ปริมาณสารสัมพันธ์ Stoichiometry

สัมพันธ์ระหว่างปริมาณ จำนวนโมลกับ มวลของสาร จำนวนโมลกับ อนุภาคของสาร ปริมาตรต่อโมล ของแก๊ส โมล มวลอะตอม มวลโมเลกุล มวลเป็นร้อยละจากสูตร ปริมาณสัมพันธ์ การเตรียมสารละลาย การคำนวณเกี่ยว กับสูตรเคมี สารละลาย สมการเคมีและความ สัมพันธ์ระหว่างปริมาณ สารในปฏิกิริยาเคมี ความเข้มข้นของ สารละลาย สมบัติของ สารละลาย สารกำหนดปริมาณ สูตรเอมพิริคัลและ สูตรโมเลกุล การคำนวณปริมาณสารในปฏิกิริยาเคมี ปริมาตรของแก๊ส มวลของสาร ผลได้ร้อยละ จำนวนอนุภาคของสาร

Stoichiometry มาจากคำผสมกรีกสองคำ Stoichion แปลว่า ธาตุ metron แปลว่า การวัด ใช้ระบุความสัมพันธ์เชิงปริมาณขององค์ประกอบของสารและปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้อง ปริมาณสารสัมพันธ์ หมายถึง เรื่องราวของวิชาเคมี(ธาตุ) ที่เกี่ยวข้องกับปริมาณของสารตั้งต้น และสารผลิตภัณฑ์ ตลอดจนปริมาณของพลังงานของสารที่เปลี่ยนแปลงไปในปฏิกิริยาเคมี

ความสำคัญและประโยชน์

สามารถใช้คาดคะเนปริมาณของสารที่จะต้องใช้เป็นสารตั้งต้น เพื่อที่จะได้ผลิตผลที่มีปริมาณ ตามต้องการ 2. สามารถนำไปตีความหรืออธิบายผลจากเคมีวิเคราะห์

3. สามารถนำไปใช้ประกอบการเลือกปฏิกิริยาที่ ประหยัดที่สุดในทางอุตสาหกรรมและทางการค้า สามารถบอกได้ว่าตัวทำปฏิกิริยาใดทำปฏิกิริยา จนหมดหรือตัวทำปฏิกิริยาใดจะเหลือ เป็นต้น

1.1 อะตอม โมเลกุล ไอออน และสูตรเคมี

อะตอม (atom) อนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุไม่สามารถชั่งหามวลได้โดยตรง การหามวลอะตอมจึงใช้วิธีการเปรียบเทียบกับมวลของธาตุที่กำหนดเป็นมาตรฐาน

พบว่ามวลของธาตุ 1 อะตอมมีค่าน้อยมาก ไม่สะดวกในการนำไปคำนวณหาปริมาณสาร จึงกำหนดมวลที่ใช้เปรียบเทียบค่ามาตรฐาน เริ่มต้นใช้มวลของธาตุ H ซึ่งเป็นธาตุที่เบาที่สุด ใช้ มวล 1/16 ของมวลออกซิเจน ตกลงใช้มวล 1/12 ของมวลธาตุคาร์บอน-12 เป็นค่า มาตรฐาน ใช้เปรียบเทียบหามวลอะตอม

มวลอะตอม (atomic mass) คือ ตัวเลขที่ได้จากการเปรียบเทียบมวล 1 อะตอม หรือ 1.66 x 10-24 g มวลอะตอมของธาตุ = มวลของธาตุ 1 อะตอม (g) 1.66 x 10-24 g = มวลของธาตุ 1 อะตอม 1 amu

ธาตุ C-12 1 อะตอม มีมวลเท่ากับ 12 หน่วยมวลมาตรฐาน (amu) atomic mass unit ดังนั้น 12 amu = มวลของ C-12 1 อะตอม 1 amu = 1/12 มวลของ C-12 1 อะตอม = 1.66 x 10-24 g

ตัวอย่างโจทย์ ธาตุ X 3 อะตอมมีมวลเป็น 2 เท่าของธาตุ C 5 อะตอม จงหามวลอะตอมของ X และมวลของ X 1 อะตอม ถ้า C มีมวลอะตอม = 12 ธาตุ C 1 อะตอมมีมวล = 12 amu ธาตุ C 5 อะตอมมีมวล = 5 x 12 = 60 amu แล้วธาตุ X 3 อะตอม มีมวลเป็น 2 เท่าของ C = 2 x 60 = 120 amu ดังนั้น X 1 อะตอมมีมวล = 120/3 = 40 amu ธาตุ X มีมวลอะตอม = 40 ดังนั้น ธาตุ X 1 อะตอม มีมวล = 40 x 1.66 x 10-24 g = 6.64 x 10-23 g

มวลอะตอมเฉลี่ย ธาตุส่วนใหญ่ในธรรมชาติมีหลายไอโซโทป แต่ละไอโซโทปมีปริมาณมากน้อยต่างกัน ดังนั้นค่ามวลอะตอมของธาตุใดๆในตารางธาตุจึงเป็นค่ามวลอะตอมเฉลี่ย ซึ่งขึ้นอยู่กับค่ามวลอะตอมและปริมาณของแต่ละไอโซโทปที่พบอยู่ในธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์จึงหามวลอะตอมและปริมาณของไอโซโทปของแต่ละธาตุ โดยใช้เครื่องมือเรียกว่า “แมสสเปกโตรมิเตอร์” ทำให้ได้ค่าที่มีความถูกต้องแน่นอนสูง มวลอะตอมเฉลี่ย = ( มวลอะตอมของธาตุ x %ไอโซโทปในธรรมชาติ) 100

โมเลกุล (molecule) หน่วยโครงสร้างที่เล็กที่สุดของธาตุหรือสารประกอบที่สามารถอยู่ได้โดยอิสระและยังคงมีสมบัติของธาตุหรือสารประกอบนั้น ๆ โดยสมบูรณ์

โมเลกุลอะตอมเดี่ยว (monoatomic molecule) เช่น ก๊าซมีตระกูลหรือก๊าซเฉื่อย (noble or inert gas) ได้แก่ He, Ne, Kr, Xe และ Rn โมเลกุลอะตอมคู่ (diatomic molecule) homonuclear molecule เช่น H2 , O2 และ N2 heteronuclear molecule เช่น HCl และ CO

โมเลกุลที่มีมากกว่าสองอะตอม (polyatomic molecule) homonuclear molecule เช่น P4 และ S8 heteronuclear molecule เช่น H2O และ C6H12O6

มวลโมเลกุล เมื่อธาตุต่างกันอย่างน้อย 2 ชนิดมารวมกันจะได้สารประกอบ(สูตรเคมี) เราสามารถคำนวณมวลของสารประกอบได้ เรียกว่า “มวลโมเลกุล” การคำนวณหามวลโมเลกุลหาจาก ผลรวมของมวลอะตอม x จำนวนอะตอม(หรือ ผลรวมของมวลอะตอมของแต่ละธาตุในสารประกอบ) เช่น CO2 1 โมเลกุล ประกอบด้วย C 1อะตอม O 2 อะตอม H2SO4 1 โมเลกุล ประกอบด้วย H 2 อะตอม S 1อะตอม O 4อะตอม

มวลโมเลกุลของเกลือผลึก เกลือผลึกจะมีน้ำเกาะติดกับเกลือผลึก(สารประกอบไอออนิก) สูตรทั่วไปของเกลือผลึก M.nH2O การคำนวณมวลโมเลกุล M.nH2O = มวลโมเลกุล M + n(มวลโมเลกุลของH2O)

คำถามทิ้งท้าย สารประกอบชนิดหนึ่ง 100 โมเลกุล หนัก X กรัม และ C-12 10 อะตอม หนัก Y กรัม จงหามวลโมเลกุลของสารประกอบนี้ ถ้ามวลสูตร KMnO4 = 158 จงคำนวณหามวลอะตอมของ Mn

ไอออน (ion) อะตอมหรือกลุ่มอะตอมที่มีประจุไฟฟ้า เกิดจากโครงสร้างภายในของอะตอมหรือกลุ่มอะตอมมีจำนวนอิเล็กตรอนมากหรือน้อยกว่าจำนวนโปรตอน ไอออนลบ (negative ion หรือ anion) เช่น F- Cl- O2- ไอออนบวก (positive ion หรือ cation) เช่น Na+ Ca2+

เนื่องจากไอออนเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอิเล็กตรอนในอะตอมหรือกลุ่มอะตอม ซึ่งอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีมวลน้อยมาก ไม่มีผลต่อมวลของอะตอมที่เป็นองค์ประกอบ ดังนั้นมวลของไอออนจึงคำนวณจากมวลอะตอมของธาตุองค์ประกอบในไอออนนั้นๆ NH4+ มีมวลไอออน = 14 + (4x1) = 18 CO32- มีมวลไอออน = 12 + (3x16) = 60 Br มีมวลอะตอม= 80 Br- มีมวลไอออน = 80

ตัวอย่าง KNO3 1.01 g จะประกอบด้วย K+ และ NO3- อย่าง ละกี่กรัม 39 x 1.66 x 10-24 g ตัวอย่าง KNO3 1.01 g จะประกอบด้วย K+ และ NO3- อย่าง ละกี่กรัม มวลโมเลกุลของ KNO3 = 101 มวล K+ ไอออน = มวลอะตอม K = 39 มวล NO3- ไอออน = 62 ดังนั้น KNO3 101 กรัม ประกอบด้วย K+ ไอออน 39 กรัม ถ้า 1.01 กรัม ประกอบด้วย K+ ไอออน 0.39 กรัม

KNO3 101 กรัม ประกอบด้วย NO3- 62 กรัม

สูตรเคมี (chemical formula) กลุ่มสัญลักษณ์ของธาตุหรือสารประกอบ เช่น H2O2 เป็นสูตรเคมีของสารประกอบ ซึ่ง 1 โมเลกุลประกอบด้วย H และ O อย่างละ 2 อะตอม

