E-Book T1

ปริมาณสัมพนั ธ์ stoichiometry



สารบัญ 1 1 ปฏิกิริยาเคมี 2 2 สมการเคมี 3 3 การคำนวณปริมาณสารใน 7 8 ปฏิกริ ิยาเคมี 4 สารกำหนดปริมาณ 5 ผลไดร้ ้อยละ

1 ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ปฏกิ ริ ยิ าเคมี เปน็ การเปล่ียนแปลงท่มี ีสารใหมเ่ กิดขึน้ จากการจดั เรียงตวั ใหม่ ของอะตอมของธาตุโดยชนิดและจำนวนอะตอมของธาตุไมเ่ ปล่ียนแปลง ขอ้ สงั เกตการเกิดปฏิกริ ยิ า 1.กลิ่น เชน่ เกิดกลิน่ ฉนุ กล่นิ เหมน็ กลนิ่ หอม 2.ตะกอน เชน่ ของเหลวใส ไมม่ ีสี เมือ่ ผสมกนั แล้ว เกดิ ตะกอนสเี หลอื ง 3.สี เช่น สารเดิมไมม่ ีสีเมอ่ื เกิดปฏิกิรยิ าเคมี จะมีสี ใหม่เกดิ ขนึ้ 4.เกดิ ฟองแก๊ส 5.เกดิ การระเบิด หรอื เกดิ ประกายไฟ 6.มีอุณหภูมเิ ปลี่ยน การเกดิ ปฏิกริ ิยาสขี องน้ำอญั ชัน เกิดการเปลีย่ นสี ตวั อยา่ งการเกิดปฏกิ ิริยาเคมี การทดลอง สมบัตขิ องสาร ผลการสังเกตหลังผสม นำ Pb(NO3) 2 Pb(NO3) 2 มีตะกอนสีเหลืองเกดิ ขนึ้ มาผสมกับ ธาตKุ l เป็นของเหลวใสไมม่ ีสี Kl เป็นของเหลวใสไม่มีสี ไดข้ องเหลวใส ไมม่ ีสี และ นำ HNO3 ไมเ่ ปล่ยี นสกี ระดาษลติ มสั ผสมกบั NaOH HNO3 เป็นของเหลวใส ทัง้ สองสี ไมม่ ีสี และเปลยี่ นสี กระดาษลิตมสั จากน้ำเงนิ เป็นแดง NaOH เปน็ ของเหลวใส ไมม่ ีสี และเปลี่ยน สีกระดาษลิตมัสจากแดง เป็นน้ำเงิน จากผลการทดลองผสมธาตุ หลังผสมมกี ารเปล่ียนแปลงจงึ สรุปได้ว่ามปี ฏกิ ริ ยิ า เคมีเกดิ ข้ึน 1

2 สมการเคมี เบคก้ิงโซดาหรอื โซเดยี มไฮโดรเจนคาร์บอเนตทำปฏกิ ิริยากับนำ้ สม้ สายชหู รอื สารละลายกรดแอซีติกไดส้ ารละลายโซเดยี มแอซีเตต แก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ และนำ้ NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l) การเขียนแสดงปฏิกิริยาเคมีด้วยสตู รเคมีและสัญลักษณ์ เรยี กว่าสมการเคมี การเขยี นสมการเคมี NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l) สญั ลักษณ์ ย่อมาจาก ความหมาย (s) solid สถานะของแขง็ (l) liquid สถานะของเหลว (g) gas (aq) aqueous สถานะแกส๊ สารละลายท่มี นี า้ํ เป็นตวั ทำละลาย ในสมการเคมีอาจมสี ัญลกั ษณแ์ สดงสถานะ หรือปจั จัยทเี่ กย่ี วข้องในการ เกดิ ปฏกิ ิรยิ าเคมี สมดุลเพ่ิม-สมดลุ ลด NaHCO3+ CH3COOH CH3COONA + CO2 + H2O จากสมการเคมีนใ้ี ห้เราสังเกตทลี่ ูกศรทช่ี ้ขี นึ้ จะเป็นสมดลุ เพิ่ม 2Na3PO4+ 3BaCl2 Ba3(PO4)2 + 6NaCl จากสมการเคมนี ้ใี หเ้ ราสงั เกตที่ลกู ศรท่ชี ลี้ ง จะเป็นสมดุลลด 2

