ปริมาณสัมพันธ์

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 อนื่ ๆท่เี กยี่ วข้อง hv แสดงวา่ ปฏกิ ิรยิ าน้นั ตอ้ งใชค้ วามร้อน Pt แสดงวา่ ปฏกิ ริ ิยานน้ั ต้องใชแ้ สง Fe2O2 คอื ความดัน คอื สารกระตนุ้ หรอื ตัวเร่ง 450๐C, 200 atm 3 การคำนวณปริมาณสารใน ปฏกิ ริ ิยาเคมี การคำนวณปรมิ าณสารทเ่ี ก่ียวข้องกับมวล มวลของสารมคี วามสัมพันธ์กบั จำนวนโมล จึงสามารถเช่ือมโยง ความสัมพันธร์ ะหวา่ งจำนวนโมลของสารในสมการเคมีกับมวลของสารได้ โดย ใชม้ วลต่อโมลในการเปล่ยี นโมลให้เป็นมวลของสาร อัตราสว่ นโดยโมล ใชใ้ นการหาจำนวนโมลของสารท่ีต้องการ มวลต่อมวล ใช้ในการเปล่ียนจำนวนโมลของของสารใหเ้ ปน็ มวลของสาร ๐ ตวั อยา่ ง การผลติ กรดฟอสฟอรกิ (H3PO4) เพอื่ การค้าจะใช้ปฏิกริ ยิ าเคมีดังสมการ Ca3(PO4)2(s) + 3H2SO4(aq) + 6H2O(l) 3CaSO4.2H2O(s) + 2H3PO4(aq) จงคำนวณมวลของกรดซลั ฟวิ รกิ เขม้ ขน้ ทตี่ อ้ งใช้ทำปฏิกริ ยิ าพอดกี บั แคลเซยี มฟอสเฟต100.0 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 ดังนนั้ ตอ้ งใชก้ รดซลั ฟวิ ริกเขม้ ขน้ 94.86 กรมั 3

การคำนวณปรมิ าณสารที่เก่ยี วข้องกบั ความเขม้ ข้น ปฏิกริ ยิ าเคมหี ลายชนิดอยใู่ นรูปสารละลาย สารท่ที ำปฏกิ ิรยิ าเคมีกนั คอื ตัว ละลายโดยปรมิ าณของตัวละลายในสารละลายแสดงในรปู ของความเขม้ ขน้ ใช้ หน่วย โมลาร์หรอื โมลตอ่ ลิตร ๐ ตวั อย่าง แอมโมเนียมไฮโดรเจนฟอสเฟตนยิ มนำมาใชเ้ ปน็ ส่วนประกอบของปยุ๋ ซึง่ สังเคราะหจ์ ากสารละลายแอมโมเนีย (NH3) และสารละลายกรด ฟอสฟอรกิ (H3PO4) ถ้าใช้สารละลายแอมโมเนยี เขม้ ขน้ 7.4 โมลต่อลิตร ปริมาตร 3.48 ลิตร จะต้องใช้กรดฟอสฟอริกเขม้ ขน้ 12.9 โมลต่อลติ ร ปริมาตรกลี่ ิตร เขยี นสมการเคมไี ดด้ งั นี้ 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 ดังนัน้ ต้องใชก้ รดฟอสฟอรกิ เขม้ ขน้ 12.9 โมลตอ่ ลติ ร ปริมาตร 1.0 ลติ ร การคำนวณปริมาณสารท่ีเกี่ยวขอ้ งกบั ปริมาตรของแก๊ส ๐แกส๊ จะทำปฏกิ ริ ิยากนั พอดดี ว้ ยอตั ราส่วนโดยปริมาตรคงที่ ๐ท่ีอุณหภูมิและความดนั คงท่ี ปรมิ าตรของสารตง้ั ต้นและผลิตภัณฑ์ท่ีเป็น แกส๊ สามารถแสดงดว้ ยอตั ราส่วนของตัวเลขจำนวนเต็มที่มคี ่าน้อย ซึง่ เปน็ ไป ตามกฎการรวมปริมาตรของเกย-์ ลสู แซก H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) 1 โมล 1 โมล 2 โมล 1 หน่วยปรมิ าตร 1 หน่วยปริมาตร 2 หน่วยปริมาตร 1 โมเลกุล 1 โมเลกุล 2 โมเลกลุ สมมตฐิ านของอาโวกาโดร ทอี่ ุณหภูมแิ ละความดันคงท่ีแกส๊ (Avogado ' s Hypothesis) ใดๆท่ีมีปริมาตรเท่ากนั จะมีจำนวน โมเลกุลเทา่ 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