สูตรเคมีจำแนกออกเป็น 3 ประเภท สูตรเคมีจำแนกออกเป็น 3 ประเภท สูตรอย่างง่าย (empirical formula) สูตรโมเลกุล (molecular formula) สูตรโครงสร้าง (structural formula)

สูตรอย่างง่าย (empirical formula) สูตรที่บอกถึงอัตราส่วนของอะตอมของธาตุต่าง ๆ ในสูตร เช่น NaCl, H2O และ Na2CO3 สูตรอย่างง่ายหาได้จากการทดลอง

สูตรโมเลกุล (molecular formula) บอกถึงจำนวนอะตอมที่แท้จริงในโมเลกุลนั้น เช่น H2O เป็นสูตรโมเลกุล เพราะน้ำ 1 โมเลกุล ประกอบด้วย H 2 อะตอม และ O 1 อะตอม

สูตรโครงสร้าง (structural formula) สูตรซึ่งบอกรายละเอียดว่าอะตอมต่าง ๆ ในโมเลกุลจับกันอย่างไรหรือเกิดพันธะอย่างไร เช่น CH4 H H C H

การคำนวณหา สูตรเอมพิริกัล และสูตรโมเลกุล

การคำนวณหาสูตรเอมพิริกัล ต้องทราบว่าสารประกอบนั้นประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง อัตราส่วนโดยน้ำหนักของธาตุทั้งหมดที่ มีอยู่เป็นอย่างไรและน้ำหนักอะตอมของแต่ละธาตุด้วย

การหาสูตรเอมพิริกัล ต้องรู้มวลของธาตุที่รวมพอดีกัน หาอัตราส่วนโดยโมลอะตอมของธาตุที่รวมพอดีกัน โดยนำมวลอะตอมไปหารรวมมวลธาตุ ทำให้เป็นอัตราส่วนต่ำสุดและจำนวนเต็ม = อัตราส่วนโดยโมลที่ธาตุรวมพอดีกัน = อัตราส่วนโดยจำนวนอะตอม 4. เขียนสัญลักษณ์ของแต่ละธาตุ แล้วนำจำนวนอะตอมในข้อ 3 มาใส่ที่มุม ขวาล่างของสัญลักษณ์ จะได้สูตรอย่างง่าย

การคำนวณหาสูตรเอมพิริกัล เมื่อได้สูตรเอมพิริกัลแล้วจะคำนวณหาสูตรโมเลกุลได้ เมื่อทราบน้ำหนักโมเลกุลของสารประกอบนั้น ๆ มวลโมเลกุล = (มวลสูตรเอมพิริกัล)n โดย n = 1, 2, 3,…

การคำนวณหาสูตรเอมพิริกัล Ex จากการวิเคราะห์สารประกอบชนิดหนึ่ง พบว่าประกอบด้วยกำมะถันและออกซิเจนมีร้อยละโดยน้ำหนักของกำมะถันเป็น 50.05 และออกซิเจน 49.95 ถ้าน้ำหนักโมเลกุลของสารประกอบนี้เท่ากับ 64 จงคำนวณหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุล ( S = 32, O = 16 )

50.05 49.95 : 32 16 1.56 3.12 1.56 1.56 วิธีทำ อัตราส่วนโดยน้ำหนักของ วิธีทำ อัตราส่วนโดยน้ำหนักของ S : O = 50.05 : 49.95 อัตราส่วนโดยจำนวนของอะตอม S : O = = 1.56 : 3.12 ทำให้เป็นอัตราส่วนที่เป็นเลขน้อย ๆ โดยการหารตลอดด้วย 1.56 = S : O = 1 : 2 50.05 49.95 32 16 : 1.56 3.12 1.56 1.56

การคำนวณหาสูตรเอมพิริกัล สูตรเอมพิริกัล คือ SO2 สูตรโมเลกุล เป็น (SO2) n (SO2) n = 64 (32 + 16 x 2) n = 64 n = 1 ดังนั้นสูตรโมเลกุล คือ SO2

โมล (mole) เป็นหน่วยบอกจำนวนอนุภาค/ปริมาณของสาร ซึ่งหมายถึง อะตอมของคาร์บอน-12 ที่มีมวล 12 กรัมปริมาณของสารที่มีจำนวนอนุภาคเท่ากับจำนวนโดย 1 โมล มีค่าเท่ากับ 6.02 x 1023 อนุภาค เลขจำนวนนี้เรียกว่าเลข อาโวกาโดร (Avogadro’s number)

โมล สาร 1 โมล คือ ปริมาณสารที่มีจำนวนอนุภาคเท่ากับจำนวนอะตอมของ C-12 ที่มีมวล 12 กรัมอนุภาคนี้ได้แก่ อะตอม โมเลกุล ไอออน เป็นต้น หรือ มวลของสารที่มีจำนวนอนุภาคเท่ากับ 6.02 x 1023 อนุภาค คือ เลขอาโวกาโดร ใช้สัญลักษณ์เป็น “mol”

C-12 หนัก 12 x 1.66 x 10-24 กรัม จะมีจำนวนอะตอม 1 อะตอม C-12 หนัก 12 กรัม จะมีจำนวนอะตอม = 12 x 1/(12 x 1.66 x 10-24) ดังนั้น C-12 12 กรัม จะมี C-12 จำนวน = 1/1.66 x 10-24 = 6.02 x 1023 อะตอม

การนำโมลไปใช้ ถ้าอนุภาค คือ โมเลกุล เรียกว่า โมลโมเลกุล ถ้าอนุภาค คือ โมเลกุล เรียกว่า โมลโมเลกุล ถ้าอนุภาค คือ อะตอม เรียกว่า โมลอะตอม ถ้าอนุภาค คือ ไอออน เรียกว่า โมลไอออน ถ้าอนุภาค คือ อิเล็กตรอน เรียกว่า โมลอิเล็กตรอน

เช่น Zn 1 โมลอะตอมมีจำนวนอะตอม = 6.02 x 1023 อะตอม H2 1 โมลโมเลกุล มีจำนวนโมเลกุล = 6.02 x 1023 โมเลกุล สาร 2 โมล มี 6.02 x 1023 x 2 อนุภาค สาร 0.5 โมล มี 6.02 x 1023 x 0.5 อนุภาค ก๊าซออกซิเจน(O2) 1 โมล หมายถึง 1 โมลโมเลกุล มีออกซิเจน 6.02 x 1023 โมเลกุล โซเดียม(Na) 1 โมล หมายถึง 1 โมลอะตอม มีโซเดียม 6.02 x 1023 อะตอม

จำนวนโมลกับมวลของสาร สารใดๆ 1 โมล(อะตอม) มีมวลเท่ากับ มวลอะตอม (กรัม) สารใดๆ 1 โมล(โมเลกุล) มีมวลเท่ากับ มวลโมเลกุล(กรัม) ธาตุ Na มีมวลอะตอม 23 ดังนั้น จำนวนโมลของ Na 1 โมล(อะตอม) มีมวล = 23 g ก๊าซ O2 มีมวลโมเลกุลเท่ากับ 16 x 2 = 32 ดังนั้นจำนวนโมลของ O2 1 โมล(โมเลกุล) มีมวล = 32 g ซัลเฟตไอออน(SO42-) 1 โมล มีมวล = 32 + (16x4) = 96 g

โมลอะตอม 1 โมลอะตอม มีจำนวนอะตอม = 6.02 x 1023 อะตอม ถ้านำไปชั่งจะหนัก = มวลอะตอม (หน่วยกรัม)

Ex. Al 40.5 กรัม จะมีกี่โมล และมีกี่อะตอม(Al=27) หาจำนวนโมลของ Al 40.5 g จาก Al = 27 แสดงว่า Al มวล 27 g คิดเป็น 1 โมล ถ้า Al มวล 40.5 g = 40.5 x 1 = 1.5 โมล 27 จำนวนโมล Al = มวลของ Al กรัม มวลอะตอมของ Al ดังนั้น จำนวนโมล = มวลของธาตุ(กรัม) มวลอะตอม

จำนวนอะตอม = จำนวนโมลอะตอม x 6.02 x 1023 อะตอม หาจำนวนอะตอมของ Al มี Al = 1.5 โมลอะตอม Al 1 โมลอะตอมมี = 6.02 x 1023 อะตอม ถ้า Al 1.5 โมลอะตอมมี = 1.5x 6.02 x 1023 = 9.03x1023 อะตอม จำนวนอะตอม = จำนวนโมลอะตอม x 6.02 x 1023 อะตอม

คำถามชวนคิด ธาตุ S จำนวน 1.2 x 1024 อะตอม จะมีกี่โมล และมีมวลเท่าไร (S=32) ต้องชั่ง Fe มากี่กรัม จึงจะมีจำนวนอะตอมเท่ากับ C 45 กรัม (Fe=56,C=12) ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์(CO2) 5 โมล จะมีมวลกี่กรัม จงคำนวณหาจำนวนโมลของสารต่อไปนี้ ก. ธาตุโพแทสเซียม(K) จำนวน 7.77 x 1022 อะตอม ข. ไอโอดีนโมเลกุล(I2) จำนวน 5.34 x 1025 โมเลกุล ค. โพแทสเซียมไอโอไดด์(KI) จำนวน 1.25 x 1021 โมเลกุล

จำนวนโมล (mol) = น้ำหนักของสาร (กรัม) น้ำหนักอะตอมหรือน้ำหนักโมเลกุล

คำว่าโมลอาจใช้ได้กับสารหลายๆ อย่างแล้วแต่สิ่งที่อ้างถึง เป็นต้นว่า อะตอม และโมเลกุล หรือไอออน อิเล็กตรอน ## ต้องระวังเป็นพิเศษที่จะต้องบอกถึงสิ่งที่อ้างถึง เช่น ออกซิเจน 1 โมลอะตอมจะมี 6.02 x 1023 อะตอม และมีน้ำหนัก 16 g ส่วนออกซิเจน 1 โมลโมเลกุล จะมี 6.02 x 1023 โมเลกุล และมีน้ำหนัก 32 g สารประกอบไอออนิก 1 โมล มีปริมาณเท่ากับ 6.02 x 1023 หน่วย เช่น CaCl2 1 โมล จะมี CaCl2 จำนวน 6.02 x 1023 หน่วย ซึ่งความจริงประกอบด้วย Ca2+ 6.02 x 1023 ไอออน (Ca 2+ 1 โมล)และ Cl- 2(6.02 x 1023) ไอออน(Cl- 2 โมล)