ปัจจยั อืน่ ๆทเ่ี ก่ยี วขอ้ ง hv แสดงว่า ปฏกิ ิรยิ าน้ันต้องใชค้ วามรอ้ น Pt แสดงวา่ ปฏกิ ิริยาน้ันต้องใช้แสง Fe2O2 คอื ความดัน คือ สารกระตุน้ หรอื ตวั เร่ง 450๐C, 200 atm 3 การคำนวณปรมิ าณสารใน ปฏิกริ ิยาเคมี การคำนวณปริมาณสารที่เกยี่ วข้องกบั มวล ความสัมพันธข์ องสารในปฏิกริ ิยาเคมมี ที ้ังสารตั้งตน้ และผลติ ภัณฑ์ พจิ ารณาได้จากความสมั พนั ธข์ องเลขสัมประสิทธ์ ซ่งึ สามารถนำไปใช้ในการ คำนวณปรมิ าณสารตา่ งๆในสมการเคมไี ด้ ๐ ตวั อย่าง การผลติ กรดฟอสฟอรกิ (H3PO4) เพ่ือการค้าจะใช้ปฏิกริ ิยาเคมดี ังสมการ Ca3(PO4)2(s) + 3H2SO4(aq) + 6H2O(l) 3CaSO4.2H2O(s) + 2H3PO4(aq) จงคำนวณมวลของกรดซัลฟิวรกิ เขม้ ขน้ ท่ีต้องใชท้ ำปฏกิ ิรยิ าพอดกี บั แคลเซียมฟอสเฟต100.0 กรมั มวล H2SO4 Ca3(PO4)2 x 1 mol gCaC3a(P3O(P4O)24)2x 13mmoloCl aH32S(POO44)2x 98.08 g H2SO4 = 100.0 g 310.18 1 mol H2SO4 = 94.86 g H2SO4 ดังนน้ั ตอ้ งใชก้ รดซลั ฟวิ ริกเขม้ ข้น 94.86 กรมั 3

การคำนวณปริมาณสารที่เกี่ยวขอ้ งกับความเขม้ ข้น ปฏกิ ิรยิ าเคมหี ลายชนิดอยใู่ นรปู สารละลาย สารท่ที ำปฏกิ ริ ิยาเคมีกัน คือ ตวั ละลายโดยปริมาณของตัวละลายในสารละลายแสดงในรปู ของความเขม้ ข้น ใช้ หนว่ ย โมลาร์หรือโมลต่อลิตร ๐ ตวั อย่าง แอมโมเนยี มไฮโดรเจนฟอสเฟตนยิ มนำมาใชเ้ ป็นส่วนประกอบของปุ๋ย ซง่ึ สงั เคราะห์จากสารละลายแอมโมเนยี (NH3) และสารละลายกรด ฟอสฟอริก (H3PO4) ถ้าใช้สารละลายแอมโมเนยี เขม้ ขน้ 7.4 โมลตอ่ ลติ ร ปริมาตร 3.48 ลติ ร จะต้องใช้กรดฟอสฟอรกิ เข้มข้น 12.9 โมลต่อลติ ร ปริมาตรก่ีลติ ร เขยี นสมการเคมไี ดด้ ังน้ี 2NH3(aq) + H3PO4(aq) (NH4)2HPO4(aq) ปริมาตรของ H3PO4 7.4 mol NH3 x 1 mol H3PO4 x 1 L H3PO4sol n = 3.48 L NH3soln x 1 L NH3sol n 2 mol NH3 12.9 mol H3PO4 = 1.0 L H3PO4sol n ดังน้ัน ตอ้ งใช้กรดฟอสฟอริกเขม้ ข้น 12.9 โมลตอ่ ลติ ร ปรมิ าตร 1.0 ลิตร การคำนวณปริมาณสารท่เี กี่ยวข้องกบั ปรมิ าตรของแก๊ส H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) 1 โมล 1 โมล 2 โมล 1 หนว่ ยปรมิ าตร 1 หนว่ ยปริมาตร 2 หนว่ ยปริมาตร 1 โมเลกลุ 1 โมเลกุล 2 โมเลกุล สมมติฐานของอาโวกาโดร ทอ่ี ณุ หภูมแิ ละความดนั คงท่แี ก๊ส (Avogado ' s Hypothesis) ใดๆท่มี ีปริมาตรเท่ากัน จะมีจำนวน โมเลกลุ เทา่ กนั 4

