิตภัณฑเ์ ร่มิ คงท่ี ณ เวลา 6 และ 5 ชัว่ โมง ในระบบท่ี 1 และ 2 ตามลำ�ดับ แสดงว่าระบบทงั้ สองเข้าสูส่ มดลุ ณ เวลาดังกลา่ ว สรุปผลการท�ำ กิจกรรม ปฏิกิริยาผันกลับได้ในระบบปิด   เมื่อเริ่มปฏิกิริยาสารต้ังต้นเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า ความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลง   ในขณะเดียวกันความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์เพ่ิมขึ้น จนกระท่ังความเขม้ ข้นของสารตงั้ ตน้ และผลติ ภัณฑเ์ รมิ่ คงท่ี แสดงว่าระบบเข้าสสู่ มดุลแล้ว 9. ครูยกตวั อย่างปฏิกริ ยิ าเคมรี ะหว่างแกส๊ ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) และแก๊สไดไนโตรเจน เตตรอกไซด์ (N2O4) แล้วนำ�อภปิ รายโดยใช้คำ�ถามวา่ ถ้าเริม่ ตน้ ปฏิกริ ิยาโดยใช้ NO2 หรือ N2O4 หรอื สารทั้งสองชนิด ระบบใดสามารถเข้าสู่สมดุลได้ พร้อมท้ังให้นักเรียนพิจารณารูป 9.3 เพื่อให้ได้ข้อสรุปว่าปฏิกิริยาผันกลับได้ใด ๆ ในระบบปิด ไม่ว่าจะเริ่มต้นด้วยสารใด ก็สามารถเข้าสู่ สมดลุ ได้ 10. ครูอธิบายเกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ตั้งแตเ่ ร่ิมต้นปฏิกริ ยิ าจนเข้าสู่สมดลุ โดยใช้รปู 9.4 ประกอบการอธิบาย 11. ครูให้นกั เรยี นตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 140 ตรวจสอบความเขา้ ใจ 1. ระบบใดของปฏิกิรยิ าตอ่ ไปนอ้ี ยใู่ นสมดุล เพราะเหตใุ ด 1.1 ปฏิกริ ิยาเคมี CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) ระบบ 1 ระบบ 2 ระบบ 1 อยูใ่ นสมดลุ เพราะเปน็ ระบบปดิ PbI2(s) + 2KNO3(aq) ทำ�ใน 1.2 ปฏิกิริยาเคมี Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) หลอดทดลองท่ีมีจกุ ปิดและไม่มจี ุกปดิ ทั้ง 2 ระบบ อยู่ในสมดลุ เพราะเปน็ ระบบปิด 2. ใสเ่ ครอ่ื งหมาย หนา้ ขอ้ ความทถี่ ูกตอ้ ง และเครือ่ งหมาย หนา้ ข้อความท่ไี ม่ถูกตอ้ ง … ... 2.1 ท่ีสมดุล อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาไปข้างหน้าและอตั ราการเกิดปฏิกิรยิ ายอ้ นกลบั มีคา่ เทา่ กนั … ... 2.2 ท ่ีสมดุล ความเข้มขน้ ของสารตง้ั ต้นและผลิตภัณฑ์มีค่าเท่ากัน ท ี่สมดุล ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มีค่าคงท่ี แต่อาจมีค่าเท่ากัน หรือไมเ่ ทา่ กนั ก็ได้ … ... 2.3 ที่สมดลุ ปรมิ าณของสารไม่มีการเปลีย่ นแปลง เนอ่ื งจากไมม่ ีปฏกิ ริ ยิ าเคมีเกิดข้นึ ที่สมดุล มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น โดยมีปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับ เกิดข้นึ ด้วยอตั ราเรว็ เทา่ กัน จึงทำ�ให้ปรมิ าณของสารไมม่ กี ารเปลีย่ นแปลง 12. ครใู ห้นกั เรยี นทำ�แบบฝึกหดั 9.1 เพื่อทบทวนความรู้ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 9 | สมดุลเคมี 141 แนวทางการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรู้เก่ียวกับความหมายของปฏิกิริยาผันกลับได้และภาวะสมดุล การเปลี่ยนแปลง ความเข้มข้นของสาร อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า และอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ เมื่อ เริม่ ต้นปฏิกริ ิยาจนกระทัง่ ระบบเข้าสู่สมดุล จากการทำ�กจิ กรรม การอภิปราย การท�ำ แบบฝึกหัด และ การทดสอบ 2. ทักษะการสังเกต การจัดกระทำ�และสื่อความหมายข้อมูล การตีความหมายข้อมูลและ ลงขอ้ สรปุ จากรายงานการทำ�กจิ กรรม และการสงั เกตพฤติกรรมในการท�ำ กจิ กรรม 3. ทักษะความร่วมมือ การทำ�งานเป็นทีมและภาวะผู้นำ� จากการสังเกตพฤติกรรมในการ ทำ�กจิ กรรม 4. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความอยากรู้อยากเห็น และความรอบคอบ จากการสังเกตพฤติกรรม ในการท�ำ กจิ กรรม สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 142 แบบฝึกหดั 9.1 1. ระบบในขอ้ ใดตอ่ ไปนอี้ ยู่ในสมดุล เพราะเหตใุ ด 1.1 ปรอทและไอปรอทในเทอรม์ อมเิ ตอร์ ณ อุณหภมู ิ 37 องศาเซลเซียส อยู่ในสมดุล เพราะระบบของปรอทและไอปรอทในเทอร์มอมิเตอร์ ณ อุณหภูมิคงที่ เปน็ ระบบปดิ มกี ารเปลยี่ นแปลงผนั กลบั ไดเ้ กดิ ขน้ึ ตลอดเวลา คอื ปรอทระเหยเปน็ ไอ และไอปรอทควบแนน่ เป็นของเหลว ท�ำ ให้ระดับปรอทคงที่ 1.2 หยดสารละลายกรดเกลือลงบนหินปูนในถ้วยกระเบื้อง ทำ�ให้เกิดฟองแก๊สและยังมี หนิ ปูนเหลืออยู่ ไม่อยู่ในสมดุล เพราะปฏิกิรยิ าเกดิ ในระบบเปิด 1.3 การเผาไม้ทำ�ถา่ นในเตาเผาที่มีช่องระบายควัน ไม่อยู่ในสมดุล เพราะปฏิกิรยิ าเกิดในระบบเปิด 2. กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นกับเวลาของปฏิกิริยาในสารละลาย แสดงดงั รปู เวลา(นาที) 2.1 เขียนสมการเคมขี องปฏิกริ ิยาเคมที ี่เกิดขนึ้ สาร Y เปน็ สารต้งั ตน้ ท่ีเรมิ่ ต้น [Y] = 0.20 mol/L และทสี่ มดลุ [Y] = 0.04 mol/L แสดงวา่ [Y] ลดลง 0.16 mol/L ส่วนสาร X เปน็ ผลติ ภณั ฑ์ เรม่ิ ต้น [X] = 0 mol/L และที่สมดุล [X] = 0.08 mol/L แสดงว่า [X] เพิม่ ขึน้ 0.08 mol/L น่นั คืออตั ราสว่ น ระหว่าง Y : X = 2 :1 ดงั นน้ั เขยี นสมการเคมีไดด้ งั นี้ 2Y(aq) X(aq) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 143 2.2 ระบบเข้าสูส่ มดลุ ทีเ่ วลาประมาณเท่าใด ระบบเข้าสูส่ มดุลประมาณนาทีที่ 6 2.3 ทส่ี มดลุ สารละลายมีสารใดอยูบ่ ้าง สาร X และ Y 2.4 เปรยี บเทยี บอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหนา้ กบั อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั ทเี่ วลา 1 นาที และ 10 นาที นาทีท่ี 1 อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้ามีค่าสูงกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ เนอ่ื งจากชว่ งแรกสารตงั้ ตน้ มคี วามเขม้ ขน้ มาก สว่ นผลติ ภณั ฑท์ เ่ี กดิ ขน้ึ มคี วามเขม้ ขน้ นอ้ ย น าทีท่ี 10 อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ เน่อื งจากระบบอยู่ในสมดุล 3. พิจารณาการทดลองและผลการทดลองตอ่ ไปนี้ เมื่อนำ�คอปเปอร์(II)ซัลเฟต (CuSO4) มาละลายนำ้� จะได้สารละลายเตตระอาควาคอปเปอร์ (II)ไอออน ([Cu(H2O)4]2+) ซึ่งมีสีฟ้า และเมื่อนำ�สารละลายสีฟ้ามาหยดสารละลาย กรดไฮโดรคลอริก (HCl) จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นเตตระคลอโรคิวเปรต(II)ไอออน ([CuCl4]2-) ซ่ึงมีสีเหลือง ส่งผลให้สังเกตเห็นสารละลายเป็นสีเขียว ถ้าแบ่งสารละลายสีเขียวมาหยดน้ำ� จะไดส้ ารละลายสีฟ้า แตถ่ า้ หยดกรดไฮโดรคลอรกิ จะไดส้ ารละลายสีเหลอื ง 3.1 ก ารทดลองนี้เกยี่ วขอ้ งกบั ปฏกิ ิรยิ าผนั กลับได้หรอื ไม่ ทราบได้อยา่ งไร ปฏิกิริยาน้ีเป็นปฏิกิริยาผันกลับได้ เน่ืองจากมีท้ังปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยา ยอ้ นกลับ โดยสารละลาย [Cu(H2O)4]2+ เมอ่ื น�ำ ไปหยด HCl เกดิ ปฏกิ ิริยาไปขา้ งหน้า ได้ [CuCl4]2- และไดส้ ารละลายเปน็ สเี ขยี ว เมอ่ื น�ำ สารละลายสเี ขยี วไปหยดน�ำ้ ไดส้ ารละลาย สฟี า้ แสดงวา่ เกิดปฏกิ ริ ิยาย้อนกลบั ได้ [Cu(H2O)4]2+ แต่ถ้านำ�สารละลายสเี ขียวไปหยด HCl ได้สารละลายสีเหลอื ง แสดงวา่ เกิดปฏิกริ ยิ าไปข้างหน้า ได้ [CuCl4]2- 3.2 เขยี นและดุลสมการเคมีแสดงปฏกิ ิริยาเคมใี นการทดลองน้ี [Cu(H2O)4]2+(aq) + 4Cl-(aq) [CuCl4]2-(aq) + 4H2O(l) สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 144 9.2 ค่าคงทส่ี มดุล 9.2.1 การคำ�นวณเกย่ี วกับค่าคงทีส่ มดลุ 9.2.2 ค่าคงที่สมดุลกับสมการเคมี จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. เขยี นความสมั พนั ธข์ องคา่ คงท่สี มดลุ จากสมการเคมี 2. ค�ำ นวณคา่ คงท่สี มดลุ ของปฏิกิริยาเคมี 3. คำ�นวณความเข้มข้นของสารทสี่ มดุล 4. ค�ำ นวณคา่ คงทสี่ มดลุ หรือความเข้มข้นของสารในปฏกิ ริ ยิ าหลายขน้ั ตอน ความเขา้ ใจคลาดเคล่ือนทอี่ าจเกดิ ขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง การค�ำ นวณคา่ คงทส่ี มดลุ สามารถใชค้ วามเขม้ ขน้ การค�ำ นวณคา่ คงทสี่ มดลุ ใชค้ วามเขม้ ขน้ ในหนว่ ย ในหน่วยใดก็ได้ โมลตอ่ ลติ ร ค่าคงทส่ี มดลุ มหี น่วย ค่าคงทสี่ มดุลไม่มหี น่วย ค ่าคงที่สมดุลมาก แสดงว่ามีอัตราการเกิด ค่าคงท่ีสมดุลมากแสดงว่าที่สมดุลมีปริมาณของ ปฏิกริ ยิ าไปขา้ งหนา้ มาก ผลติ ภณั ฑม์ ากกวา่ สารตงั้ ตน้ แตป่ ฏกิ ริ ยิ าเคมอี าจ เกดิ เร็วหรอื ช้ากไ็ ด้ ค่าคงที่สมดุลมาก แสดงว่าปฏิกิริยาเข้าสู่สมดุล ค ่าคงที่สมดุลคำ�นวณจากความเข้มข้นของสารที่ ไดเ้ รว็ สมดุล จึงไม่ได้บอกข้อมูลเกี่ยวกับอัตราการเกิด ปฏกิ ิริยาเคมกี ่อนเข้าส่สู มดุล แนวการจดั การเรียนรู้ 1. ครูให้นักเรียนพิจารณาความเข้มข้นของสารที่เริ่มต้นและที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีระหว่าง แก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สไอโอดีน ท่ี 485 องศาเซลเซียส ในตาราง 9.1 แล้วใช้คำ�ถามว่า อัตราส่วน ความเขม้ ขน้ ของผลติ ภณั ฑต์ อ่ ความเขม้ ขน้ ของสารตง้ั ตน้ ทงั้ สองรปู แบบ และผลลพั ธท์ ไ่ี ดแ้ ตกตา่ งกนั [HI]2 อย่างไร ซ่ึงควรได้คำ�ตอบว่าแตกต่างกันท่ี [HI] ยกกำ�ลังสอง และผลลัพธ์ของอัตราส่วน [H2] [I2] ท่ีสมดลุ มคี า่ คงท่ี จากนัน้ ครอู ธบิ ายเก่ยี วกบั คา่ คงที่สมดุลตามรายละเอยี ดในหนังสือเรยี น แล้วให้นกั เรียน ตอบคำ�ถามชวนคดิ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 