Ex ถ้ามีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) หนัก 9.24 g จงคำนวณหา ค.    จำนวนโมลของแต่ละธาตุใน คาร์บอนไดออกไซด์จำนวนนี้ ง.    จำนวนอะตอมของแต่ละธาตุ ( C = 12.0 O = 16.0 )

วิธีทำ น้ำหนักโมเลกุลของ CO2 = 12.0 + ( 2 x 16.0 ) = 44.0 จำนวนโมลของ CO2 = 9.24 44.00 = 0.210 mol

ข.   CO2 1 mol มี 6.02 x 1023 โมเลกุล CO2 0.210 mol มี 0.210 x 6.02 x 1023 โมเลกุล = 1.26 x 1023 โมเลกุล

ค.      ใน 1 โมเลกุลของ CO2 มี C 1 อะตอม และ O 2 อะตอม ดังนั้น CO2 1 mol จึงประกอบด้วย C 1 mol และ O 2 mol CO2 0.210 mol จึงประกอบด้วย C 0.210 x 1 = 0.210 mol และ O 0.210 x 2 = 0.420 mol

CO2 1 โมเลกุล ประกอบด้วย C 1 อะตอม ถ้า CO2 1.26 x 1023 โมเลกุลจะมี C =1 x 1.26 x 1023 อะตอม CO2 1 โมเลกุล ประกอบด้วย O 2 อะตอม ถ้า CO2 1.26 x 1023 โมเลกุล จะมี O = 2 x 1.26 x 1023 = 2.52 x 1023 อะตอม

โมล โมลไอออน เช่น Ca2+ 1โมลไอออน โมลโมเลกุล เช่น H2 1โมลโมเลกุล มีจำนวนไอออน = 6.02 x 1023 โมลโมเลกุล เช่น H2 1โมลโมเลกุล มีจำนวนโมเลกุล = 6.02 x 1023 โมล โมลอะตอม เช่น Na 1โมลอะตอม มีจำนวนอะตอม = 6.02 x 1023

สาร จำนวนโมล มวลอะตอม/มวลโมเลกุล จำนวนอนุภาค N2 1 28 6.02x1023โมเลกุล H2SO4 2 98 2 x 6.02x1023โมเลกุล Mg 3 24.3 3 x 6.02x1023 อะตอม NH4+ 0.1 18 0.1 x 6.02x1023ไอออน HCO3- 1.5 61 1.5x 6.02x1023 ไอออน

โมลโมเลกุล 1โมลโมเลกุล (1mol) จำนวน6.02x1023โมเลกุล มวลของสาร = มวลโมเลกุลมีหน่วยเป็นกรัม ปริมาตรของก๊าซ 22.4 dm3 ที่ STP

จำนวนโมลของแก๊ส = ปริมาตรแก๊สที่ STP การคำนวณเกี่ยวกับโมล การคำนวณโมล – กรัม จำนวนโมล = น้ำหนักสาร (กรัม) น้ำหนักอะตอมหรือน้ำหนักโมเลกุล การคำนวณโมลของแก๊ส จำนวนโมลของแก๊ส = ปริมาตรแก๊สที่ STP 22.4 ลิตร (dm3) (STP = ความดัน 1 atm อุณหภูมิ 273.15 K)

Ex. มวลโมเลกุล SO2=64, CCl4=154, NaOH=40 SO2 1 โมล มี 6.02x1023 โมเลกุลมีมวล 64 g มีปริมาตร 22.4 dm3 ที่ STP CCl4 1 โมล มี 6.02x1023 โมเลกุลมีมวล 154 g ปริมาตรไม่สามารถระบุได้ (มีสถานะเป็นของเหลว) NaOH 1 โมล มี 6.02x1023 โมเลกุลมีมวล 40 g ปริมาตรไม่สามารถระบุได้ (มีสถานะเป็นของแข็ง)

จงคำนวณน้ำตาลกลูโคส 3x1024 โมเลกุล มีกี่โมล ถ้า ”------------” 3.01x1024 โมเลกุล ”-----” = 1x 3.01x1024 6.02x1023 ดังนั้นน้ำตาลกลูโคส 3.01x1024 โมเลกุล = 5 โมล ดังนั้น จำนวนโมล = จำนวนโมเลกุล 6.02x1023

H2SO4 มวล 196 g มีกี่โมล (H=1,S=32,O=16) หามวลโมเลกุล H2SO4 = (1x2 + 32 +16x4) = 98 H2SO4 98 g คิดเป็น 1 mol H2SO4 196 g ” = 1x196 = 2 mol 98 ดังนั้น จำนวนโมล = มวลของสารเป็นกรัม มวลโมเลกุล

ก๊าซ O2 22.4 dm3 คิดเป็น 1 mol ” 38 dm3 ”---------” = 1x38 22.4 ก๊าซออกซิเจน ปริมาตร 38 dm3 ที่ 0oC ความดัน 1 atm มีจำนวนโมลเท่าไร ก๊าซ O2 22.4 dm3 คิดเป็น 1 mol ” 38 dm3 ”---------” = 1x38 22.4 = 1.7 mol ดังนั้น จำนวนโมล = ปริมาตรที่ STP 22.4 dm3

การคำนวณโมลของแก๊ส ตัวอย่าง จงหามวลของแก๊ส cyclopropane (C3H6) ปริมาตร 1.00 L ที่ STP (น้ำหนักอะตอม : C = 12.0, H = 1.0) จำนวนโมลของ C3H6 = ปริมาตรแก๊สที่ STP 22.4 L.mol-1 = 1.00 L 22.4 L.mol-1 = 0.045 mol

การคำนวณโมลของแก๊ส จำนวนโมลของแก๊ส = น้ำหนักแก๊ส (g) น้ำหนักโมเลกุล

ไอน้ำ 2.25 โมล มีปริมาตรกี่ลูกบาศก์เดซิเมตร ที่STP ตัวอย่าง จงหาจำนวนโมลของแก๊สโอโซน(O3) ปริมาตร 10 ลูกบาศก์เดซิเมตร ที่ STP O3 22.4 dm3 คิดเป็น 1 mol ถ้า O3 10 dm3 คิดเป็น 1 x 10 = 0.45 mol 22.4 ดังนั้นจำนวนโมลของแก๊สโอโซน 10 dm3 เท่ากับ 0.45 โมล ไอน้ำ 2.25 โมล มีปริมาตรกี่ลูกบาศก์เดซิเมตร ที่STP 50.4 dm3

ธาตุหรือสารประกอบในสภาพโมเลกุล ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนโมล มวล อนุภาค และปริมาตรที่ STP ของแก๊ส สามารถสรุปได้ดังนี้ ธาตุในสภาพอะตอม จำนวนโมล = มวล(g) = จำนวนอะตอม มวลอะตอม 6.02x1023 ธาตุหรือสารประกอบในสภาพโมเลกุล จำนวนโมล = มวล(g) = จำนวนโมเลกุล = ปริมาตรแก๊สSTP มวลโมเลกุล 6.02x1023 22.4 dm3 เขียนแทนด้วยสูตร n = m = N = VSTP M 6.02 x 10 23 22.4

โจทย์ท้าทายความคิด ก๊าซชนิดหนึ่งมีสูตรโมเลกุล C3H8 ถ้าก๊าซนี้หนัก 2 กรัม จะมีปริมาตรเท่าใดที่ STP (C=12, H=1) ก๊าซชนิดหนึ่งเราใช้เครื่องมือตรวจนับจำนวนโมเลกุลได้ เท่ากับ 9.03 x 1023 โมเลกุล อยากทราบว่ามีปริมาตรกี่ลิตรที่ STP สารประกอบหนึ่งประกอบด้วย H 1 อะตอม N 1 อะตอม O 3 อะตอมสารนี้หนัก 31.5 กรัม จะมีกี่โมเลกุล เพนนิซิลินมีสูตรเคมีเป็น C16H18O4N2S 100 กรัม มีกี่โมเลกุล (C=12, H=1,O=16, N=14, S=32)

โจทย์ท้าทายความคิด ก๊าซอาร์กอน 1500 cm3 ที่STP หนักกี่กรัม (Ar = 39.95) ก๊าซออกซิเจน 71.45 g จะมีปริมาตรกี่ dm3 ที่ STP ก๊าซชนิดหนึ่งมีปริมาณ 448 cm3 ที่STP มีมวล 0.60 กรัม ก๊าซนี้น่าจะได้แก่ ก. NH3 ข.CH4 ค.C2H6 ง.CO2 แก๊ส X 67.2 ลิตร ที่ STP มีกี่อะตอม ถ้าแก๊ส X 1 โมเลกุล มี 3 อะตอม Fe4[Fe(CN)6]3 1.2 x10-6 โมล มี Fe กี่อะตอม

โจทย์ท้าทายความคิด S8 กี่กรัมจึงจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากับ SO2 6.4 กรัม แก๊สอีเทน (C2H6) ในข้อใดมีจำนวนโมเลกุลมากที่สุด ก.อีเทน 6 กรัม ข. อีเทน 0.4 โมล ค. อีเทน 1.83 x 1023 โมเลกุล ง. อีเทน 112 ลูกบาศก์เดซิเมตรที่ STP จงหาจำนวนโมลของออกซิเจนในโซดาซักผ้าที่มีสูตร Na2CO3.10H2O จำนวน 0.1 โมล สาร X 5 mol มีมวล 100 g สาร X มีมวลโมเลกุล เท่าใด

