แนะแนว พรสรวง จันด้วง

เอกสารประกอบการบรรยาย วิชา คม 101 หลกั เคมี 1 ปรมิ าณสารสัมพนั ธ์  อะตอม โมเลกุล ไอออน และสตู รเคมี (Stoichiometry)  นํ้าหนักอะตอม น้ําหนักโมเลกลุ  การคํานวณสูตรเอมพิรคิ ลั และสูตรโมเลกลุ โมล  โมล  สมการเคมี  การคํานวณท่ีเกีย่ วข้องกบั สมการเคมี  สารกําหนดปริมาณ  ผลผลติ ตามทฤษฎี ผลผลติ จรงิ และผลผลติ รอ้ ยละ อาจารย์ ดร. วรี ินท์รดา ทะปะละ สาขาวิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั แม่โจ้ (http://www.science.mju.ac.th/chemistry/) (http://www.appliedchem.mju.ac.th/)

1. อะตอม โมเลกลุ ไอออน และสูตรเคมี อะตอม (Atom) : อนภุ าคท่ีเลก็ ทส่ี ดุ ของธาตุท่ีสามารถทําปฏิกริ ิยาเคมไี ด้  อะตอม ประกอบดว้ ย โปรตอน (proton) นิวตรอน (neutron) และ อเิ ล็กตรอน (electron) นิวเคลยี ส (nucleus)  จํานวนโปรตอนภายในนวิ เคลยี ส เรยี กว่า เลขอะตอม (atomic number) : Z  ผลบวกของจํานวนโปรตอนกับนวิ ตรอน เรยี กว่า เลขมวล (mass number): A = Z + N  อะตอมที่เป็นกลาง จาํ นวนโปรตอนจะเทา่ กบั จํานวนอิเลก็ ตรอน Xสัญลกั ษณ์ของอะตอมA 27 Al  โปรตอน = 13 Z 13 นวิ ตรอน = 27-13 = 14 อิเล็กตรอน = 13  อะตอมของธาตุทม่ี จี าํ นวนโปรตอนเท่ากัน แตม่ ีจํานวนนวิ ตรอนตา่ งกนั เรยี กวา่ ไอโซโทป 1 H , 21H , 31H (isotope) เชน่ ไฮโดรเจน มี 3 ไอโซโทป คอื 1 2

โมเลกุล (Molecule) : หน่วยโครงสร้างทเ่ี ลก็ ทสี่ ดุ ของธาตหุ รอื สารประกอบทส่ี ามารถอยไู่ ด้โดย อสิ ระ และยังคงมีสมบัตขิ องธาตุหรือสารประกอบน้นั ๆ โดยสมบูรณ์  โมเลกุลอะตอมเดี่ยว (Monoatomic molecule): 1 โมเลกลุ ประกอบด้วย 1 อะตอม เช่น แก๊สมตี ระกลู หรอื แกส๊ เฉอ่ื ย (noble or inert gas) ไดแ้ ก่ He, Ne, Kr, Xe และ Rn  โมเลกุลอะตอมคู่ (Diatomic molecule): 1 โมเลกุล ประกอบด้วย 2 อะตอม  Homonuclear molecule เช่น H2, N2, O2, F2  Heteronuclear molecule เชน่ HCl, CO, HF  โมเลกลุ หลายอะตอม (Polyatomic molecule): โมเลกุลทมี่ ีมากกว่า 2 อะตอม ข้นึ ไป  Homonuclear molecule เช่น S8, P4  Heteronuclear molecule เช่น H2O, CH4, C6H12O6 3

ไอออน (Ion) : อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมท่มี ีประจุ  ไอออนลบ (negative ion หรือ anion): อะตอมหรือกลุ่มอะตอมท่ีเป็นกลางรับอิเล็กตรอน มาเพม่ิ ทําให้มีจาํ นวนอเิ ล็กตรอน (ประจุลบ) มากกวา่ จาํ นวนโปรตอน (ประจบุ วก) เชน่ F- Cl- O2- SO42- PO43- 17 Cl อะตอม Cl ไอออน Cl- 17 โปรตอน 17 โปรตอน 17 อเิ ล็กตรอน 18 อเิ ลก็ ตรอน  ไอออนบวก (positive ion หรือ cation): อะตอมหรือกลุ่มอะตอมที่เป็นกลางเสีย อเิ ล็กตรอนไป ทําให้มจี าํ นวนอเิ ล็กตรอนนอ้ ยกวา่ จํานวนโปรตอน เชน่ Na+ Ca2+ NH4+ 11Na อะตอม Na ไอออน Na+ 11 โปรตอน 11 โปรตอน 11 อเิ ลก็ ตรอน 10 อเิ ล็กตรอน 4