การคำนวณปริมาณสารในปฏกิ ิริยาเคมีหลายขั้นตอน จำนวนอนภุ าค 6.02 x 1023อนุภาคตอ่ โมล 22.4 มวลตอ่ โมล ลิตรต่อโมล ปรมิ าตรของแกส๊ มวล โมล ท่ี STP การเปลีย่ นแปลงปรมิ าณสารในปฏิกริ ยิ าเคมีมคี วามสมั พันธ์กนั ตามเลข สัมประสทิ ธ์ิ ซง่ึ บอกถงึ อตั ราสว่ นโดยโมลสามารถนำมาใช้ในการคำนวณ ปรมิ าณของสารทเี่ ก่ียวขอ้ งกบั มวล จำนวนอนุภาคปรมิ าตรของแกส๊ ท่ี STP และความเข้มขน้ ของสารละลายได้ ๐ ตัวอยา่ ง วธิ กี ารกำจดั แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์วิธหี นึ่งทำไดโ้ ดยใชซ้ ัลเฟอร์ได- ออกไซด์ทำปฏกิ ริ ยิ าเคมกี ับแคลเซียมออกไซด์ ซึ่งได้จากการเผาหินปนู ปฏกิ ริ ยิ าเคมีทเี่ กดิ ขึน้ เขียนแสดงไดด้ งั นี้ CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) . . . . .(1) CaO(s) + SO2(g) CaSO3(s) . . . . .(2) เม่อื ใช้หนิ ปูนหนกั 1.35 x 103กิโลกรมั จะมีแกส๊ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ปรมิ าตรกีล่ ติ รท่ีSTP สมการรวม CaCO3(s) + SO2(g) CaSO3(s) + CO2(g) ปริมาตรของ 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 ดงั นน้ั แก๊สซลั เฟอร์ไดออกไซดท์ ่ถี ูกกำจัดมีปรมิ าตร 3.02 x 105ลติ ร ท่ี STP 6

4 สารกำหนดปริมาณ เกดิ จาการท่สี ารต้ังต้นท่ีทำปฏิกิริยาหมดกอ่ นสารอื่น จะเปน็ สารทก่ี ำหนด ปริมาณผลิตภณั ฑท์ ี่เกิดขนี้ จีงเรยี กว่า สารกำหนดปรมิ าณ (limiting reagent) หรือ (limiting reactant) สารกำหนดปรมิ าณสามารถนำมาใช้ ในการคำนวณปริมาณผลติ ภัณฑ์ท่ีเกิดข้นึ หรอื สารทเ่ี หลือในปฏิกริ ยิ าเคมีได้ ตัวอยา่ ง แคลเซียมคาร์บอเนตทำปฏิกิรยิ ากับกรดไฮโดรคลอรกิ ดังนี้ CaCO3(s) + HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) เมือ่ ใชแ้ คลเซียมคารบ์ อเนต 50.0 กรมั ทำปฏกิ ิริยากับกรดไฮโดรคลอริก 0.500 โมล จะเกดิ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์กล่ี ิตร ท่ีSTP ดุลสมการเคมี CaCO3(s) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) ข้นั ที่1 หาสารกำหนดปริมาณ 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 เมอื่ ใช้ HCl 0.500 โมล จะตอ้ งใช้ CaCO325.0 กรัม ซง่ึ มี CaCO350.0 กรัม ดังน้ัน HCl เป็นสารกำหนดปรมิ าณ ขน้ั ที่2 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 ดังน้นั เกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ 5.60 ลติ ร ท่ี STP 7