ก๊าซ G 2.5 dm3 ที่ STP มีกี่โมเลกุล CaHPO4 13.6 g มีออกซิเจนอยู่กี่อะตอม (Ca=40, H=1, P=31, O=16) ก๊าซ NO2 5.6 dm3 ที่ STP มีออกซิเจนประกอบอยู่กี่กรัม ก๊าซ B มีความหนาแน่นที่ STP = 0.75 g/dm3 จำนวน 2.408 x 1023 โมเลกุล จะมีมวลเท่าใด ก๊าซ A มีความหนาแน่นที่ STP = 0.45 g/dm3 จำนวน 3 g มีกี่โมล ก๊าซ X ปริมาตร 224 cm3 ที่STP มีมวล 0.08 g จงหามวลโมเลกุลของก๊าซ X

สมการเคมี สมการเคมีเป็นสิ่งที่เขียนแทนปฏิกิริยาเคมีบอกให้ทราบชนิดของสารที่เข้าทำปฏิกิริยากัน (reactants) และชนิดของสารที่เป็นผลผลิตของปฏิกิริยา (products) โดยเขียนสารที่เข้าทำปฏิกิริยากันไว้ทางซ้ายมือและสารที่เป็นผลิตผลไว้ทางขวามือของลูกศรที่มีทิศทางชี้ไปทางสารที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา

สมการเคมี สมการเคมีเขียนได้ 2 แบบ คือ สมการเคมีเขียนได้ 2 แบบ คือ สมการแบบโมเลกุล แสดงปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของสาร สมการโมเลกุลที่ดุลแล้วจะต้องมีจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุทั้งสองข้างลูกศรเท่ากัน  CH4 (g) +2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O(g)

ข. สมการไอออนิก นิยมใช้สำหรับปฏิกิริยาที่มีสารประกอบไอออนิกเข้ามาเกี่ยวข้อง จะเขียนเฉพาะไอออนและโมเลกุลที่จำเป็นและเกิดปฏิกิริยาเท่านั้น

เนื่องจากเป็นสารประกอบไอออนิก เมื่ออยู่ในน้ำ จะแตกตัวให้ไอออน เช่น สมการแบบโมเลกุล NaCrO2 + NaClO +NaOH Na2CrO4 + NaCl + H2O เนื่องจากเป็นสารประกอบไอออนิก เมื่ออยู่ในน้ำ จะแตกตัวให้ไอออน

Na+ ปรากฏอยู่ทั้งซ้ายมือและขวามือของสมการแสดงว่าไม่ได้เข้าร่วมในการทำปฏิกิริยา ดังนั้น สมการไอออนิกที่เขียนจึงไม่จำเป็นต้องเขียน Na+ ไว้ด้วย ดังนี้

การดุลสมการเคมี การดุลสมการอย่างง่าย 1. เริ่มจากโมเลกุลใหญ่สุด หรือโมเลกุลที่ประกอบด้วย ธาตุมากสุด 2. ดุลโลหะ 3. ดุลอโลหะ (ยกเว้น H และ O) 4. ดุล H และ O 5. ตรวจจำนวนทุกธาตุในสมการ 6. ถ้ายังไม่ดุลทำซ้ำข้อ 2-5 อีกครั้งหนึ่ง

การดุลสมการเคมี ตัวอย่าง Na2O2 + H2O  NaOH + O2 ข้อ 3 ไม่ต้องใช้ ข้อ 4 Na2O2 + 2H2O  2 NaOH + O2 ข้อ 5 H ไม่ดุล ข้อ 6 2Na2O2 + 2H2O  4 NaOH + O2

จงดุลสมการต่อไปนี้ 1. H3PO4 + CaO  Ca3(PO4)2 + H2O 2. NH4NO3  N2 + H2O + O2

หลักในการเขียนสมการเคมี ต้องเขียนสูตรเคมีของสารตั้งต้นแต่ละชนิดได้ ต้องทราบว่าในปฏิกิริยาเคมีหนึ่งเกิดสารผลิตภัณฑ์ใดขึ้นบ้าง และเขียนสูตรเคมีของสารผลิตภัณฑ์ได้ เมื่อเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาแล้วให้ทำสมการเคมีให้สมดุลด้วย คือทำให้จำนวนอะตอมของธาตุทุกชนิดทางซ้ายเท่ากับทางขวา โดยการเติมตัวเลขข้างหน้าสูตรเคมีของสารนั้นๆ เช่น N2 + H2 NH3 ยังไม่ได้ดุล N2 + 3H2 2NH3 สมการดุลแล้ว

ในการเขียนสมการเคมี ถ้าให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ควรบอกสถานะของสารแต่ละชนิดด้วย คือ ก๊าซ(gas) , เป็นสารละลายในน้ำ(aqueous) ,เป็นของแข็ง(solid) , เป็นของเหลว(liquid) เช่น CaC2(s) +2H2O(g) Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) การเขียนสมการเคมีบางครั้งจะแสดงพลังงานของปฏิกิริยาเคมีด้วย เช่น 2NH3(g) + 93kJ N2(g) + 3H2(g) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) + 889.5 kJ

สมการเคมีที่ควรทราบ โลหะ + กรด เกลือ + แก๊สไฮโดรเจน เช่น โลหะ + กรด เกลือ + แก๊สไฮโดรเจน เช่น Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 Fe + HCl FeCl2 + H2 ** โลหะส่วนหนึ่งที่ทำกับปฏิกิริยากับกรดแล้วให้ก๊าซ H2 เช่น Li, Fe, K, Na, Sr, Ca, Mg, Zn, Cr, Ni ฯลฯ ## โลหะบางชนิดไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไม่ให้แก๊ส H2 แต่ให้สารอื่น เช่น Cu + HNO3(เข้มข้น) Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2

2. กรด + สารประกอบคาร์บอเนต เกลือ + น้ำ + 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

การคำนวณที่เกี่ยวข้องกับสมการเคมี สมการเคมีบอกถึงสารที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเคมี ความสัมพันธ์เชิงปริมาณของสารต่างๆ ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาและสามารถคำนวณปริมาณของผลิตผลที่ได้จากปฏิกิริยาเคมี

ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารในสมการเคมี 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) บอกอัตราส่วนจำนวนโมล บอกจำนวนโมเลกุล จำนวนปริมาตร (เป็นแก๊ส)

ปริมาณสารสัมพันธ์ โมเลกุล 1 2 1 4 โมล 1 2 1 4 สมการที่ดุลแล้ว บอกให้ทราบ  ความสัมพันธ์เชิงปริมาณ ของสารที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา SiCl4(s) + 2H2O(l)  SiO2(s) + 4HCl(g) โมเลกุล 1 2 1 4 โมล 1 2 1 4 จำนวนโมเลกุล 6.021023 2(6.021023) 6.021023 4(6.021023) ลิตรที่ STP - - - 4(22.4)  ใช้หาปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น

CaC2(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) ……. 1 1 2 1 1 โมเลกุล 1 2 1 1 โมล 6.02 x 1023 2(6.02 x 1023) 6.02 x 1023 6.02 x 1023 โมเลกุล 64.1 2(18.0) 74.1 26.0 กรัม 22.4    ลิตร(dm3) ที่ STP

2.5 สมการเคมี Ex จากสมการ (1) ถ้าใช้ CaC2 2.5 mol 2.5 สมการเคมี Ex จากสมการ (1) ถ้าใช้ CaC2 2.5 mol ทำปฏิกิริยากับน้ำที่มีปริมาณมากเกินพอ ก.      ได้ C2H2(g) เกิดขึ้นกี่โมล ข.      ได้ C2H2(g) เกิดขึ้นกี่กรัม ค.      ได้ C2H2(g) เกิดขึ้นกี่ลิตร ที่ STP ง.       น้ำทำปฏิกิริยาไปกี่โมลและกี่กรัม (Ca = 40.1 , C = 12.0, H = 1.0)

2.5 สมการเคมี วิธีทำ ก. จากสมการ 1 จะเห็นว่า CaC2 1 mol ให้ C2H2 1 mol 2.5 สมการเคมี วิธีทำ ก.      จากสมการ 1 จะเห็นว่า CaC2 1 mol ให้ C2H2 1 mol CaC2 2.5 mol ให้ C2H2 2.5 mol ด้วย

ข. น้ำหนักโมเลกุลของ C2H2 = 26.0 หมายความว่า 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

ง. จากสมการ CaC2 1 mol ทำปฏิกิริยาพอดีกับ H2O 2 mol CaC2 2.5 mol ทำปฏิกิริยากับ H2O (2 x 2.5) mol = 5.0 mol H2O 1 mol มีน้ำหนัก = 18.0 g  H2O 5.0 mol มีน้ำหนัก = (18.0) (5.0) = 90 g

การคำนวณเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของสารในสมการเคมี เทียบบัญญัติไตรยางศ์ - ดุลสมการ - แสดงจำนวนโมลโมเลกุลของสารที่เกี่ยวข้องกับในการคำนวณ - เปลี่ยนจากโมลโมเลกุลเป็นเทอมหรือปริมาณอื่นที่ต้องการทราบหรือเกี่ยวข้องในการคำนวณ - เทียบบัญญัติไตรยางศ์หาปริมาณสารที่ต้องการ ใช้สูตรเทียบอัตราส่วนโมล aA + bB cC + dD nA = a nB = b เมื่อ nA,nB,nC คือจำนวนโมลของสาร nB b nC c

การคำนวณโดยใช้สูตรมีวิธีการดังนี้ - ดุลสมการ - ใช้สูตรเทียบอัตราส่วนโมล - เปลี่ยนเทอมของโมลเป็นเทอมอื่นหรือปริมาณอื่นโดยใช้สูตร n = g หรือ n = N หรือ n = Vที่STP M 6.02 x 1023 22.4 dm3 - จะใช้สูตรไหนขึ้นอยู่กับการถามของโจทย์ แล้วคำนวณหาสิ่งนั้น

ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารต่างๆ ในสมการเคมี สมการเคมีสามารถบอกถึงปริมาณการใช้สารตั้งต้น และปริมาณสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นได้ ซึ่งหมายถึงปริมาณโมล จำนวนอะตอม น้ำหนัก หรือปริมาตรแก๊สที่ STP เช่น CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O จากสมการได้ความสัมพันธ์ดังนี้ - 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 จะได้ผลิตภัณฑ์ CO2 1 x 6.02 x 1023โมลโมเลกุล และ H2O 2 x 6.02 x 1023โมลโมเลกุล

CH4 5โมลอะตอม รวมกับ O2 4โมลอะตอม จะได้ผลิตภัณฑ์ CO2 3โมลอะตอม และ H2O 6 โมลอะตอม CH4 5 x 6.02 x 1023 อะตอม รวมกับ O2 4 x 6.02 x 1023 อะตอม จะได้ผลิตภัณฑ์ CO2 3 x 6.02 x 1023 อะตอม และ H2O 6 x 6.02 x 1023อะตอม CH4 16 กรัม รวมกับ O2 2 x 32 กรัม จะได้ผลิตภัณฑ์ CO2 44 กรัม และ H2O 2 x 18 กรัม

การคำนวณมวลร้อยละของธาตุจากสูตรเคมี ถ้าทราบสูตรโมเลกุลของสารประกอบ และมวลอะตอมสามารถคำนวณหามวลร้อยละของธาตุจากสูตรเคมีได้ ซึ่งมวลร้อยละของธาตุในสารประกอบแต่ละชนิดเป็นค่าคงที่ ร้อยละของธาตุ A ในสารประกอบ = มวลของธาตุ A x 100 มวลของสารประกอบ มวลร้อยละของธาตุ = จำนวนอะตอม x มวลอะตอม x 100 มวลสูตรของสารประกอบ

จงหามวลร้อยละของ C และ H ใน C3H8 มวลร้อยละของ C ใน C3H8 = 3 x 12 x 100 44 = 81.81 มวลร้อยละของ H ใน C3H8 = 8 x 1 x 100 = 18.18

การนำค่ามวลร้อยละไปใช้ประโยชน์ ใช้หาปริมาตรของธาตุในสารประกอบเพื่อเปรียบเทียบว่าสารประกอบชนิดใดมีธาตุใดเป็นองค์ประกอบมากกกว่าหรือน้อยกว่า ตัวอย่าง สารประกอบใดมีธาตุออกซิเจนเป็นองค์ประกอบมากที่สุด H2O2 H2SO4 Na2B4O7 SO2 (H=1, O=16, S=32, Na=23, B=11) H2O2

แบบทดสอบครั้งที่ 2 เรื่องโมล แบบทดสอบครั้งที่ 2 เรื่องโมล กรดซัลฟิวริก 49 กรัม มี H, S และ O อย่างละกี่อะตอม สารใดมีจำนวนโมลมากที่สุด ก. He 6.02 x 1023 อะตอม ข. O2 25.5 g (O=16) ค. H2 45.6 dm3 ที่ STP ง. Cl2 7.1 g (Cl = 35.5) ปริมาตรของก๊าซ He ที่ STP จะทำให้เกิด He เหลวปริมาตร 1.00 dm3 จะเท่ากับกี่ dm3 ความหนาแน่นของ He เหลว = 0.122 g/cm3 (He =4) A4B6 จำนวน 6.02x1023 อะตอม จะมีปริมาตรเท่าใด (ตอบในหน่วย cm3)

ระบบกับการเปลี่ยนแปลง ระบบ (system) คือ สิ่งต่างๆ ที่อยู่รอบตัวเราและเป็นสิ่งที่เราสนใจศึกษา หรือสิ่งต่างๆ ที่อยู่ในขอบเขตของเราที่ต้องการจะศึกษา สิ่งแวดล้อม (surrounding) คือ สิ่งต่างๆ ที่อยู่นอกตัวเราที่ไม่ต้องการศึกษา หรือสิ่งที่อยู่นอกขอบเขตที่ต้องการศึกษา ระบบที่ศึกษาทั่วไปแบ่งตามการเปลี่ยนแปลงมวลของสารในระบบได้ 2 ประเภท คือ ระบบปิด (close system) หมายถึง ระบบที่มีการถ่ายเทพลังงานระหว่าง ระบบกับระบบ และระบบกับสิ่งแวดล้อมได้ แต่ไม่มีการถ่ายเทมวลสาร มวลระบบคงที่

ระบบเปิด (open system) คือ ระบบที่สามารถถ่ายเทมวลสารและพลังงาน ให้กับสิ่งแวดล้อมได้ ระบบอิสระ (Isolated system) คือ ระบบที่ไม่มีการถ่ายเทหรือแลกเปลี่ยน มวลของสารและพลังงาน เช่น กระติกน้ำร้อนที่มีฉนวนหุ้มอย่างดีบรรจุน้ำร้อน

กฎทรงมวล (Law of conservation of Mass) กฎทรงมวล “ ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ มวลของสารทั้งหมดก่อนทำปฏิกิริยาเท่ากับมวลของสารทั้งหมดหลังทำปฏิกิริยา” เช่น เมื่อให้ก๊าซ H2 4 g ทำปฏิกิริยากับ O2 32 g เกิดน้ำ 36 g 2 H2 (g) + O2(g) 2H2O (l) 36 g 36 g (มวลของสารก่อนเกิดปฏิกิริยา) (มวลของสารหลังเกิดปฏิกิริยา)

กฎสัดส่วนคงที่ (Law of constant proportion) “เป็นกฎที่กล่าวถึงอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่มารวมกันเป็นสารประกอบ” ผู้ที่ตั้งกฎนี้คือ โจเซฟ เพราสต์ กล่าวว่า “สารประกอบชนิดเดียวกันย่อมประกอบด้วยธาตุต่างๆ มารวม ตัวกัน โดยมีอัตราส่วนโดยมวลของธาตุต่างๆ ในสารประกอบหนึ่งๆ จะ มีค่าคงที่เสมอ ไม่ว่าสารประกอบนั้นจะเตรียมขึ้นมาด้วยวิธีการใดก็ตาม” “อัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่มารวมตัวกันเป็นสารประกอบหนึ่งๆ จะมีค่าคงที่”

มวลสารที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน การทดลองที่ มวลสารที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน มวลของ Cu มวลของ S 1 1.0 0.5 2 1.9 3 2.9 1.5 4 4.0 2.0 5 4.9 2.5 จากการทดลอง ทราบว่า อัตราส่วนโดยมวลที่ทองแดง และกำมะถันทำปฏิกิริยาพอดีกัน = 2:1

ข้อสังเกต กฎสัดส่วนคงที่ มีหลักการง่ายๆ ดังนี้ โจทย์จะกำหนดการทดลองมาอย่างน้อย 2 ครั้ง หาอัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่เป็นองค์ประกอบ ของทั้งสองการทดลอง - ถ้าอัตราส่วนโดยมวลของทั้ง 2 การทดลองเท่ากัน แสดงว่าเป็นไปตามกฎสัดส่วนคงที่ - ถ้าอัตราส่วนโดยมวลของทั้ง 2 การทดลองไม่เท่ากัน แสดงว่าไม่เป็นไปตามกฎสัดส่วนคงที่

ตัวอย่างการคำนวณ นำทองแดงมา 0.35 g มาละลายในกรดไนตริก แล้วทำให้แห้ง จากนั้นจึงนำไปเผาอย่างรุนแรงจะได้คอปเปอร์ออกไซด์หนัก 0.438 g ในการทดลองอีกวิธีหนึ่งโดยการนำคอปเปอร์คาร์บอเนตจำนวนหนึ่งมาเผาจนสลายตัวหมดได้คอปเปอร์ออกไซด์หนัก 1.62 g แล้วนำคอปเปอร์ออกไซด์ไปเผาให้ร้อนจัดในบรรยากาศแก๊สไฮโดรเจนจะได้ทองแดง 1.29 g จะแสดงว่าองค์ประกอบของคอปเปอร์ออกไซด์เป็นจริงตามกฎสัดส่วนคงที่

นำโลหะ Na มา 1.021 g ไปละลายในกรดไนตริก จะได้โซเดียมไนเตรดแล้วนำ NaNO3 ไปเผาจนสลายตัวได้ NaO หนัก 1.1 g ในการทดลองอีกวิธีหนึ่ง โดยการนำ NaO มา 5 g ไปเผาในบรรยากาศแก๊สไฮโดรเจนที่มากเกินพอ จะได้โลหะ Na หนัก 4.64 g ข้อมูลนี้เป็นไปตามกฎสัดส่วนคงที่หรือไม่ ธาตุ A ทำปฏิกิริยากับธาตุ B ด้วยอัตราส่วนโดยมวลเป็น 1:16 ได้สาร C เพียงอย่างเดียว ถ้ามีธาตุ A และ B อย่างละ 8 g เมื่อทำปฏิกิริยากันแล้วจะได้สาร C มีมวลกี่กรัม

การวิเคราะห์อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นสารประกอบระหว่างอะลูมิเนียมกับคาร์บอน ให้ผลดังนี้ ครั้งที่ 1 ใช้อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ 1.44 g พบว่ามีอะลูมิเนียม 1.08 g ครั้งที่ 2 ใช้อะลูมิเนียมคาร์ไบด์ 3.6 g พบว่ามีคาร์บอน 0.9g อยากทราบว่าผลการวิเคราะห์นี้เชื่อถือได้หรือไม่ เพราะเหตุใด

ก๊าซแอมโมเนีย(NH3) ประกอบด้วยธาตุไนโตรเจนร้อยละ 82 ก๊าซแอมโมเนีย(NH3) ประกอบด้วยธาตุไนโตรเจนร้อยละ 82.4 และธาตุไฮโดรเจนร้อยละ 17.6 โดยมวล ถ้าใช้ธาตุไนโตรเจน 10 g ทำปฏิกิริยากับธาตุไฮโดรเจน 3 g จะได้ก๊าซแอมโมเนียกี่กรัม