สตู รเคมี (Chemical formular) : กลมุ่ สญั ลักษณ์ของธาตุหรือสารประกอบ  สูตรเอมพิริคลั (Empirical formula): กลุ่มสญั ลกั ษณท์ เี่ ขยี นแทนอัตราสว่ นอยา่ งตา่ํ ของ จาํ นวนอะตอมทป่ี ระกอบขนึ้ เปน็ สารประกอบน้นั เชน่ H2O  H : O = 2 : 1 สูตรอย่างงา่ ย คอื H2O C6H12O6  C : H : O = 6 : 12 : 6 หรอื 1 : 2 : 1 สตู รอยา่ งงา่ ย คือ CH2O  สูตรโมเลกลุ (Molecular formula): กลุ่มสญั ลกั ษณท์ เี่ ขียนแทนธาตุหรือสารประกอบ เพื่อแสดงวา่ ธาตหุ รอื สารประกอบนั้น 1 โมเลกุล ประกอบดว้ ยธาตุอะไรบา้ ง อยา่ งละกี่ อะตอม เช่น H2O ประกอบด้วย H 2 อะตอม และ O 1 อะตอม C6H12O6 ประกอบดว้ ย C 6 อะตอม, H 12 อะตอม และ O 6 อะตอม สูตรโมเลกุล = (สูตรเอมพริ คิ ัล)n เมื่อ n = 1,2,3,…  สูตรโครงสรา้ ง (Structural formula): สตู รโมเลกลุ ทเ่ี ขียนแสดงการเชื่อมตอ่ (การเกดิ พันธะ) ของอะตอมในโมเลกุลนัน้ 5

สารประกอบ สตู รเอมพริ คิ ลั สูตรโมเลกลุ สตู รโครงสรา้ ง นํ้า H2O H2O ไฮโดรเจนเปอรอ์ อกไซด์ HO H2O2 เอทานอล C2H6O C2H6O ไดเมทลิ อเี ทอร์ C2H6O C2H6O 6

2. นํา้ หนกั อะตอม นํา้ หนกั โมเลกุล นํ้าหนกั อะตอมหรอื มวลอะตอม (Atomic mass)  เนื่องจากอะตอมมีขนาดเล็กมาก อะตอมเบาท่ีสุดมีมวลประมาณ 1.6 X 10-24 กรัม และ อะตอมท่ีหนักที่สุดมีมวลประมาณ 250 เท่าของมวลนี้เท่าน้ัน ทําให้ไม่สามารถช่ังมวลของ อะตอมโดยตรงได้ จึงไม่นิยมใช้มวลที่แท้จริง (absolute mass) แต่นิยมใช้มวล เปรียบเทยี บ (relative mass) เรียกว่า นา้ํ หนักอะตอม  ค.ศ. 1961 ใช้ 12C ซ่ึงเป็นไอโซโทปหน่ึงของธาตุคาร์บอนเป็นมาตรฐาน และได้กําหนด atomic mass unit (amu) ข้ึน (ต่อมาไดเ้ รยี กหนว่ ย amu เป็น Dalton, D) 1 โดยนิยามวา่ เปน็ “ 12 ของมวลของ 12C” ดังน้ัน มวลอะตอมของ 12C = 12.00 D 1 D (1 amu) = 1.66053  10-24 กรัม  นํ้าหนักอะตอมของธาตุเป็นมวลเฉลี่ยของบรรดาไอโซโทปที่มีปรากฏในธรรมชาติของธาตุ นั้นเปรียบเทียบกับมวลของธาตมุ าตรฐาน 7

 ในธรรมชาติธาตุเกือบท้ังหมดมีไอโซโทป เช่น ไฮโดรเจนมี 2 ไอโซโทป คือ 1H และ 2H ดังน้ัน นํ้าหนักอะตอมของธาตุที่ใช้จึงเป็นนํ้าหนักอะตอมเฉลี่ยของไอโซโทปของธาตุนั้นๆ โดยเฉล่ียตามอัตราส่วนของปริมาณของไอโซโทปทมี่ ปี รากฏจรงิ ๆ ในธรรมชาติ ตัวอย่าง ธาตุไฮโดรเจนในธรรมชาติมี 1H = 99.985% และ 2H = 0.015% โดยมีน้ําหนัก อะตอม 1.0078 amu และ 2.0141 amu ตามลําดับ ดังนัน้ น้ําหนกั อะตอมเฉลี่ยของ H = ( 99.985  1.0078 amu )  ( 0.015  2.0141 amu ) 100 100 = 1.0079 amu * นํ้าหนกั อะตอมท่ปี รากฏในตารางธาตุ 8

น้าํ หนกั โมเลกลุ หรือมวลโมเลกุล (Molecular mass/Molecular weight: MW) “ผลบวกของนํา้ หนักอะตอมของแตล่ ะธาตุทอ่ี ยู่ในโมเลกลุ ” ตัวอยา่ ง = 2(มวลอะตอม H) + มวลอะตอม O  H2O = 2(1.008 amu) + 16.00 amu = 18.02 amu มวลโมเลกลุ ของ H2O  C6H12O6 มวลโมเลกุลของ C6H12O6 = 6(มวลอะตอม C) + 12(มวลอะตอม H) + 6(มวลอะตอม O) = 6(12.01 amu) + 12(1.008 amu) + 6(16.00 amu) = 180.16 amu 9