5 ผลได้รอ้ ยละ ปริมาณของผลติ ภณั ฑ์ทคี่ ำนวณไดเ้ รียกวา่ ผลได้ตามทฤษฎี (theoretical yield) แตผ่ ลติ ภัณฑ์ท่ีเกดิ จริงเรยี กวา่ ผลได้จริง (actual yield) ผลติ ภณั ฑท์ เี่ กิดข้นึ จรงิ ในปฏิกริ ิยาเคมีส่วนใหญจ่ ะมีปรมิ าณน้อยกวา่ ท่ี คำนวณไดต้ ามทฤษฎี เกิดจากปจั จยั หลายอยา่ ง เช่น 1.ปฏิกิรยิ าเกดิ ขนึ้ ไมส่ มบูรณ์ 2.มปี ฏิกริ ิยาข้างเคยี ง 3.เก็บผลติ ภัณฑไ์ ด้ไม่หมด 4.ความผดิ พลาดในการวดั ปรมิ าณ ซึง่ ค่าเปรียบเทียบผลไดจ้ รงิ กบั ผลได้ตามทฤษฎีเป็นร้อยละ เรียกว่า ผลได้ ร้อยละ สูตรคำนวณผลไดร้ อ้ ยละ ผลได้ร้อยละ = ผลไดจ้ ริง (กรัมหรอื โมล) x 100 ผลได้ตามทฤษฎี (กรมั หรอื โมล) ตวั อยา่ ง ผลได้ร้อยละของผลติ ภณั ฑ์ในปฏิกิริยาเคมีจากกิจกรรมการทดลองมีค่า เท่าใด Na2CO3(s) + 2HCl(aq) CO2(g) + 2NaCl(aq) + H2O(l) มวลตามทฤษฎี =0.853 g มวลที่ไดจ้ ากการทดลอง =0.78 g ผลได้ร้อยละ= 0.78 g CO2 x 100 0.835 g CO2 = 93 ดงั น้ัน ปฏิกริ ิยาเคมีนี้มผี ลไดร้ ้อยละเท่ากับ 93 8

ตวั อยา่ ง น้ำมนั ระกำ (methyl salicylate) เตรียมได้จากปฏกิ ริ ยิ าตอ่ ไปน้ี C7H6O3(s) + CH4O(l) C8H8O3(l) + H2O(l) กรดซาลซิ ลิ ิก เมทานอล น้ำมันระกำ จากการทดลองพบวา่ เมอื่ ใช้กรดซาลซิ ิลิก 15.0 กรัม ทำปฏิกริ ิยาเคมกี บั เมทานอล 11.20 กรมั จะไดน้ ำ้ มนั ระกำ 12.4 กรัม จงหาผลไดร้ อ้ ยละ จากการทดลองน้ี ขน้ั ท1่ี หาสารกำหนดปรมิ าณ 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 นั่นคอื ถ้าใชก้ รดซาลซิ ลิ กิ 15.0 กรมั ต้องใชเ้ มทานอล 3.48 กรัม และมเี มทานอล 11.20 กรัม ดงั นัน้ กรดซาลิซิลกิ เปน็ สารกำหนดปรมิ าณ ขน้ั ที่2 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 นนั้ มนี ้ำมันระกำเกดิ ขึ้น 16.5 กรมั ขั้นที่3 หาผลไดร้ อ้ ยละ ผลไดร้ อ้ ยละ= 12.4 g x 100 16.5 g = 75.2 ดังนัน้ ปฏกิ ิรยิ าเคมีนมี้ ีผลได้รอ้ ยละเทา่ กบั 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