ปริมาตรของแก๊สในปฏิกิริยาเคมี ในการศึกษาปริมาณสัมพันธ์ของสารในสถานะแก๊สในปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ไม่สะดวกที่จะวัดมวลของแก๊สเหมือนกับของแข็งและของเหลว “จึงใช้วิธี วัดปริมาตรแทน” ในปฏิกิริยาเคมีของสารที่มีสถานะเป็นแก๊สปริมาตรรวมของแก๊สที่เข้าทำ ปฏิกิริยากันและปริมาตรรวมของแก๊สที่เกิดจากปฏิกิริยาจะเท่ากันหรือไม่เท่า กันก็ได้ (ต่างกับมวลซึ่งเป็นไปตามกฎทรงมวล)

กฎของเกย์-ลูสแซก (Law of Gay-Lussac) ได้ทำการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน และปริมาตรของแก๊สที่เกิดจากปฏิกิริยา โดยทำการทดลองวัดปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน และที่เกิดจากปฏิกิริยาที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน เขาได้ทำการทดลองซ้ำหลายครั้ง จนสรุปเป็นกฎเรียกว่า “กฎการรวมปริมาตรของแก๊ส” “อัตราส่วนระหว่างปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยาพอดีกันและปริมาตรของแก๊สที่ได้จากปฏิกิริยาซึ่งวัดที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันจะเป็นเลขจำนวนเต็มลงตัวน้อยๆ”

เช่น ไฮโดรเจน + คลอรีน ไฮโดรเจนคลอไรด์ ไฮโดรเจน + ออกซิเจน ไอน้ำ ไนโตรเจน + ไฮโดรเจน แอมโนเนีย ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยากัน และที่ได้จากปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นดังนี้

แก๊สและปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยากัน แก๊สและปริมาตรของแก๊สที่ได้จากปฏิกิริยา อัตราส่วนโดยปริมาตรของแก๊ส แก๊ส ปริมาตร cm3 ปริมาตร cm3 ไฮโดรเจนH2 10 คลอรีนCl2 ไฮโดรเจนคลอไรด์HCl 20 1:1:2 ออกซิเจน O2 ไอน้ำ H2O 2:1:2

กฎของอาโวกาโดร ได้ศึกษากฎของเกย์-ลูสแซก และได้ให้เหตุผลว่า การที่อัตราส่วนระหว่างปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยากัน(สารตั้งต้น) และของแก๊สที่ได้จากปฏิกิริยา(สารผลิตภัณฑ์) เป็นเลขจำนวนเต็มลงตัวน้อยๆ นั้นคงเป็นเพราะปริมาตรของแก๊สมีความสัมพันธ์กับจำนวนอนุภาคที่รวมกันเป็นสารประกอบ อาโวกาโดรจึงตั้งสมมติฐานขึ้นว่า “แก๊สซึ่งมีปริมาตรเท่ากันที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันจะมีจำนวนอนุภาคเท่ากัน”

เช่น แก๊สไฮโดรเจน + แก๊สคลอรีน แก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ 1 cm3 1 cm3 2 cm3 สมมติให้แก๊ส 1 cm3 มีจำนวนอนุภาค เท่ากับ n อนุภาค และถ้าอนุภาคนี้คือ อะตอมจะเขียนแสดงได้ดังนี้ แก๊สไฮโดรเจน + แก๊สคลอรีน แก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ n อนุภาค n อนุภาค 2n อนุภาค n อะตอม n อะตอม 2n อะตอม ใช้ n หารตลอด 1 อะตอม 1 อะตอม 2 อะตอม

ถ้าเป็นจริงตามนี้แสดงว่าอะตอมของแก๊สไฮโดรเจน และอะตอมของแก๊สคลอรีนแบ่งแยกได้ซึ่งค้านกับทฤษฎีอะตอมของดอลตันที่ว่าอะตอมแบ่งแยกไม่ได้ ดังนั้นจึงเสนอให้เรียกอนุภาคดังกล่าวว่า โมเลกุล ทำให้สมมติฐานของอาโวกาโดรไม่เป็นที่ยอมรับ ปี ค.ศ.1860 สตานิสลาฟ คันนีซซาโร(Stanislav Cannizzaro) ได้ศึกษาเกี่ยวกับปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน และที่ได้จากปฏิกิริยาเพิ่มเติม ได้เสนอว่า ธาตุที่เป็นแก๊สจะอยู่เป็นโมเลกุล และ 1 โมเลกุลของธาตุที่เป็นแก๊สส่วนใหญ่ประกอบด้วย 2 อะตอม จากข้อเสนอคันนีซซาโร ทำให้สมมติฐานของอาโวกาโดรเปลี่ยนใหม่

กฎอาโวกาโดร n โมเลกุล n โมเลกุล 2n โมเลกุล “แก๊สที่ปริมาตรเท่ากันวัดที่อุณภูมิและความดันเดียวกันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน” จึงเป็นที่ยอมรับทั่วไป แก๊สไฮโดรเจน + แก๊สคลอรีน แก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ ผลทดลอง 1 cm3 1 cm3 2 cm3 กฎอาโวกาโดร n โมเลกุล n โมเลกุล 2n โมเลกุล nหารตลอด 1 โมเลกุล 1 โมเลกุล 2 โมเลกุล ตามคันนีซซาโร 2 อะตอม 2 อะตอม 2 โมเลกุล 1 อะตอม 1 อะตอม 1 โมเลกุล (HCl)

การคำนวณหาปริมาตรของแก๊สโดยใช้กฎของเกย์-ลูซแซก และกฎของอาโวกาโดร การคำนวณหาปริมาตรของแก๊สโดยใช้กฎของเกย์-ลูซแซก และกฎของอาโวกาโดร ตัวอย่าง แก๊สไฮโดรเจน 120 cm3 รวมพอดีกับแก๊สออกซิเจน 180 cm3 ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊สปริมาตร 120 cm3 จงหาสูตรโมเลกุลของแก๊สที่เกิดขึ้น เขียนสมการ N2(g) + O2(g) NxOy (g) ปริมาตรของแก๊สที่รวมพอดีกัน 120 180 120 cm3 อัตราส่วนโดยปริมาตร(เกย์-ลูซแซก) 2 3 2 cm3 อัตราส่วนโดยโมเลกุล(อาโวกาโดร) 2n 3n 2n โมเลกุล นำตัวเลขไปใส่สมการ 2N2(g) + 3O2(g) 2 NxOy ดุลจำนวนอะตอมเพื่อให้ทุกธาตุเท่ากัน 2N2(g) + 3O2(g) 2 N2O3(g)

สารกำหนดปริมาณ เนื่องจากสารเข้าทำปฏิกิริยาเคมีกันในอัตราส่วน โมลต่อโมลที่แน่นอน สารที่มีปริมาณน้อยกว่าจึงเป็นตัวกำหนดว่าปฏิกิริยาสามารถเกิดผลผลิตได้อย่างมากที่สุดเท่าใด เราเรียกสารที่มีปริมาณน้อยนี้ว่า สารกำหนดปริมาณ (Limiting reactant)

การคำนวณเกี่ยวกับสมการเคมีที่มีสารกำหนดปริมาณมีขั้นตอนดังนี้ 1. คำนวณหาสารกำหนดปริมาณ โดยหาจำนวนโมลของสารตั้งต้นที่น้อยที่สุดเป็นสารกำหนดปริมาณ 2. นำสารตั้งต้นที่ถูกใช้หมดไป คำนวณหาสิ่งที่ต้องการ เช่น คำนวณหาปริมาณสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น คำนวณหาปริมาณสารตั้งต้นชนิดอื่นที่ถูกใช้ไป และที่เหลือ เป็นต้น

Ex จงคำนวณว่าจะเตรียมลิเทียมออกไซด์ได้กี่โมล จากลิเทียม 1.0 g และออกซิเจน 1.5 g สารใดเป็นสารกำหนดปริมาณ สารใดเหลือและเหลือกี่กรัม 4Li + O2 2Li2O (Li = 6.9, O = 16)

วิธีทำ ลิเทียม 1.0 g = 1.0 g 6.9g/mol = 0.144 mol ออกซิเจน 1.5 g = 1.5 g 32 g/mol = 0.0469 mol

พิจารณาจากสมการ จะเห็นว่าลิเทียม 4 mol ทำปฏิกิริยาพอดีกับออกซิเจน 1 mol

แต่มีออกซิเจนอยู่ถึง 0 แต่มีออกซิเจนอยู่ถึง 0.0469 mol ดังนั้น ออกซิเจนจะมีอยู่มากเกินพอ และจะมีออกซิเจนที่เหลือจากปฏิกิริยา 0.0469 – 0.036 = 0.0109 mol ส่วนลิเทียมเป็นสารกำหนดปริมาณ

ผลผลิตตามทฤษฎีและผลผลิตร้อยละ ผลผลิตร้อยละ = ผลผลิตจริง x 100 ผลผลิตตามทฤษฎี ผลผลิตตามทฤษฎี (theoretical yield) ปริมาณของผลผลิตที่อาจเกิดขึ้นได้มากที่สุด ซึ่งคำนวณได้จากสมการเคมีที่ดุล

ผลผลิตแท้จริง (actual yield) ปริมาณของผลผลิตที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งวัดหรือชั่ง ได้จากการทดลองจะน้อยกว่าผลผลิตตามทฤษฎี เกือบเสมอไป (น้อยครั้งมากที่จะเท่ากัน แต่มีมากกว่าไม่ได้)

Ex เมื่อนำ C2H4 1.93 กรัม มาเผาไหม้กับ ออกซิเจนที่มากเกินพอ พบ CO2 เกิดขึ้น เพียง 3.44 กรัม เท่านั้น จงคำนวณผลผลิตร้อยละของ CO2 นี้ ( C = 12.0 , H = 1.0 , O = 16.0 )

วิธีทำ สมการที่ดุลของปฏิกิริยานี้คือ C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O วิธีทำ สมการที่ดุลของปฏิกิริยานี้คือ C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O 1 mol 2 mol 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 คือ ผลผลิตแท้จริง  ผลผลิตร้อยละของ CO2 = 3.48 x 100 6.07 = 57.33 %