3. การคํานวณสตู รเอมพริ คิ ลั และสตู รโมเลกุล  ต้องทราบว่าสารประกอบน้ันประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง ร้อยละโดยนํ้าหนักของแต่ละธาตุ ว่ามอี ยเู่ ทา่ ใด และนาํ้ หนกั อะตอมของแต่ละธาตดุ ้วย  เมื่อได้สูตรเอมพิริกัลแล้ว จะสามารถคํานวณหาสูตรโมเลกุลได้เมื่อทราบน้ําหนักโมเลกุล ของสารประกอบนัน้ ๆ สตู รโมเลกลุ = (สูตรเอมพริ กิ ลั )n ; n = 1, 2, 3, … 10

ตัวอย่าง จากการวิเคราะห์สารประกอบชนิดหนึ่ง พบว่าประกอบด้วยกํามะถันและออกซิเจนมี ร้อยละโดยน้ําหนักของกํามะถันเป็น 50.05 และออกซิเจน 49.95 ถ้านํ้าหนักโมเลกุลของ สารประกอบน้เี ทา่ กบั 64 จงคาํ นวณหาสูตรเอมพิรกิ ลั และสูตรโมเลกุลของสารประกอบน้ี (น้าํ หนักอะตอมของ S = 32 และ O = 16) วธิ ที ํา อตั ราส่วนโดยนาํ้ หนักของ S : O = 50.05 : 49.95 อัตราส่วนโดยโมลของอะตอม S : O = 50.05 : 49.95 (หารดว้ ยนาํ้ หนกั อะตอม) 32 16 = 1.56 : 3.12 ทําให้เป็นอัตราส่วนท่ีเป็นเลขน้อยๆ โดยการหารตลอดด้วยเลขท่ีน้อยท่ีสุด คือ 1.56 = 1.56 : 3.12 1.56 1.56 S:O = 1:2  สูตรอย่างง่าย คือ SO2 11

วิธีทํา (ตอ่ ) จากสตู รเอมพิรกิ ลั คอื SO2 สตู รโมเลกลุ เป็น (SO2)n จะได้ว่า (SO2)n = 64 = 64 [ 32 +16(2) ]n = 64 = 1 (64)n n  สูตรโมเลกลุ คอื SO2 12

ตัวอย่าง สารประกอบชนิดหนึ่งประกอบด้วย C 40.1%, H 6.6% และ O 53.3% ถ้าน้ําหนัก โมเลกุลของสารประกอบนีม้ คี า่ เทา่ กบั 180 จงคาํ นวณหาสตู รอย่างง่าย และสูตรโมเลกุล (น้ําหนักอะตอมของ C = 12.01, H = 1.008 และ O = 16.00) 13

4. โมล (Mole) “โมล (mole หรอื mol) เปน็ หนว่ ยที่ใช้ในการบอกปริมาณสาร”  1 โมล มีคา่ เทา่ กบั 6.02 x 1023 อนุภาค (อะตอม/ไอออน/โมเลกุล) [6.0221367 x 1023 = เลขอาโวกาโดร (Avogadro’s number: NA)]  1 โมลของธาตุ (โมเลกุล) ใดๆ จะมีนํา้ หนักเทา่ กบั นาํ้ หนกั อะตอม (น้าํ หนกั โมเลกลุ ) ของธาตุ (โมเลกลุ ) นน้ั ๆ ในหนว่ ยเป็นกรมั เช่น กาํ หนดนาํ้ หนกั อะตอมของ H = 1, C = 12, O = 16 C 1 โมล  C 6.02 x 1023 อะตอม  C 12 กรัม H2O 1 โมล  H2O 6.02 x 1023 โมเลกุล  H2O 18 กรัม H2O 1 โมล  H 6.02 x 1023 อะตอม  O 2(6.02 x 1023) อะตอม = 1.20 x 1024 อะตอม 14

ตวั อยา่ ง กําหนดนาํ้ หนกั อะตอมของ He = 4, Ca = 40, Cl = 35.5 He 0.5 โมล  He 3.01 x 1023 อะตอม  He 2 กรมั CaCl2 2 โมล  CaCl2 2(6.02) x 1023 = 1.20 x 1024 โมเลกุล  Ca2+ 6.02 x 1023 ไอออน  Cl- 2(6.02) x 1023 = 1.20 x 1024 ไอออน  CaCl2 2(111) = 222 กรมั n = NA = g 6.02 x 1023 MW โดย n = จาํ นวนโมล 15 NA = จํานวนอนุภาค (อะตอม/ไอออน/โมเลกลุ ) g= นาํ้ หนกั ของสาร หนว่ ยเปน็ กรัม MW = น้าํ หนกั อะตอมหรอื น้ําหนักโมเลกุล

ตวั อย่าง ถ้ามีแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ (CO2) หนกั 9.24 g จงคํานวณหา ก. จาํ นวนโมลของ CO2 ข. จาํ นวนโมเลกลุ ของ CO2 ค. จาํ นวนโมลของแต่ละธาตุในคาร์บอนไดออกไซด์ ง. จํานวนอะตอมของแตล่ ะธาตุ กาํ หนดน้าํ หนักอะตอมของ C = 12.0 และ O = 16.0 16

