เคมี ม.5 เทอม 1

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 7 | แก๊สและสมบตั ิของแกส๊ 37 3. ถงั บรรจแุ กส๊ ไฮโดรเจน นอี อน และฮีเลยี ม ที่อณุ หภูมิ 27 องศาเซลเซยี ส แสดงดงั รปู วาล์ว 1 วาล์ว 2 กอ่ นเปดิ วาลว์ แก๊สไฮโดรเจน แก๊สนีออน และแก๊สฮีเลียมมีปริมาตร 2.00 4.00 และ1.00 ลิตร ตามล�ำ ดบั และมมี วล 2.02 30.39 และ 2.00 กรมั ตามล�ำ ดับ 3.1 ความดนั ของแก๊สแตล่ ะชนดิ กอ่ นเปดิ วาล์วเป็นเท่าใด คำ�นวณความดนั ของ H2 จำ�นวนโมลของ H2 = 2.02 g × 1 mol = 1.00 mol 2.02 g จาก PV = nRT PH2 = nH2 RT VH2 = (1.00 mol)(0.0821 L • atm/mol • K)(27 + 273 K) 2.00 L = 12.3 atm ค�ำ นวณความดนั ของ Ne จำ�นวนโมลของ Ne = 30.39 g × 1 mol = 1.506 mol 20.18 g จาก PV = nRT สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แก๊สและสมบตั ขิ องแก๊ส เคมี เล่ม 3 38 PNe = nNeRT VNe = (1.506 mol)(0.0821 L • atm/mol • K)(27 + 273 K) 4.00 L = 9.27 atm คำ�นวณความดันของ He จำ�นวนโมลของ He = 2.00 g × 1 mol = 0.500 mol 4.00 g จาก PV = nRT PHe = nHeRT VHe = (0.500 mol)(0.0821 L • atm/mol • K)(27 + 273 K) 1.00 L = 12.3 atm ดังนั้น แก๊สไฮโดรเจนและแก๊สฮีเลียมมีความดัน 12.3 บรรยากาศ ส่วนแก๊สนีออนมี ความดัน 9.27 บรรยากาศ 3.2 เมื่อเปิดวาลว์ 1 และ 2 ความดันของแก๊สผสมเป็นเทา่ ใด ปริมาตรของแกส๊ ผสมเม่ือเปิดวาล์ว 1 และ 2 = 2.00 + 4.00 + 1.00 = 7.00 ลิตร คำ�นวณจำ�นวนโมลรวมของแกส๊ ผสม ntotal = nH₂ + nNe + nHe = 1.00 + 1.506 + 0.500 = 3.01 mol ค�ำ นวณความดนั ของแก๊สผสม จาก Ptotal = ntotalRT แทนค่าได้ V Ptotal = (3.01 mol)(0.0821 L • atm/mol • K)(27 + 273 K) (7.00 L) = 10.6 atm ดังนั้น แกส๊ ผสมมคี วามดัน 10.6 บรรยากาศ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 7 | แกส๊ และสมบัติของแก๊ส 39 4. แก๊สผสมซึ่งประกอบด้วยแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และแก๊สไนโตรเจน (N2) ใน ภาชนะขนาด 0.50 ลิตร ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส มีความดันรวม 1.0 บรรยากาศ เม่ือผ่านแก๊สผสมน้ีไปบนผงแคลเซียมออกไซด์อุ่น จะทำ�ให้แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ทั้งหมดเกิดปฏกิ ิริยาดังสมการเคมี CaO(s) + SO2(g) CaSO3(s) เมื่อถ่ายเทแก๊สไนโตรเจนท่ีไม่ได้ทำ�ปฏิกิริยาไปสู่ลูกโป่ง ทำ�ให้ลูกโป่งพองข้ึนจนมีปริมาตร 0.15 ลิตร ที่อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส และมีความดัน 1.2 บรรยากาศ ความดันย่อย ของแกส๊ ซัลเฟอร์ไดออกไซดใ์ นแก๊สผสมเป็นเทา่ ใด คำ�นวณความดันของ N2 ในแก๊สผสม จาก P1V1 = P2V2 T1 T2 แทนคา่ จะได้ P1 (0.50 L) = (1.2 atm)(0.15 L) (25 + 273 K) (50 + 273 K) P1 = (1.2 atm)(0.15 L)(298 K) (323 K)(0.50 L) = 0.33 atm คำ�นวณความดันของ SO2 ในแกส๊ ผสม จาก Ptotal = PSO2 + PN2 PSO2 = Ptotal – PN2 = 1.0 atm – 0.33 atm = 0.67 atm ดงั นนั้ ความดนั ยอ่ ยของแกส๊ ซลั เฟอรไ์ ดออกไซดใ์ นแกส๊ ผสมมคี า่ เทา่ กบั 0.67 บรรยากาศ สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