145 ชวนคิด  ตัวเลขยกกำ�ลังของความเข้มข้นของสารต้ังต้นและผลิตภัณฑ์ สอดคล้องกับตัวเลขใด ในสมการเคมี ตวั เลขยกก�ำ ลงั ของความเขม้ ขน้ ของสารตง้ั ตน้ และผลติ ภณั ฑเ์ ปน็ เลขสมั ประสทิ ธข์ิ องสารนน้ั 2. ครูแสดงสมการเคมีและค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีท่ัวไป จากนั้นครูแสดงการเขียน คา่ คงทส่ี มดลุ ตามตวั อยา่ ง 1 จากนนั้ อธบิ ายวา่ ส�ำ หรบั สารทค่ี วามเขม้ ขน้ ไมเ่ ปลยี่ นแปลง เชน่ ของแขง็ ของเหลว สารท่เี ปน็ ตวั ท�ำ ละลาย จะไม่นำ�มาใช้ในการค�ำ นวณค่าคงทีส่ มดลุ โดยยกตัวอย่าง 2 และ 3 ประกอบการอธิบาย ความรเู้ พมิ่ เตมิ สำ�หรับครู 1. ค ่าคงท่ีสมดุลไม่มีหน่วย เนื่องจากค่าคงที่สมดุลคำ�นวณจากแอกติวิตี (activity) ของ สารละลาย ซึ่งไม่มีหน่วย สำ�หรับสารละลายอุดมคติ (อนุภาคในสารละลายไม่มี แรงกระทำ�ต่อกัน) ค่าแอกติวิตีมีค่าใกล้เคียงกับความเข้มข้นในหน่วยโมลาร์ ในการ คำ�นวณจงึ ใช้เฉพาะตวั เลขของความเข้มขน้ ในหนว่ ยโมลาร์ 2. ค่าคงที่สมดุลคำ�นวณจากความเข้มข้นของสาร เน่ืองจากของแข็งและของเหลวบริสุทธ์ิ มีปริมาตรเปลี่ยนแปลงตามจำ�นวนโมล ความเข้มข้นจึงคงที่ จึงไม่นำ�ความเข้มข้นของ สารในสถานะของแขง็ และของเหลวบริสุทธิม์ าใชใ้ นการคำ�นวณค่าคงทส่ี มดลุ สว่ นแกส๊ ในระบบปิดซ่งึ ปรมิ าตรคงที่ การเพม่ิ หรอื ลดจ�ำ นวนโมลของแกส๊ ท�ำ ใหค้ วามเข้มขน้ ของ แก๊สเปล่ยี นแปลง จงึ ตอ้ งนำ�ความเข้มขน้ ของแกส๊ มาคำ�นวณค่าคงทส่ี มดุล 3. ค รใู หน้ ักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 146 ตรวจสอบความเข้าใจ เขยี นค่าคงท่ีสมดลุ ของปฏกิ ิริยาเคมีต่อไปนีใ้ นรปู อตั ราส่วนความเขม้ ขน้ ของสาร 1. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) K = [CO2][H2] [CO][H2O] 2. Fe2+(aq) + Ag+(aq) Fe3+(aq) + Ag(s) K [Fe3+] = [Fe2+][Ag+] 3. 2Hg(l) + O2(g) 2HgO(s) K 1 = [O2] 4. ครูอธิบายเก่ียวกับการใช้ค่าคงที่สมดุลเปรียบเทียบปริมาณสารตั้งต้นกับผลิตภัณฑ์ที่สมดุล จากน้ันยกตัวอย่างคา่ คงท่ีสมดุลของปฏกิ ริ ยิ าเคมตี า่ ง ๆ ดังตาราง 9.2 5. ครูใหน้ ักเรียนตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเข้าใจและคำ�ถามชวนคิด ตรวจสอบความเขา้ ใจ จากข้อมลู ในตาราง 9.2 ปฏิกริ ิยาเคมใี ดมีความเขม้ ข้นของผลติ ภัณฑ์ท่สี มดลุ มากกว่า ถ้า ท้ังสองปฏิกิริยาเริ่มตน้ จากสารตั้งต้นเข้มข้น 1 โมลตอ่ ลติ ร 1. H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) 2. 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) คา่ คงทส่ี มดลุ มคี า่ มากแสดงวา่ ทส่ี มดลุ มปี รมิ าณผลติ ภณั ฑม์ าก ดงั นน้ั ทสี่ มดลุ ความเขม้ ขน้ ของผลิตภณั ฑข์ องปฏกิ ิริยา 1. จงึ มีมากกว่าของปฏิกิริยา 2. สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 147 ชวนคดิ จากค่าคงที่สมดุลในตาราง 9.2 สามารถเรียงลำ�ดับอัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยาเคมี ได้หรอื ไม่ เพราะเหตใุ ด ไม่ได้ เนื่องจากค่าคงท่ีสมดุลเก่ียวข้องกับปริมาณสารตั้งต้นกับผลิตภัณฑ์ท่ีมีอยู่ใน ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ณ สมดลุ ไมไ่ ดเ้ ปน็ คา่ ทเ่ี ปรยี บเทยี บกบั เวลา จงึ ไมส่ ามารถใชเ้ ปรยี บเทยี บอตั รา การเกิดปฏิกริ ยิ าเคมไี ด้ 6. ครูใช้ตัวอย่าง 4–9 อธิบายการคำ�นวณที่เก่ียวข้องกับค่าคงที่สมดุลและความเข้มข้นของ สารตง้ั ตน้ และผลติ ภณั ฑ์ เมอื่ เรมิ่ ตน้ ปฏกิ ริ ยิ าและทสี่ มดลุ โดยครคู วรทบทวนการค�ำ นวณโดยใชส้ มการ ก�ำ ลงั สองวา่ ต้องจดั รปู สมการใหอ้ ยใู่ นรปู ax2 + bx + c = 0 ซึ่งจะหาค่า x ได้จากสตู ร x = -b ± b2 – 4ac 2a 7. ครใู ห้นักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ ตรวจสอบความเข้าใจ 1. แกส๊ ไนโตรเจน (N2) และแกส๊ ไฮโดรเจน (H2) ท�ำ ปฏกิ ริ ยิ าเคมใี นภาชนะขนาด 250 มลิ ลลิ ติ ร ดังสมการเคมี N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ท ่ี 700 เคลวนิ ณ สมดลุ พบวา่ มแี กส๊ ไนโตรเจน แกส๊ ไฮโดรเจน และแกส๊ แอมโมเนยี (NH3) 0.200 0.750 และ 0.400 โมล ตามลำ�ดบั คา่ คงทีส่ มดุลมคี า่ เทา่ ใด คำ�นวณความเข้มขน้ ของสารแตล่ ะชนิดที่สมดลุ [N2] = 02.25000mmLol × 1000 mL = 0.800 mol/L 1L [H2] = 0.750 mol × 1000 mL = 3.00 mol/L 250 mL 1L สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 148 [NH2] 0.400 mol × 1000 mL = 1.60 mol/L = 250 mL 1L ค�ำ นวณค่าคงท่สี มดลุ K = [N[N2]H[H3]22]3 = (1.60)2 (0.800)(3.00)3 = 0.119 ดังน้นั คา่ คงทส่ี มดลุ ของปฏิกริ ยิ ามคี า่ เท่ากับ 0.119 2. คา่ คงที่สมดุลของปฏกิ ริ ิยา H2(g) + I2(g) 2HI(g) เทา่ กับ 54 ท่ี 700 เคลวิน ณ สมดลุ ทอี่ ณุ หภมู เิ ดยี วกนั นพี้ บวา่ ในภาชนะขนาด 2.0 ลติ ร มแี กส๊ ไฮโดรเจนไอโอไดด์ (HI) 0.6 โมล และแกส๊ ไฮโดรเจน (H2) 0.4 โมล จะมแี กส๊ ไอโอดนี (I2) กโี่ มลตอ่ ลิตร คำ�นวณความเข้มข้นของ HI และ H2 ท่สี มดลุ [HI] = 0.6 mol = 0.3 mol/L 2.0 L 0.4 mol [H2] = 2.0 L = 0.2 mol/L ค�ำ นวณความเข้มข้นของ I2 K [HI]2 = [H2][I2] 54 = (0.3)2 (0.2)[I2] [I2] = (0.3)2 = 0.008 mol/L (54)(0.2) ดงั น้นั ท่สี มดุลมแี กส๊ ไอโอดีน 0.008 โมลตอ่ ลิตร สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 149 3. ป ฏิกิรยิ า A(g) + 2B(g) 2C(g) ทอี่ ุณหภูมิหนง่ึ ถ้าผสมสาร A 1.00 โมล กับสาร B 1.50 โมล ในภาชนะขนาด 2.00 ลิตร ท่ีสมดุลความเข้มข้นของ C เท่ากับ 0.700 โมล คา่ คงท่สี มดลุ มคี ่าเทา่ ใด ค วามเข้มข้นเร่ิมต้น ความเข้มข้นที่เปล่ียนไป และความเข้มข้นที่สมดุล สรุปได้ดังตาราง ตอ่ ไปน้ี ความเข้มข้น A(g) + 2B(g) 2C(g) (mol/L) 1.00 mol 1.50 mol 0 เริ่มต้น = 0.500 = 0.750 +0.350 0.700 mol เปลี่ยนไป 2.00 L 2.00 L -0.175 -0.350 = 0.350 2.00 L สมดุล 0.500 – 0.175 = 0.750 – 0.350 = 0.325 0.400 K [C]2 = [A][B]2 = (0.350)2 (0.325)(0.400)2 = 2.36 ดังน้นั คา่ คงท่ีสมดลุ มคี ่าเทา่ กับ 2.36 4. ทอี่ ณุ หภมู หิ นง่ึ ถา้ ผสมแกส๊ คารบ์ อนมอนอกไซด์ (CO) 0.065 โมล กบั ไอรอ์ อน(II)ออกไซด์ (FeO) มากเกินพอในภาชนะขนาด 1.0 ลิตร ที่สมดุลมีแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์และ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) อย่างละกี่โมล สมการเคมีแสดงปฏิกิริยาที่เกิดข้ึนและ คา่ คงท่ีสมดุลดงั แสดง FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) K = 0.516 FeO และ Fe มสี ถานะของแข็งจึงไมน่ �ำ มาค�ำ นวณ ก�ำ หนดให้ Δ[CO] = -x mol/L ดังนั้น Δ[CO2] = +x mol/L ซง่ึ นำ�ไปค�ำ นวณความเข้มขน้ ท่สี มดุลไดด้ ังตาราง สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดลุ เคมี เคมี เลม่ 3 150 ความเข้มข้น FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) (mol/L) -0 - 0.065 mol = 0.065 - +x เริ่มต้น 1.0 L -x เปลี่ยนไป - -x สมดุล - 0.065 – x K = [[CCOO2]] 0.516 = x – x) (0.065 (0.516 × 0.065) – 0.516x = x 1.516x = (0.516 × 0.065) x = 0.022 mol/L นน่ั คือ [CO] = 0.065 mol/L – x = 0.065 mol/L – 0.022 mol/L = 0.043 mol/L [CO2] = x mol/L = 0.022 mol/L  ท�ำ การทดลองในภาชนะขนาด 1.0 ลติ ร ดงั นัน้ ทสี่ มดลุ มแี ก๊สคารบ์ อนมอนอกไซด์ 0.043 โมล และแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ 0.022 โมล สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดุลเคมี 151 8. ครยู กตวั อยา่ งสมการเคมที มี่ กี ารกลบั ขา้ งสมการ การคณู เลขสมั ประสทิ ธใิ์ นสมการเคมี และ การรวมสมการเคมี แลว้ ให้นักเรยี นเปรียบเทยี บความสมั พนั ธข์ องค่าคงท่ีสมดุลในแต่ละปฏิกริ ิยาเคมี ซึ่งควรสรุปไดด้ ังนี้ - เมือ่ กลบั ขา้ งสมการเคมี ค่าคงท่สี มดุลจะเปน็ สว่ นกลับของค่าคงท่ีสมดลุ เดิม - เมอื่ มกี ารคณู เลขสมั ประสทิ ธใ์ิ นสมการเคมดี ว้ ย n คา่ คงทส่ี มดลุ ของปฏกิ ริ ยิ าเคมจี ะมคี า่ เทา่ กับคา่ คงทส่ี มดลุ เดมิ ยกก�ำ ลงั n - เมื่อมีการรวมสมการเคมี ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีรวมจะมีค่าเท่ากับผลคูณของ ค่าคงท่สี มดุลของปฏิกริ ิยาเคมีท่มี ารวมกนั ครูอธิบายเพ่ิมเติมว่า การเปลี่ยนเลขสัมประสิทธ์ิมีผลต่อค่าคงที่สมดุล ดังน้ันการระบุค่าคงท่ี สมดุลจึงต้องแสดงสมการเคมีของปฏิกิรยิ าเคมนี ัน้ ดว้ ย 9. ครูอธิบายการคำ�นวณเก่ียวกับค่าคงท่ีสมดุลหรือความเข้มข้นของสารในปฏิกิริยาหลาย ขั้นตอน โดยใชต้ วั อยา่ ง 10 ประกอบการอธบิ าย 10. ครใู ห้นักเรยี นท�ำ แบบฝึกหัด 9.2 เพ่ือทบทวนความรู้ แนวทางการวดั และประเมินผล 1. ความรเู้ กยี่ วกบั ความสมั พนั ธข์ องคา่ คงทส่ี มดลุ กบั สมการเคมี การค�ำ นวณคา่ คงทส่ี มดลุ และ ความเข้มข้นของสารที่ภาวะสมดุล และคำ�นวณค่าคงท่ีสมดุลหรือความเข้มข้นของปฏิกิริยาหลาย ขัน้ ตอน จากการทำ�แบบฝกึ หดั และการทดสอบ 2. ทักษะการใชจ้ �ำ นวน จากการทำ�แบบฝึกหัด 3. ทักษะการตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป และการคิดอย่างมีวิจารณญาณและการ แก้ปญั หา จากการอภปิ ราย 4. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นความรอบคอบ จากการท�ำ แบบฝกึ หดั สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 152 แบบฝึกหัด 9.2 1. เขียนค่าคงท่สี มดลุ ของปฏิกิรยิ าเคมีต่อไปน้ีในรปู อัตราส่วนความเข้มข้นของสาร 1.1  2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) K = [H2O]2 [H2]2 [O2] 1.2  2Fe(s) + 2NO2(g) 2NO(g) + 2FeO(s) [NO]2 K = [NO2]2 1.3  Ag+(aq) + Fe2+(aq) Fe3+(aq) + Ag(s) [Fe3+] K = [Ag+][Fe2+] 1.4  NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) K = [CO2][H2O] 1.5  H2SO4(l) + SO3(g) H2S2O7(l) 1 K = [SO3] 1.6  2H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) K = [H3O+][OH-] 1.7  Cu2+(aq) + 4NH3(aq) [Cu(NH3)4]2+(aq) K = [[Cu(NH3)4]2+] [Cu2+][NH3]4 1.8  2Fe3+(aq) + 3Cu(s) 2Fe(s) + 3Cu2+(aq) [Cu2+]3 K = [Fe3+]2 สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดุลเคมี 153 2. เขยี นสมการเคมแี สดงปฏกิ ริ ยิ าเคมซี งึ่ ทกุ สารอยใู่ นสถานะแกส๊ และมคี า่ คงทส่ี มดลุ ในรปู อตั ราสว่ นความเขม้ ข้นของสารต่อไปนี้ 2.1  [CH4][H2O] CH4(g) + H2O(g) [CO][H2]3 CO(g) + 3H2(g) 2.2  [NO2]2 [NO]2 [O2] 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 2.3  [NO]4[H2O]6 4NO(g) + 6H2O(g) [NH3]4 [O2]5 4NH3(g) + 5O2(g) 2.4  [NO2]2[Cl2] [NO2Cl]2 2NO2Cl(g) 2NO2(g) +Cl2(g) 2.5  [CO]2[O2] 2CO(g) + O2(g) [CO2]2 2CO2(g) 3. ก�ำ หนดค่าคงทส่ี มดลุ ของปฏกิ ริ ิยาเคมี ดงั น้ี Cl2(g) 2Cl(g) . .....(1) : K1 = 6.40 × 10-39 Cl2(g) + 2NO(g) 2NOCl(g) .....(2) : K2 = 3.70 × 10-8 Cl2(g) + 2NO2(g) 2NO2Cl(g) .....(3) : K3 = 1.80 ค ำ�นวณค่าคงทส่ี มดลุ ของสมการเคมตี ่อไปนี้ 3.1 2Cl(g) Cl2(g) K = 1 = 6.40 1 10-39 = 1.56 × 1038 K1 × ดังนนั้ ค่าสมดลุ มีค่าเทา่ กบั 1.56 × 1038 3.2  2Cl2(g) + 4NO(g) 4NOCl(g) K = K22 = (3.70 × 10-8)2 = 1.37 × 10-15 ดงั นน้ั ค่าสมดลุ มีคา่ เทา่ กับ 1.37 × 10-15 สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 154 3.3  2NOCl(g) 2Cl(g) + 2NO(g) ปฏิกิริยานี้เป็นผลรวมของปฏิกิริยาของสมการเคมี (1) กับปฏิกิริยาย้อนกลับของ สมการเคมี (2) แสดงไดด้ งั น้ี กลบั สมการเคมี (2) 2NOCl(g) Cl2(g) + 2NO(g) .....(4) : K4 = 1 K2 รวมสมการเคมี (1) กับ (4) 2NOCl(g) 2Cl(g) + 2NO(g) K' = ? K' = K1 • K4 1 = K1 • K2 6.40 × 10-39 = 3.70 × 10-8 = 1.73 × 10-31 ดังน้ัน คา่ คงทส่ี มดลุ มคี ่าเทา่ กับ 1.73 × 10-31 3.4  2Cl(g) + 2NO2(g) 2NO2Cl(g) ปฏิกริ ิยานเ้ี ป็นผลรวมของปฏิกริ ิยาย้อนกลบั ของสมการเคมี (1) กบั สมการเคมี (3) แสดงไดด้ ังนี้ 2Cl(g) Cl2(g) .....(5) : K5 = 1 กลบั สมการเคมี (1) K1 รวมสมการเคมี (5) กับ (3) 2Cl(g) + 2NO2(g) 2NO2Cl(g) K' = ? K' = K5 • K3 1 • K3 = K1 1.80 = 6.40 × 10-39 = 2.81 × 1038 ดังนนั้ คา่ คงทส่ี มดลุ มีค่าเทา่ กับ 2.81 × 1038 สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 155 4. ป ฏิกิริยา N2(g) + O2(g) 2NO(g) ที่อุณหภูมิ 2000 องศาเซลเซียส มีค่าคงท่ีสมดุล เทา่ กบั 4.1 × 10-4 ถา้ ทส่ี มดลุ มแี กส๊ ไนโตรเจน (N2) 1.4 กรมั และแกส๊ ไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) 0.015 กรัม ในภาชนะ 0.50 ลิตร จะมแี กส๊ ออกซเิ จน (O2) ก่ีกรมั ค�ำ นวณความเข้มขน้ ของ N2 และ NO ที่สมดุล [N2] = 1.4 g N2 × 1 mol N2 × 1 L = 0.10 mol/L 28.02 g N2 0.50 [NO] = 0.015 g NO × 1 mol NO × 1 = 0.0010 mol/L 30.01 g NO 0.50 L คำ�นวณความเขม้ ขน้ ของ O2 ทส่ี มดุล K [NO]2 = [N2][O2] 4.1 × 10-4 (0.0010)2 = (0.10)[O2] [O2] = 0.024 mol/L คำ�นวณมวลของ O2 ในภาชนะ 0.50 L มวลของ O2 0.024 mol O2 × 0.50 L soln × 32.00 g O2 = 1 L soln 1 mol O2 = 0.38 g O2 ดังนั้น ทส่ี มดุลมีแก๊สออกซเิ จน 0.38 กรมั 5. ป ฏิกิริยาการสลายตัวของแกส๊ ซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3) เปน็ ดังสมการเคมี 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g) ทอี่ ณุ หภมู ิ 1000 เคลวนิ เร่มิ ต้นบรรจุแก๊สซัลเฟอรไ์ ตรออกไซด์ 6.09 × 10-3 โมลต่อลิตร ใน ภาชนะปิด เม่ือเวลาผ่านไปพบว่าแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ลดลงและมีความเข้มข้นคงท่ี ที่ 2.44 × 10-3 โมลต่อลติ ร คา่ คงที่สมดุลของปฏิกิริยานท้ี อ่ี ุณหภมู ิดงั กล่าวมีค่าเทา่ ใด ความเข้มข้นเริ่มต้น ความเข้มข้นที่เปล่ียนไป และความเข้มข้นที่สมดุล สรุปได้ดังตาราง ต่อไปนี้ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 156 ความเข้มข้น 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g) (mol/L) 6.09 × 10-3 00 เริ่มต้น เปลี่ยนไป -(6.09 – 2.44) × 10-3 +3.65 × 10-3 3.65 × 10-3 = -3.65 × 10-3 3.65 × 10-3 + สมดุล 2.44 × 10-3 2 = +1.82 × 10-3 1.82 × 10-3 K = [SO2]2[O2] [SO3]2 (3.65 × 10-3)2 (1.82 × 10-3) = (2.44 × 10-3)2 = 4.07 × 10-3 ดังนน้ั ค่าคงท่สี มดุลของปฏิกิริยามคี ่าเท่ากบั 4.07 × 10-3 6. ปฏิกิริยา HCOOH(aq) + CN-(aq) HCN(aq) + HCOO-(aq) ท่ีอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส มีค่าคงท่ีสมดุลเท่ากับ 4.5 × 105 ถ้าที่สมดุลของปฏิกิริยาเคมีระหว่าง กรดไฮโดรไซยานิก (HCN) กับฟอร์เมตไอออน (HCOO-) ท่ีอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส พบวา่ มกี รดไฮโดรไซยานกิ และฟอรเ์ มตไอออนอยา่ งละ 0.10 โมลตอ่ ลติ ร และกรดฟอรม์ กิ (HCOOH) 2.0 × 10-4 โมลตอ่ ลิตร ไซยาไนดไ์ อออน (CN-) มีความเขม้ ขน้ ก่ีโมลตอ่ ลิตร ปฏกิ ิริยาเคมีระหว่าง HCN กับ HCOO- เขียนสมการเคมีได้ดังน้ี HCN(aq) + HCOO-(aq) HCOOH(aq) + CN-(aq) สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 157 เนือ่ งจากปฏิกิริยานีเ้ ปน็ ปฏกิ ริ ยิ าย้อนกลบั ของปฏกิ ิรยิ าทีก่ �ำ หนดให้ ดังนั้นค่าคงที่ สมดุลจงึ มีค่าเทา่ กับ 4.5 1 105 × [HCOOH][CN-] K = [HCN][HCOO-] 1 (2.0 × 10-4 )[CN-] 4.5 × 105 = (0.10)(0.10) [CN-] = 1.1 × 10-4 mol/L ดังน้นั ที่สมดุล ไซยาไนด์ไอออนมีความเขม้ ขน้ 1.1 × 10-4 โมลต่อลติ ร 7. จ ากคา่ คงทส่ี มดุลทอ่ี ณุ หภูมหิ น่ึงของปฏกิ ริ ยิ าเคมีตอ่ ไปนี้ C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) .....(1) : K1 = 1.60 × 10-21 CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) .....(2) : K2 = 23.2 ปฏิกิริยารวม C(s) + 2H2O(g) CO2(g) + 2H2(g) 7.1 คา่ คงที่สมดุลของปฏิกริ ิยารวมมีคา่ เท่าใด สมการเคมีของปฏกิ ริ ยิ ารวมได้จากการรวมสมการเคมี (1) และ (2) ดังน้ัน K = K1 • K2 = (1.60 × 10-21) × (23.2) = 3.71 × 10-20 ดังนัน้ ปฏิกิริยารวมมคี า่ คงทีส่ มดลุ เท่ากับ 3.71 × 10-20 7.2 ถ้าท่ีสมดุลในภาชนะ 1 ลิตร มีคาร์บอน (C) และไอนำ้� (H2O) อย่างละ 1.00 โมล และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) 2.32 × 10-7 โมล ท่ีสมดุลแก๊สไฮโดรเจน (H2) มีความเขม้ ข้นกีโ่ มลตอ่ ลติ ร K = [C[OH22]O[H]22]2 3.71 × 10-20 = (2.32 × 10-7)[H2]2 (1.00)2 [H2] = 4.00 × 10-7 mol/L ดงั นัน้ ที่สมดุล แก๊สไฮโดรเจนมีความเข้มขน้ 4.00 × 10-7 โมลตอ่ ลติ ร สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดลุ เคมี เคมี เล่ม 3 158 9.3 ปจั จัยทีม่ ีผลต่อสมดุล 9.3.1 ความเข้มขน้ 9.3.2 อุณหภมู ิ จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ 1. ระบปุ จั จัยทม่ี ผี ลต่อสมดลุ และค่าคงท่ีสมดลุ ของระบบ 2. ใช้หลักของเลอชาเตอลิเอในการคาดคะเนการเปลี่ยนแปลงท่ีเกิดข้ึนเม่ือสมดุลของระบบ ถูกรบกวน ความเข้าใจคลาดเคลอ่ื นทีอ่ าจเกดิ ข้นึ ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง การเปลย่ี นแปลงความดนั มผี ลตอ่ สมดลุ ของ ป ฏิกิริยาเคมีท่ีมีสารอยู่ในสถานะแก๊ส ถ้า ทุกปฏกิ ิรยิ าที่มีสารอยใู่ นสถานะแก๊ส ผลรวมของเลขสัมประสิทธ์ิของสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์ในสถานะแก๊สเท่ากัน การ เปล่ยี นแปลงความดันจะไม่มีผลต่อสมดลุ การรบกวนสมดุลด้วยการเปล่ียนแปลง การรบกวนสมดุลด้วยการเปล่ียนแปลง ความเข้มข้น ความดัน และอุณหภูมิทำ�ให้ อุณหภูมิเท่าน้ันที่ทำ�ให้ค่าคงที่สมดุลมีการ คา่ คงท่สี มดลุ มีการเปลีย่ นแปลง เปล่ียนแปลง การเติมตัวเร่งปฏิกิริยา ทำ�ให้ได้ผลิตภัณฑ์ การเติมตัวเร่งปฏิกิริยาทำ�ให้ปฏิกิริยาเข้าสู่ มากขึ้น ส ม ดุ ล เ ร็ ว ข้ึ น แ ต่ ไ ม่ ทำ � ใ ห้ ป ริ ม า ณ ข อ ง ผลิตภัณฑ์และค่าคงทีส่ มดุลเพ่มิ ข้ึน แนวการจัดการเรียนรู้ 1. ครูนำ�เข้าสู่ปัจจัยที่มีผลต่อสมดุลของปฏิกิริยาโดยให้ความรู้ว่า สมดุลของปฏิกิริยาอาจถูก รบกวนได้ด้วยปัจจัยบางประการ ซึ่งมีผลทำ�ให้ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่สมดุล เปลยี่ นแปลงไป จากนั้นใช้คำ�ถามนำ�วา่ ปัจจัยใดบ้างทสี่ ามารถรบกวนสมดุลของปฏกิ ิรยิ าได้ 2. ครูใช้คำ�ถามว่า ท่ีสมดุล การเปล่ียนความเข้มข้นของสารมีผลต่อสมดุลหรือไม่ อย่างไร จากนั้นครูอธิบายเก่ียวกับปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารละลายกรดกับสารในกลุ่มแอนโทไซยานินใน ดอกอัญชัน และการแตกตัวของกรดไฮโดรคลอริกเมื่อละลายน้ำ� รวมท้ังปฏิกิริยาเคมีระหว่างไฮโดร เนียมไอออนกับไฮดรอกไซด์ไอออน แล้วให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 9.4 การทดลองผลของความเข้มข้น ของสารตอ่ สมดลุ และให้นกั เรียนอภปิ รายผลการทดลองโดยใชค้ ำ�ถามทา้ ยการทดลอง สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 159 กจิ กรรม 9.4 การทดลองผลของความเขม้ ขน้ ของสารตอ่ สมดลุ จุดประสงค์การทดลอง 1. ทำ�การทดลองเพื่อศกึ ษาผลของความเขม้ ข้นของสารต่อสมดุล 2. อ ธิบายการเปลีย่ นแปลงสมดุล เม่อื มกี ารเพม่ิ หรอื ลดความเข้มข้นของสารตงั้ ตน้ หรือ ผลิตภณั ฑ์ เวลาท่ใี ช ้ อภิปรายก่อนทำ�การทดลอง 10 นาที 30 นาที ท�ำ การทดลอง 10 นาที นาที อภปิ รายหลงั ท�ำ การทดลอง 50 รวม วัสดุ อุปกรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม สารเคมี 1.0 mL 0.5 mL 1. สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ (HCl) 0.02 mol/L 3.0 mL 2.  สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) 0.02 mol/L 0.5 mL 3. น�้ำ ดอกอัญชนั 4. น�้ำ กลนั่ 1 อัน (ใช้ร่วมกัน) 3 หลอด วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 4 อัน 1. กระบอกตวง ขนาด 10 mL 2. หลอดทดลองขนาดเล็ก 3. หลอดหยด สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 160 การเตรยี มลว่ งหน้า 1. เตรียม HCl 0.02 mol/L ปรมิ าตร 50 mL ดังนี้ เตรียม HCl 1.0 mol/L ปรมิ าตร 50 mL โดยตวง HCl 6.0 mol/L ปริมาตร 8.3 mL ลงในน�้ำ กลนั่ ประมาณ 25 mL แล้ว เติมน้ำ�กล่นั ให้ไดป้ ริมาตร 50 mL จากน้นั ตวง HCl 1.0 mol/L ปรมิ าตร 1.00 mL ลงในนำ้�กลั่นประมาณ 25 mL แลว้ เตมิ นำ้�กล่ันให้ได้ปรมิ าตร 50 mL (สารละลายท่ี เตรียมสามารถใช้ไดก้ บั การทดลองของนกั เรยี นประมาณ 50 กลมุ่ ) 2. เตรยี ม NaOH 0.02 mol/L ปรมิ าตร 50 mL ดงั นี้ เตรียม NaOH 1.0 mol/L ปรมิ าตร 50 mL โดยช่ัง NaOH 2.00 g ละลายในน�้ำ กล่นั ให้ไดป้ รมิ าตร 50 mL จากนน้ั ตวง NaOH 1.0 mol/L ปรมิ าตร 1.00 mL เติมน�ำ้ กลัน่ จนได้ปริมาตร 50 mL (สาร ละลายทเ่ี ตรยี มสามารถใชไ้ ดก้ บั การทดลองของนักเรียนประมาณ 100 กลุ่ม) 3. น ำ้�ดอกอัญชนั ปรมิ าตร 30 mL โดยใส่ดอกอญั ชัน 6 ดอก (ถา้ เป็นแบบกลบี ซ้อนใช้ 3 ดอก) ในโกรง่ บดสาร บดให้ละเอียด เตมิ น�ำ้ กล่นั ลงไป 10 mL แล้วน�ำ ไปกรอง จากนัน้ เติมนำ้�กล่ันอีก   10   mL   และนำ�ไปกรอง   ทำ�ซำ้�อีกคร้ังหน่ึง   (สารละลายที่เตรียม สามารถใช้ได้กับการทดลองของนกั เรียนประมาณ 10 กลุม่ ) ข้อเสนอแนะสำ�หรับครู 1. ค รูควรทำ�การทดลองก่อนใช้ในห้องเรียน   เพื่อให้แน่ใจว่าปริมาณของสารท่ีกำ�หนด ให้ผลสอดคล้องกับตัวอย่างผลการทดลอง   ถ้าไม่มีดอกอัญชัน   อาจใช้พืชชนิดอื่น ท่ีมีแอนโทไซยานินแทนได้   เช่น   กะหล่ำ�ปลีม่วง   แต่ปริมาณสารที่ใช้อาจมีการ เปล่ยี นแปลง 2. การเตรียมนำ้�ดอกอัญชัน      อาจใช้ดอกอัญชันแห้งแทนได้   โดยนำ�ดอกอัญชันแห้งไป แชน่ ้ำ�ให้นมิ่ กอ่ นนำ�ไปใช้ 3. ค รูให้ความรู้ว่า   นำ้�ดอกอัญชันมีสีน้ำ�เงินเมื่อสารละลายเป็นกลาง   และมีสีแดงเมื่อ สารละลายเปน็ กรด แต่ท่สี ังเกตเหน็ สีม่วงเน่ืองจากเป็นสผี สมของสีแดงกับสีน้ำ�เงนิ 4. การเตมิ NaOH มากเกินไป สารละลายอาจเปล่ียนเปน็ สเี ขยี ว 5. เตือนนักเรียนให้ระมัดระวังปริมาณท่ีใช้   เน่ืองจากปริมาณของสารในการทดลองน้ี จะมีผลโดยตรงตอ่ การสงั เกตสที ่เี ปล่ยี นแปลงไป สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 161 ตัวอย่างผลการทดลอง หลอดที่ สารที่เติม การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ หลังเติมสาร วางไว้ 1 นาที สารละลายเปล่ียนสีจากสีม่วงเป็น สารละลายมีสมี ว่ งน�ำ้ เงนิ 1 น้ำ�กล่นั มว่ งนำ�้ เงนิ 2 HCl ส า ร ล ะ ล า ย เ ป ลี่ ย น สี จ า ก ม่ ว ง เ ป็ น สารละลายมีสมี ่วงแดง ม่วงแดง 3 NaOH สารละลายเปลย่ี นสจี ากมว่ งเปน็ น�ำ้ เงนิ สารละลายมสี นี ำ�้ เงนิ ผลการทดลองแสดงดังรูป น้ำ�ดอกอญั ชนั เตมิ HCl หลอดท่ี 1 หลอดที่ 2 หลอดที่ 3 อภปิ รายผลการทดลอง สารละลายในหลอดท่ี 1 ประกอบด้วยนำ้�อัญชนั HCl และน�้ำ ได้สารละลายสมี ่วงน้ำ�เงนิ แสดงวา่ ในสารละลายมีแอนโทไซยานินในรูปของ A (สีน้ำ�เงิน) อยู่ในสมดลุ กบั AH+ (สีแดง) เม่ือเทียบกับหลอดที่ 1 การเติม HCl ลงในหลอดท่ี 2 เปน็ การเพ่มิ H3O+ ซ่ึงทำ�ให้ได้ สารละลายสีมว่ งแดง แสดงว่า H3O+ ท�ำ ให้ความเข้มขน้ ของ AH+ เพิ่มขึน้ และความเขม้ ขน้ ของ A ลดลง ในทำ�นองเดยี วกนั การเติม NaOH ลงในหลอดท่ี 3 เปน็ การลด H3O+ (โดยทำ�ปฏกิ ริ ยิ า กบั OH- ที่เติมลงไป) ซึง่ ทำ�ใหไ้ ดส้ ารละลายสนี �้ำ เงิน แสดงวา่ ความเข้มขน้ ของ A เพ่มิ ข้นึ และความเข้มขน้ ของ AH+ ลดลง ดงั นั้นการเพ่ิมหรอื ลด H3O+ ทำ�ใหค้ วามเข้มข้นของ A และ AH+ เปลย่ี นแปลงไป แสดงว่าการรบกวนสมดุลโดยการเปล่ียนแปลงความเข้มข้นของสารใดสารหนึ่งในปฏิกิริยา ทำ�ให้ปฏิกิริยาปรับตัวเข้าสู่สมดุลใหม่   ซึ่งสังเกตได้จากสีของสารละลายไม่เปล่ียนแปลงอีก เมื่อเวลาผ่านไป สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 162 สรุปผลการทดลอง การเปล่ียนแปลงความเข้มข้นมีผลต่อสมดุลของระบบ   โดยเม่ือเพ่ิมความเข้มข้นของ สารตง้ั ต้น จะเกิดปฏกิ ริ ยิ าไปข้างหน้าเพ่ิมขน้ึ แลว้ เขา้ สูส่ มดุลใหม่ ในทางตรงข้ามเมอื่ ลด ความเข้มข้นของสารตั้งต้น จะเกิดปฏกิ ริ ิยาย้อนกลับเพิม่ ขึ้น แลว้ เข้าสู่สมดลุ ใหม่ ความร้เู พิ่มเติมสำ�หรับครู แอนโทไซยานินเมื่อละลายน้ำ�จะอยู่ในสมดุล เมื่อมีการรบกวนระบบโดยการเติมสารละลาย กรดหรือเบส สีของแอนโทไซยานินจะเปลี่ยนไป ทั้งน้ีขึ้นอยู่กับชนิดของแอนโทไซยานินในพืช ต่าง ๆ ซ่ึงในการทดลองน้ีศึกษาสมดุลของแอนโทไซยานินจากดอกอัญชันที่อยู่ในรูปสีแดงและ สีน�้ำ เงนิ แต่ยังมสี มดลุ ของแอนโทไซยานนิ ในรูปที่มีสีอนื่ อกี ขนึ้ อยกู่ บั pH ของสารละลาย ดงั รูป กรด กลาง เบส 3. ครูอธิบายเก่ียวกับการเปล่ียนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้น ซึ่งทำ�ให้สมดุลปรับเข้าสู่ สมดลุ ใหม่ โดยใชต้ วั อยา่ งสมดลุ ของปฏกิ ริ ยิ าเคมรี ะหวา่ งไอรอ์ อน(III)ไอออน (Fe3+) และไทโอไซยาเนต ไอออน (SCN-) และรูป 9.5 ประกอบการอธบิ าย 4. ครูให้นกั เรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 9 | สมดุลเคมี 163 ตรวจสอบความเข้าใจ สมดลุ ของปฏิกริ ยิ าเคมรี ะหวา่ งไอรอ์ อน (III)ไอออน (Fe3+) และไทโอไซยาเนตไอออน (SCN-) ถ้ามกี ารเพม่ิ หรอื ลด [FeSCN]2+ จะมผี ลตอ่ ความเขม้ ขน้ ของสารอนื่ ท่สี มดุลอยา่ งไร เม่ือเพิ่ม [FeSCN]2+ ระบบจะปรับตัวเข้าสู่สมดุลใหม่ในทิศทางที่ทำ�ให้ความเข้มข้นของ [FeSCN]2+ ลดลง โดยเกิดปฏกิ ิรยิ ายอ้ นกลับ ท�ำ ให้ความเข้มขน้ ของ Fe3+ และ SCN- เพม่ิ ขึ้น แต่ถา้ มีการลด [FeSCN]2+ ระบบจะปรับตวั เขา้ สสู่ มดลุ ใหมใ่ นทิศทางทท่ี ำ�ใหค้ วามเข้มข้นของ [FeSCN]2+ เพิ่มข้ึน โดยเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า ทำ�ให้ความเข้มข้นของ Fe3+ และ SCN- ลดลง 5. ครใู หน้ กั เรยี นพจิ ารณาตาราง 9.3 แลว้ รว่ มกนั สรปุ ผลของการเปลยี่ นแปลงความเขม้ ขน้ ของ สารทสี่ มดลุ ตอ่ คา่ คงทส่ี มดลุ จากนนั้ ใชต้ วั อยา่ ง 11 อธบิ ายการค�ำ นวณความเขม้ ขน้ ทส่ี มดลุ ใหมเ่ มอื่ มี การเพมิ่ ความเขม้ ขน้ ของสารใดสารหนง่ึ ในปฏกิ ริ ยิ า โดยเนน้ ใหส้ งั เกตวา่ ความเขม้ ขน้ ทสี่ มดลุ ใหมข่ อง สารที่เพิ่มหรือลดความเข้มข้นจะอยู่ระหว่างความเข้มข้นของสารน้ันท่ีสมดุลเดิมกับความเข้มข้นเมื่อ เรม่ิ รบกวนสมดลุ โดยใช้คา่ ท่ไี ดจ้ ากการคำ�นวณและรูป 9.5 ประกอบการอธิบาย 6. ครูใหน้ ักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ ตรวจสอบความเข้าใจ ปฏกิ ิริยา Fe3+(aq) + SCN-(aq) [FeSCN]2+(aq) ที่ 25 องศาเซลเซยี ส ถ้าทส่ี มดลุ มี ความเขม้ ขน้ ของไอร์ออน(III)ไอออน (Fe3+) และไทโอไซยาเนตไอออน (SCN-) เทา่ กับ 0.200 โมลต่อลิตร และไทโอไซยาเนโตไอร์ออน(III)ไอออน ([FeSCN]2+) 5.68 โมลต่อลิตร เม่ือลด ความเข้มข้นของไอร์ออน(III)ไอออนจาก 0.200 โมลต่อลิตร เป็น 0.100 โมลต่อลิตร ความเข้มข้นทีส่ มดลุ ใหมข่ องสารแตล่ ะชนิดมเี ท่าใด เมอื่ ลดความเขม้ ขน้ ของ Fe3+ ในระบบ ระบบจะปรบั ตวั ไปในทศิ ทางทเี่ พม่ิ ความเขม้ ขน้ ของ Fe3+ จึงกำ�หนดให้ Δ[Fe3+] = +x mol/L ดังน้ัน Δ[SCN-] = +x mol/L และ Δ[[FeSCN]2+] = -x mol/L ซ่ึงนำ�ไปค�ำ นวณความเขม้ ข้นทส่ี มดุลได้ดังตาราง สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 164 ความเข้มข้น (mol/L) Fe3+(aq) + SCN-(aq) [FeSCN]2+(aq) 0.200 0.200 5.68 สมดลุ เดมิ 0.100 0.200 5.68 ลด Fe3+ +x -x เปลย่ี นไป +x สมดลุ ใหม่ 0.100 + x 0.200 + x 5.68 – x เนอ่ื งจากการเปล่ยี นแปลงความเข้มขน้ ไมม่ ผี ลตอ่ ค่าคงท่ีสมดุล จึงแทนคา่ ไดด้ ังนี้ [[FeSCN]2+] K = [Fe3+][SCN-] (5.68 – x ) 142 = (0.100 + x )(0.200 + x) 142x2 + 43.6x – 2.84 = 0 x = 0.0552 หรือ -0.362 เมอ่ื แทนคา่ x เท่ากับ -0.362 จะได้ [Fe3+] มคี า่ เป็นลบ ซง่ึ เปน็ ไปไมไ่ ด้ ดังนน้ั x จงึ มีค่าเทา่ กบั 0.0552 นั่นคอื ที่สมดุลใหม่มี [Fe3+] = 0.100 mol/L + 0.0552 mol/L = 0.155 mol/L [SCN-] = 0.200 