5. สมการเคมี ปฏิกิริยาเคมี (Chemical reaction) เป็นกระบวนการที่สารหนึ่ง (หรือสารหลายชนิด) มีการ เปลี่ยนแปลงเป็นสารชนดิ ใหมห่ รือเปน็ สารใหม่ไดม้ ากกว่าหน่ึงชนิด สมการเคมี (Chemical equation) เป็นสิ่งท่ีเขียนแทนปฏิกิริยาเคมี ซึ่งบอกให้ทราบถึงชนิด ของสารทเี่ ข้าทาํ ปฏิกริ ิยากนั และชนิดของสารทเ่ี ปน็ ผลผลติ ของปฏิกิริยา สารทเ่ี ขา้ ทําปฏกิ ิรยิ า  สารต้งั ตน้ (Reactant) เขยี นไว้ทาง “ซา้ ย” สารที่เป็นผลผลติ จากปฏกิ ริ ิยา  สารผลติ ภณั ฑ์ (Product) เขยี นไว้ทาง “ขวา” “”  ทศิ ทางของปฏิกิรยิ า “  ”  ทําปฏิกิรยิ ากับ (s), (l), (g)  สถานะของสาร เขยี นต่อทา้ ยสารแตล่ ะตวั (aq)  สารละลายในนํา้ (aqueous) สารต้ังตน้  สารผลติ ภณั ฑ์ 17

สมการเคมี สมการทส่ี มบูรณ์ ต้องมจี าํ นวนอะตอมของแตล่ ะธาตุทั้งสองขา้ งของลูกศรเท่ากนั “ดุลสมการ” HCl (aq) + NaOH (aq)  NaCl (aq) + H2O(l) 2 H2 (g) + O2 (g)  2 H2O(l) CH4 (g) + 2 O2 (g)  CO2 (g) + 2 H2O(l) 18

ปฏกิ ิรยิ าเคมี  ปฏกิ ริ ยิ าเคมที ีไ่ มม่ กี ารเปลย่ี นแปลงเลขออกซิเดชันของธาตหุ รอื อะตอม “ปฏกิ ริ ิยาการสะเทนิ HCl (aq) + NaOH (aq)  NaCl (aq) + H2O (l) ของกรดและเบส” AgNO3 (aq) + NaCl (aq)  AgCl (s) + NaNO3 (aq) 2 NaNO3 (aq) + H2SO4 (aq)  Na2SO4 (aq) + 2 HNO3 (aq) 19

 ปฏกิ ิริยาออกซิเดชนั -รีดกั ชัน หรือปฏกิ ริ ิยารดี อกซ์ (Oxidation-reduction reaction: Redox reaction) “ปฏกิ ริ ิยาทีม่ ีการเปลยี่ นแปลงเลขออกซิเดชนั ของธาตหุ รืออะตอม  มีการให้และรับอเิ ลก็ ตรอน” การกาํ หนดเลขออกซิเดชนั  ธาตุอสิ ระทุกชนดิ ท้ังทอี่ ยใู่ นรูปอะตอมหรือโมเลกลุ มีเลขออกซิเดชนั เทา่ กบั ศูนย์ เช่น Fe, Zn, H2, N2, O2, P4, S8  ไอออนของธาตมุ เี ลขออกซิเดชันเท่ากบั ประจขุ องไอออนนัน้ เชน่ H+ เลขออกซิเดชนั เทา่ กบั +1 Ca2+ เลขออกซเิ ดชนั เทา่ กับ +2 Cl- เลขออกซเิ ดชนั เทา่ กับ -1  ออกซิเจนในสารประกอบท่วั ไปมเี ลขออกซิเดชนั -2 เชน่ Na2O2, H2O2, BaO2 ยกเว้น สารประกอบซูเปอรอ์ อกไซด์ เช่น KO2 ออกซิเจนมเี ลขออกซเิ ดชัน -1/2 สารประกอบเปอร์ออกไซด์ เช่น K2O2, Na2O2 ออกซิเจนมเี ลขออกซิเดชนั -1 20

การกําหนดเลขออกซเิ ดชัน (ตอ่ )  ไฮโดรเจนในสารประกอบทว่ั ไปมเี ลขออกซิเดชนั +1 เชน่ H2O, NH3, HCl ยกเวน้ สารประกอบโลหะไฮไดรด์ ไฮโดรเจนมเี ลขออกซเิ ดชัน -1 เชน่ NaH, LiH  ในสารประกอบใดผลรวมของเลขออกซิเดชันของทกุ อะตอมเทา่ กบั ศนู ย์ เชน่ CaO เลขออกซิเดชนั ของแคลเซยี มเทา่ กบั +2 และของออกซเิ จนเทา่ กบั -2 ซึ่งรวมกันจะเท่ากบั 0  ไอออนทีป่ ระกอบดว้ ยอะตอมมากกว่า 1 ชนดิ ผลรวมของเลขออกซิเดชนั ของทุกอะตอม เทา่ กับประจขุ องไอออนน้ัน เช่น Cr2O72- มปี ระจุ -2 ผลรวมของเลขออกซเิ ดชันของ Cr2O72- จึงเทา่ กบั -2 เลขออกซเิ ดชนั ของออกซเิ จน เท่ากบั -2 (-2)  7 = -14 ดงั นน้ั เลขออกซิเดชนั ของโครเมียมจึงเท่ากับ +6  ธาตุหมู่ IA และ IIA มีเลขออกซิเดชันเพยี งคา่ เดยี ว คือ +1 และ +2 ตามลําดับ 21