๐ ตวั อย่าง ทอ่ี ณุ หภมู ิและความดนั เดียวกนั เมื่อนำแกส๊ ไฮโดนเจน 100 มิลลิลิตร ทำปฏกิ ริ ยิ ากับแก๊สออกซิเจน 85 มลิ ลิลิตร ไดไ้ อน้ำ ไอนำ้ ท่เี กิดขนึ้ และ แก๊สออกซิเจนที่เหลือมีปรมิ าตรกม่ี ลิ ลลิ ิตร เขยี นสมการเคมีได้ดงั น้ี 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) 2 อัตราส่วนโดยปริมาตร 2 1 ปรมิ าตรของ H2O = 100 mL H2 x 2 mL H2O 2 mL H2 = 100 mL H2 ดังนัน้ มีไอนำ้ เกดิ ขึ้น 100 มิลลิลิตร 1 mL O2 ปรมิ าตรของ O2 = 100 mL H2 x 2 mL H2 = 50 mL O2 ปรมิ าตรของ O2 ทเี่ หลืออยู่ = 85 mL - 50 mL = 35 mL ดังนน้ั มแี กส๊ ออกซิเจนเหลือ 35 มิลลิลติ ร ๐ ตัวอย่าง การสงั เคราะห์ด้วยแสงของพชื เกดิ ปฏิกิริยาเคมดี ังน้ี 6CO2(g) + 6H2O(g) h C6H12O6 (g) + 6O2(g) กลโู คส พชื ตอ้ งใช้แกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์กี่ลิตร ที่ STP จึงจะสามารถสังเคราะห์ กลโู คสได้ 36.0 กรมั ปริมาตรของ CO2 ที่ STP gC6CH612HO126O6x 6 mol CO2 x 22.4 L CO2 = 36.0 g C6H12O6 x1810m.1o8l 1 mol C6H12O6 1 mol CO2 = 26.9 L CO2 ดงั นั้น พืชจะตอ้ งใชแ้ ก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ 26.9 ลิตร ท่ี STP 5

การคำนวณปรมิ าณสารในปฏกิ ริ ิยาเคมีหลายข้ันตอน จำนวนอนภุ าค 6.02 x 1023อนุภาคต่อโมล 22.4 มวลตอ่ โมล ลติ รตอ่ โมล ปริมาตรของแก๊ส มวล โมล ที่ STP ๐ ตวั อยา่ ง วิธีการกำจดั แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์วธิ ีหน่ึงทำได้โดยใชซ้ ลั เฟอร์ได- ออกไซด์ทำปฏิกริ ยิ าเคมีกับแคลเซยี มออกไซด์ ซ่ึงได้จากการเผาหินปูน ปฏกิ ริ ยิ าเคมีทเี่ กดิ ข้นึ เขยี นแสดงไดด้ ังนี้ CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) . . . . .(1) CaO(s) + SO2(g) CaSO3(s) . . . . .(2) เมื่อใชห้ ินปนู หนัก 1.35 x 103กิโลกรัม จะมีแกส๊ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ปริมาตรกี่ลติ รที่STP สมการรวม CaCO3(s) + SO2(g) CaSO3(s) + CO2(g) ปรมิ าตรของ SO2 ที่STP 1000 g CaCO3 x1001 .m0o9l CgaCCaOC3O3x1 m1 omloCl aSCOO2 3x 22.4 L SO2 1 kg CaCO3 1 mol SO2 = 1.35 x 103kg CaCO3 x = 3.02 x 105L SO2 ดังนั้น แกส๊ ซลั เฟอร์ไดออกไซด์ที่ถกู กำจดั มีปริมาตร 3.02 x 105ลิตร ที่ STP 6

4 สารกำหนดปรมิ าณ เกดิ จาการทส่ี ารต้งั ต้นทีท่ ำปฏิกิรยิ าหมดก่อนสารอน่ื จะเปน็ สารที่กำหนด ปรมิ าณผลติ ภณั ฑ์ทเี่ กดิ ขน้ี จงี เรียกว่า สารกำหนดปริมาณ (limiting reagent) หรือ (limiting reactant) ๐ ตัวอย่าง แคลเซียมคารบ์ อเนตทำปฏิกริ ิยากับกรดไฮโดรคลอริก ดงั น้ี CaCO3(s) + HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) เมอื่ ใช้แคลเซยี มคาร์บอเนต 50.0 กรมั ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอรกิ 0.500 โมล จะเกดิ แก๊สคารบ์ อนไดออกไซดก์ ่ีลติ ร ท่ีSTP ดุลสมการเคมี CaCO3(s) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) ขน้ั ท1่ี หาสารกำหนดปรมิ าณ 1 mol CaCO3 100.09 g CaCO3 2 mol HCl 1 mol CaCO3 มวลของ CaCO3 = 0.500 mol HCl x x = 25.0 g CaCO3 นนั่ คอื เมื่อใช้ HCl 0.500 โมล จะตอ้ งใช้ CaCO325.0 กรมั ซ่ึงมี CaCO350.0 กรัม ดังนนั้ HCl เป็นสารกำหนดปริมาณ ขน้ั ท่ี2 หาปรมิ าตรของ CO2ที่ STP 1 mol CO2 x 22.4 L CO2 ปริมาตรของ CO2ท่ี STP = 0.500 mol HCl x 2 mol HCl 1 mol CO2 = 5.60 L CO2 ดงั น้นั เกดิ แกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ 5.60 ลติ ร ท่ี STP 7