mol/L + 0.0552 mol/L = 0.255 mol/L [[FeSCN]2+] = 5.68 mol/L – 0.0552 mol/L = 5.62 mol/L ดังน้ัน ท่ีสมดุลใหม่มีความเข้มข้นของไอร์ออน(III)ไอออน 0.155 โมลต่อลิตร ไทโอไซยาเนตไอออน 0.255 โมลต่อลิตร และไทโอไซยาเนโตไอร์ออน(III)ไอออน 5.62 โมล ต่อลติ ร สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดลุ เคมี 165 7. ครูใช้คำ�ถามว่า การเปลี่ยนแปลงความดันของแก๊ส โดยการเพ่ิมหรือลดปริมาตร มีผลต่อ ความเขม้ ขน้ ของแกส๊ และสมดลุ หรอื ไม่ อยา่ งไร จากนนั้ ครอู ธบิ ายการรบกวนสมดลุ ของแกส๊ ไนโตรเจน ไดออกไซด์กับแก๊สไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์โดยการเปลี่ยนแปลงความดัน ตามรายละเอียดใน หนังสือเรียน 8. ครูให้ความรู้ว่า ปฏิกิริยาเคมีที่มีสารอยู่ในสถานะแก๊ส ถ้าผลรวมของเลขสัมประสิทธ์ิของ สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในสถานะแก๊สเท่ากัน การเปลี่ยนแปลงความดันจะไม่มีผลต่อสมดุล แล้ว ยกตัวอย่างปฏิกิริยาเคมีประกอบการอธิบาย จากน้ันอธิบายเพิ่มเติมว่า การเปลี่ยนแปลงความดัน ไม่มผี ลกบั ความเขม้ ข้นของสารที่มีสถานะเป็นของแขง็ และของเหลว เนอ่ื งจากของแข็งและของเหลว มคี วามหนาแนน่ คงท่ี 9. ครใู ห้นกั เรียนตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจและค�ำ ถามชวนคดิ ตรวจสอบความเข้าใจ 1. ป ฏิกิริยาเคม ี 2NO2(g) N2O4(g) ท่ี 25 องศาเซลเซียส ณ สมดุลมีแก๊สไนโตรเจน ไดออกไซด์ (NO2) 0.100 โมลตอ่ ลติ ร และแกส๊ ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ (N2O4) 0.250 โมล ตอ่ ลติ ร ถา้ ลดความดนั โดยการเพม่ิ ปรมิ าตรของภาชนะทบ่ี รรจเุ ปน็ 2 เทา่ ความเขม้ ขน้ ของ แกส๊ แต่ละชนิดที่สมดุลใหม่มคี ่าเท่าใด ค�ำ นวณค่าคงที่สมดุลกอ่ นลดความดนั ดังนี้ K = [N2O4] [NO2]2 0.250 = (0.100)2 = 25.0 คำ�นวณความเขม้ ข้นของสารแต่ละชนิดท่ีสมดลุ ใหม่ ดังน้ี เม่ือลดความดันโดยการเพิ่มปริมาตรเปน็ 2 เท่า จะทำ�ให้ความเข้มขน้ ของ NO2 และ N2O4ลดลง 2 เท่า ระบบจึงปรบั ตัวไปทิศทางทท่ี �ำ ให้ NO2 เพ่มิ ขน้ึ จงึ กำ�หนดให้ Δ[NO2] = +2x  mol/L ดงั น้นั Δ[N2O4] = -x mol/L น�ำ ไปค�ำ นวณความเข้มข้นทสี่ มดลุ ได้ดงั ตาราง สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดลุ เคมี เคมี เลม่ 3 166 ความเข้มข้น (mol/L) 2NO2(g) N2O4(g) สมดลุ เดมิ 0.100 0.250 เพม่ิ ปรมิ าตร 2 เทา่ 0.0500 0.125 เปลย่ี นไป สมดลุ ใหม่ +2x -x 0.0500 + 2x 0.125 – x เนือ่ งจากการเปลี่ยนแปลงความเขม้ ข้นไมม่ ีผลตอ่ ค่าคงท่ีสมดลุ จึงแทนคา่ ไดด้ งั นี้ K = [N2O4] [NO2]2 (0.125 – x ) 25.0 = (0.0500 + 2x)2 100x2 + 6x – 0.0625 = 0 x = -0.0691 หรอื 0.00905 เม่อื แทนค่า x เท่ากับ -0.0691 จะได้ [NO2] มีคา่ เป็นลบ ซง่ึ เป็นไปไม่ได้ ดงั นัน้ x จงึ มคี ่า เท่ากบั 0.00905 นัน่ คอื ที่สมดุลใหม่ มี [NO2] = 0.0500 mol/L + 2(0.00905 mol/L) = 0.0681 mol/L [N2O4] = 0.125 mol/L – 0.00905 mol/L = 0.116 mol/L  ดังนั้น ทีส่ มดลุ ใหม่ แกส๊ ไนโตรเจนไดออกไซดม์ ีความเขม้ ข้น 0.0618 โมลต่อลิตร และแก๊สไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์มีความเข้มข้น 0.116 โมลตอ่ ลิตร 2. ป ฏิกิริยาเคมี CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) ถ้าเพ่ิมความดันของระบบโดยการลด ปรมิ าตรทส่ี มดุลใหม่ สารแตล่ ะชนิดมีการเปลย่ี นแปลงอยา่ งไร เมื่อเพ่มิ ความดนั โดยการลดปริมาตร ทำ�ใหค้ วามเข้มขน้ ของ CO2 เพม่ิ ข้ึน ระบบจะ ป รบั ตวั เขา้ สสู่ มดลุ ใหมไ่ ปในทศิ ทางทมี่ จี �ำ นวนโมลของแกส๊ นอ้ ยกวา่ หรอื ปรบั ตวั ในทศิ ทาง ที่เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ กล่าวคือ CO2 ทำ�ปฏิกิริยากับ CaO ทำ�ให้ปริมาณของ CaCO3 เพม่ิ ขึน้ สว่ นปรมิ าณของ CO2 และ CaO ลดลง อย่างไรกต็ ามท่สี มดลุ ใหม่แม้ปริมาณของ CO2 ลดลง แตป่ รมิ าตรของระบบกล็ ดลงดว้ ย ซง่ึ มผี ลใหค้ วามเขม้ ขน้ ของ CO2 ทสี่ มดลุ ใหม่ เท่ากบั ความเขม้ ข้นของ CO2 ท่ีสมดลุ เดมิ ซงึ่ สอดคล้องกับค่าคงทสี่ มดลุ (K = [CO2]) ซง่ึ มี คา่ ไม่เปลี่ยนแปลง สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 167 ชวนคดิ ในปฏิกิริยาเคมีท่ีเก่ียวข้องกับแก๊ส การเพิ่มความดันด้วยการเติมแก๊สชนิดอื่นท่ีไม่ทำ� ปฏิกิริยาเคมีกับสารในระบบ โดยปริมาตรของระบบไม่เปล่ียนแปลง จะมีผลต่อสมดุลของ ระบบหรือไม่ เพราะเหตุใด การเพมิ่ ความดนั ดว้ ยการเตมิ แกส๊ ทไี่ มท่ �ำ ปฏกิ ริ ยิ าเคมกี บั สารในระบบ โดยปรมิ าตรของ ระบบไม่เปลี่ยนแปลง ไม่มีผลต่อสมดุลของระบบ เนื่องจากแก๊สท่ีเติมลงไปไม่ทำ�ให้ ความเข้มข้นของสารในปฏิกิรยิ าเปล่ียนแปลง 10. ครูใช้คำ�ถามว่า การเปล่ียนอุณหภูมิมีผลต่อสมดุลหรือไม่ จากน้ันให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 9.5 การทดลองผลของอณุ หภมู ติ อ่ สมดลุ ทงั้ นคี้ รตู อ้ งเตรยี มแกส๊ ผสมของไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) แ ล ะ แ ก๊ ส ไ ด ไ น โ ต ร เ จ น เ ต ต ร อ ก ไ ซ ด์ ( N 2O 4) ท่ี บ ร ร จุ ใ น ห ล อ ด ท ด ล อ ง ไ ว้ ใ ห้ แ ล ะ เ น้ น ว่ า ห้ามเปิดแก๊สออกจากหลอดทดลอง แล้วให้นักเรียนอภิปรายผลการทดลองโดยใช้คำ�ถามท้ายการ ทดลอง สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดลุ เคมี เคมี เล่ม 3 168 กิจกรรม 9.5 การทดลองผลของอุณหภูมติ อ่ สมดลุ จุดประสงคก์ ารทดลอง 1. ทำ�การทดลองเพื่อศกึ ษาผลของอุณหภมู ิตอ่ สมดุล 2. อ ธบิ ายการเปลย่ี นแปลงสมดุล เมอ่ื มกี ารเปลย่ี นแปลงอณุ หภมู ิของระบบ เวลาท่ีใช ้ อภปิ รายกอ่ นท�ำ การทดลอง 5 นาที 20 นาที ท�ำ การทดลอง 25 นาที นาที อภิปรายหลงั ทำ�การทดลอง 50 รวม วสั ดุ อปุ กรณ์ และสารเคมี ปริมาณต่อกลุ่ม รายการ 0.01 g สารเคมี 4 หยด 1 แก้ว 1. โลหะทองแดง (Cu) ท่ตี ดั เปน็ ชิ้นเล็ก ๆ 2. สารละลายกรดไนทริก (HNO3) เข้มขน้ (16 mol/L) 1 หลอด 3. นำ�้ แขง็ 2 ใบ 1 อัน วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 1 อัน 1 ชุด 1. ห ลอดทดลองขนาดเล็ก พรอ้ มจุกยาง 1 ชุด 2. บีกเกอร์ ขนาด 250 mL 3. เทอร์มอมเิ ตอร์ 4. ท่ีตงั้ หลอดทดลอง 5. ขาตั้ง พร้อมที่หนีบหลอดทดลอง 6. ตะเกียงแอลกอฮอล์ พร้อมตะแกรงลวดและทีก่ ้นั ลม การเตรยี มล่วงหน้า แกส๊ ผสมของ NO2 และ N2O4 ที่บรรจุในหลอดทดลองขนาดเล็ก สำ�หรับนกั เรียน กลุ่มละ 1 หลอด เตรยี มได้ตามขนั้ ตอนตอ่ ไปนี้ 1. ใส่ Cu ชนิ้ เล็ก ๆ 0.01 g (ประมาณ 2 mm × 2 mm) ลงในหลอดทดลองขนาดเลก็ 2. เตมิ HNO3 เข้มข้น จำ�นวน 4 หยด ลงไป แล้วปิดหลอดทดลองด้วยจกุ ยางทนั ที จะมี NO2 ซ่งึ มสี นี ้ำ�ตาลแดงเกดิ ขึน้ 3. รอจนกระทง่ั Cu เกิดปฏกิ ิรยิ าจนหมด แลว้ จึงน�ำ ไปใหน้ กั เรยี นท�ำ การทดลอง สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 169 ข้อเสนอแนะสำ�หรับครู 1. HNO3 มีฤทธก์ิ ัดกรอ่ น และ NO2 มอี ันตราย จึงควรสวมถุงมือ ผ้าปิดปากและแว่นตานริ ภัย รวมท้งั ท�ำ การทดลองในบรเิ วณทอ่ี ากาศถา่ ยเทไดส้ ะดวกหรอื ในตดู้ ดู ควนั 2. NO2 ละลายนำ้�ได้ ดังน้นั จึงควรใชห้ ลอดทดลองและจกุ ยางที่แห้ง 3. เม่ือทำ�การทดลองเสร็จแล้ว  ให้กำ�จัด  NO2  โดยเปิดจุกยางแล้วรีบเติมน้ำ�ลงไป ประมาณคร่ึงหลอด  แล้วรีบปิดหลอดทดลองด้วยจุกยางทันที  รอจนกระทั่ง  NO2 ละลายนำ้�หมด ซ่งึ สงั เกตได้จากแก๊สสนี ำ�้ ตาลแดงจางหายไป ตวั อยา่ งผลการทดลอง แก๊สที่เป็นสมดลุ ของ NO2 กับ N2O4 ในหลอดทดลองมีสนี ำ�้ ตาลแดง การทดลอง สิ่งที่สังเกตเห็น เรม่ิ ตน้ แก๊สมสี ีน้ำ�ตาลแดง จุม่ ในน�้ำ ร้อน แกส๊ มีสนี ้ำ�ตาลแดงเขม้ ขนึ้ แลว้ คงที่ จ่มุ ในน้�ำ แขง็ แกส๊ มีสนี �ำ้ ตาลแดงจางลงแลว้ คงท่ี ผลการทดลองดงั รปู ต่อไปน้ี อุณหภมู ิสูง อุณหภูมหิ ้อง อุณหภูมติ ำ�่ อภปิ รายผลการทดลอง สมดุลของแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์    (NO2)    กับแก๊สไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์    (N2O4) เป็นดังสมการเคมี 2NO2(g) N2O4(g) สนี ำ�้ ตาลแดง ไม่มสี ี สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เล่ม 3 170 ที่อุณหภูมิห้องจะสังเกตเห็นสีน้ำ�ตาลแดงในหลอดทดลอง   ซึ่งเป็นสีของแก๊ส   NO2   เมื่อ นำ�หลอดทดลองจุ่มในนำ้�ร้อนพบวา่ สีนำ้�ตาลแดงเขม้ ขึน้ แล้วคงที่ แสดงว่าแก๊ส NO2 มี ความเข้มข้นเพ่ิมขึ้น   ดังน้ันการเพ่ิมอุณหภูมิทำ�ให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับมากข้ึน   จนปรับตัว เข้าสู่สมดลุ ใหม่ เมื่อนำ�หลอดทดลองจุ่มในน้ำ�แข็งพบว่า   สีนำ้�ตาลแดงจางลงแล้วคงที่    แสดงว่าแก๊ส   NO2 มคี วามเขม้ ขน้ ลดลง ดังนน้ั การลดอณุ หภมู ิทำ�ใหเ้ กดิ ปฏกิ ิริยาไปข้างหน้ามากขึ้น   จน ปรบั ตัวเข้าสูส่ มดุลใหม่ สรุปผลการทดลอง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของระบบที่อยู่ในสมดุล   ทำ�ให้ระบบมีการเปล่ียนแปลง ความเข้มขน้ ของสารตั้งตน้ และผลติ ภณั ฑ์เพือ่ เขา้ สูส่ มดลุ ใหม่ ความรู้เพมิ่ เตมิ ส�ำ หรบั ครู การเตรียมแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ โดยใช้ทองแดงทำ�ปฏิกิริยาเคมีกับกรดไนทริกเข้มข้น เขยี นสมการเคมีไดด้ งั นี้ Cu(s) + 4HNO3(aq) Cu(NO3)2(aq) + 2H2O(l) + 2NO2(g) 11. ครูอธิบายการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิท่ีมีผลต่อสมดุลและค่าคงที่สมดุล โดยยกตัวอย่าง ปฏกิ ิริยาเคมรี ะหวา่ ง [Co(H2O)6]2+ และ Cl- ซ่ึงมีปฏิกิริยาไปข้างหนา้ เป็นปฏิกริ ยิ าดูดพลงั งาน และใช้ รูป 9.6 ประกอบการอธิบาย จากน้ันครูอธิบายเก่ียวกับการรบกวนสมดุลของระบบท่ีมีปฏิกิริยา ไปขา้ งหนา้ เปน็ ปฏกิ ริ ยิ าคายพลงั งาน โดยการเพมิ่ และลดอณุ หภมู ิ ซง่ึ ระบบมกี ารปรบั ตวั ไปในทศิ ทาง ตรงกนั ขา้ มกบั ปฏิกริ ยิ าดดู พลงั งาน 12. ครใู ชค้ �ำ ถามวา่ กจิ กรรม 9.5 ซงึ่ เปน็ สมดลุ ของปฏกิ ริ ยิ า 2NO2(g) N2O4(g) มปี ฏกิ ริ ยิ า ไปขา้ งหนา้ เปน็ ปฏิกริ ิยาดดู พลงั งานหรือคายพลังงาน ซ่ึงควรตอบไดว้ า่ เป็นปฏิกริ ยิ าคายพลังงาน 13. ครูให้นกั เรียนตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดุลเคมี 171 ตรวจสอบความเข้าใจ จากขอ้ มลู ความเขม้ ขน้ ทส่ี มดลุ ของสารในปฏกิ ริ ยิ าทอ่ี ณุ หภมู ติ า่ ง ๆ ในตาราง จงค�ำ นวณ ค่าคงท่ีสมดุลและระบุว่าปฏิกิริยานี้มีปฏิกิริยาไปข้างหน้าเป็นปฏิกิริยาดูดพลังงานหรือ คายพลงั งาน 1. ปฏิกิรยิ า N2O4(g) 2NO2(g) ความเข้มข้น (mol/L) อุณหภูมิ (K) N2O4 NO2 ค่าคงที่สมดุล 298 0.90 0.19 4.0 × 10-2 400 0.55 0.89 1.4 500 0.088 1.9 41 ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหนา้ ของปฏกิ ริ ิยาน้เี ป็นปฏกิ ริ ยิ าดดู พลงั งาน เนือ่ งจากเมื่ออุณหภูมเิ พิ่มขึ้น คา่ คงทีส่ มดุลมคี า่ เพิ่มขึ้น 2. ปฏกิ ริ ยิ า N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) อุณหภูมิ (K) H2 ความเข้มข้น (mol/L) NH3 ค่าคงที่สมดุล 298 0.014 N2 2.1 3.3 × 108 400 0.13 0.0048 1.9 3.9 × 104 500 0.47 0.042 1.7 1.7 × 102 0.16 ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหนา้ ของปฏกิ ริ ยิ านเ้ี ปน็ ปฏกิ ริ ยิ าคายพลงั งาน เนอ่ื งจากเมอ่ื อณุ หภมู เิ พมิ่ ขน้ึ ค่าคงทีส่ มดุลมีคา่ ลดลง 14. ครูให้ความรู้ว่า การเปล่ียนแปลงอุณหภูมิ มีผลต่อค่าคงท่ีสมดุลของระบบ ดังนั้นในการ แสดงคา่ คงที่สมดลุ ใด ๆ จงึ ตอ้ งระบุอุณหภมู ดิ ้วย 15. ครอู ธบิ ายเกยี่ วกบั หลกั ของเลอชาเตอลเิ อ แลว้ น�ำ ผลการทดลองของกจิ กรรม 9.4 และ 9.5 มาอภิปรายร่วมกันอีกคร้ัง เพ่ือเชื่อมโยงว่าผลการทดลองท่ีสังเกตได้น้ันสอดคล้องกับหลักของ เลอชาเตอลเิ อ 16. ครใู ห้นักเรียนท�ำ แบบฝกึ หดั 9.3 เพ่ือทบทวนความรู้ สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี เคมี เลม่ 3 172 แนวทางการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรู้เก่ียวกับปัจจัยท่ีมีผลต่อสมดุลและค่าคงที่สมดุลของระบบ และการใช้หลักของ เลอชาเตอลิเอ ในการคาดคะเนการเปลี่ยนแปลงที่เกดิ ข้ึนเมือ่ สมดุลของระบบถกู รบกวนจากรายงาน การทดลอง การอภปิ ราย การทำ�แบบฝึกหัด และการทดสอบ 2. ทักษะการสังเกต การพยากรณ์ การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป จากรายงานการทดลอง และการสังเกตพฤตกิ รรมในการท�ำ การทดลอง 3. ทักษะการคิดอย่างมีวิจารณญาณและการแก้ปัญหา และความร่วมมือ การทำ�งานเป็นทีม และภาวะผนู้ �ำ จากการอภิปราย และการสังเกตพฤติกรรมในการท�ำ การทดลอง 4. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นความมเี หตผุ ล และความซอ่ื สตั ย์ จากอภปิ รายและการสงั เกตพฤตกิ รรม ในการท�ำ การทดลอง แบบฝกึ หดั 9.3 1. ป ฏิกิริยาระหว่างแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) กับแก๊สออกซิเจน (O2) ได้แก๊สซัลเฟอร์ไตร ออกไซด์ (SO3) เป็นดงั สมการเคมี 2SO3(g) + 11.16 kJ 2SO2(g) + O2(g) ถ ้ารบกวนสมดุลของปฏิกิริยาด้วยวิธีต่อไปนี้จะมีผลต่อความเข้มข้นของแก๊สซัลเฟอร์ไตร ออกไซดอ์ ย่างไร 1.1  ลดความดนั ของระบบ เม่ือลดความดันของระบบ ระบบจะปรับตัวเพื่อเพิ่มความดันโดยเกิดปฏิกิริยา ยอ้ นกลบั ทำ�ให้ความเข้มขน้ ของแกส๊ SO3 ลดลง 1.2 เพิม่ ความเขม้ ขน้ ของแกส๊ ออกซเิ จนในระบบ การเพ่ิมความเข้มข้นของแก๊ส O2 เป็นการเพ่ิมความเข้มข้นของสารตั้งต้น ระบบจะ ปรับตัวเพือ่ ลดความเขม้ ขน้ ของ O2 โดยเกิดปฏิกิรยิ าไปขา้ งหน้า เปน็ ผลใหค้ วามเข้มขน้ ของแกส๊ SO3 เพิ่มขน้ึ 1.3 ลดความเขม้ ข้นของแก๊สซลั เฟอรไ์ ดออกไซด์ในระบบ ก ารลดความเข้มข้นของแก๊ส SO2 เป็นการลดความเข้มข้นของสารตั้งต้น ระบบจะ ปรับตัวเพ่ือเพิ่มความเข้มข้นของ SO2 โดยเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ เป็นผลให้ ความเขม้ ขน้ ของแก๊ส SO3 ลดลง สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 173 2. แก๊สฟอสจีน (COCl2) เป็นแก๊สพิษที่ไม่มีสี แต่ยังมีการใช้เป็นสารต้ังต้นในการผลิต สารอนิ ทรยี ์ สยี อ้ ม และสารก�ำ จดั แมลง การเตรยี มแกส๊ ฟอสจนี จากแกค๊ ารบ์ อนมอนอกไซด์ (CO) และแกส๊ คลอรนี (Cl2) แสดงดังสมการเคมี CO(g) + Cl2(g) + พลงั งาน COCl2(g) สมดุลของปฏกิ ิรยิ าจะเปล่ยี นแปลงอย่างไร เมอื่ รบกวนสมดลุ ด้วยวธิ ีการต่อไปน ้ี 2.1 ลดแก๊สคารบ์ อนมอนอกไซด์ การลดแก๊ส CO เป็นการลดความเข้มข้นของสารต้ังต้น ระบบจะปรับตัวเพื่อเพ่ิม ความเข้มข้นของ CO โดยเกดิ ปฏกิ ริ ิยายอ้ นกลับ 2.2 เพม่ิ แกส๊ คลอรนี ก ารเพิ่มแก๊ส Cl2 เป็นการเพ่ิมความเข้มข้นของสารต้ังต้น ระบบจะปรับตัวเพื่อลด ความเข้มขน้ ของ Cl2 โดยเกิดปฏกิ ิรยิ าไปข้างหนา้ 2.3 ลดอณุ หภมู ขิ องระบบ ปฏิกิริยาการเกิดแก๊ส COCl2 เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน เม่ืออุณหภูมิของระบบ ลดลง ระบบจะปรับตวั เพอ่ื คายความรอ้ น โดยเกิดปฏกิ ริ ิยายอ้ นกลับ 2.4 เพมิ่ ความดนั ของระบบ เม่ือเพ่มิ ความดัน ระบบจะปรบั ตวั เพื่อลดความดนั โดยเกิดปฏกิ ิริยาไปข้างหนา้ 3. ก ารกำ�จัดแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ในไอเสียของรถยนต์ ทำ�ได้โดยให้แก๊ส คารบ์ อนมอนอกไซดท์ เ่ี กดิ ขน้ึ ท�ำ ปฏกิ ริ ยิ ากบั แกส๊ ออกซเิ จน (O₂) บนผวิ ของโลหะบางชนดิ ท่อี ณุ หภมู ิสูง ปฏกิ ิริยาที่เกิดขึน้ เป็นดังนี้ 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g) + พลงั งาน 3.1 ถา้ เพมิ่ ความดนั ของระบบโดยอณุ หภมู ไิ มเ่ ปลย่ี นแปลง ระบบจะเกดิ การเปลย่ี นแปลง อย่างไร เพราะเหตุใด ถ ้าเพิ่มความดันของระบบโดยอุณหภูมิของระบบไม่เปล่ียนแปลง ระบบจะปรับตัว เพอื่ ลดความดนั โดยเกิดปฏิกริ ยิ าไปขา้ งหน้า 3.2 เมื่อเพิม่ อุณหภูมิโดยควบคมุ ความดันให้คงทรี่ ะบบจะมกี ารเปลย่ี นแปลงอยา่ งไร เน่ืองจากระบบนี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน เมื่อเพิ่มอุณหภูมิโดยควบคุมให้ ความดนั คงที่ ระบบจะปรบั ตัวโดยเกิดปฏกิ ริ ยิ าในทิศทางยอ้ นกลบั สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 174 4. ถ้ารบกวนสมดุลของปฏิกิริยาด้วยวิธีต่อไปนี้ จะทำ�ให้ความเข้มข้นของสารเกิดการ เปลีย่ นแปลงอยา่ งไร และมีผลต่อคา่ คงที่สมดลุ อยา่ งไร 4.1 C2H6(g) H2(g) + C2H4(g) เตมิ H2(g) ก ารเติมแก๊ส H2 ลงในระบบ เป็นการเพ่ิมความเข้มข้นของแก๊ส H2 ระบบจะปรับตัว ไปในทิศทางที่ลดความเข้มข้นของ H2 โดยเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ทำ�ให้ความเข้มข้น ของ C2H6 เพม่ิ ขนึ้ สว่ นความเข้มข้นของ C2H4 มีค่าลดลง แตไ่ ม่มีผลต่อค่าคงที่สมดลุ 4.2 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) เติม NO2(g) การเติมแก๊ส NO2 ลงในระบบ เป็นการเพิ่มความเข้มข้นของ NO2 ระบบจะปรับตัว ไปในทศิ ทางทลี่ ดความเขม้ ขน้ ของ NO2 โดยเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหนา้ ท�ำ ใหค้ วามเขม้ ขน้ ของ NO และ O2 เพิ่มขน้ึ แต่ไม่มผี ลต่อค่าคงทสี่ มดลุ 4.3 CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g) เพ่ิมความดัน เมอื่ เพมิ่ ความดนั ระบบจะปรบั ตวั เพอื่ ลดความดนั โดยเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหนา้ เนอื่ งจาก ผลรวมของเลขสัมประสิทธิ์ของแก๊สท่ีเป็นผลิตภัณฑ์น้อยกว่าของสารตั้งต้น ทำ�ให้ ความเข้มขน้ ของ CO และ H2 ลดลง ส่วนความเข้มข้นของ CH4 และ H2O เพิ่มขึ้น แต่ ไม่มีผลตอ่ คา่ คงทสี่ มดลุ 4.4 CO2(g) + 2SO3(g) CS2(g) + 4O2(g) + พลังงาน ลดอณุ หภูมิ เน่ืองจากระบบนี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน เมื่อลดอุณหภูมิ ระบบจะปรับตัวไปทาง ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหนา้ ท�ำ ใหค้ วามเขม้ ขน้ ของ CO2 และ SO3 ลดลง สว่ นความเขม้ ขน้ ของ CS2 และ O2 เพมิ่ ขึ้น สว่ นค่าคงท่ีสมดุลมีค่าเพ่ิมข้นึ 4.5 PbSO4(s) + H+(aq) Pb2+(aq) + HSO4-(aq) เติม Pb(NO3)2(s) Pb(NO3)2 ที่เติมลงไปประกอบด้วย Pb2+ และ NO3- จึงเป็นการเพิ่มความเข้มข้นของ Pb2+ ระบบจะปรับตัวเพื่อลดความเข้มข้นของ Pb2+ โดยเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ทำ�ให้ ความเข้มข้นของ H+ เพิ่มข้ึน ส่วนความเข้มข้นของ HSO4-  จะลดลง แต่ไม่มีผลต่อ คา่ คงทสี่ มดุล สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 175 4.6 PbCl2(s) H2O Pb2+(aq) + 2Cl-(aq) เติม AgNO3(s) A gNO3 ทีเ่ ตมิ ลงไปประกอบดว้ ย Ag+ และ NO3- ซง่ึ Ag+ จะทำ�ปฏิกิริยากบั Cl- เกดิ เปน็ ตะกอนสีขาวของ AgCl ท�ำ ให้ความเขม้ ขน้ ของ Cl- ลดลง ระบบจงึ ปรบั ตัวเพอ่ื