ตัวอย่างที่ จงหาเลขออกซิเดชนั ของ Mn ในสารประกอบ KMnO4 ผลรวมเลขออกซิเดชนั ของ KMnO4 = 0 K + Mn + 4(O) =0 (+1) + Mn + 4(-2) =0 Mn = (+8) – 1 Mn = +7 ตวั อยา่ งที่ ตวั อย่างท่ี 2 จงหาเลขออกซิเดชนั ของ Cr ในสารประกอบ K2Cr2O7 ผลรวมเลขออกซเิ ดชนั ของ K2Cr2O7 = 0 2K + 2Cr + 7(O) =0 2(+1) + 2Cr + 7(-2) =0 Cr = [(14) – 2] / 2 Cr = +6 22

ปฏิกิรยิ าออกซิเดชนั -รีดักชนั หรอื ปฏกิ ิรยิ ารดี อกซ์ (Oxidation-reduction reaction: Redox reaction) “ปฏกิ ิรยิ าท่มี กี ารเปลีย่ นแปลงเลขออกซิเดชันของอะตอม มีการใหแ้ ละรับอเิ ลก็ ตรอน” Zn (s) + CuSO4 (aq)  Cu (s) + ZnSO4 (aq) หรอื เขยี นเปน็ สมการไอออนกิ ดังนี้ Zn (s) + Cu2+ (aq)  Cu (s) + Zn2+ (aq) 0 +2 0 +2 แยกสมการเปน็ 2 ส่วน ซงึ่ แต่ละสว่ น เรียกว่า คร่ึงปฏิกริ ิยา (half reaction) Zn (s)  Zn2+ (aq) ปฏิกริ ยิ าออกซเิ ดชัน  ใหอ้ ิเลก็ ตรอน Cu2+ (aq)  Cu (s) ปฏกิ ริ ิยารดี กั ชัน  รับอเิ ล็กตรอน 23

ตวั อยา่ งปฏิกิริยารีดอกซ์ +2 0 2 FeCl2 + 2 HCl + S +3 -2 2 FeCl3 + H2S  +3 +3 +4 +2 SnCl2 + 2 FeCl3  SnCl4 + 2 FeCl2 +3 +5 +6 -1 2 Cr3+ + ClO3- + 10 OH-  2 CrO42- + Cl- + 5 H2O 24

6. การคาํ นวณทีเ่ กยี่ วข้องกับสมการเคมี “สมการเคมีทจ่ี ะใชส้ าํ หรับการคํานวณต้องเป็นสมการทีด่ ุลแลว้ ” วธิ กี ารดลุ สมการเคมีทว่ั ไป  ระบวุ ่าสารใดเป็นสารตงั้ ต้น และสารใดเปน็ สารผลติ ภณั ฑ์  เขยี นสูตรเคมที ่ีถูกตอ้ งของสารตง้ั ต้นและสารผลติ ภณั ฑ์ ซึง่ สูตรเคมนี จี้ ะไมม่ กี าร เปลย่ี นแปลง  ดุลสมการโดยหาตวั เลขสมั ประสิทธิม์ าเติมข้างหนา้ สูตรเคมี เพื่อทําให้อะตอมชนิดเดยี วกนั ทั้งซา้ ยและขวาของสมการมีจํานวนเทา่ กนั  ให้คดิ ไอออนทีเ่ ป็นกลุ่มอะตอมเปรยี บเสมอื นหนงึ่ หน่วย ถ้าไอออนนั้นไมแ่ ตกกลุม่ ออกมา ในปฏกิ ิรยิ า  ตรวจสอบอกี คร้งั วา่ ถูกต้องโดยมจี ํานวนอะตอมชนดิ เดียวกันเทา่ กนั ทงั้ สองขา้ ง “สมการเคมที ดี่ ลุ แลว้ จะบอกใหท้ ราบถึงความสมั พนั ธ์เชงิ ปรมิ าณ (โมล) ของสารต่างๆ ที่เก่ยี วข้องในปฏกิ ริ ิยา และสามารถคํานวณปรมิ าณของผลติ ผลทพี่ ึงได้จากปฏกิ ริ ิยานน้ั ” 25

ตวั อย่างการดุลสมการ  จงดลุ สมการ KClO3  KCl + O2 KClO3  KCl + 3/2 O2 คูณ 2 ตลอดท้ังสมการเพอ่ื ใหไ้ ด้คา่ สมั ประสิทธข์ิ องเลขจํานวนเตม็ 2 KClO3  2 KCl + 3 O2  จงดลุ สมการ C2H6 + O2  CO2 + H2O (1) C2H6 + O2  2 CO2 + H2O (2) C2H6 + O2  2 CO2 + 3 H2O (3) C2H6 + 7/2 O2  2 CO2 + 3 H2O คูณ 2 ตลอดทง้ั สมการ  2 C2H6 + 7 O2  4 CO2 + 6 H2O 26

การคํานวณปริมาณของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ n= NA = g = V ปรมิ าตรแกส๊ (L) ท่ี STP 6.02 x 1023 MW 22.4 (0 C, 1 atm) CaC2 (s) + 2 H2O (l)  Ca(OH)2 (aq) + C2H2 (g) โมล 12 11 โมเลกลุ 6.02 1023 2(6.02 1023) 6.02 1023 6.02 1023 กรมั 64.0 2(18) =36.0 74.0 26.0 ลิตร ที่ STP -- - 22.4 27 (กําหนดมวลอะตอม: H=1.0, C = 12.0, = 16.0, Ca = 40.0)

ตวั อย่าง จากสมการ CaC2 (s) + H2O (l)  Ca(OH)2 (aq) + C2H2 (g) ถ้าใช้ CaC2 2.5 mol ทาํ ปฏิกิริยากับนา้ํ ทมี่ ีปริมาณมากเกนิ พอ ก. จะได้ C2H2 ก่โี มล ข. จะได้ C2H2 กี่กรมั ค. ได้ C2H2 กล่ี ติ ร ที่ STP ง. น้ําทาํ ปฏิกิริยาไปก่ีโมลและกก่ี รัม (กําหนดมวลอะตอม: H=1.0, C = 12.0, O = 16.0, Ca = 40.0) วิธที ํา CaC2 (s) + 2 H2O (l)  Ca(OH)2 (aq) + C2H2 (g) 2.5 2(2.5) = 5 2.5 2.5 โมล  จะได้ C2H2 = 2.5 โมล = 2.5  26 = 65 กรมั = 2.5  22.4 = 56 ลิตร ท่ี STP 2  2.5 = 5 โมล นาํ้ ทาํ ปฏกิ ริ ยิ า = 5  18 = 90 กรัม 28 =

ตวั อย่าง จงคํานวณวา่ จะต้องใชส้ งั กะสีกโี่ มลและกก่ี รัมทําปฏิกริ ยิ ากบั กรดเกลอื จึงจะใหแ้ ก๊ส ไฮโดรเจน 0.224 ลติ ร ที่ STP ปฏกิ ิรยิ าทเี่ กดิ ขึน้ คอื Zn + HCl  ZnCl2 + H2 (กําหนดมวลอะตอม: H=1.0, Cl = 35.5, Zn = 65.4) วธิ ที าํ Zn + 2 HCl  ZnCl2 + H2 หา mol H2 ? mol 0.224 L ท่ี STP V จาก n = 22.4 = 0.224 = 0.0100 mol 22.4 จากสมการ H2 1 mol ผลิตจาก Zn 1 mol  H2 0.0100 mol ผลติ จาก Zn 0.0100 mol เปลีย่ นเปน็ กรัม Zn 1 mol หนกั เทา่ กับ 65.4 g 65.4  0.0100  Zn 0.0100 mol หนักเท่ากบั 1 = 0.654 g g จาก n = MW  g = n  MW = 0.0100  65.4 = 0.654 g 29

ตัวอยา่ ง จงคาํ นวณว่าจะตอ้ งใชแ้ กส๊ ออกซเิ จนกลี่ ติ ร จึงจะทําปฏิกิรยิ าพอดกี บั แก๊สอีเทน 25.0 ลติ ร ท่ี STP ปฏกิ ิรยิ าทีเ่ กดิ ขึ้นคือ C2H6 + O2  CO2 + H2O (กาํ หนดมวลอะตอมของ H=1.0, C = 12.0, O = 16.0) วธิ ีทาํ C2H6 + 7/2 O2  2 CO2 + 3 H2O หา mol C2H6 2 C2H6 + 7 O2  4 CO2 + 6 H2O 25.0 L ? L จาก n = V = 25.0 = 1.12 mol 22.4 22.4 จากสมการ C2H6 2 mol จะทําปฏิกิริยาพอดีกับ O2 7 mol  C2H6 1.12 mol จะทําปฏกิ ิรยิ าพอดีกับ O2 7 1.12 = 3.92 mol 2 เปลย่ี นเป็นลติ ร O2 1 mol มีปรมิ าตรเทา่ กับ 22.4 L  O2 3.92 mol มีปรมิ าตรเท่ากับ 22.4  3.92 = 87.8 L 1 จาก n = V  V = n  22.4 = 3.92  22.4 = 88.7 L 22.4 30

ตัวอยา่ ง จงคาํ นวณว่าจะต้องใช้ลเิ ทยี มกก่ี รมั เพ่อื ผลติ แกส๊ ไฮโดรเจน 9.89 กรมั ปฏิกิริยาทเ่ี กดิ ขนึ้ คอื Li (s) + H2O (l)  LiOH (aq) + H2 (g) (กําหนดมวลอะตอม: Li = 6.94, H=1.0, O = 16.0) ตัวอยา่ ง จากปฏกิ ริ ิยา ClO2 (g) + H2O (l)  HClO3 (aq) + HCl (aq) ก. ถา้ ใช้ ClO2 14.3 g จะได้ HClO3 เกิดขนึ้ กโ่ี มล ข. ถ้าต้องการ HClO3 5.74 g จะตอ้ งใช้ H2O กกี่ รมั ค. ถ้าผสม ClO2 4.25 g กับ H2O 0.85 g เขา้ ด้วยกัน จะได้ HClO3 ก่ีกรัม (กําหนดมวลอะตอม: Cl = 35.45, H=1.0, O = 16.0) 31