5 ผลได้รอ้ ยละ ๐ปริมาณของผลติ ภัณฑ์ที่คำนวณไดเ้ รยี กว่า ผลได้ตามทฤษฎี (theoretical yield) แตผ่ ลติ ภัณฑ์ที่เกดิ จรงิ เรียกว่า ผลได้จรงิ (actual yield) ๐ผลิตภัณฑ์ท่ีเกดิ ข้นึ จรงิ ในปฏกิ ิริยาเคมีสว่ นใหญ่จะมีปริมาณน้อยกวา่ ที่ คำนวณไดต้ ามทฤษฎี เกดิ จากปัจจัยหลายอย่าง เช่น 1.ปฏกิ ิริยาเกดิ ขึน้ ไม่สมบรู ณ์ 2.มีปฏิกริ ิยาขา้ งเคียง 3.เกบ็ ผลิตภณั ฑ์ไดไ้ ม่หมด 4.ความผิดพลาดในการวดั ปรมิ าณ ๐ซ่ึงคา่ เปรยี บเทียบผลได้จริงกบั ผลไดต้ ามทฤษฎีเป็นร้อยละ เรียกว่า ผลได้ รอ้ ยละ ๐ ผลได้ร้อยละสามารถคำนวณได้ดงั น้ี ผลไดร้ อ้ ยละ = ผลไดจ้ ริง (กรมั หรือโมล) x 100 ผลได้ตามทฤษฎี (กรมั หรอื โมล) ๐ ตวั อยา่ ง ผลได้รอ้ ยละของผลติ ภณั ฑใ์ นปฏกิ ริ ิยาเคมจี ากกิจกรรมการทดลองมีค่า เทา่ ใด Na2CO3(s) + 2HCl(aq) CO2(g) + 2NaCl(aq) + H2O(l) มวลตามทฤษฎี =0.853 g มวลทไี่ ดจ้ ากการทดลอง =0.78 g ผลไดร้ ้อยละ= 0.78 g CO2 x 100 0.835 g CO2 = 93 ดงั นนั้ ปฏิกิริยาเคมีนม้ี ีผลได้ร้อยละเท่ากบั 93 8

๐ ตัวอย่าง นำ้ มนั ระกำ (methyl salicylate) เตรยี มไดจ้ ากปฏิกิรยิ าต่อไปน้ี C7H6O3(s) + CH4O(l) C8H8O3(l) + H2O(l) กรดซาลซิ ลิ กิ เมทานอล น้ำมันระกำ จากการทดลองพบว่าเม่อื ใชก้ รดซาลซิ ิลิก 15.0 กรมั ทำปฏกิ ิริยาเคมกี ับ เมทานอล 11.20 กรมั จะไดน้ ำ้ มันระกำ 12.4 กรมั จงหาผลไดร้ อ้ ยละ จากการทดลองน้ี ขน้ั ท่1ี หาสารกำหนดปริมาณ มวลของ CH4O x 113m8.o13l Cg7HC6O7H36O3x 1 mol CH4O x 32.05 g CH4O = 15.0 g C7H6O3 1 mol C7H6O3 1 mol CH4O = 3.48 g CH4O นนั่ คอื ถา้ ใช้กรดซาลิซลิ กิ 15.0 กรัม ตอ้ งใช้เมทานอล 3.48 กรมั และมีเมทานอล 11.20 กรมั ดงั นั้น กรดซาลิซิลกิ เปน็ สารกำหนดปริมาณ ข้ันท่ี2 หามวลของ C8H8O3 มวลของ C8H8O3 x 113m8.o13l Cg7HC6O7H36O3x 1 mol C8H8O3 x 152.16 g C8H8O3 = 15.0 g C7H6O3 1 mol C7H6O3 1 mol C8H8O3 = 16.5 g C8H8O3 ดงั น้นั มีนำ้ มนั ระกำเกิดขึน้ 16.5 กรัม ขน้ั ที่3 หาผลไดร้ อ้ ยละ ผลไดร้ อ้ ยละ= 12.4 g x 100 16.5 g = 75.2 ดงั นน้ั ปฏกิ ริ ยิ าเคมนี ม้ี ีผลไดร้ อ้ ยละเทา่ กับ 75.2 9

ผจู้ ดั ทาํ นางสาว นริศรา ธูปกระแจะ ม.4/1 เลขที่ 13 นางสาว ภัทรนนั ท์ เวบา้ นแพว้ ม.4/1 เลขที่ 16 นาย ธนภัทร นคราพานิช ม.4/1 เลขท่ี 33