นน้ั ความดันย่อยของแก๊สซลั เฟอรไ์ ดออกไซดใ์ นแก๊สผสมมีค่าเทา่ กับ 0.67 ยยาา4กก0าาศศ บทท่ี 7 | แกส๊ และสมบตั ขิ องแกส๊ เคมี เล่ม 3 จจลลนนแ์์แลละะกกาารรแแพพรร่ขข่ อองงแแกก๊สส๊ ฏฏจีีจลลนน์์ขขออ7.งง3แแ กกท๊ส๊สฤษฎจี ลน์และการแพร่ของแกส๊ กกาารรเเรรีียยนน รรูู้้7.3.1 ทฤษฎจี ลนข์ องแก๊ส ฎฎตตา่่างง ๆๆจขขุดออปงงระแแสกกง๊สส๊คก์ โโาดดรเยยรยีใใชชนรท้้ทู้ ฤฤษษฎฎีจจี ลลนน์์ขขอองงแแกกส๊ส๊ อธิบายกฎต่าง ๆ ของแกส๊ โดยใชท้ ฤษฎจี ลนข์ องแก๊ส ถถาาาารรมมเเนนรรยียี ํําานนวว รแ่่าารระน ูู้้ หปปววกรรา่ า1งิิมมรอ.จ นาาคัดภุตตรกาูใารรคชรแแ้คเแรำ�ลลลียถะะะนากรมคคาู้ นรววเำ�คาาวล่มมาื่อดดนปทรัันนิมี่ขขขาอตงอออรงงแนลแแุภะากกคค๊๊สสแวากเเม๊สกกดอ่ีี่ยยันยวว่าขงขขอไรง้้ออแงงก๊สกกเัับบกี่ยขขวนนข้อาางดดกับออขนนนุุภภาดาาอคคนุภรราะะค ยยระะะยหหะ่่หาา่างงง นนภุุภาาคค แแลละะกกาารรเเคคลล่่ืืออนนทที่ีข่ขอองงออนนุภภุ าาคคแแกกส๊ส๊ ออยยา่า่ งงไไรร ปปหหหห้้นนรรัักกืืออเเรรแแีียยสสนน เอดดกนออี่ยงงุภภภวรรากููปปิิปปคับ2แจจรรข.ก นาาํําาค๊สายยลลรดดูเเวออขกกังาองงรด่่ีียยงูปขขรอววูปออนจกกหาุภงงัับบการออนคือขขนนแ้ันแนนกใุุภภสห๊สาาดาา้นดดเงคคักพรขขเูื่อปแแรออใียจกกหนงงำ�้ไ๊๊สสออลอดภ้ขอนนดด้อิปงุุภภขสัังงรรอารราาุปยงููปปคค ออใใหห้้ไไดด้้ขขต้้ออาสสมทรรฤุุปปษฎตตีจาาลมมน์ขททอฤฤงแษษก๊สฎฎวีีจจ่า ลลอนนนุภ์์ขขาคออแงงก๊สแแมกกีข๊๊สสนาววด่่าา นนกก้ัั้นน๊๊สสมมผผีีลลขขรรนนววผเเมลาามมลอื่็กดดรปปเมวทเเมรราียลลกปิิมมบ็็กกเรกาามิมมมับตตื่อาปาารรเตรทกกขขริมียขาเเออบอตมมงงรงกื่ื่ออออขอับอนเเนนภงททุภุุภภภาาีียยชาาาคชนบบคคแนะกแแกกะท๊สทกกัับบี่บม่ีบ๊๊สสีครภภร่รมมาราานจจีีคคุุ้ชชอดา่า่ ยนนังนนมนะะาออ้้ ้ันกททยย่ี่ี ททียยี บบกกับบั ปปรรมิิมาาตตรรขขอองงภภาาชชนนะะททบ่ี่ีบรรรรจจุุ นนงงออวว่่าานนุุภภออนนาาคคก ุุภภนั าามจจคคาาากแแ3กกเมกก. นนอ่ื ๊๊สสคเัั้้นนทรออูยีชยยใใบ้ีใชชูู่่หหหก้้คค้บัเ่่าาหขํํงงาา็นนกกถถวาัันน่ดาาาขมมมมออาานนนงอกกุภํําานเเาออภุมมคาภภแื่่ืออคกิิปปเเจ๊ททสารรอกีียยาายนบบู่หยยนั้ กก่าใววชงัับบ่่าา้ กกรระะ๊๊สสหหออววยย่่าา่่าางงงงออคมเไไพำผ�ีนนรร่ือถลภภุุใาตเเหมอ่าาพพ้ไนแคคดื่่ืำ�ออร้ขมมองใใ้อยภผีีผหหสดึ ิปลลรเ้้ไไรหุปดดตตานวย้้่่ออขขยี่่าววแแ้้่าอออรรระนสสรหะงงุภรรวยยยาุุปปา่ะคดึดึงหแววอเเ่ากนหห่่าาง๊สภุรนนอออะายคห่ยี่ยี นนู่หแวววกุุ่ภภา่ารรงสง๊ าาอกะะอคคันนยหหุาภ่มขขววงาาไออ่่าาคกรงงงง าางงกกัันนมมาากกทำ�ททใหํําา้แใใรหหง้้แแยึดรรเงงหยยน่ียึึดดวเเรหหะหนนว่่ีียย่างววอรรนะะุภหหาคววน่่าา้องงยออมานนกุุภภจาานคค หหา่า่ งงกกัันน จจนนถถืืออววาา่่ ถไไือมมวม่่มา่ ไแีีแมม่รรีแงงรกกงกรรระะะททท�ำาําํ ตตตอ่ อ่อ่ กันกกัันน สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 7 | แก๊สและสมบัติของแกส๊ 42 41 วามรวู้ ่า แ ก๊สแต4.