7. สารกาํ หนดปรมิ าณ (Limiting agent) “เนื่องจากสารเข้าทาํ ปฏิกริ ิยาเคมกี ันในอตั ราสว่ นโมลต่อโมลทแ่ี นน่ อน สารทีม่ ีปรมิ าณน้อยกว่าจึงเป็นตัวกาํ หนดว่าปฏิกิรยิ าสามารถเกดิ ผลผลติ ไดอ้ ยา่ งมากทีส่ ดุ เทา่ ใด เรยี กสารทม่ี ปี ริมาณน้อยนวี้ า่ สารกาํ หนดปรมิ าณ (Limiting reactant)” พิจารณาปฏิกิรยิ า 2 NO (g) + O2 (g)  2 NO2 (g) หากมี NO 8 โมล และ O2 7 โมล สารใดเปน็ สารกําหนดปริมาณ จากสมการ NO 2 mol จะทาํ ปฏกิ ิรยิ าพอดกี บั O2 1 mol  NO 8 mol ตอ้ งทําปฏกิ ริ ยิ าพอดกี บั O2 4 mol NO ถูกใชห้ มด หรือ O2 1 mol จะทําปฏกิ ริ ิยาพอดกี ับ NO 2 mol O2 เหลอื O2 7 mol จากสมการ ตอ้ งทําปฏกิ ิรยิ าพอดกี บั NO 14 mol  ดังนนั้ NO จงึ เปน็ สารกาํ หนดปรมิ าณ 32 น่นั คือ เมอื่ NO ถกู ใช้ไปหมด จะไมม่ สี ารผลติ ภัณฑ์ NO2 เกดิ ข้ึนอกี เลย

ตวั อย่าง จงคาํ นวณวา่ จะเตรยี มลเิ ทยี มออกไซด์ได้กีโ่ มล จากลเิ ทยี ม 1.0 g และออกซิเจน 1.5 g สารใดเปน็ สารกาํ หนดปรมิ าณ สารใดเหลอื และเหลือกก่ี รมั ปฏกิ ิรยิ าที่เกดิ ขนึ้ คือ 4 Li + O2  2 Li2O (กาํ หนดมวลอะตอม: Li = 6.9, O = 16.0) หา mol Li จาก n= g = 1.0 g = 0.14 mol MW 6.9 g/mol หา mol O2 จาก n= g = 1.5 g = 0.047 mol MW 32.0 g/mol พิจารณาจากสมการ Li 4 mol จะทาํ ปฏิกิรยิ าพอดีกับ O2 1 mol  Li 0.14 mol 0.14 1 จะทาํ ปฏกิ ริ ิยาพอดกี ับ O2 4 = 0.035 mol ดังนั้น Li จงึ เปน็ สารกําหนดปริมาณ O2 เหลอื เท่ากับ 0.047 – 0.035 = 0.012 mol = 0.012 mol  32.0 g/mol = 0.38 g 33

ตัวอยา่ ง จงคาํ นวณวา่ เกดิ H2O กกี่ รมั จากปฏกิ ิริยาระหว่างไฮโดรเจน 11.2 L และออกซเิ จน 11.2 L ท่ี STP (กําหนดมวลอะตอมของ H = 1.0, O = 16.0) 2 H2 + O2  2 H2O หา mol H2 จาก n= V = 11.2 = 0.500 mol 22.4 22.4 หา mol O2 จาก n= V = 11.2 = 0.500 mol 22.4 22.4 พิจารณาจากสมการ H2 2 mol จะทําปฏกิ ริ ิยาพอดีกับ O2 1 mol  H2 0.500 mol 0.500  1 จะทําปฏกิ ิรยิ าพอดีกบั O2 2 = 0.250 mol ดังนนั้ H2 จึงเปน็ สารกําหนดปรมิ าณ จากสมการ H2 2 mol จะทําใหเ้ กดิ H2O เทา่ กบั 2 mol  H2 0.500 mol จะทําใหเ้ กิด H2O เท่ากบั 0.500 mol = 0.500 mol  18.0 g/mol 34 = 9.00 g

ตวั อย่าง จากปฏิกริ ิยา 2 Al + Fe2O3  Al2O3 + 2 Fe ในกระบวนการเชอ่ื มโลหะ หากใช้ Al 124 g ทําปฏกิ ริ ิยากบั Fe2O3 601 g จงคํานวณ ก. น้าํ หนักของ Al2O3 ทเ่ี กิดขน้ึ จากปฏกิ ริ ิยา ข. นํา้ หนกั ของสารที่เหลอื หลงั สนิ้ สดุ ปฏิกริ ยิ า (Al = 27.0, Fe = 55.8, O = 16.0) 35