เพิ่มความเข้มข้นของ Cl- โดยเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า จึงมีความเข้มข้นของ Pb2+ เพมิ่ ขนึ้ แตไ่ ม่มผี ลตอ่ ค่าคงทส่ี มดุล 4.7 Fe3+(aq) + 3OH-(aq) Fe(OH)3(s) เติม HCl(aq) HCl ท่ีเติมลงไปประกอบด้วย H+ และ Cl- ซ่ึง H+ จะทำ�ปฏิกิริยากับ OH- ทำ�ให้ ความเขม้ ขน้ ของ OH- ลดลง ระบบจะปรบั ตวั เพอ่ื เพม่ิ ความเขม้ ขน้ ของ OH- โดยเกดิ ปฏิกริ ยิ ายอ้ นกลบั ทำ�ให้ความเข้มข้นของ Fe3+ เพิม่ ข้ึน แต่ไมม่ ผี ลตอ่ ค่าคงทีส่ มดุล 5. ป ฏิกิริยาเคมี PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g) ที่ 25 องศาเซลเซียส ในภาชนะขนาด 2.00 ลติ ร ทส่ี มดลุ มแี ก๊สฟอสฟอรัสไตรออกไซด์ (PCl3) และแก๊สคลอรนี (Cl2) อย่างละ 0.200 โมล และแก๊สฟอสฟอรัสเพนตะออกไซด์ (PCl5) 2.60 โมล ถ้าลดปริมาตรของ ภาชนะทบ่ี รรจุเหลือ 0.500 ลิตร ความเขม้ ขน้ ของแก๊สแตล่ ะชนิดท่ีสมดุลใหมม่ คี ่าเท่าใด คำ�นวณความเขม้ ขน้ ของแกส๊ แต่ละชนิดท่ีสมดุลเดมิ 0.200 mol [PCl3] = [Cl2] = 2.00 L = 0.100 mol/L และ [PCl5] 2.60 mol = 1.30 mol/L = 2.00 L คำ�นวณคา่ คงท่สี มดลุ ของปฏิกิริยา K = [PCl5] [PCl3][Cl2] 1.30 = (0.100)(0.100) = 130 คำ�นวณความเขม้ ขน้ ของแก๊สแตล่ ะชนดิ ทสี่ มดุลใหม่  การลดปรมิ าตรของภาชนะจาก 2.00 L เปน็ 0.500 L ท�ำ ใหค้ วามเขม้ ขน้ ของแกส๊ แต่ละชนิดเพิม่ ขึน้ และท�ำ ให้ความดนั เพิ่มขน้ึ ระบบจงึ ปรับตวั เพ่อื ลดความดันโดยเกดิ ปฏิกริ ยิ าไปข้างหนา้ สง่ ผลให้ PCl5 เพมิ่ ขนึ้ จึงกำ�หนดให้ Δ[PCl5] = +x mol/L ดังนั้น Δ[PCl3] = Δ[Cl2] = -x mol/L น�ำ ไปค�ำ นวณความเขม้ ข้นท่สี มดลุ ไดด้ ังตาราง สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 176 ความเข้มข้น PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g) (mol/L) 0.100 0.100 1.30 สมดลุ เดมิ 0.200 mol = 0.400 0.200 mol = 0.400 2.60 mol = 5.20 ลดปรมิ าตร 0.500 L 0.500 L 0.500 L -x -x เปลย่ี นไป 0.400 – x 0.400 – x +x สมดลุ ใหม่ 5.20 + x เนอ่ื งจากการเปลย่ี นแปลงความเขม้ ขน้ ไมม่ ผี ลตอ่ คา่ คงทสี่ มดลุ จงึ ค�ำ นวณความเขม้ ขน้ ที่เปล่ยี นไปได้ดังน้ี K = [PCl5] [PCl3][Cl2] (5.20 + x ) 130 = (0.400 – x)2 130x2 – 105x + 15.6 = 0 x = 0.196 หรอื 0.611 เนอื่ งจากค่า x เท่ากับ 0.611 มคี ่ามากกวา่ ความเขม้ ขน้ เรมิ่ ต้นของ PCl3 และ Cl2 ซึ่ง เปน็ ไปไม่ได้ ดังนน้ั x จึงมีคา่ เทา่ กับ 0.196 น่นั คือ ท่สี มดุลใหม่ ม ี [PCl3] = [Cl2] = 0.400 mol/L – 0.196 mol/L = 0.204 mol/L [PCl5] = 5.20 mol/L + 0.196 mol/L = 5.40 mol/L ดังนั้น ท่ีสมดุลใหม่มีแก๊สฟอสฟอรัสไตรออกไซด์และแก๊สคลอรีน 0.204 โมลต่อลิตร และมีแกส๊ ฟอสฟอรัสเพนตะออกไซด์ 5.40 โมลตอ่ ลิตร สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 9 | สมดุลเคมี 177 9.4 สมดลุ เคมีในส่ิงมชี วี ิต ส่ิงแวดลอ้ ม และอตุ สาหกรรม 9.4.1 การผลิตแก๊สแอมโมเนยี ในอตุ สาหกรรม 9.4.2 โรคหายใจเกนิ 9.4.3 การเกิดหนิ งอกหนิ ย้อย จดุ ประสงคก์ ารเรียนรู้ ยกตัวอย่างและอธิบายสมดุลเคมีของกระบวนการท่ีเกิดขึ้นในส่ิงมีชีวิต ปรากฏการณ์ใน ธรรมชาติและกระบวนการในอุตสาหกรรม ส่อื การเรียนรู้และแหล่งการเรยี นรู้ บัตรคำ�ส�ำ หรับเขยี นผงั มโนทัศน์ แนวการจัดการเรยี นรู้ 1. ครูนำ�เข้าสู่บทเรียนวา่ ความรเู้ ก่ียวกับสมดลุ เคมสี ามารถนำ�มาใช้ในอตุ สาหกรรม เช่น การ ผลิตแก๊สแอมโมเนีย จากนั้นครูให้ความรู้เกี่ยวกับการนำ�แอมโมเนียมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต สารเคมีต่าง ๆ และการเลอื กกรรมวิธผี ลติ ในอุตสาหกรรมซงึ่ ต้องค�ำ นึงถงึ ความคุ้มทุน 2. ครนู �ำ อภปิ รายเกย่ี วกบั อุณหภมู ิและความดนั ทีเ่ หมาะสมในการผลติ แก๊สแอมโมเนยี โดยให้ นกั เรยี นพจิ ารณาสมการเคมขี องการผลติ แกส๊ แอมโมเนยี จากแกส๊ ไนโตรเจนกบั แกส๊ ไฮโดรเจน ซง่ึ เปน็ ปฏิกิรยิ าคายพลงั งาน แล้วใช้คำ�ถามว่า ถา้ ต้องการใหไ้ ด้ผลิตภณั ฑ์ปรมิ าณมาก ความดนั และอุณหภมู ิ ท่ีใช้ในการทำ�ปฏิกิริยาเคมีควรเป็นอย่างไร เพราะเหตุใด ซ่ึงนักเรียนควรตอบได้ว่า การผลิต แกส๊ แอมโมเนียใหไ้ ด้ปรมิ าณมาก ควรท�ำ ทีค่ วามดนั สูงและอุณหภมู ิตำ�่ 3. ครูให้นักเรียนพิจารณารูป 9.7 แล้วใช้คำ�ถามว่า ถ้าต้องการได้ผลิตภัณฑ์ปริมาณมาก ความดันและอุณหภูมิที่ใช้ในการทำ�ปฏิกิริยาเคมีควรเป็นอย่างไร สอดคล้องกับคำ�ตอบของนักเรียน ก่อนหน้าน้ีหรือไม่ ซึ่งนักเรียนควรตอบได้ว่า ความดันสูงและอุณหภูมิตำ่� ซึ่งสอดคล้องกับคำ�ตอบ กอ่ นหน้าน้ี 4. ครูใช้คำ�ถามเพ่ือทบทวนเกี่ยวกับผลของอุณหภูมิต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี จากนั้นให้ ความรู้ว่า เนื่องจากที่อุณหภูมิตำ่�ปฏิกิริยาเคมีเกิดได้ช้า และอุปกรณ์ท่ีทนความดันสูงมีราคาแพง ดังน้ันการผลิตแก๊สแอมโมเนียควรใช้อุณหภูมิและความดันท่ีเหมาะสม และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการน้ีเรียกว่า กระบวนการฮาเบอร์ และนอกจากนี้ในอุตสาหกรรมจะมีกระบวนการแยก แก๊สแอมโมเนียออกจากระบบ เพ่อื ทำ�ใหผ้ ลติ แอมโมเนียไดม้ ากขึน้ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 178 5. ครอู ธบิ ายวา่ หลกั การของสมดลุ เคมสี ามารถน�ำ มาใชใ้ นการอธบิ ายกระบวนการทเี่ กดิ ขน้ึ ใน ส่ิงมีชีวิตและปรากฏการณ์ในธรรมชาติได้ โดยครูยกตัวอย่างเกี่ยวกับการรักษาอาการของโรค หายใจเกนิ และการเกิดหนิ งอกหินย้อย ตามรายละเอียดในหนังสอื เรยี น 6. ครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 9.6 สืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับสมดุลเคมีในชีวิตประจำ�วัน สิ่งมีชีวิต สิ่งแวดล้อม และอุตสาหกรรม โดยอาจมอบหมายให้นักเรียนสืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับสมดุลเคมีกับ กระบวนการทางอุตสาหกรรม หรือกระบวนการที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต หรือปรากฏการณ์ในธรรมชาติ ลว่ งหนา้ ประมาณ 1 สปั ดาห์ แลว้ น�ำ เสนอผลงานกลมุ่ ละ 10 นาที ดว้ ยสอื่ ประเภทใดกไ็ ด้ เชน่ โปสเตอร์ บทบาทสมมติ วีดิทัศน์ และให้แต่ละกลุ่มคิดคำ�ถามสำ�หรับถามเพื่อนหลังจากรายงานแล้วกลุ่มละ 1 ค�ำ ถาม สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดุลเคมี 179 กิจกรรม 9.6 สบื คน้ ขอ้ มลู เก่ยี วกบั สมดลุ เคมใี นชีวิตประจำ�วนั สิ่งมชี วี ติ สงิ่ แวดลอ้ ม และอุตสาหกรรม จุดประสงคข์ องกจิ กรรม สืบค้นข้อมูลและนำ�เสนอเกี่ยวกับสมดุลเคมีของกระบวนการที่เกิดข้ึนในชีวิต ประจ�ำ วนั ส่งิ มีชวี ิต สงิ่ แวดลอ้ ม และอตุ สาหกรรม เวลาท่ใี ช ้ 50 นาที ข้อเสนอแนะสำ�หรบั ครู ครอู าจใหน้ ักเรียนสบื ค้นข้อมูลและเตรียมการนำ�เสนอล่วงหน้า ตวั อย่างผลการท�ำ กิจกรรม ฟองแก๊สในนำ�้ อัดลม การผลิตนำ�้ อดั ลมท�ำ ได้โดยน�ำ น�้ำ สะอาดมาผสมกับน้ำ�ตาล สารปรุงแตง่ กลิน่ รส และสี แล้วมีการอัดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์    (CO2)    ลงไปที่อุณหภูมิตำ่�และความดันสูง   แล้ว เก็บในภาชนะปิด    ซึ่งมีสมดุลระหว่างแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในสถานะแก๊สกับในสถานะ ของเหลว และแกส๊ คาร์บอนไดออกไซดก์ ับกรดคาร์บอนกิ (H2CO3) ดงั สมการเคมี CO2(g) CO2(aq) CO2(aq) + H2O(l) H2CO3(aq) เมื่อเปิดฝาขวดนำ้�อัดลมจะพบว่า    มีฟองแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เกิดข้ึน    เนื่องจาก เ ป็ น ก า ร ร บ ก ว น ส ม ดุ ล โ ด ย ก า ร ล ด ค ว า ม ดั น จึ ง ทำ � ใ ห้ ป ฏิ กิ ริ ย า เ กิ ด ย้ อ น ก ลั บ ใ ห้ แ ก๊ ส คาร์บอนไดออกไซด์ตามหลักของเลอชาเตอลเิ อ การเกิดฟนั ผุ สารเคลือบฟันมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นไฮดรอกซิลแอพาไทต์    (hydroxylapatite, Ca5(PO4)3OH) ซ่งึ เมือ่ ละลายน้�ำ จะแตกตวั เปน็ ไอออน ดังสมการเคมี K = 6.8 × 10-37 Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+(aq) + 3PO42-(aq) + OH-(aq) สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดลุ เคมี เคมี เล่ม 3 180 จากค่าคงท่ีสมดุลจะเห็นว่า    ปฏิกิริยาน้ีเกิดไปข้างหน้าได้น้อยมาก    แต่เมื่อสภาพใน ปากเป็นกรดมากขึน้ เชน่ กระบวนการยอ่ ยน้ำ�ตาลของแบคทเี รีย การดมื่ น้ำ�อดั ลม การ รบั ประทานของเปรย้ี ว H3O+ จากกรดจะทำ�ปฏิกริ ยิ าเคมีกบั ไฮดรอกไซดไ์ อออน (OH-) ทำ�ให้ สมดุลเกดิ ปฏิกริ ยิ าไปขา้ งหนา้ ไดม้ ากขึ้น ฟันจึงผุ เปลอื กไขบ่ างในหน้าร้อน เปลือกไข่มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นแคลเซียมคาร์บอเนต    (CaCO3)    ซ่ึงประกอบ ด้วยแคลเซยี มไอออน (Ca2+) และคาร์บอเนตไอออน (CO32-) แหล่งของแคลเซยี มไอออน ได้จากอาหาร    ส่วนแหล่งของคาร์บอเนตไอออนได้จากแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์    (CO2) ในกระบวนการหายใจ    โดยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เกิดปฏิกิริยากับนำ้�กลายเป็น กรดคาร์บอนิก (H2CO3) อยใู่ นกระแสเลือด ดังสมการเคมี (1) กรดคารบ์ อนิกสามารถแตกตัว เปน็ คารบ์ อเนตไอออน ดังสมการเคมี (2) จากน้นั แคลเซียมไอออนและคารบ์ อเนตไอออนจะ ทำ�ปฏกิ ิรยิ าเคมีเกิดเป็นแคลเซยี มคารบ์ อเนต ดงั สมการเคมี (3) CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq) ......(1) H2CO3(aq) 2H+(aq) + CO32-(aq) ......(2) Ca2+(aq) + CO32-(aq) CaCO3(s) ......(3) ในหน้าร้อน    ไก่จะหายใจถ่ี    ทำ�ให้ปริมาณแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในกระแสเลือด ลดลง    ซ่ึงเป็นการรบกวนสมดุลของทั้งระบบทำ�ให้แคลเซียมคาร์บอเนตเกิดปฏิกิริยา ยอ้ นกลับ เปลอื กไข่จงึ บางลง 7. ครใู หน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 9 | สมดุลเคมี 181 ตรวจสอบความเข้าใจ พิจารณาขอ้ มลู ต่อไปนใี้ นการตอบคำ�ถาม โรคเก๊าท์เป็นโรคข้ออักเสบเฉียบพลัน ซึ่งเกิดจากการท่ีร่างกายมีกรดยูริก (C5H4N4O3) มากกวา่ ปกติ แลว้ ตกตะกอนเปน็ ผลกึ ของเกลอื ยเู รตไปสะสมตามขอ้ ตา่ ง ๆ ท�ำ ใหเ้ กดิ การอกั เสบ ขนึ้ กรดยรู กิ เกดิ จากการเผาผลาญสารพวิ รนี ซง่ึ เปน็ สารทรี่ า่ งกายสงั เคราะหข์ นึ้ ไดเ้ องและยงั มี อยู่ทั่วไปในอาหารหลายชนิด เช่น อาหารที่มีโปรตีนสูง เคร่ืองในสัตว์ น้ำ�ปลา เครื่องด่ืมที่มี แอลกอฮอล์ กรดยูริกในกระแสเลือดแตกตัวเป็นยูเรตไอออน (C5H3N4O3-) ดังสมการเคมี (1) แลว้ ขบั ออกทางปสั สาวะ ส�ำ หรบั ผปู้ ว่ ยโรคเกา๊ ทพ์ บวา่ ไตไมส่ ามารถขบั กรดยรู กิ ไดต้ ามปกติ จงึ เกดิ การสะสมของเกลอื โซเดยี มยเู รต (NaC5H3N4O3) ดงั สมการเคมี (2) แลว้ เกดิ การตกตะกอน เปน็ ผลึกตามข้อตา่ ง ๆ ในร่างกาย C5H4N4O3(aq) H+(aq) + C5H3N4O3-(aq) ......(1) Na+(aq) + C5H3N4O3-(aq) NaC5H3N4O3(s) ......(2) ถา้ นกั เรยี นเปน็ นกั โภชนาการจะใหค้ �ำ แนะน�ำ แกผ่ ปู้ ว่ ยโรคเกา๊ ทเ์ กยี่ วกบั การควบคมุ อาหาร อยา่ งไร เพราะเหตใุ ด ลดอาหารท่ีมีโซเดียมไอออนสูง เช่น เกลือแกง และอาหารที่มีสารพิวรีน เช่น อาหารท่ีมี โปรตนี สงู เครอื่ งในสตั ว์ น�้ำ ปลา เครอื่ งดม่ื ทมี่ แี อลกอฮอล์ โดยการลดอาหารทม่ี โี ซเดยี มไอออน สงู จะทำ�ใหร้ ะบบในสมการเคมี (2) เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าย้อนกลับ และการลดอาหารท่มี ีสารพิวรนี จะ ท�ำ ใหร้ ะบบในสมการเคมี (1) เกิดปฏิกิริยายอ้ นกลบั จงึ เป็นการลดเกลือโซเดยี มยเู รต สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 9 | สมดุลเคมี เคมี เลม่ 3 182 8. ครูและนักเรียนร่วมกันสรุปเนื้อหาในบทเรียน โดยร่วมกันเขียนผังมโนทัศน์จากข้อความที่ กำ�หนดให้ แล้วใหน้ ักเรยี นทำ�แบบฝึกหัดทา้ ยบท ตัวอย่างข้อความ ระบบปิด ปฏกิ ริ ิยาผนั กลบั ได้ สมดุลเคมี ปฏิกริ ิยาไปข้างหนา้ ปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลับ ค่าคงทีส่ มดุล ความเขม้ ขน้ ที่สมดุล หลักของเลอชาเตอลเิ อ ปจั จยั ท่ีมีผลต่อสมดลุ ความเข้มขน้ ความดนั อุณหภมู ิ แนวทางการวดั และประเมินผล 1. ความรู้เก่ียวกับสมดุลเคมีของกระบวนการที่เกิดข้ึนในส่ิงมีชีวิต ปรากฏการณ์ในธรรมชาติ และกระบวนการในอุตสาหกรรม จากรายงานการสืบค้น การอภิปราย การทำ�แบบฝึกหัด และการ ทดสอบ 2. ทกั ษะการคิดอย่างมีวจิ ารณญาณและการแก้ปัญหา จากการอภิปราย 3. ทักษะการสอื่ สารสารสนเทศและการร้เู ท่าทนั ส่อื และความร่วมมือ การท�ำ งานเป็นทีมและ ภาวะผนู้ �ำ จากการนำ�เสนอ 4. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความอยากรู้อยากเห็น ความมีเหตุผล และความใจกว้าง จากการ อภิปรายและการสังเกตพฤตกิ รรมในการท�ำ กจิ กรรม สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดุลเคมี 183 แบบฝึกหัด เฉลยแบบฝกึ หดั แบบทดสอบ เฉลยแบบทดสอบ แบบฝึกหดั ท้ายบท 1. ปฏกิ ิรยิ า H2(g) + I2(g) 2HI(g) ทอ่ี ณุ หภมู ิหน่ึง ในภาชนะ 1.0 ลิตร เม่ือผสมแก๊ส ไฮโดรเจน (H2) กับแก๊สไอโอดีน (I2) อย่างละ 1.0 โมล ความเข้มข้นของแก๊สไฮโดรเจน ไอโอไดด์ (HI) ตัง้ แตเ่ ริม่ ปฏกิ ริ ิยาจนกระท่ังเข้าสู่สมดุลแสดงดงั กราฟตอ่ ไปน้ี 1.1 ว าดกราฟที่สอดคล้องกับกราฟท่ีโจทย์กำ�หนด เพ่ือแสดงความเข้มข้นของแก๊ส ไฮโดรเจน จากกราฟ เมอื่ เรม่ิ ต้นปฏิกริ ิยาไมม่ ี HI และทสี่ มดลุ (ต้ังแตน่ าทที ี่ 5) มี HI 1.6 mol/L แสดงวา่ มี HI เกิดขึ้น 1.6 mol/L ความเข้มข้นเริ่มต้นของ H2 = 1.0 mol/L นั่นคอื มี H2 ลดลง 0.8 mol/L ดังน้ัน ที่สมดลุ มี [H2] = 1.0 mol/L – 0.8 mol/L = 0.2 mol/L เขียนกราฟได้ดังนี้ สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี เคมี เลม่ 3 184 45 ควคาวมาเมข้เ ้ขมมข้ ้ขนน((โโมมลลต่ต่ออลิลิตตร)ร) 1.8 1.6 HI 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 H2 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 เวเลวาล(านา(นทา)ี ท)ี 1.2 ท่ีสมดุล แกส๊ ไอโอดีนมีความเข้มขน้ กโี่ มลตอ่ ลิตร 1.2 ทีส่ มแดก๊สลุ ไฮแโดกร๊สเจไนอแโลอะดแกนี ๊สมไอีคโวอดาีนมมเีคขวม้ าขมเ้นข้มกขโี่ ้นมเลท่าตก่อันลดติ ังนรั้นที่สมดุล แก๊สไอโอดีนมีความเข้มข้น 0.2 แก๊สโมไลฮตโ่อดลติรรเจนและแก๊สไอโอดีนมีความเข้มข้นเท่ากัน ดังนั้นที่สมดุล แก๊สไอโอดีนมี 1.3 ควาคมวาเขมด้มันขรว้นมข0อ.ง2แกโ๊สมเลปลต่ยี ่อนลแปติ ลรงหรอื ไม่ อย่างไร 1.3 ค วาคมวาดมันดันรรววมมขขอองงแแก๊สกไ๊สม่เเปปลลี่ยีย่ นนแปแลปง ลเนงื่อหงรจาือกไจมาน่ อวยนโ่ามงลไรรวมที่เร่ิมต้นและท่ีสมดุลไม่เปล่ียนแปลง ควาโดมยดทันี่เริ่รมตว้นมมขี Hอ2งแและก๊สI2 ไอมย่า่เงปลละ ี่ย1.น0 แmปolลนง่ันคเือนจ่ือานงวจนาโมกลจรวำ�มนเทว่านกับโม2ล.0รmวoมl ทแลี่เะรท่ิมี่สตมด้นุลแมีลHะI ที่สมดุล ไม่เป1.ล6 ี่ยmนolแHป2ลแงละโดI2ยอทย่า่เี รงล่ิมะต0น้ .2มmี Hol2นแั่นคลือะจาIน2วอนยโม่าลงรลวมะเท1่า.ก0บั m2.0olmนolน่ั คอื จำ�นวนโมลรวมเทา่ กบั 1.4 2.0ทmส่ี มoดlลุ แคลวาะมทดนัส่ี ยม่อดยขลุ อมงแี Hกส๊ Iไฮ1โ.ด6รเจmนoไอlโ อ Hได2ดม์ แาลกกะวา่I2หรอือยนา่้อยงกลวะ่าค0ว.า2มดmันยo่อlยนขอน่ั งสคาอื รตจัง้ ำ�ตน้นวนโมลรวม เท่าทกีส่ บั มด2ุล.0ควmามoดันl ย่อยของ HI มากกว่าความดนั ย่อยของสารตงั้ ต้น เนอ่ื งจาก ท่ีสมดุลมีจานวนโมลของ 1.4  ท ี่สHมIดมุลากกควว่าาHม2 ดแลันะยI2่อยของแก๊สไฮโดรเจนไอโอไดด์มากกว่าหรือน้อยกว่าความดันย่อย 1.5 ขอคง่าสคางรทตส่ี มงั้ ดตุลน้ ของปฏิกริ ยิ านีม้ คี า่ เท่าใด ท่ีสมทส่ีดมุลดลุ ค[วHา2ม] =ด[ันI2]ย=่อ0ย.2ขmอoงl/LHแIละม[าHกI]ก=ว1่า.6คmวาoมl/Lดันย่อยของสารต้ังต้น เนื่องจากท่ีสมดุลมี จ�ำ นวนโมลของ HI มากกวา่ KH2 แล=ะ I2 [HI]2 [H2 ][I2 ] 1.5  ค า่ คงทีส่ มดุลของปฏกิ ริ ยิ านีม้ ีค่าเท=า่ ใด (1.6)2 (0.2)(0.2) ทส่ี มดุล [H2] = [I2] = 0.2 mol/L แ=ละ [H6I]4= 1.6 mol/L ดังนั้น ปฏกิ ิริยาน้ีมีค่าคงท่สี มดลุ Kเท า่ ก=บั 64[HI]2 [H2][l2] 2. พจิ ารณาปฏกิ ริ ิยาเคมีตอ่ ไปนี้ A2(g) + B2(g) 2AB(g) = (1.6)2 2AB(g) + B2(g) 2AB2(g) (0.2)(0.2) …..(1) : K1 …..(2) : K2 A2(g) + 2B2(g) 2AB2(g) = 64 …..(3) : K3 ท่อี ณุ หภูมิเดยี วกนั เม่ือทาการทดลองปฏิกิริยา (2) โดยใชส้ าร AB และ B2 อยา่ งละ 1.00 โมล บรรจุใน ดงั นัน้ ปฏกิ ริ ิยานี้มีค่าคงทสี่ มดลุ เท่ากบั 64 สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี 185 2. พิจารณาปฏกิ ิริยาเคมีตอ่ ไปนี้ A2(g) + B2(g) 2AB(g) .....(1) : K1 2AB(g) + B2(g) 2AB2(g) .....(2) : K2 A2(g) + 2B2(g) 2AB2(g) .....(3) : K3 ท่ีอุณหภูมิเดียวกัน เมื่อทำ�การทดลองปฏิกิริยา (2) โดยใช้สาร AB และ B2 อย่างละ 1.00 โมล บรรจใุ นภาชนะปิดขนาด 1.00 ลติ ร ทส่ี มดุลพบวา่ สาร B2 ลดลง 0.25 โมล และ เม่ือทำ�การทดลองกับปฏิกิริยา (3) โดยใช้ สาร A2 และ B2 อย่างละ 1.00 โมล บรรจุใน ภาชนะปิดขนาด 1.00 ลิตร ที่สมดุลพบว่ามีสาร AB2 0.50 โมล ค่าคงที่สมดุลของแต่ละ ปฏิกริ ิยามคี ่าเท่าใด ค�ำ นวนคา่ คงทสี่ มดลุ ของปฏิกิริยา (2) ปฏิกริ ิยา (2) : 2AB(g) + B2(g) 2AB2(g) ความเข้มข้นเร่ิมต้น ความเข้มข้นท่ีเปล่ียนไป และความเข้มข้นท่ีสมดุล สรุปได้ ดังตารางต่อไปน้ี ความเข้มข้น 2AB(g) + B2(g) 2AB2(g) (mol/L) 0.00 1.00 mol = 1.00 1.00 mol = 1.00 +0.50 เรม่ิ ตน้ 1.00 L 1.00 L 0.50 เปลย่ี นไป -0.50 0.25 mol = -0.25 1.00 L สมดลุ 1.00 – 0.50 = 0.50 1.00 – 0.25 = 0.75 K2 = [AB2]2 [AB]2[B2] (0.50)2 = (0.50)2(0.75) = 1.3 ดังนัน้ คา่ คงทีส่ มดุลของปฏกิ ิรยิ า (2) เท่ากบั 1.3 สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 9 | สมดลุ เคมี เคมี เล่ม 3 186 ค�ำ นวนคา่ คงทสี่ มดุลของปฏิกิริยา (3) ปฏิกริ ยิ า (3) : A2(g) + 2B2(g) 2AB2(g) ความเข้มข้นเร่ิมต้น ความเข้มข้นที่เปลี่ยนไป และความเข้มข้นท่ีสมดุล สรุปได้ดังตาราง ตอ่ ไปนี้ ความเข้มข้น A2(g) + 2B2(g) 2AB2(g) (mol/L) 0.00 1.00 mol = 1.00 1.00 mol = 1.00 เรม่ิ ตน้ 1.00 L 1.00 L เปลย่ี นไป -0.25 -0.50 +0.50 สมดลุ 1.00 – 0.25 = 0.75 1.00 – 0.50 = 0.50 0.50 mol = 0.50 1.00 L K3 = [AB2]2 [A2][B2]2 (0.50)2 = (0.75)(0.50)2 = 1.3 ดงั นัน้ คา่ คงที่สมดลุ ของปฏิกิริยา (3) เทา่ กบั 1.3 ค�ำ นวนค่าคงท่สี มดลุ ของปฏิกริ ยิ า (1) ปฏกิ ริ ิยา (1) : A2(g) + B2(g) 2AB(g) เน่ืองจากปฏกิ ิริยา (3) เป็นปฏกิ ิริยารวมของปฏิกริ ิยา (1) และ (2) นั่นคือ K3 = K1 • K2 K1 = K3 = 1.3 = 1.0 K2 1.3 ดงั นนั้ ค่าคงที่สมดุลของปฏิกริ ยิ า (1) เทา่ กับ 1.0 สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี