Transcript สมการเคมี 2
สมการเคมี (Chemical Equation) สมการเคมี(Chemical Equation) สมการเคมี เ ป็ นสิ่ ง ที่ เ ขี ย นแทนปฏิ กิริ ย าเคมี บอกให้ ท ราบชนิ ด ของสารที่ เ ข้ า ท าปฏิ กิ ริ ย ากั น (reactants) และชนิดของสารที่เป็ นผลผลิตของ ปฏิกริ ิยา (products) โดยเขียนสารที่เข้ าทาปฏิกริ ิยา กันไว้ ทางซ้ ายมือและสารที่เป็ นผลิตผลไว้ ทางขวามือ ของลู ก ศรที่ มี ทิ ศ ทางชี้ ไ ปทางสารที่ เ กิ ด ขึ้ น จาก ปฏิกริ ิยา สมการเคมี เขียนขึ้นเพื่อแสดงอัตราส่ วนต่าสุ ดของจานวนโมลของ ของสารตั้งต้นที่รวมพอดีกนั และจานวนโมลของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น สมการเคมี สมการเคมีเขียนได้ 2 แบบ คือ ก. สมการแบบโมเลกุล แสดงปฏิกริ ิยาระหว่ าง โมเลกุลของสาร สมการโมเลกุลทีด่ ุลแล้วจะต้ อง มีจานวนอะตอมของแต่ ละธาตุท้งั สองข้ างลูกศร เท่ ากัน CH4 (g) +2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O(g) ข. สมการไอออนิก นิยมใช้ สาหรับปฏิกริ ิยาที่มีสารประกอบไอออนิก เข้ ามาเกีย่ วข้ อง จะเขียนเฉพาะไอออนและโมเลกุลที่ จาเป็ นและเกิดปฏิกริ ิยาเท่ านั้น เช่ น สมการแบบโมเลกุล NaCrO2 + NaClO +NaOH Na2CrO4 + NaCl + H2O เนื่องจากเป็ นสารประกอบไอออนิก เมือ่ อยู่ในนา้ จะแตกตัวให้ ไอออน 2 2 4 N a C rO N a C lO N a OH 2 N a C rO N a C I H 2 O Na+ ปรากฏอยู่ท้งั ซ้ ายมือและขวามือของสมการแสดงว่ า ไม่ ได้ เข้ าร่ วมในการทาปฏิกิริยา ดังนั้น สมการไอออนิก + ที่เขียนจึงไม่ จาเป็ นต้ องเขียน Na ไว้ ด้วย ดังนี้ 2 C rO C lO O H 2 2 4 2 C rO 3 C lO 2 O H C rO C l H 2 O 2 4 2 C rO 3 C l H 2 O การดุลสมการเคมี การดุลสมการอย่ างง่ าย 1. เริ่มจากโมเลกุลใหญ่ สุด หรื อโมเลกุลที่ประกอบด้ วย ธาตุมากสุด 2. ดุลโลหะ 3. ดุลอโลหะ (ยกเว้ น H และ O) 4. ดุล H และ O 5. ตรวจจานวนทุกธาตุในสมการ 6. ถ้ ายังไม่ ดุลทาซา้ ข้ อ 2-5 อีกครั ง้ หนึ่ง การดุลสมการเคมี ตัวอย่ าง Na2O2 + H2O NaOH + O2 ข้ อ 1,2 Na2O2 + H2O 2 NaOH + O2 ข้ อ 3 ไม่ ต้องใช้ ข้ อ 4 Na2O2 + 2H2O 2 NaOH + O2 ข้ อ 5 H ไม่ ดุล ข้ อ 6 2Na2O2 + 2H2O 4 NaOH + O2 จงดุลสมการต่ อไปนี ้ 1. H3PO4 + CaO Ca3(PO4)2 + H2O 2. NH4NO3 N2 + H2O + O2 2H3PO4 + 3CaO Ca3(PO4)2 + 3H2O 2NH4NO3 2N2 + 4H2O + O2 แบบฝึ กหัด : การดุลสมการเคมี • B2O3(s) + H2O(l) H3BO3(aq) B2O3(s) + 3H2O(l) 2H3BO3(aq) • Cu(s) + AgNO3(aq) Ag(s) + Cu(NO3)2(aq) Cu(s) + 2AgNO3(aq) 2Ag(s) + Cu(NO3)2(aq) • NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(l) 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l) • C3H6O(l) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) C3H6O(l) + 4O2(g) 3CO2(g) + 3H2O(l) • C12H22O11(s) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) C12H22O11(s) + 12O2(g) 12CO2(g) + 11H2O(l) หลักในการเขียนสมการเคมี • ต้องเขียนสูตรเคมีของสารตั้งต้นแต่ละชนิดได้ • ต้องทราบว่าในปฏิกิริยาเคมีหนึ่งเกิดสารผลิตภัณฑ์ใดขึ้นบ้าง และเขียน สูตรเคมีของสารผลิตภัณฑ์ได้ • เมื่อเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาแล้วให้ทาสมการเคมีให้สมดุลด้วย คือทา ให้จานวนอะตอมของธาตุทุกชนิดทางซ้ายเท่ากับทางขวา โดยการเติม ตัวเลขข้างหน้าสูตรเคมีของสารนั้นๆ เช่น N2 + H2 NH3 ยังไม่ได้ดุล N2 + 3H2 2NH3 สมการดุลแล้ว • ในการเขียนสมการเคมี ถ้าให้สมบูรณ์ยงิ่ ขึ้น ควรบอกสถานะของสารแต่ ละชนิดด้วย คือ ก๊าซ(gas) , เป็ นสารละลายในน้ า(aqueous) ,เป็ น ของแข็ง(solid) , เป็ นของเหลว(liquid) s = solid l = liquid g = gas aq = aqeous (สารละลายที่มีน้ าเป็ นตัวทาละลาย) เช่น CaC2(s) +2H2O(g) Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) • การเขียนสมการเคมีบางครั้งจะแสดงพลังงานของปฏิกิริยาเคมีดว้ ย เช่น 2NH3(g) + 93kJ N2(g) + 3H2(g) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) + 889.5 kJ สมการเคมีที่ควรทราบ 1. โลหะ + กรด เกลือ + แก๊สไฮโดรเจน เช่น Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Fe + HCl FeCl2 + H2 ** โลหะส่ วนหนึ่งที่ทากับปฏิกิริยากับกรดแล้วให้ก๊าซ H2 เช่น Li, Fe, K, Na, Sr, Ca, Mg, Zn, Cr, Ni ฯลฯ ## โลหะบางชนิดไม่ทาปฏิกิริยากับกรดไม่ให้แก๊ส H2 แต่ให้สารอื่น เช่น Cu + HNO3(เข้มข้น) Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2 2. กรด + สารประกอบคาร์บอเนต เกลือ + น้ า + CO2 เช่น 2HCl + Na2CO3 2NaCl + H2O + CO2 3. กรด + สารประกอบซัลไฟด์ เกลือ + แก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ เช่น 2HCl + FeS FeCl2 + H2S 4. สารประกอบคาร์บอเนต สารประกอบออกไซด์ + แก๊ส CO2 เช่น CaCO3(s) CaO(s) + CO2 การคานวณทีเ่ กีย่ วข้ องกับสมการเคมี สมการเคมีบอกถึงสารที่เกี่ยวข้ องในปฏิกิ ริยาเคมี ความสั มพันธ์ เชิ งปริ มาณของสารต่ างๆ ที่ เกี่ยวข้ องในปฏิกิริยาและสามารถคานวณปริ มาณ ของผลิตผลที่ได้ จากปฏิกริ ิยาเคมี • ความสัมพันธ์ระหว่างปริ มาณสารในสมการเคมี 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) บอกอัตราส่ วนจานวนโมล บอกจานวนโมเลกุล จานวนปริ มาตร (เป็ นแก๊ส) ปริมาณสารสัมพันธ์ สมการที่ดุลแล้ ว บอกให้ ทราบ ความสัมพันธ์ เชิงปริมาณ ของสารที่เกี่ยวข้ องในปฏิกิริยา SiCl4(s) + 2H2O(l) SiO2(s) + 4HCl(g) โมเลกุล โมล 1 2 1 4 1 2 1 4 จานวนโมเลกุล 6.021023 2(6.021023) 6.021023 4(6.021023) ลิตรที่ STP 4(22.4) ใช้ หาปริมาณผลิตภัณฑ์ ท่ เี กิดขึน้ CaC2(s) + 2H2O(l) 1 1 2 2 6.02 x 1023 2(6.02 x 1023) 64.1 2(18.0) Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) ……. 1 1 1 1 1 โมเลกุล โมล 6.02 x 1023 6.02 x 1023 โมเลกุล 74.1 26.0 กรัม 22.4 ลิตร(dm3) ที่ STP Ex จากสมการ (1) ถ้ าใช้ CaC2 2.5 mol ทาปฏิกริ ิยากับนา้ ที่มีปริมาณมากเกินพอ ก. ได้ C2H2(g) เกิดขึน้ กีโ่ มล ข. ได้ C2H2(g) เกิดขึน้ กีก่ รัม ค. ได้ C2H2(g) เกิดขึน้ กีล่ ติ ร ที่ STP ง. นา้ ทาปฏิกริ ิยาไปกีโ่ มลและกีก่ รัม (Ca = 40.1 , C = 12.0, H = 1.0) วิธีทา ก. จากสมการ 1 จะเห็นว่ า CaC2 1 mol ให้ C2H2 1 mol CaC2 2.5 mol ให้ C2H2 2.5 mol ด้ วย ข. นา้ หนักโมเลกุลของ C2H2 = 26.0 หมายความว่ า C2H2 1 mol หนัก 26.0 g C2H2 2.5 mol หนัก = ( 2.5 mol) (26.0 g) (1 mol) = 65.0 g ค. C2H2(g) 1 mol มีปริมาตร 22.4 l ที่ STP C2H2(g) 2.5 mol มีปริมาตร = (2.5 mol) (22.4 l) ที่ STP (1 mol) = 56.0 l ที่ STP ง. จากสมการ CaC2 1 mol ทาปฏิกริ ิยาพอดีกบั H2O 2 mol CaC2 2.5 mol ทาปฏิกริ ิยากับ H2O (2 x 2.5) mol = 5.0 mol H2O 1 mol มีน้าหนัก = 18.0 g H2O 5.0 mol มีน้าหนัก = (18.0) (5.0) = 90 g การคานวณเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริ มาณของสารในสมการเคมี • เทียบบัญญัติไตรยางศ์ • - ดุลสมการ - แสดงจานวนโมลโมเลกุลของสารที่เกี่ยวข้องกับในการคานวณ - เปลี่ยนจากโมลโมเลกุลเป็ นเทอมหรื อปริ มาณอื่นที่ตอ้ งการทราบหรื