่ล คะรอูใหน้คภุ วาาคมเรคู้ว่าลือ่ แนก๊สทแี่เตป่ล็นะเอสนน้ ุภตาครง างท่ีไม่แนเค่นลื่ออนนทดี่เป้ว็นยเสอ้นัตตรรงาใเนรท็วิศคทงาทงที่ที่ไม่ีแ่แตนก่นตอน่าดง้วกยัน จากนั้นคอคัำต�รถรูใาาชเมร้ค็วว่คาํางถแทาก่ีท๊สม่ีแแตวตก่า่ลตะ่าแงอกกนัน๊สุภดแาังครตูมป่ลีพจะลาอังกงนนาั้นนุภคจารลูใคนชม้์ ี นจลน์เทเ่าทก่ากันันหหรรือือไมไ่ มเพ่ รเาพะเรหาตะุใดเหซต่ึงคุใวดรไดซ้ค่ึงำ�คตอวบรวไ่าด้ บว่า มีพมลีพังลงังงาานนจจลลน์ไนม่เ์ไทม่าก่เันท่เานกื่องันจากเมนีอื่อัตรงาจเรา็วใกนมี การเคลื่อนที่ไม่เท่ากัน จากนั้นครูอธิบายว่าเม่ือ วในการเอคนลุภ่อื านคทแกี่ไ๊สมเ่เกทิด่ากการนั ชนจจาะกมนีกน้ัารคถร่าูอยเธทบิ พาลยังงวา่านให้แก่กันโดยไม่มีการสูญเสียพลังงานจลน์รวม ภาคแก๊สดเงักนิด้นั กพลาังรงชานนจจลนะ์เมฉลีกี่ยาขรอถงแ่ากยส๊ เจทึงมพคี า่ลคังงงทา่ี ณนอใหณุ ้แหภกมู ่กิหันนงึ่โดๆยไม่มีการสูญเสียพลังงาน ม ดังนนั้ พ ลังงา5น. จคลรอู นธบิเ์ ฉายลวี่ยา่ ขแกอส๊ งตแา่ กงชส๊ นจดิ งึ กมนั ทีคอ่ี า่ ณุ คหงภทมู ่ี เิณดยี วอกุณนั มหพี ภลงัูมงิหานนจลึง่ นๆเ์ ฉลยี่ เทา่ กนั ถา้ เพม่ิ อณุ หภมู ิ จะท�ำ ให้อนภุ าคแกส๊ เคลอ่ื นทเ่ี รว็ ข้ึน พลงั งานจลน์เฉลยี่ ของแกส๊ จึงเพ่ิมขึ้น ายว่าแก๊ส ต่างช6น. คิดรกูใหัน้คทวาี่อมุณรู้วห่า ภขูม้อมิเดูลทียี่กวลก่าวันมมาแีพลล้วนังง้ันาเปน็นจสลารนะ์เสฉำ�คลัญี่ยขเทอง่าทกฤันษฎถีจ้ลานเพ์ขอ่ิมงอแกุณ๊สหซภึ่งแูมกิ ๊ส ห้อนุภาคแอดุกม๊สคเตคมิ ลพี ่อื ฤนตกิ ทรร่เี รมว็เปขน็ ึน้ ไปตพาลมทังงฤาษนฎจี จลลนนข์ อเ์ ฉงแลก่ียส๊ ทขกุ อปงรแะกกาส๊ รจแงึลเะพแกม่ิ ส๊ ขทึน้วั่ ไปมพี ฤตกิ รรมใกลเ้ คยี งกบั วามรู้ว่า แขก้อส๊ อมดุ ูลมทคตี่กิทล่อี ่าณุ วหมภมูาิสแงู ลแ้ลวะนค้ันวาเมปด็นันตสา่ํ าระสําคัญของทฤษฎีจลน์ของแก๊ส ซึ่งแก๊ส 7. ครูให้นักเรียนศึกษาการใช้ทฤษฎีจลน์ของแก๊สอธิบายกฎของบอยล์ กฎของเกย์-ลูสแซก มีพฤติกรกรฎมขอเงปช็นารไล์ ปแตละากมฎทขอฤงษอาฎโวีจกลาโนด์ขร ตอางมแรกาย๊สลทะเุกอยี ปดรในะหกนางั รสอื แเรลยี นะแแลกว้ ๊สอทภปิ ั่วรไาปยสมรีพปุ รฤว่ ตมกิกนั รโรดมยใช้ งกบั แกส๊ รอูปุด7ม.7คต7.ิท8 ่ีอแลณุ ะห7.ภ9มู ปิสระูงกแอลบะกาครวอาภมิปรดาันย ตํ่า กเรยี นศึกแษนวาทกาางรกใาชรวท้ ดั ฤแษละฎปจี รละเนมินข์ ผอลงแก๊สอธบิ ายกฎของบอยล์ กฎของเกย์-ลูสแซก กฎ 1. ความรเู้ ก่ยี วกบั ทฤษฎีจลน์ของแกส๊ จากการอภปิ ราย ล และก ฎ ของ2อ. าทโักวษกะากโาดรรคิดตอายา่มงรมาวี จิยาลรณะเญอายี ณดแใลนะกหานรแังกสป้ อื ัญเหราียจนากแกลาร้วออภภิปปิรารยายสรุปร่วมกนั ป 7.7 7 .8 แล3.ะ จ7ติ ว.9ิทยปาศราะสกตรอด์ บ้านกคาวราอมใภจิปกวรา้ างยจากการสังเกตพฤตกิ รรมในการอภิปราย รวดั และประเมนิ ผล เกยี่ วกับทฤษฎีจลนข์ องแกส๊ จากการอภปิ ราย การคิดอยา่ งมวี จิ ารณญาณและการแก้ปัญหา จากการอภปิ ราย ยาศาสตรด์ า้ นความใจกวา้ ง จากการอภิปราย แพร่ของแก๊ส สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี คก์ ารเรียนรู้ การแพร่ของแก๊สโดยใชท้ ฤษฎจี ลน์ของแกส๊

บทท่ี 7 | แก๊สและสมบตั ขิ องแก๊ส เคมี เลม่ 3 42 7.3.2 การแพรข่ องแกส๊ จุดประสงคก์ ารเรียนรู้ 1. อธิบายการแพร่ของแก๊สโดยใช้ทฤษฎจี ลนข์ องแก๊ส 2. อธิบายความสัมพนั ธ์ของอตั ราการแพร่กบั มวลต่อโมลของแกส๊ 3. คำ�นวณและเปรียบเทียบอัตราการแพร่ หรือมวลต่อโมลของแก๊ส โดยใช้กฎการแพร่ผ่าน ของเกรแฮม แนวการจัดการเรยี นรู้ 1. ครูใช้คำ�ถามเพ่ือนำ�เข้าสู่เร่ืองการแพร่ของแก๊สว่า การส่งกลิ่นหอมของดอกไม้หรือนํ้าหอม เกดิ ขนึ้ ไดอ้ ยา่ งไร แลว้ อภปิ รายรว่ มกนั เพอื่ ใหไ้ ดข้ อ้ สรปุ วา่ สารมกี ลน่ิ ทอ่ี ยใู่ นสถานะแกส๊ เคลอ่ื นทห่ี รอื แพรอ่ อกมาจากดอกไมห้ รอื นาํ้ หอม ซง่ึ การแพรข่ องแกส๊ จากบรเิ วณหนงึ่ ไปยงั อกี บรเิ วณหนง่ึ เกดิ ขนึ้ ได้ เนื่องจากโมเลกุลของแก๊สมีพลังงานจลน์และเคลื่อนท่ีได้อย่างอิสระในทุกทิศทางตามทฤษฎีจลน์ ของแก๊ส 2. ครูใช้คำ�ถามว่า แก๊สแต่ละชนิดจะแพร่ด้วยอัตราเร็วแตกต่างกันหรือไม่ เพื่อนำ�เข้าสู่ กิจกรรม 7.5 3. ครูสาธิตกิจกรรม 7.5 การทดลองการแพร่ของแก๊สแอมโมเนียและแก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ เน่ืองจากการทดลองน้ีใช้สารละลายกรดและเบสที่มีความเข้มข้นสูงและระเหยให้แก๊สท่ีเป็นอันตราย จึงต้องทำ�ในตู้ดดู ควันหรอื ในบริเวณทอ่ี ากาศถา่ ยเทสะดวก หลังจากท�ำ การทดลองแลว้ ครูให้นักเรยี น อภิปรายผลการทดลองโดยใช้ค�ำ ถามทา้ ยการทดลอง สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 7 | แกส๊ และสมบัตขิ องแก๊ส 43 กิจกรรม 7.5 การทดลองการแพร่ของแกส๊ แอมโมเนียและแก๊สไฮโดรเจน คลอไรด์ จดุ ประสงคก์ ารทดลอง 1. ทดลองเพือ่ ศึกษาการแพรข่ องแก๊สแอมโมเนียกบั แกส๊ ไฮโดรเจนคลอไรด์ 2. เปรียบเทียบอตั ราการแพร่ของแกส๊ แอมโมเนียกับแกส๊ ไฮโดรเจนคลอไรด์ 3. บอกความสมั พันธร์ ะหว่างอตั ราการแพรข่ องแกส๊ กบั มวลตอ่ โมลของแกส๊ เวลาท่ใี ช้ อภิปรายกอ่ นท�ำ การทดลอง 5 นาที ท�ำ การทดลอง 10 นาที อภปิ รายหลงั ทำ�การทดลอง 10 นาที รวม 25 นาที วสั ดุ อปุ กรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม สารเคมี 1. สารละลายกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น 1 mL (HCl) 1 mL 2. ส ารละลายแอมโมเนียเข้มข้น (NH3) วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 1 อัน 1. ห ลอดแก้ว ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 อัน 1.0 cm ยาวประมาณ 30 cm 2. ส ำ�ลีที่พันกับไม้ที่เสียบอยู่กับจุกยาง 2 ใบ 2 อัน เบอร์ 1 2 อัน 3. บีกเกอร์ขนาด 50 mL 1 ชุด 4. กระจกนาฬิกา 5. หลอดหยด 6. ที่ยึดหลอดแก้วหรือขาตั้งพร้อมที่จับ สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 7 | แก๊สและสมบัตขิ องแกส๊ เคมี เลม่ 3 44 ขอ้ เสนอแนะสำ�หรับครู สารเคมีท่ีใช้ในการสาธิตทง้ั สองชนดิ มีกลิ่นฉนุ และเปน็ อนั ตรายต่อระบบหายใจ จึงไมค่ วร ชบุ สารในปริมาณมากเกนิ ไป ตัวอย่างผลการทดลอง เม่ือนำ�ไม้พันสำ�ลีท่ีชุบกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นและสารละลายแอมโมเนียเข้มข้นไปอุดท่ี ปลายท้ังสองของหลอดแก้วพร้อม ๆ กัน เม่ือเวลาผ่านไปจะเห็นวงแหวนสีขาวเกิดข้ึนภายใน หลอดแก้วใกลป้ ลายหลอดแกว้ ทางด้านกรดไฮโดรคลอริกมากกวา่ ปลายดา้ นแอมโมเนยี อภปิ รายผลการทดลอง แกส๊ ไฮโดรเจนคลอไรดแ์ ละแกส๊ แอมโมเนยี เปน็ แกส๊ ไมม่ สี ี เมอ่ื มวี งแหวนสขี าวเกดิ ขนึ้ ภายใน หลอดแสดงว่าสารท้ัง 2 ชนิด ทำ�ปฏิกิริยากนั ไดส้ ารใหม่ทม่ี สี ีขาว ดังสมการเคมี HCl(g) + NH3(g) NH4Cl(s) เนื่องจากวงแหวนสีขาวที่เกิดขึ้นอยู่ใกล้กับสำ�ลีท่ีชุบสารละลายกรดไฮโดรคลอริกแสดงว่า ในเวลาที่เท่ากันแก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์แพร่ได้ระยะทางท่ีน้อยกว่าแก๊สแอมโมเนียและ เมอ่ื พจิ ารณามวลตอ่ โมล พบวา่ มวลตอ่ โมลของแกส๊ ไฮโดรเจนคลอไรดม์ ากกวา่ แกส๊ แอมโมเนยี แสดงว่าแก๊สท่มี ีมวลตอ่ โมลมากกว่าจะแพร่ชา้ กว่า สรปุ ผลการทดลอง อัตราการแพร่ของแก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์มีค่าน้อยกว่าอัตราการแพร่ของแก๊สแอมโมเนีย เน่อื งจากแกส๊ ไฮโดรเจนคลอไรดม์ มี วลตอ่ โมลมากกว่า ดังนัน้ แกส๊ ทม่ี ีมวลตอ่ โมลมากกวา่ จะ แพร่ได้ชา้ กว่าแกส๊ ท่มี มี วลต่อโมลนอ้ ยกวา่ 4. ครูใช้ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส ที่กล่าวว่า ท่ีอุณหภูมิเดียวกัน แก๊สทุกชนิดมีพลังงานจลน์เฉลี่ย เท่ากัน และสมการ Ek = 1 mv2 อธิบายความสัมพนั ธ์ระหวา่ งอตั ราเรว็ ในการเคล่ือนที่กับมวลของ 2 แก๊ส 5. ครใู หน้ กั เรยี นศกึ ษาการทดลองของทอมสั เกรแฮม จากนนั้ อภปิ รายรว่ มกนั เพอ่ื ใหไ้ ดข้ อ้ สรปุ เก่ียวกับความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการแพร่ผ่านและมวลต่อโมลของแก๊สตามกฎการแพร่ผ่านของ เกรแฮม รวมท้ังแสดงสมการเปรียบเทียบอัตราการแพร่ผ่านของแก๊ส 2 ชนิด ตามสมการกฎ การแพร่ผ่านของเกรแฮม ซึ่งสามารถใช้ในการประมาณอัตราการแพร่ของแก๊สได้จากน้ันใช้ ตวั อย่าง 18 อธบิ ายการค�ำ นวณ สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 7 | แก๊สและสมบตั ิของแก๊ส 45 6. ครูอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการแพร่และความหนาแน่นตามรายละเอียดใน หนงั สือเรยี นและอธิบายการค�ำ นวณโดยใช้ตัวอยา่ ง 19 7. ครใู หน้ กั เรยี นท�ำ แบบฝกึ หดั 7.3 เพื่อทบทวนความรู้ แนวทางการวดั และประเมนิ ผล 1. ความรู้เก่ียวกับความสัมพันธ์ของทฤษฎีจลน์ของแก๊สกับการแพร่ของแก๊ส ความสัมพันธ์ ของอตั ราการแพรก่ บั มวลตอ่ โมลของแกส๊ การค�ำ นวณและเปรยี บเทยี บอตั ราการแพรห่ รอื มวลตอ่ โมล ของแกส๊ โดยใชก้ ฎการแพรผ่ า่ นของแกรแฮม จากการอภปิ ราย รายงานการทดลอง การท�ำ แบบฝกึ หดั และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสังเกต จากรายงานการทดลอง และการสงั เกตพฤติกรรมในการท�ำ การทดลอง 3. ทกั ษะการใชจ้ ำ�นวน จากการทำ�แบบฝึกหดั 4. ทักษะการคิดอยา่ งมวี จิ ารณญาณและการแก้ปัญหา จากการอภปิ ราย 5. จิตวิทยาศาสตร์ด้านความใจกวา้ ง จากการสงั เกตพฤติกรรมในการอภปิ ราย 6. จติ วทิ ยาศาสตร์ดา้ นความรอบคอบ จากการทำ�แบบฝึกหดั แบบฝึกหัด 7.3 1. ทรเิ ทยี ม (T) เปน็ ไอโซโทปหนงึ่ ของไฮโดรเจน อตั ราการแพรข่ องแกส๊ ไฮโดรเจน (H2) เปน็ กีเ่ ทา่ ของแกส๊ ทรเิ ทียม (T2) ก�ำ หนดให้ มวลตอ่ โมลของทรเิ ทียมเทา่ กับ 3.02 กรมั ตอ่ โมล คำ�นวณมวลต่อโมลของแกส๊ แตล่ ะชนดิ มวลต่อโมลของ H2 = (1.01 × 2) = 2.02 g/mol มวลต่อโมลของ T2 = (3.02 × 2) = 6.04 g/mol จาก r1 = M2 r2 M1 ดังน้นั rH2 = MT2 rT2 M H2 สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แก๊สและสมบัตขิ องแก๊ส เคมี เลม่ 3 46 แทนคา่ จะได้ rH2 = 6.04 g/mol rT2 2.02 g/mol rH2 = 1.73 rT2 rH2 = 1.73 rT2 ดังนั้น อตั ราการแพรข่ องแกส๊ ไฮโดรเจนเป็น 1.73 เทา่ ของแก๊สทริเทยี ม 2. การแยกแก๊สผสมระหว่างแก๊สฮีเลียมและแก๊สนีออน