8. ผลผลิตตามทฤษฎี ผลผลติ จริง และผลผลิตร้อยละ  ผลผลิตตามทฤษฎี (Theoretical yield) ปรมิ าณของผลผลิตท่ีอาจเกดิ ขึ้นไดม้ ากทีส่ ดุ ซ่งึ คํานวณไดจ้ ากสมการเคมีทดี่ ุลแลว้  ผลผลติ แท้จริง (Actual yield) ปริมาณของผลผลติ ท่เี กดิ ขนึ้ จริง ซง่ึ วัดหรอื ชงั่ ไดจ้ ากการทดลอง ผลผลิตร้อยละ (% yield) = ผลผลติ จริง 100 ผลผลติ ตามทฤษฎี 36

ตวั อยา่ ง เม่อื นํา C2H4 1.93 กรมั มาเผาไหมก้ ับออกซเิ จนที่มากเกินพอ พบวา่ เกดิ CO2 เกดิ ขึ้น 3.44 กรัม จงคํานวณผลผลติ รอ้ ยละของ CO2 น้ี (C = 12.0, H = 1.0, O = 16.0) C2H4 + 3 O2  2 CO2 + 2 H2O หา mol C2H4 จาก n= g = 1.93 = 0.0689 mol MW 28.0 พิจารณาจากสมการ C2H4 1 mol จะทาํ ใหเ้ กดิ CO2 เท่ากับ 2 mol  C2H4 0.0689 mol จะทาํ ให้เกดิ CO2 เทา่ กบั 0.0689  2 = 0.138 mol คิดเป็นน้ําหนักของ CO2 เทา่ กับ 0.138 mol  44.0g/mol = 6.07 g ผลผลติ รอ้ ยละ (% yield) = ผลผลติ จรงิ 100 = ผลผลิตตามทฤษฎี 3.44  100 6.07 = 56.7 % 37

ตัวอยา่ ง จงหาปริมาณผลผลติ ตามทฤษฎี (กรัม) ของทองแดงที่ไดจ้ ากการแยกคอปเปอร์ (I) ซลั ไฟด์ (Cu2S) 1590 กรมั ปฏกิ ริ ิยาทเ่ี กดิ ขนึ้ คือ Cu2S + O2  2 Cu + SO2 (Cu = 63.5, S = 32.0, O = 16.0) ถ้าในการทดลองได้ทองแดง 1200 กรัม จงคํานวณผลผลติ รอ้ ยละของทองแดงน้ี (1270g, 94.5%) 38

แบบฝกึ หดั ทบทวนทา้ ยบท 1. สารประกอบออกไซดข์ องไนโตรเจนชนิดหนง่ึ มีไนโตรเจนเปน็ องค์ประกอบ 30.4% จงหา สตู รอย่างงา่ ยและสูตรโมเลกุลของสารนี้ หากมวลโมเลกลุ ของสารนม้ี คี า่ เทา่ กบั 92.04 2. กรดฟอสฟอริก (H3PO4) 0.05 โมล (H = 1.0, O = 16.0, P = 31.0)  ประกอบด้วยกรดฟอสฟอรกิ กโี่ มเลกลุ  ประกอบด้วย H, P และ O อยา่ งละกอ่ี ะตอม  มีนํา้ หนักกี่กรมั 3. ไดไนโตรเจนเพนตะออกไซด์ (N2O5) 25.0 g มีอะตอมไนโตรเจนกโ่ี มล กี่อะตอม และกี่กรัม 4. จงดลุ สมการต่อไปน้ี ZnCl2 + H2S 39  ZnS + HCl  NaI + Na2S4O6  Na2S2O3 + I2  CO2 + H2O  C4H10 + O2  ZnO + SO2  ZnS + O2 

5. การใช้ยสี ตผ์ ลติ เอทานอล (C2H5OH) จากนา้ํ ตาล เปน็ ไปตามสมการ C6H12O6  2 C2H5OH + 2 CO2 (C = 12.0, H = 1.0, O = 16.0) ถ้าใช้นา้ํ ตาล 500 g จะไดเ้ อทานอลกก่ี รัม และแกส๊ คาบอนไดออกไซดก์ ี่ลติ ร ท่ี STP 6. เอทิลนี โบรไมด์ (C2H4Br2) ทําปฏกิ ริ ยิ าเผาไหมก้ บั ตะกวั่ (Pb) ดังสมการ C2H4Br2 + Pb + O2  PbBr4 + CO2 + H2O ถ้าใช้ C2H4Br2 0.80 mol ทําปฏกิ ริ ยิ ากับ Pb 145.0 g และมอี อกซเิ จนมากเกนิ พอ  สารใดเป็นสารกาํ หนดปรมิ าณ  มสี ารใดเหลือและเหลอื กกี่ รมั  O2 ถูกใชไ้ ปกี่โมล  มี CO2 เกดิ ข้นึ กลี่ ติ ร STP  ถ้า PbBr4 ทร่ี วบรวมได้จากการทดลองมเี พียง 190.0 g จงหาผลผลติ รอ้ ยละของสารนี้ (C = 12.0, H = 1.0, O = 16.0, Pb = 207.0, Br = 79.9) 40