อเกี่ยวข้องใน การคานวณ - เทียบบัญญัติไตรยางศ์หาปริ มาณสารที่ตอ้ งการ ใช้ สูตรเทียบอัตราส่ วนโมล aA + bB cC + dD nA = a nB = b เมื่อ nA, nB, nC คือจานวนโมลของสาร nB b nC c • การคานวณโดยใช้สูตรมีวิธีการดังนี้ - ดุลสมการ - ใช้สูตรเทียบอัตราส่ วนโมล - เปลี่ยนเทอมของโมลเป็ นเทอมอื่นหรื อปริ มาณอื่นโดยใช้สูตร n = g หรื อ n = N หรื อ n = Vที่STP M 6.02 x 1023 22.4 dm3 - จะใช้สูตรไหนขึ้นอยูก่ บั การถามของโจทย์ แล้วคานวณหาสิ่ งนั้น ความสัมพันธ์ระหว่างปริ มาณสารต่างๆ ในสมการเคมี สมการเคมีสามารถบอกถึงปริ มาณการใช้สารตั้งต้น และปริ มาณสารผลิตภัณฑ์ที่ เกิดขึ้นได้ ซึ่ งหมายถึงปริ มาณโมล จานวนอะตอม น้ าหนัก หรื อปริ มาตรแก๊สที่ STP เช่น CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O จากสมการได้ความสัมพันธ์ดงั นี้ - CH4 1 โมล รวมกับ O2 2 โมล จะได้ผลิตภัณฑ์ CO2 1 โมล และ H2O 2โมล - CH4 1 x 6.02 x 1023โมลโมเลกุล รวมกับ O2 2 x 6.02 x 1023โมลโมเลกุล จะได้ ผลิตภัณฑ์ CO2 1 x 6.02 x 1023โมลโมเลกุล และ H2O 2 x 6.02 x 1023โมลโมเลกุล • CH4 5โมลอะตอม รวมกับ O2 4โมลอะตอม จะได้ผลิตภัณฑ์ CO2 3โมล อะตอม และ H2O 6 โมลอะตอม • CH4 5 x 6.02 x 1023 อะตอม รวมกับ O2 4 x 6.02 x 1023 อะตอม จะได้ ผลิตภัณฑ์ CO2 3 x 6.02 x 1023 อะตอม และ H2O 6 x 6.02 x 1023 อะตอม • CH4 16 กรัม รวมกับ O2 2 x 32 กรัม จะได้ผลิตภัณฑ์ CO2 44 กรัม และ H2O 2 x 18 กรัม การคานวณมวลร้อยละของธาตุจากสูตรเคมี ถ้าทราบสูตรโมเลกุลของสารประกอบ และมวลอะตอมสามารถ คานวณหามวลร้อยละของธาตุจากสูตรเคมีได้ ซึ่งมวลร้อยละของธาตุใน สารประกอบแต่ละชนิดเป็ นค่าคงที่ ร้อยละของธาตุ A ในสารประกอบ = มวลของธาตุ A x 100 มวลของสารประกอบ มวลร้อยละของธาตุ = จานวนอะตอม x มวลอะตอม x 100 มวลสูตรของสารประกอบ • จงหามวลร้อยละของ C และ H ใน C3H8 C3H8 มีมวลโมเลกุล = 44 มวลร้อยละของ C ใน C3H8 = 3 x 12 x 100 44 = 81.81 มวลร้อยละของ H ใน C3H8 = 8 x 1 x 100 44 = 18.18 การนาค่ามวลร้อยละไปใช้ประโยชน์ • ใช้หาปริ มาตรของธาตุในสารประกอบเพื่อเปรี ยบเทียบว่าสารประกอบ ชนิดใดมีธาตุใดเป็ นองค์ประกอบมากกกว่าหรื อน้อยกว่า ตัวอย่ าง สารประกอบใดมีธาตุออกซิเจนเป็ นองค์ประกอบมากที่สุด H2O2 H2SO4 Na2B4O7 SO2 (H=1, O=16, S=32, Na=23, B=11) H2O2 ระบบกับการเปลีย่ นแปลง ระบบ (system) คือ สิ่ งต่างๆ ที่อยูร่ อบตัวเราและเป็ นสิ่ งที่เราสนใจศึกษา หรื อสิ่ งต่างๆ ที่อยูใ่ นขอบเขตของเราที่ตอ้ งการจะศึกษา สิ่งแวดล้ อม (surrounding) คือ สิ่ งต่างๆ ที่อยูน่ อกตัวเราที่ไม่ตอ้ งการศึกษา หรื อสิ่ งที่อยูน่ อกขอบเขตที่ตอ้ งการศึกษา ระบบที่ศึกษาทัว่ ไปแบ่งตามการเปลี่ยนแปลงมวลของสารในระบบได้ 2 ประเภท คือ ระบบปิ ด (close system) หมายถึง ระบบที่มีการถ่ายเทพลังงานระหว่าง ระบบกับระบบ และระบบกับสิ่ งแวดล้อมได้ แต่ ไม่ มีการถ่ ายเทมวลสาร มวลระบบคงที่ ระบบเปิ ด (open system) คือ ระบบที่สามารถถ่ายเทมวลสารและพลังงาน ให้กบั สิ่ งแวดล้อมได้ ระบบอิสระ (Isolated system) คือ ระบบที่ไม่มีการถ่ายเทหรื อแลกเปลี่ยน มวลของสารและพลังงานกับสิ่ งแวดล้อม เช่น กระติกน้ าร้อนที่มีฉนวน หุม้ อย่างดีบรรจุน้ าร้อน พิจารณาระบบต่ อไปนีว้ ่ าระบบใดเป็ นระบบเปิ ด หรือระบบปิ ด - การหลอมเหลวแนฟทาลีนในชามกระเบื้อง เป็ นระบบเปิ ด เพราะแนพทาลีนจะระเหิ ดกลายเป็ นไอ - ใส่ โลหะทองแดงลงในสารละลายกรดไนตริ ก เป็ นระบบเปิ ด จะมีก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์เกิดขึ้น - ผสมกรด HCl กับ NaOH ในบีกเกอร์ เป็ นระบบปิ ด เพราะไม่มีก๊าซเกิดขึ้น ได้โซเดียมคลอไรด์กบั น้ า - ตั้งบีกเกอร์ใส่ น้ าปูนใสไว้บนโต๊ะจนกระทัง่ มีฝ้าสี ขาวลอยอยูบ่ นน้ าปูนใส จัดเป็ นระบบเปิ ด เพราะก๊าซคาร์ บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเข้าทาปฏิกิริยากับน้ า ปูนใส มวลระบบจะเพิ่มขึ้น กฎทรงมวล (Law of conservation of Mass) • กฎทรงมวล “ ในปฏิกริ ิยาเคมีใดๆ มวลของสารทั้งหมดก่อนทาปฏิกริ ิยา เท่ ากับมวลของสารทั้งหมดหลังทาปฏิกริ ิยา” เช่ น เมื่อให้ก๊าซ H2 4 g ทาปฏิกิริยากับ O2 32 g เกิดน้ า 36 g 2 H2 (g) + O2(g) 2H2O (l) 4g + 32 g (36 g) 36 g (มวลของสารก่อนเกิดปฏิกิริยา) (มวลของสารหลังเกิดปฏิกิริยา) กฎสัดส่ วนคงที่ (Law of constant proportion) “เป็ นกฎที่กล่าวถึงอัตราส่ วนโดยมวลของธาตุที่มารวมกันเป็ นสารประกอบ” ผูท้ ี่ต้ งั กฎนี้คือ โจเซฟ เพราสต์ กล่าวว่า “สารประกอบชนิดเดียวกันย่ อมประกอบด้ วยธาตุต่างๆ มารวม ตัวกัน โดยมีอัตราส่ วนโดยมวลของธาตุต่างๆ ในสารประกอบหนึ่งๆ จะ มีค่าคงทีเ่ สมอ ไม่ ว่าสารประกอบนั้นจะเตรี ยมขึ้นมาด้ วยวิธีการใดก็ตาม” “อัตราส่ วนโดยมวลของธาตุทมี่ ารวมตัวกันเป็ นสารประกอบหนึ่งๆ จะมีค่าคงที”่ การทดลอง มวลสารที่ทาปฏิกิริยาพอดีกนั ที่ มวลของ Cu มวลของ S 1 1.0 0.5 2 1.9 1.0 3 2.9 1.5 4 4.0 2.0 5 4.9 2.5 จากการทดลอง ทราบว่า อัตราส่ วนโดยมวลที่ทองแดง และ กามะถันทาปฏิกิริยาพอดีกนั = 2:1 เกิดดังนี้ Cu(s) + S(s) CuS(s) ข้อสังเกต กฎสัดส่ วนคงที่ มีหลักการง่ายๆ ดังนี้ • โจทย์จะกาหนดการทดลองมาอย่างน้อย 2 ครั้ง • หาอัตราส่ วนโดยมวลของธาตุที่เป็ นองค์ประกอบ ของทั้งสองการ ทดลอง - ถ้าอัตราส่ วนโดยมวลของทั้ง 2 การทดลองเท่ากัน แสดงว่าเป็ นไปตาม กฎสัดส่ วนคงที่ - ถ้าอัตราส่ วนโดยมวลของทั้ง 2 การทดลองไม่เท่ากัน แสดงว่าไม่ เป็ นไปตามกฎสัดส่ วนคงที่ ตัวอย่างการคานวณ • นาทองแดงมา 0.35 g มาละลายในกรดไนตริ ก แล้วทาให้แห้ง จากนั้นจึง นาไปเผาอย่างรุ นแรงจะได้คอปเปอร์ออกไซด์หนัก 0.438 g ในการ ทดลองอีกวิธีหนึ่งโดยการนาคอปเปอร์คาร์บอเนตจานวนหนึ่งมาเผาจน สลายตัวหมดได้คอปเปอร์ออกไซด์หนัก 1.62 g แล้วนาคอปเปอร์ ออกไซด์ไปเผาให้ร้อนจัดในบรรยากาศแก๊สไฮโดรเจนจะได้ทองแดง 1.29 g จะแสดงว่าองค์ประกอบของคอปเปอร์ออกไซด์เป็ นจริ งตามกฎ สัดส่ วนคงที่ • นาโลหะ Na มา 1.021 g ไปละลายในกรดไนตริ ก จะได้โซเดียมไนเตรด แล้วนา NaNO3 ไปเผาจนสลายตัวได้ NaO หนัก 1.1 g ในการทดลองอีก วิธีหนึ่ง โดยการนา NaO มา 5 g ไปเผาในบรรยากาศแก๊สไฮโดรเจนที่ มากเกินพอ จะได้โลหะ Na หนัก 4.64 g ข้อมูลนี้เป็ นไปตามกฎสัดส่ วน คงที่หรื อไม่ • ธาตุ A ทาปฏิกิริยากับธาตุ B ด้วยอัตราส่ วนโดยมวลเป็ น 1:16 ได้สาร C เพียงอย่างเดียว ถ้ามีธาตุ A และ B อย่างละ 8 g เมื่อทาปฏิกิริยากันแล้วจะ ได้สาร C มีมวลกี่กรัม • การวิเคราะห์อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ ซึ่งเป็ นสารประกอบระหว่าง อะลูมิเนียมกับคาร์บอน ให้ผลดังนี้ ครั้งที่ 1 ใช้อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ 1.44 g พบว่ามีอะลูมิเนียม 1.08 g ครั้งที่ 2 ใช้อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ 3.6 g พบว่ามีคาร์บอน 0.9g อยากทราบว่าผลการวิเคราะห์น้ ีเชื่อถือได้หรื อไม่ เพราะเหตุใด • ก๊าซแอมโมเนีย (NH3) ประกอบด้วยธาตุไนโตรเจนร้อยละ 82.4 และธาตุไฮโดรเจนร้อยละ 17.6 โดยมวล ถ้าใช้ธาตุไนโตรเจน 10 g