โดยการผ่านแก๊สผสมเข้าไปใน ทอ่ ยาว 50 เซนติเมตร 2.1 แกส๊ ชนดิ ใดจะผ่านทอ่ ออกมากอ่ น แกส๊ ฮีเลยี มจะผ่านทอ่ ออกมาก่อนเน่ืองจากมีมวลต่อโมลน้อยกวา่ แก๊สนอี อน 2.2 ถ า้ แกส๊ ฮเี ลยี มผา่ นทอ่ ออกมาโดยใชเ้ วลา 15.00 วนิ าที แกส๊ นอี อนจะผา่ นทอ่ ออกมา โดยใช้เวลาเท่าใด ก�ำ หนดให ้ ระยะทาง = 50 cm ระยะเวลาที่ He ใช้ = 15.00 s ระยะเวลาที่ Ne ใช้ = tNe s จาก r1 = M2 r2 M1 ดงั น้นั rHe = MNe rNe MHe สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 7 | แกส๊ และสมบตั ขิ องแกส๊ 47 เมอ่ื อัตราการแพร่ (r) = ระยะทาง (s) เวลา (t) แทนค่าจะได้ 50 cm / 15.00 s = 20.18 g/mol 50 cm/tNe 4.00 g/mol tNe = 2.25 15 s tNe = 34 s ดงั นน้ั แกส๊ นีออนจะออกมาจากทอ่ โดยใช้เวลา 34 วินาที 3. เตตระฟลอู อโรเอทลิ นี (C2F4) แพรผ่ า่ นแผน่ รพู รนุ ชนดิ หนงึ่ ดว้ ยอตั รา 2.3 × 10-6 โมลตอ่ ชั่วโมง สว่ นแก๊สตวั อยา่ งอกี ชนดิ หนึ่งประกอบดว้ ยโบรอน (B) กับไฮโดรเจน (H) มอี ัตรา การแพรผ่ า่ น 4.37 × 10-6 โมลตอ่ ชว่ั โมง ภายใตภ้ าวะเดยี วกนั จงค�ำ นวณมวลตอ่ โมลและ เขียนสตู รโมเลกลุ ท่เี ปน็ ไปไดข้ องแกส๊ ตัวอย่าง จาก r1 = M2 r2 M1 ดงั นนั้ rgas = MC2F4 rC2F4 Mgas สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 7 | แกส๊ และสมบัตขิ องแก๊ส เคมี เลม่ 3 48 แทนค่าจะได้ 4.37 × 10-6 mol/h = 100.02 g/mol 2.30 × 10-6 mol/h Mgas 1.90 = 100.02 g/mol Mgas 3.61 = 100.02 g/mol Mgas Mgas = 27.7 g/mol ดังนั้น แก๊สตัวอย่างมีมวลต่อโมลเท่ากับ 27.7 กรัมต่อโมล และสูตรโมเลกุลท่ี เป็นไปได้คือ B2H6 4. แก๊สชนิดหน่ึงแพร่ผ่านภาชนะออกมาจนหมดภายในเวลา 6.8 นาที ในขณะท่ีแก๊ส ไนโตรเจนทอี่ ยใู่ นสภาวะเดยี วกนั แพรผ่ า่ นโดยใชเ้ วลา 8.5 นาที จงหาความหนาแนน่ ของ แกส๊ ชนดิ น้ที ี่ STP คำ�นวณมวลตอ่ โมลของแกส๊ ชนิดนี้ จาก r1 = M2 ดังนนั้ r2 M1 rgas = MN2 rN2 Mgas เน่ืองจากแกส๊ ทัง้ สองชนิดเคลอื่ นทใี่ นระยะทางทเี่ ท่ากัน ดงั นัน้ tN2 = MN2 แทนค่าจะได้ tgas Mgas สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 7 | แกส๊ และสมบัติของแก๊ส 49 8.5 min = 28.02 g/mol 6.8 min Mgas 1.2 = 28.02 g/mol 1.4 Mgas Mgas = 28.02 g/mol Mgas = 28.02 g/mol 1.4 = 20 g/mol คำ�นวณความหนาแนน่ ของแกส๊ ชนดิ นที้ ี่ STP m d = V = 20 g 22.4 L = 0.89 g/L ดังน้ัน ท่ี STP แกส๊ ชนิดนี้มีความหนาแนน่ 0.89 กรัมต่อลิตร 7.4 การประยุกต์ใช้ความรเู้ ก่ียวกับแกส๊ และสมบตั ขิ องแก๊ส จดุ ประสงค์การเรียนรู้ สืบค้นข้อมูล อธิบายปรากฏการณ์ และยกตัวอย่างการนำ�ความรู้เก่ียวกับแก๊สและสมบัติของ แกส๊ ไปใชป้ ระโยชน์ แนวการจดั การเรยี นรู้ 1. ครูให้นักเรียนศึกษาการประยุกต์ใช้ความรู้เก่ียวกับแก๊สและสมบัติของแก๊สในการอธิบาย ปรากฏการณ์หรือนำ�มาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำ�วันหรือในอุตสาหกรรมตามรายละเอียดในหนังสือ เรยี น สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แก๊สและสมบตั ขิ องแก๊ส เคมี เลม่ 3 50 2. ครใู หน้ กั เรยี นท�ำ กจิ กรรม 7.6 สบื คน้ ขอ้ มลู การใชป้ ระโยชนจ์ ากความรเู้ รอ่ื งแกส๊ และสมบตั ิ ของแกส๊ และนำ�เสนอเพอ่ื แลกเปลี่ยนความรู้ในห้องเรียน กิจกรรม 7.6 สืบค้นข้อมูลการใช้ประโยชน์จากความรเู้ ร่อื งแก๊สและ สมบัติของแก๊ส จดุ ประสงค์ของกิจกรรม สืบคน้ ข้อมลู และนำ�เสนอขอ้ มูลการใชป้ ระโยชนจ์ ากความรู้เร่ืองแก๊สและสมบัตขิ องแก๊ส เวลาทใ่ี ช้ อภิปรายก่อนทำ�กิจกรรม 5 นาที นาที ท�ำ กจิ กรรม 40 นาที นาที อภิปรายหลงั ทำ�กจิ กรรม 5 รวม 50 ข้อเสนอแนะสำ�หรับครู ครูอาจให้นกั เรียนสืบคน้ ข้อมูลและเตรยี มการน�ำ เสนอลว่ งหนา้ ตัวอยา่ งผลการทำ�กจิ กรรม อาการหอู อื้ เมือ่ ข้นึ ไปอย่บู นที่สงู องค์ประกอบของหูทใี่ ช้ในการอธิบายปรากฏการณ์น้มี ี 3 ส่วนดว้ ยกนั ดงั รูป แก้วหู รหู ู ท่อยูสเตเชยี น องค์ประกอบของหู องคป์ ระกอบแรกคอื รหู ู (ear canal) เปน็ บรเิ วณเปดิ ทเี่ ช่อื มตอ่ กบั บรรยากาศภายนอก ดังน้ันความดันในรูหูจะเท่ากับความดันของบรรยากาศภายนอกเสมอ แก้วหู (ear drum) เปน็ องคป์ ระกอบทกี่ นั้ ระหวา่ งรหู กู บั ทอ่ ยสู เตเชยี น และสดุ ทา้ ยคอื ทอ่ ยสู เตเชยี น (Eustachian tube) เปน็ บริเวณตงั้ แต่แก้วหจู นถึงล�ำ คอด้านหลัง ปกตสิ ว่ นลา่ งของท่อจะปิดอยู่ แตส่ ามารถ เปิดออกได้ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 7 | แกส๊ และสมบัตขิ องแก๊ส 51 โดยปกติความดันของอากาศภายในรูหูและในท่อยูสเตเชียนจะเท่ากัน ดังนั้นแก้วหู จงึ มลี กั ษณะตง้ั ตรงเนอ่ื งจากความดนั ทก่ี ระท�ำ ตอ่ แกว้ หจู ากทง้ั สองฝง่ั เทา่ กนั แตเ่ มอื่ เดนิ ทาง ขึ้นที่สูงอย่างรวดเร็ว เช่น ขับรถข้ึนภูเขา ขึ้นลิฟต์ อยู่ในเคร่ืองบินขณะบินขึ้น ความดัน บรรยากาศจะลดลง ท�ำ ใหค้ วามดนั ในรหู ลู ดลงและตา่ํ กวา่ ความดนั ในทอ่ ยสู เตเชยี น จงึ ท�ำ ให้ แก้วหูโก่งงอ ซ่ึงจะทำ�ให้รู้สึกเจ็บปวด และการส่ันเพ่ือส่งสัญญาณเสียงจะไม่สามารถทำ�ได้ ตามปกติ จึงท�ำ ใหก้ ารได้ยินลดลง ซึ่งเรยี กว่า อาการหอู ือ้ นน่ั เอง แก้วหู แกว้ หู ความดนั บรรยากาศลดลง ความดนั ความดนั ความดัน ความดนั ภายนอก ภายใน ภายนอก ภายใน การจ�ำ ลองการโก่งงอของแกว้ หเู มื่อความดันบรรยากาศเปล่ียนแปลง ท้ังนี้การหาว การเค้ียวหมากฝร่ัง หรือการกลืนนํ้าลาย จะทำ�ให้ส่วนล่างของ ท่อยูสเตเชียนเปิดออก ส่งผลให้อากาศภายในท่อถูกระบายออกสู่ภายนอกจนกระท่ัง ความดนั ภายในเทา่ กบั ความดนั บรรยากาศภายนอก จงึ ท�ำ ใหแ้ กว้ หกู ลบั มาสสู่ ภาพตรงเหมอื น เดิมความเจ็บปวดจงึ หายไปและการไดย้ ินจะกลับมาเปน็ ปกติ สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 7 | แก๊สและสมบัตขิ องแก๊ส เคมี เลม่ 3 52 การพ่นสารออกจากกระปอ๋ งสเปรย์ 011 การทำ�งานของกระป๋องสเปรย์จะใช้หลักการเคล่ือนท่ี ของแก๊สจากบริเวณท่ีมีความดันสูงไปยังบริเวณท่ีมีความดัน การพ่นสารของกระปอ๋ งสเปรย์ ต่ํากว่า โดยภายในกระป๋องสเปรย์ ประกอบด้วยสาร 2 ชนิด คือ สารท่ีต้องการฉีดพ่นและแก๊สท่ีมีความดันสูงซึ่งทำ�หน้าท่ี บอลลูนตรวจสภาพอากาศ เปน็ สารผลกั ดนั (propellant) เมอ่ื กดหวั ฉดี ของกระปอ๋ งสเปรย์ จะทำ�ให้แก๊สซ่ึงมีความดันสูงเคล่ือนที่ออกมาสู่ภายนอก พรอ้ มกบั พาสารทต่ี อ้ งการฉดี พน่ ออกมาดว้ ย สง่ ผลใหค้ วามดนั