ความเข้มข้นของสารละลาย 1. ร้อยละของตัวถูกละลาย (%) 2. โมลาริตี (Molarity) 3. โมแลลิตี (Molality) 4. ฟอร์มาลิตี (Formality) 5. นอร์มาลิตี (Normality) 6. เศษส่วนโมล (Mole Fraction)

ร้อยละของตัวถูกละลาย 1.1 ร้อยละโดยน้ำหนัก (weight/weight) % (w/w) = น้ำหนักของตัวถูกละลายเป็นกรัม x 100% น้ำหนักสารละลายเป็นกรัม 1.2 ร้อยละโดยปริมาตร (volume/volume) % (v/v) = ปริมาตรตัวถูกละลายเป็น cm3 x 100% ปริมาตรสารละลายเป็น cm3 1.3 ร้อยละมวลต่อปริมาตร (weight/volume) % (w/v) = น้ำหนักของตัวถูกละลายเป็นกรัม x 100% ปริมาตรสารละลายเป็น cm3

Ex ถ้าต้องการเตรียมสารละลาย BaCl2 เข้มข้น 12 % โดยน้ำหนัก ปริมาณ 50 g จากเกลือ BaCl2.2H2O และน้ำบริสุทธิ์  จะเตรียม ได้อย่างไร วิธีทำ BaCl2 เข้มข้น 12% โดยน้ำหนัก หมายถึง สารละลายหนัก 100 g มี BaCl2 ละลายอยู่ 12 g   สารละลายหนัก 50 g มี BaCl2 ละลายอยู่ = 50 g x 12 g = 6 g       100 g                  ถ้าต้องการ   BaCl2    208.3 g    ต้องใช้    BaCl2 . 2H2O      244.3 g ดังนั้น   เมื่อต้องการ  BaCl2    6 g    ต้องใช้    BaCl2 . 2H2O    = 6 g x 244.3 208.3 g =     7.04 g ดังนั้น     ต้องใช้ BaCl2 . 2H2O   หนัก 7.04 g     ละลายในน้ำ   42.96 g     จึงจะได้สารละลาย BaCl2  เข้มข้น 12% โดยน้ำหนัก ปริมาณ 50 g

จำนวนโมลของตัวถูกละลายที่ละลายอยู่ในสารละลายปริมาตร 2. โมลาริตี (Molarity, M) จำนวนโมลของตัวถูกละลายที่ละลายอยู่ในสารละลายปริมาตร 1 dm3 (1 L, 1000 cm3) mol = MV = จำนวนสาร (กรัม) 1000 มวลโมเลกุล เมื่อ M = ความเข้มข้น หน่วย mol/dm3 V = ปริมาตรสารละลาย หน่วย cm3

3. โมแลลลิตี (Molality, m) ใช้บอกจำนวนโมลของตัวถูกละลายในตัวทำละลาย 1 กิโลกรัม m = W(ตัวถูกละลาย) x 1000 M.W. x W(ตัวทำละลาย) เมื่อ m = ความเข้มข้น (โมลต่อกิโลกรัม) Wตัวถูกละลาย = น้ำหนักตัวถูกละลาย (กรัม) Wตัวทำละลาย = น้ำหนักตัวทำละลาย (กรัม) M.W. = มวลโมเลกุลตัวถูกละลาย

Ex น้ำตาลซึ่งมีสูตร C12H22O11 หนัก 10 g ละลายน้ำ 125 g จะมี ความเข้มข้นกี่โมแลล น้ำ    125 g     มีน้ำตาลละลายอยู่   10 g น้ำ   1000 g    มีน้ำตาลละลายอยู่ 10 g x 1000 g =   0.23     342 x 125 g ดังนั้น     สารละลายเข้มข้น    0.23 โมแลล

4. ฟอร์มาลิตี (Formality, F) จำนวนกรัมสูตรของตัวถูกละลายที่ละลายอยู่ในสารละลาย 1 dm3 หน่วย เป็น ฟอร์มาล (Farmal, F) Ex ถ้าต้องการเตรียมสารละลาย Pb(NO3)2 เข้มข้น 0.1 F 1 dm3 จะต้องใช้ Pb(NO3)2 หนักเท่าใด สารละลาย    Pb(NO3)2      เข้มข้น  0.1 F หมายถึง   สารละลาย   Pb(NO3)2  1 dm3 มี Pb(NO3)2   ละลายอยู่ 0.1 กรัมสูตร ซึ่งคิดเป็นน้ำหนัก    =    0.1  x  331.2     =     33.12 g ดังนั้น   ต้องใช้   Pb(NO3)2   หนัก     33.12 g

5. นอร์มาลิตี (Normality) จำนวนกรัมสมมูลของตัวถูกละลายที่ละลายอยู่ในสารละลาย 1 dm3 หน่วย เป็น นอร์มาล (Normal, N) จำนวนกรัมสมมูล = น้ำหนัก (g) น้ำหนักกรัมสมมูล 

จงคำนวณหานอร์มาลิตีของสารละลายต่อไปนี้        ก.) HNO3  7.88 g ในสารละลาย 1 dm3              น้ำหนักสูตรของ     HNO3    =     63.0 g น้ำหนักสมมูลของ  HNO3    = 63 / 1 =     63.0 g ดังนั้น สารละลาย 1 dm3 มี HNO3 ละลายอยู่  = 7.88 63.0 = 0.1251 กรัมสมมูล ดังนั้น นอร์มาลิตีของสารละลาย  HNO3 = 0.1251 N

จงคำนวณหานอร์มาลิตีของสารละลายต่อไปนี้ ข.) Na2CO3  26.5 g ในสารละลาย 1 dm3               น้ำหนักสูตรของ       Na2CO3       =    106.0 g   น้ำหนักสมมูลของ     Na2CO3      = 106 / 2 =      53.0 g   ดังนั้นสารละลาย 1 dm3  มี  Na2CO3  ละลายอยู่    = 26.5 53.0 =   0.5 กรัมสมมูล ดังนั้น นอร์มาลิตีของสารละลาย   Na2CO3 = 0.5 N

6. เศษส่วนโมล (Mole Fraction) คือ จำนวนโมล ของสารองค์ประกอบนั้นหารด้วยจำนวน โมลของสารองค์ประกอบทั้งหมดในสารละลาย เช่น ถ้าสารละลายประกอบด้วยองค์ประกอบ 2 ชนิด เศษส่วนโมล ของแต่ละสารองค์ประกอบเขียนได้ดังนี้ X1 = n1 X2 = n2 n1 + n2 n1 + n2

เมื่อ X1 และ X2 เป็นเศษส่วนโมลของสารองค์ประกอบที่ 1 และ 2 ในสารละลายตามลำดับ n1 และ n2 เป็นจำนวนโมลของสารองค์ประกอบที่ 1 และ 2 ในสารละลายตามลำดับผลบวกของเศษส่วนโมลของสารองค์ประกอบทั้งหมดเท่ากับ 1 เสมอนั่นคือ X1 + X2 + X3 + ... = 1

Ex สารละลายประกอบด้วยน้ำ 36 g และกลีเซอรีน (C3H5(OH)3) จำนวนโมลของของน้ำ         = 36 / 18 = 2.0 mol จำนวนโมลของกลีเซอรีน      = 46 / 92 = 0.5 mol ดังนั้นจำนวนโมลทั้งหมด              = 2.0 + 0.5 = 2.5 mol ดังนั้นเศษส่วนโมลของน้ำ               = 2.0 / 2.5 = 0.8 ดังนั้นเศษส่วนโมลของกลีเซอรีน     = 0.5 / 2.5 = 0.2

ประเภทของปฏิกิริยาเคมี ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลข oxidation ของสารในปฏิกิริยา เช่น ปฏิกิริยากรด - เบส NaOH(aq) + HCl(aq) -----------> NaCl(aq) + H2O(aq) 2. มีการเปลี่ยนแปลงเลข oxidation ได้แก่ ปฏิกิริยา oxidation- reduction หรือปฏิกิริยา redox มีการเพิ่มเลข oxidation -----------> oxidation reaction มีการลดเลข oxidation -----------> reduction reaction FeCl3 + H2S -----------> FeCl2 + HCl + S Fe 3+ เปลี่ยนเป็น Fe 2+ เกิดปฏิกิริยา reduction S2- เปลี่ยนเป็น S0 เกิดปฏิกิริยา oxidation

Ca(s) + 2H+(aq)  Ca2+(aq) + H2(g) ปฏิกิริยารีดอกซ์ 2Ca(s) + O2(g)  2CaO(s) Ca(s) + 2H+(aq)  Ca2+(aq) + H2(g) Oxidation Reaction สารที่เกิด oxidation reaction อะตอมมีเลข oxidation เพิ่มขึ้น ตัวรีดิวซ์ (reducing agent) : สารให้อิเล็กตรอน Reduction Reaction สารที่เกิด reduction reaction อะตอมมีเลข oxidation ลดลง ตัวออกซิไดส์ (oxidizing agent) : สารรับอิเล็กตรอน

เลขออกซิเดชัน (Oxidation number) เลขออกซิเดชัน: จำนวนประจุบนอะตอมในโมเลกุล (สมมติว่ามีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนอย่างสมบูรณ์) หลักการกำหนดเลขออกซิเดชัน 1. ธาตุอิสระ มีเลขออกซิเดชันเป็น 0 2. ไอออนที่มีอะตอมเดียวเลขออกซิเดชัน เท่ากับประจุบนไอออนนั้น Li+ เลขออกซิเดชัน เป็น +1 Ba2+ เลขออกซิเดชัน เป็น +2 O2- เลขออกซิเดชัน เป็น -2

เลขออกซิเดชัน (Oxidation number) 3. โลหะหมู่ IA มีเลขออกซิเดชัน เป็น +1 โลหะหมู่ IIA มีเลขออกซิเดชัน เป็น +2 4. เลขออกซิเดชัน ของoxygen ในสารประกอบเป็น -2 H2O MgO ยกเว้น peroxide เป็น -1 เช่น H2O2 5. เลขออกซิเดชันของ H เป็น +1 แต่ถ้าเกิดพันธะกับโลหะ อัลคาไลน์จะมีค่าเป็น -1 LiH NaH