ทาปฏิกิริยากับธาตุไฮโดรเจน 3 g จะได้ก๊าซแอมโมเนียกี่ กรัม การนากฎสัดส่ วนคงที่ไปใช้ 1. ในการคานวณเพื่อแสดงว่าสารประกอบที่กาหนดให้เป็ นสารชนิดเดียวกัน หรื อไม่ ทาได้ 2 วิธี - หา %โดยมวลของธาตุชนิดหนึ่งที่เป็ นองค์ประกอบว่าเท่ากันหรื อไม่ - หาอัตราส่ วนโดยมวลของธาตุในสารประกอบว่าอัตราส่ วนเท่ากันหรื อไม่ 2. ใช้คานวณหามวลของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาได้เมื่อทราบอัตราส่ วน หรื อ %ของธาตุที่รวมพอดีกนั ตัวอย่ าง ก๊าซ CO2 มีธาตุ C เป็ นองค์ประกอบ 27.27%โดยมวล และจากการเผา ธาตุ C 4 gในอากาศ ปรากฏว่ามีก๊าซไม่มีสีเกิดขึ้น 14.67g ก๊าซไม่มีสี ดังกล่าวเป็ นก๊าซ CO2 ก๊าซไม่มีสี ถ้าเป็ น CO2 จะต้องมีอยู่ 27.27 % โดยมวล ดังนั้นก๊าซไม่มีสี 14.67 g มีธาตุ C เป็ นองค์ประกอบอยู่ 4 g ถ้าก๊าซไม่มีสี 100 g มีธาตุ C เป็ นองค์ประกอบ = 4 x 100 = 27.27% 14.67 ดังนั้นก๊าซไม่มีสีจึงเป็ น CO2 - เมื่อนา CuO มา 7.95 g เผาให้ร้อนแดง แล้วผ่าน H2 เข้าไป ปรากฏว่าเมื่อสิ้ นสุ ด ปฏิกิริยามี Cuเหลือ 6.35 g แต่เมื่อทดลองนา Cu มา 1.9 g เผารวมกับ O2 ในอากาศ ปรากฏว่ามี CuO เกิดขึ้น 2.38 g การทดลองนี้สนับสนุนกฎสัดส่ วน คงที่หรื อไม่ - CaO เป็ นสารประกอบมี Ca 71.43%โดยมวล ถ้านา Caมา 8 g ทาปฏิกิริยากับ O2 5 g จะได้ CaO กี่กรัม -สารประกอบ Al2S3 มี Al เป็ นองค์ประกอบ 36%โดยมวล ถ้านา Al มา 10 g และ S 16 g เผารวมกันในหลอดทดลอง จะได้ Al2S3 กี่กรัม การคานวณปริ มาณสารในปฏิกิริยาเคมี ปริมาตรของแก๊สในปฏิกริ ิยาเคมี ความสั มพันธ์ ระหว่ างปริมาณของสาร ในสมการเคมี สารกาหนดปริมาณ การคานวณจากสมการเคมีทเี่ กีย่ วข้ อง มากกว่ าหนึ่งสมการ ปริมาตรของแก๊ สในปฏิกริ ิยาเคมี ในการศึกษาปริ มาณสัมพันธ์ของสารในสถานะแก๊สในปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ไม่สะดวกที่จะวัดมวลของแก๊สเหมือนกับของแข็งและของเหลว “จึงใช้ วิธี วัดปริ มาตรแทน” ในปฏิกิริยาเคมีของสารที่มีสถานะเป็ นแก๊สปริ มาตรรวมของแก๊สที่เข้าทา ปฏิกิริยากันและปริ มาตรรวมของแก๊สที่เกิดจากปฏิกิริยาจะเท่ากันหรื อไม่เท่า กันก็ได้ (ต่ างกับมวลซึ่งเป็ นไปตามกฎทรงมวล) กฎของเกย์-ลูสแซก (Law of Gay-Lussac) • ได้ทาการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปริ มาตรของแก๊สที่ทาปฏิกิริยาพอดี กัน และปริ มาตรของแก๊สที่เกิดจากปฏิกิริยา โดยทาการทดลองวัด ปริ มาตรของแก๊สที่ทาปฏิกิริยาพอดีกนั และที่เกิดจากปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ และความดันเดียวกัน เขาได้ทาการทดลองซ้ าหลายครั้ง จนสรุ ปเป็ นกฎ เรี ยกว่า “กฎการรวมปริ มาตรของแก๊ส” “อัตราส่ วนระหว่ างปริ มาตรของแก๊สที่ทาปฏิกริ ิ ยาพอดีกนั และปริ มาตร ของแก๊สทีไ่ ด้ จากปฏิกริ ิ ยาซึ่งวัดทีอ่ ณ ุ หภูมิและความดันเดียวกันจะเป็ น เลขจานวนเต็มลงตัวน้ อยๆ” • เช่น ไฮโดรเจน + คลอรี น ไฮโดรเจน + ออกซิเจน ไนโตรเจน + ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนคลอไรด์ ไอน้ า แอมโมเนีย ความสัมพันธ์ระหว่างปริ มาตรของแก๊สที่ทาปฏิกิริยากัน และที่ได้จาก ปฏิกิริยาดังกล่าวเป็ นดังนี้ แก๊สและปริ มาตรของแก๊สที่ทาปฏิกิริยากัน แก๊สและปริ มาตรของแก๊ส อัตราส่ วนโดย ที่ได้จากปฏิกิริยา ปริ มาตรของ แก๊ส ปริ มาตร แก๊ส ปริ มาตร cm3 cm3 แก๊ส ปริ มาตร cm3 แก๊ส ไฮโดรเจน H2 10 คลอรี นCl2 10 ไฮโดรเจน H2 20 ออกซิ เจน O2 10 ไฮโดรเจน คลอไรด์ HCl ไอน้ า H2O 20 1:1:2 20 2:1:2 กฎของอาโวกาโดร • ได้ศึกษากฎของเกย์-ลูสแซก และได้ให้เหตุผลว่า การที่อตั ราส่ วน ระหว่างปริ มาตรของแก๊สที่ทาปฏิกิริยากัน(สารตั้งต้น) และของแก๊สที่ได้ จากปฏิกิริยา(สารผลิตภัณฑ์) เป็ นเลขจานวนเต็มลงตัวน้อยๆ นั้นคงเป็ น เพราะปริ มาตรของแก๊สมีความสัมพันธ์กบั จานวนอนุภาคที่รวมกันเป็ น สารประกอบ อาโวกาโดรจึงตั้งสมมติฐานขึ้นว่า “แก๊สซึ่งมีปริ มาตรเท่ ากันที่ อณ ุ หภูมิและความดันเดียวกันจะมีจานวนอนุภาคเท่ ากัน” เช่น แก๊สไฮโดรเจน + แก๊สคลอรี น แก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ 1 cm3 1 cm3 2 cm3 สมมติให้แก๊ส 1 cm3 มีจานวนอนุภาค เท่ากับ n อนุภาค และถ้าอนุภาคนี้คือ อะตอมจะเขียนแสดงได้ดงั นี้ แก๊สไฮโดรเจน + แก๊สคลอรี น แก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ n อนุภาค n อนุภาค 2n อนุภาค n อะตอม n อะตอม 2n อะตอม ใช้ n หารตลอด 1 อะตอม 1 อะตอม 2 อะตอม • ถ้าเป็ นจริ งตามนี้แสดงว่าอะตอมของแก๊สไฮโดรเจน และอะตอมของ แก๊สคลอรี นแบ่งแยกได้ซ่ ึงค้านกับทฤษฎีอะตอมของดอลตันที่วา่ อะตอม แบ่งแยกไม่ได้ ดังนั้นจึงเสนอให้เรี ยกอนุภาคดังกล่าวว่า โมเลกลุ ทาให้ สมมติฐานของอาโวกาโดรไม่ เป็ นทีย่ อมรั บ ปี ค.ศ.1860 สตานิสลาฟ คันนีซซาโร(Stanislav Cannizzaro) ได้ ศึกษาเกี่ยวกับปริ มาตรของแก๊สที่ทาปฏิกิริยาพอดีกนั และที่ได้จาก ปฏิกิริยาเพิ่มเติม ได้เสนอว่า ธาตุที่เป็ นแก๊สจะอยูเ่ ป็ นโมเลกุล และ 1 โมเลกุลของธาตุที่เป็ นแก๊สส่ วนใหญ่ประกอบด้วย 2 อะตอม จาก ข้อเสนอคันนีซซาโร ทาให้สมมติฐานของอาโวกาโดรเปลี่ยนใหม่ “แก๊สทีป่ ริ มาตรเท่ ากันวัดทีอ่ ณ ุ ภูมิและความดันเดียวกันจะมีจานวนโมเลกลุ เท่ ากัน” จึงเป็ นที่ยอมรับทัว่ ไป แก๊สไฮโดรเจน + แก๊สคลอรี น ผลทดลอง 1 cm3 กฎอาโวกาโดร n โมเลกุล nหารตลอด 1 โมเลกุล ตามคันนีซซาโร 2 อะตอม 1 อะตอม 1 cm3 n โมเลกุล 1 โมเลกุล 2 อะตอม 1 อะตอม แก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ 2 cm3 2n โมเลกุล 2 โมเลกุล 2 โมเลกุล 1 โมเลกุล (HCl) การคานวณหาปริมาตรของแก๊ สโดยใช้ กฎของเกย์ -ลูซแซก และกฎของอาโวกาโดร ตัวอย่ าง แก๊สไนโตรเจน 120 cm3 รวมพอดีกบั แก๊สออกซิเจน 180 cm3 ได้ ผลิตภัณฑ์ที่เป็ นแก๊สปริ มาตร 120 cm3 จงหาสูตรโมเลกุลของแก๊สที่ เกิดขึ้น เขียนสมการ N2(g) + O2(g) NxOy (g) ปริ มาตรของแก๊สที่รวมพอดีกนั 120 180 120 cm3 อัตราส่ วนโดยปริ มาตร(เกย์-ลูซแซก) 2 3 2 cm3 อัตราส่ วนโดยโมเลกุล(อาโวกาโดร) 2n 3n 2n โมเลกุล นาตัวเลขไปใส่ สมการ 2N2(g) + 3O2(g) 2 NxOy ดุลจานวนอะตอมเพื่อให้ทุกธาตุเท่ากัน 2N2(g) + 3O2(g) 2 N2O3(g) สารกาหนดปริมาณ เนื่องจากสารเข้ าทาปฏิกริ ิยาเคมีกนั ในอัตราส่ วน โมลต่ อโมลที่แน่ นอน สารที่มีปริ มาณน้ อยกว่ าจึง เป็ นตัว กาหนดว่ าปฏิกิริ ย าสามารถเกิด ผลผลิ ตได้ อย่ างมากที่สุดเท่ าใด เราเรียกสารที่มีปริ มาณน้ อยนี้ ว่ า สารกาหนดปริมาณ (Limiting reactant) • การคานวณเกี่ยวกับสมการเคมีที่มีสารกาหนดปริ มาณมีข้นั ตอน ดังนี้ 1. คานวณหาสารกาหนดปริ มาณ โดยหาจานวนโมลของสารตั้ง ต้นที่นอ้ ยที่สุดเป็ นสารกาหนดปริ มาณ 2. นาสารตั้งต้นที่ถูกใช้หมดไป คานวณหาสิ่ งที่ตอ้ งการ เช่น คานวณหาปริ มาณสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น คานวณหาปริ มาณ สารตั้งต้นชนิดอื่นที่ถูกใช้ไป และที่เหลือ เป็ นต้น Ex จงคานวณว่ าจะเตรียมลิเทียมออกไซด์ ได้ กโี่ มล จากลิเทียม 1.0 g และออกซิเจน 1.5 g สารใดเป็ น สารกาหนดปริมาณ สารใดเหลือและเหลือกีก่ รัม 4Li + O2 2Li2O (Li = 6.9, O = 16) วิธีทา ลิเทียม 1.0 g = ออกซิเจน 1.5 g = = = 1.0 g 6.9g/mol 0.144 mol 1.5 g 32 g/mol 0.0469 mol พิจารณาจากสมการ จะเห็นว่ าลิเทียม 4 mol ทา ปฏิกริ ิยาพอดีกบั ออกซิเจน 1 mol ดังนั้น ลิเทียม 0.144 mol ทาปฏิกริ ิยาพอดีกบั ออกซิเจน = 0.144 mol 4 = 0.036 mol แต่ มีออกซิเจนอยู่ถงึ 0.0469 mol ดังนั้น ออกซิเจน จะมีอยู่มากเกินพอ และจะมีออกซิเจนที่เหลือจาก ปฏิกริ ิยา 0.0469 – 0.036 = 0.0109 mol ส่ วนลิเทียมเป็ นสารกาหนดปริมาณ ตัวอย่ าง ปฏิกิริยาการเตรี ยมก๊าซ NO2 สามารถเตรี ยมได้ดงั นี้ 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) ถ้ามี NO 30 g และ O2 8 g จงหาว่าสารใดเป็ นสาร กาหนดปริ มาณ * หาจานวนโมล ของสารที่นอ้ ยที่สุด ตัวอย่ าง ก๊าซ H2 4 g รวมตัวกับ O2 ในอากาศ 6.4 g ได้น้ า 10.4 g จงเขียนสมการเคมี และสารใดเป็ นสารกาหนดปริ มาณ ตัวอย่ าง เมื่อนา HCl เข้มข้น 0.5 mol/dm3 ปริ มาตร 150 cm3 ทาปฏิกิริยาสะเทิน กับเบส NaOH เข้มข้น 0.5 mol/dm3 ปริ มาตร 200 cm3 ได้ผลิตภัณฑ์ เป็ นเกลือและน้ า จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยานี้ พร้อมหาตัวกาหนด ปริ มาณ และได้เกลือเป็ นผลิตภัณฑ์หนักกี่กรัม การคานวณจากสมการเคมีที่เกี่ยวข้องมากกว่า 1 สมการ อธิบายจากสมการที่เกิดขึ้นหลายๆ สมการ หาตัวร่ วมจากสมการ รวมสมการที่ได้ หาสิ่ งที่โจทย์อยากรู้ จงคานวณหามวลของคลอรี นที่ตอ้ งใช้ในการเกิดคาร์บอนเตตระคลอไรด์ 5 kg จากการเปลี่ยนแปลงดังสมการ CS2(l) + 3Cl2(g) S2Cl2(l) + CCl4(l) 8S2Cl2(l) + 4CS2(l) 3S8(s) + 4CCl4(l) ## รวมสมการทั้งสองสมการเข้าด้วยกัน โดยทาจานวนโมลของสารที่เป็ นตัวร่ วมของทั้ง สองสมการให้เท่ากัน S2Cl2 ผลผลิตตามทฤษฎี และผลผลิตร้ อยละ ผลผลิตตามทฤษฎี (theoretical yield) ปริมาณของผลผลิตทีอ่ าจเกิดขึน้ ได้ มากทีส่ ุ ด เป็ นค่ าทีไ่ ด้ จาก การคานวณปริมาณผลผลิตตามสมการเคมี(ทีด่ ุลแล้ ว) ผลผลิตแท้ จริง (actual yield) ปริมาณของผลผลิตที่เกิดขึน้ จริงหรือได้ จากการทดลอง ซึ่งวัดหรือชั่งได้ จากการทดลองจะน้ อยกว่ าผลผลิตตามทฤษฎี เกือบเสมอไป (น้ อยครั้งมากทีจ่ ะเท่ ากัน แต่ มีมากกว่ าไม่ ได้ ) ผลผลิตร้ อยละ = ผลผลิตจริง x 100 (percentage yield) ผลผลิตตามทฤษฎี Ex เมื่อนา C2H4 1.93 กรัม มาเผาไหม้ กบั ออกซิเจนที่มากเกินพอ พบว่ า CO2 เกิดขึน้ เพียง 3.44 กรัม เท่ านั้น จงคานวณผลผลิตร้ อยละของ CO2 นี้ ( C = 12.0 , H = 1.0 , O = 16.0 ) วิธีทา สมการทีด่ ุลของปฏิกริ ิยานีค้ อื C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O จากสมการ 1 mol 2 mol คิดเป็ น 28.0 g 88.0 g C2H4 28.0 g เกิด CO2 88.0 g C2H4 1.93 g เกิด CO2 X g X = (88.0 g) (1.93g) (28.0g) CO2 = 6.07 g CO2 6.07 g นี้ คือ ผลผลิตตามทฤษฎี แต่ การทดลองพบ CO2 เกิดเพียง 3.44 g คือ ผลผลิตแท้ จริง ผลผลิตร้ อยละของ CO2 = 3.44 x 100 6.07 = 56.67 % ตัวอย่ าง นิสิตคนหนึ่งทาการทดลองโดยใช้บิวทานอล (C4H9OH) หนัก 15 กรัม โซเดียมโบรไมด์ (NaBr) หนัก 25.6 กรัม และกรดซัลฟิ วริ กเข้มข้น หนัก 35.8 กรัม เป็ นตัวทาปฏิกิริยา ดังสมการ C4H9OH + NaBr + H2SO4 C4H9Br + NaHSO4 + H2O จงหาผลได้ตามทฤษฎีของปฏิกิริยานี้ ถ้าการทดลองของนิสิตได้ บิวทิลโบรไมด์ (C4H9Br) หนัก 24.8 กรัม จะมีผลได้ร้อยละเท่าใด (C=12, H=1, O=16, S=32, Br=80) ดุลสมการก่อน C4H9OH + NaBr + H2SO4 C4H9Br + NaHSO4 + H2O หาผลได้ตามทฤษฎี หา mol C4H9OH 15 = 0.2 mol NaBr 25.6 = 0.25 mol H2SO4 35.8 = 0.37 74 103 98 ** จากสมการแสดงว่า C4H9OH เป็ นสารกาหนดปริ มาณ C4H9OH 1 mol เกิดเป็ น C4H9Br 1 mol ถ้า C4H9OH 0.2 mol ” ” = 0.2 mol C4H9Br คิดเป็ น 0.2 x 137 = 27.4 กรัม ดังนั้นผลตามทฤษฎีของ C4H9Br = 27.4 กรัม หาผลผลิตร้อยละ ผลผลิตร้อยละ = ผลผลิตจริ ง x 100 ผลได้ตามทฤษฎี = 24.8 x 100 = 90.51 27.4 ดังนั้น ผลผลิตร้อยละ = 90.51 แบบฝึ กหัดท้ ายบท จงคานวณจานวนโมลของ Sn 17.5 g วิธีทา ใช้ สูตร โมล = น้าหนักเป็ นกรัม น้าหนักอะตอม Sn 17.5 g = 17.5 g 118.7 g/mol = 0.147 mol แบบฝึ กหัดท้ ายบท จงคานวณมวลเป็ นกรัมของเมทิลแอลกอฮอล์ (CH3OH) 0.20 mol วิธีทา CH3OH 0.20 mol = = (0.20 mol) (32 g/mol) 6.40 g แบบฝึ กหัดท้ ายบท เบนซีน (C6H6) 6.0 g มีจานวนโมเลกุลเท่ าใด วิธีทา C6H6 6.0 g = (6.0 g) (6.02 x 1023 molecule/mol) (78 g/mol) = 4.62 x 1022 molecule แบบฝึ กหัดท้ ายบท ออกไซด์ หนึ่งมีไนโตรเจน 30.4 % เป็ นองค์ ประกอบ จงหาสู ตรเอมพิริกลั ของสารนี้ วิธีทา มี N 30.4 % มี 0 = 100 - 30.4 = 69.6 % อัตราส่ วนโดยนา้ หนัก N : O = 30.4 : 69.6 อัตราส่ วนโดยโมลของ N : O = 30.4 : 69.6 14 16 = 2.17 : 4.35 = 1 : 2 สู ตรเอมพิริกลั หรือสู ตรอย่ างง่ ายของสารนีค้ อื NO2 แบบฝึ กหัดท้ ายบท ไดไนโตรเจนเพนตะออกไซด์ (N2O5) 25.0 g มี ไนโตรเจนอะตอมกีโ่ มลและกีก่ รัม วิธีทา N2O5 25.0 g = 25.0 g = 0.231 mol 108 g/mol N2O5 1 mol มี N อยู่ 2 mol N2O5 0.231 mol มี N อยู่ = (2 mol)(0.231 mol) = 0.462 mol (1 mol) = (0.462 mol) (14.0 g/mol) = 6.47 g แบบฝึ กหัดท้ ายบท เอทิลนี โบรไมด์ (C2H4Br2) ทาปฏิกริ ิยาเผาไหม้ กบั ตะกัว่ (Pb) ดังสมการ ถ้ าใช้ C2H4Br2 0.80 mol ทาปฏิกริ ิยากับ Pb 145.0 g และมีออกซิเจนที่มากเกินพอ C2H4Br2 + Pb + O2 --------> PbBr4 + CO2 + H2O ก. สารใดเป็ นสารกาหนดปริมาณ ข. มีสารใดเหลือและเหลือกีก่ รัม ค. O2 ถูกใช้ ไปกีโ่ มล ง. มี CO2 เกิดขึน้ กีล่ ติ ร STP จ. ถ้ า PbBr4 ที่รวบรวมได้ จากการทดลองมีเพียง 190.0 g จงหาผลผลิตร้ อยละของสารนี้ แบบฝึ กหัดท้ ายบท ได้ สมการทีด่ ลุ แล้ วดังนี้ 2C2H4Br2 + Pb + 6O2 -----> PbBr4 + 4CO2 + 4H2O ก. Pb 145.0 g = 145.0 g 207.2 g/mol = 0.700 mol จากสมการทีด่ ุล C2H4Br2 ทาปฏิกริ ิยากับ Pb ในอัตราส่ วน mol : mol = 2:1 จะเห็นได้ ว่า C2H4Br2 เป็ นสารกาหนดปริมาณ แบบฝึ กหัดท้ ายบท ข. C2H4Br2 2 mol ทาปฏิกริ ิยากับ Pb 207.2 g C2H4Br2 0.80 mol ทาปฏิกริ ิยากับ Pb (207.2 g)(0.80 mol) 2 mol = 82.88 g Pb เหลือ = 145.0 - 82.88 = 62.1 g แบบฝึ กหัดท้ ายบท ค. O2 ใช้ ไป ง. CO2 เกิดขึน้ = (0.80 mol) (6) 2 = 2.4 mol = (0.80 mol) (4) 2 = 1.60 mol = (1.60 mol)(22.4 l/mol ที่ STP) = 35.84 l ที่ STP แบบฝึ กหัดท้ ายบท จ. จากสมการที่ดุลได้ PbBr4 = (0.80 mol)(1) = 0.40 mol 2 = (0.40 mol)(527.2 g/mol) = 210.9 g = ผลผลิตตามทฤษฎี ผลผลิตร้ อยละ = ผลผลิตจริง x 100 ผลผลิตตามทฤษฎี = (190.0 g)(100) 210.9 g = 90.48 แบบฝึ กหัดท้ ายบท จากการทดลองเตรียม C6H5Br จากปฏิกริ ิยาของ C6H6 และ Br2 เกิดขึน้ ตาม สมการ C6H6 (l) + Br2 (g) C6H5Br (l) + HBr (g) การทดลองนีม้ ีผลผลิตจากปฏิกริ ิยาข้ างเคียงเกิดขึน้ ด้ วยคือ C6H4Br2 จงหา ก. เมื่อใช้ C6H6 15.0 g จงคานวณหาผลผลิตตามทฤษฎีของ C6H5Br ข. ถ้ าการทดลองนีม้ ี C6H4Br2 เกิดขึน้ 2.50 g จงคานวณหานา้ หนักของ C6H6 ที่ไม่ เปลีย่ นเป็ น C6H5Br ค. จงคานวณหาผลผลิตจริงของ C6H5Br ง. จงคานวณหาผลผลิตร้ อยละของ C6H5Br