เลขออกซิเดชัน (Oxidation number) 6. ธาตุหมู่ VII A มีเลขออกซิเดชันเป็น -1 ยกเว้นมื่อรวมกับ oxygen HClO เป็น +1 7. โมเลกุลที่เป็นกลาง ผลบวกของเลขออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดมีค่าเป็นศูนย์ เช่น HCl H เลขออกซิเดชัน +1 Cl เลขออกซิเดชัน -1 8. ไอออนที่มีหลายอะตอม ผลบวกของเลขออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดมีค่าเท่ากับประจุสุทธิของไอออน SO32- ClO- 9. ธาตุทรานสิชันมักมีเลขออกซิเดชันหลายค่า FeCl2 FeCl3

การดุลสมการเคมีอย่างง่าย เริ่มจากโมเลกุลใหญ่สุด หรือโมเลกุลที่ประกอบด้วยธาตุมากสุด ดุลโลหะ ดุลอโลหะ (ยกเว้น H และ O) ดุล H และ O ตรวจจำนวนทุกธาตุในสมการ ถ้ายังไม่ดุลทำซ้ำข้อ 2 - 5 อีกครั้งหนึ่ง

ตัวอย่าง Na2O2 + H2O  NaOH + O2 ข้อ 1,2 Na2O2 + H2O  2 NaOH + O2 ข้อ 3 ไม่ต้องใช้ ข้อ 4 Na2O2 + 2H2O  2 NaOH + O2 ข้อ 5 H ไม่ดุล ข้อ 6 2Na2O2 + 2H2O  4 NaOH + O2

การดุลสมการรีดอกซ์ ดุลแบบเลขออกซิเดชัน ดุลแบบครึ่งปฏิกิริยา ในสารละลายกรด ในสารละลายเบส

ดุลแบบเลขออกซิเดชัน หาเลขออกซิเดชัน ดุลเฉพาะอะตอมที่มีการเปลี่ยนเลขออกซิเดชัน หาอัตราส่วนอย่างต่ำของการเพิ่มและการลดของเลขออกซิเดชัน คูณไขว้อัตราส่วนที่หาได้ ดุลประจุรวมของสมการทั้งสองข้างให้เท่ากัน ตรวจดูว่าจำนวนอะตอมแต่ละธาตุในสมการเท่ากันหรือไม่ ถ้าสัมประสิทธิ์ที่ดุลแล้วยังไม่เป็นสัดส่วนอย่างต่ำให้ทอนเป็นสัดส่วนอย่างต่ำด้วย

ตัวอย่างการดุลแบบเลขออกซิเดชัน CrO42- + SO32- + H2O -------- Cr(OH)4- + SO42- + OH-

ดุลแบบครึ่งปฏิกิริยา พิจารณาเลขออกซิเดชัน แยกสมการเป็น 2 ปฏิกิริยา (รีดักชันและออกซิเดชันพร้อมดูอิเล็กตรอน) ดุล O ด้วย H2O ดุล H ด้วย H+ ดุล H+ ด้วย OH- (ในสารละลายเบสเท่านั้น) ดุลอิเล็กตรอนให้เท่ากันทั้ง 2 ปฏิกิริยา รวมครึ่งสมการเข้าด้วยกัน

ตัวอย่างการดุลแบบครึ่งปฏิกิริยา ในสารละลายกรด Zn + NO3- ----------- Zn2+ + NH4+

ตัวอย่างการดุลแบบครึ่งปฏิกิริยา ในสารละลายเบส Al + NO3- ------------- Al(OH)4- + NH3

แบบฝึกหัดท้ายบท จงคำนวณจำนวนโมลของ Sn 17.5 g วิธีทำ ใช้สูตร โมล = น้ำหนักเป็นกรัม น้ำหนักอะตอม Sn 17.5 g = 17.5 g 118.7 g/mol = 0.147 mol

แบบฝึกหัดท้ายบท จงคำนวณมวลเป็นกรัมของเมทิลแอลกอฮอล์ (CH3OH) 0.20 mol วิธีทำ CH3OH 0.20 mol = (0.20 mol) (32 g/mol) = 6.40 g

แบบฝึกหัดท้ายบท เบนซีน (C6H6) 6.0 g มีจำนวนโมเลกุลเท่าใด วิธีทำ C6H6 6.0 g = (6.0 g) (6.02 x 1023 molecule/mol) (78 g/mol) = 4.62 x 1022 molecule

แบบฝึกหัดท้ายบท ออกไซด์หนึ่งมีไนโตรเจน 30.4 % เป็นองค์ประกอบ จงหาสูตรเอมพิริกัลของสารนี้ วิธีทำ มี N 30.4 %  มี 0 = 100 - 30.4 = 69.6 % อัตราส่วนโดยน้ำหนัก N : O = 30.4 : 69.6 อัตราส่วนโดยโมลของ N : O = 30.4 : 69.6 14 16 = 2.17 : 4.35 = 1 : 2  สูตรเอมพิริกัลหรือสูตรอย่างง่ายของสารนี้คือ NO2

แบบฝึกหัดท้ายบท ไนโตรเจนอะตอมกี่โมลและกี่กรัม ไดไนโตรเจนเพนตะออกไซด์ (N2O5) 25.0 g มี ไนโตรเจนอะตอมกี่โมลและกี่กรัม วิธีทำ 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

แบบฝึกหัดท้ายบท เอทิลีนโบรไมด์ (C2H4Br2) ทำปฏิกิริยาเผาไหม้กับตะกั่ว (Pb) ดังสมการ ถ้าใช้ C2H4Br2 0.80 mol ทำปฏิกิริยากับ Pb 145.0 g และมีออกซิเจนอย่างเหลือเฟือ C2H4Br2 + Pb + O2 --------> PbBr4 + CO2 + H2O ก. สารใดเป็นสารกำหนดปริมาณ ข. มีสารใดเหลือและเหลือกี่กรัม ค. O2 ถูกใช้ไปกี่โมล ง. มี CO2 เกิดขึ้นกี่ลิตร STP จ. ถ้า PbBr4 ที่รวบรวมได้จากการทดลองมีเพียง 190.0 g จงหาผลผลิตร้อยละของสารนี้

แบบฝึกหัดท้ายบท ได้สมการที่ดุลแล้วดังนี้ 2C2H4Br2 + Pb + 6O2 -----> PbBr4 + 4CO2 + 4H2O ก. Pb 145.0 g = 145.0 g 207.2 g/mol = 0.700 mol จากสมการที่ดุล C2H4Br2 ทำปฏิกิริยากับ Pb ในอัตราส่วน mol : mol = 2 : 1 จะเห็นได้ว่า C2H4Br2 เป็นสารกำหนดปริมาณ

แบบฝึกหัดท้ายบท ข. C2H4Br2 2 mol ทำปฏิกิริยากับ Pb 207.2 g C2H4Br2 0.80 mol ทำปฏิกิริยากับ Pb (207.2 g)(0.80 mol) 2 mol = 82.88 g  Pb เหลือ = 145.0 - 82.88 = 62.1 g

แบบฝึกหัดท้ายบท ค. O2 ใช้ไป = (0.80 mol) (6) 2 = 2.4 mol ง. CO2 เกิดขึ้น = (0.80 mol) (4) = 1.60 mol = (1.60 mol)(22.4 l/mol ที่ STP) = 35.84 l ที่ STP

แบบฝึกหัดท้ายบท จ. จากสมการที่ดุลได้ PbBr4 = (0.80 mol)(1) = 0.40 mol 2 = (0.40 mol)(527.2 g/mol) = 210.9 g = ผลผลิตตามทฤษฎี ผลผลิตร้อยละ = ผลผลิตจริง x 100 ผลผลิตตามทฤษฎี = (190.0 g)(100) 210.9 g = 90.48

แบบฝึกหัดท้ายบท จากการทดลองเตรียม C6H5Br จากปฏิกิริยาของ C6H6 และ Br2 เกิดขึ้นตามสมการ C6H6 (l) + Br2 (g) C6H5Br (l) + HBr (g) การทดลองนี้มีผลผลิตจากปฏิกิริยาข้างเคียงเกิดขึ้นด้วยคือ C6H4Br2 จงหา เมื่อใช้ C6H6 15.0 g จงคำนวณหาผลผลิตตามทฤษฎีของ C6H5Br ถ้าการทดลองนี้มี C6H4Br2 เกิดขึ้น 2.50 g จงคำนวณหาน้ำหนักของ C6H6 ที่ไม่เปลี่ยนเป็น C6H5Br จงคำนวณหาผลผลิตจริงของ C6H5Br จงคำนวณหาผลผลิตร้อยละของ C6H5Br

แบบฝึกหัด : การดุลสมการเคมี B2O3(s) + H2O(l)  H3BO3(aq) Cu(s) + AgNO3(aq)  Ag(s) + Cu(NO3)2(aq) NH3(g) + O2(g)  NO(g) + H2O(l) C3H6O(l) + O2(g)  CO2(g) + H2O(l) NH3(g) + O2(g)  NO(g) + H2O(g) C12H22O11(s) + O2(g)  CO2(g) + H2O(l) CH3CH2OH(g) + Cr2O72-(aq) + H+(aq)  CH3CO2H(aq) + Cr3+(aq) + H2O(l)

หนังสืออ้างอิง 1. เคมีเล่ม 1 (ทบวงมหาวิทยาลัย), พิมพ์ครั้งที่ 9, สำนักพิมพ์อักษรเจริญทัศน์ อจท. จำกัด. กรุงเทพฯ, 2539. 2. ชัยวัฒน์ เจนวาณิชย์, หลักเคมี1 (ฉบับปรับปรุง), พิมพ์ครั้งที่ 3, สำนักพิมพ์โอเดียนสโตร์, กรุงเทพฯ, 2539. 3. Glencoe, Chemistry Concepts and Applications, Ohio:McGraw-Hill,1997.