ภายในกระป๋องสเปรย์ลดลง จนเมื่อความดันเท่ากับความดัน บรรยากาศจึงไม่สามารถฉีดพ่นสารออกมาได้อีก ดังน้ันจึง ไมค่ วรทงิ้ กระปอ๋ งสเปรยท์ ไ่ี มใ่ ชแ้ ลว้ รวมกบั ขยะชนดิ อนื่ เพราะ อาจถูกนำ�ไปเผาซ่ึงจะทำ�ให้แก๊สท่ียังคงเหลืออยู่ขยายตัวและ เกดิ การระเบิดได้ การตรวจสภาพอากาศช้นั บน ต้ังแต่หลังสงครามโลกคร้ังที่ 2 นักอุตุนิยมวิทยาใช้ บอลลนู ในการตรวจสภาพอากาศชนั้ บน โดยบรรจแุ กส๊ ฮเี ลยี ม หรือแก๊สไฮโดรเจนลงในบอลลูนจนมีเส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณ 2 เมตร ซ่ึงติดอุปกรณ์วิทยุหย่ังอากาศพร้อมกับ ร่มชูชพี เพือ่ เกบ็ ขอ้ มูลอากาศชนั้ บน เมื่อปล่อยบอลลนู ข้ึนไป ความดนั บรรยากาศทลี่ ดลงเรอื่ ย ๆ ท�ำ ใหบ้ อลลนู ขยายใหญข่ น้ึ จนถึงความสูงประมาณ 30 กิโลเมตร แก๊สจะขยายตัวมาก จนทำ�ให้บอลลูนแตก ร่มชูชีพจะกางออกเพื่อช่วยให้วิทยุ หย่ังอากาศตกลงบนพื้นโดยไม่ได้รับความเสียหาย จากนั้น นักอุตุนิยมวิทยาจะเก็บวิทยุหย่ังอากาศและนำ�ข้อมูลไป แปลผลต่อไป 3. ครใู หน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 7 | แกส๊ และสมบตั ิของแก๊ส 53 ตรวจสอบความเข้าใจ จับค่คู วามสัมพนั ธ์ระหวา่ งปรากฏการณท์ ีเ่ กิดข้ึนกับกฎของแกส๊ ใหถ้ กู ตอ้ ง ความดันภายในยางรถยนต์ หลังว่งิ จะสูงกวา่ ปกติ อาการหอู ้ือ กฎของบอยล์ (V α 1 เมือ่ ข้นึ บนทสี่ งู ) P บอลลนู ตรวจสภาพอากาศ ขยายตวั เมอื่ ลอยสูงขน้ึ กฎของชาร์ล (V α T) ถงุ ขนมพองตัว กฎของเกย์ - ลสู แซก (P α T) เม่อื อยู่บนภูเขา โคมลอยพองตัว กฎของโอโวกาโดร (V α n) เมอ่ื จุดไฟ ลกู โป่งมขี นาดใหญข่ ้ึน เมื่อสบู ลมเขา้ ไป 4. ครแู ละนกั เรยี นรว่ มกนั สรปุ เนอ้ื หาภายในบทเรยี น แลว้ ใหน้ กั เรยี นท�ำ แบบฝกึ หดั ทา้ ยบท แนวทางการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรเู้ กยี่ วกบั ปรากฏการณแ์ ละตวั อยา่ งการน�ำ ความรเู้ กยี่ วกบั แกส๊ และสมบตั ขิ องแกส๊ ไปใช้ประโยชน์ จากรายงานการสบื ค้น และการน�ำ เสนอ 2. ทักษะการสื่อสารสารสนเทศและการรู้เท่าทันส่ือ จากรายงานการสืบค้น และการ น�ำ เสนอ สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แก๊สและสมบตั ขิ องแก๊ส เคมี เล่ม 3 54 3. ทกั ษะความร่วมมอื การท�ำ งานเปน็ ทมี และภาวะผ้นู ำ� จากการน�ำ เสนอ 4. จิตวิทยาศาสตร์ด้านการเห็นคุณค่าทางวิทยาศาสตร์ จากการสังเกตพฤติกรรมในการ น�ำ เสนอ แบบฝกึ หัดทา้ ยบท 1. เติมเคร่ืองหมาย หน้าข้อความที่ถูกต้อง และเคร่ืองหมาย หน้าข้อความ ท่ีไม่ถูกตอ้ ง … ... 1.1 เมอ่ื ลดความดนั ของแก๊สลงครง่ึ หนง่ึ ปรมิ าตรจะเพิ่มข้ึนเป็น 2 เท่า ที่อณุ หภมู ิ และจ�ำ นวนโมลคงที่ … ... 1.2 ผลต่างของอุณหภูมิในหน่วยเคลวินเท่ากับผลต่างของอุณหภูมิในหน่วยองศา เซลเซียสเสมอ … ... 1.3 เม่ือนำ�ลูกปิงปองท่ีบุบไปแช่ในตู้เย็น ลูกปิงปองจะพองกลับขึ้นมาเหมือนเดิม ลูกปิงปองท่ีบุบต้องนำ�ไปแช่ในน้ําร้อน ลูกปิงปองจึงจะพองขึ้นมา เหมือนเดมิ … ... 1.4 เมอื่ หายใจเขา้ ปรมิ าตรของทรวงอกจะเพมิ่ ขน้ึ เพราะจ�ำ นวนโมเลกลุ ของอากาศ ภายในปอดเพมิ่ ขน้ึ … ... 1.5 เมอ่ื P เปน็ ความดนั ของแกส๊ ในภาชนะปดิ ทมี่ ปี รมิ าตรคงท่ี และ x เปน็ อณุ หภมู ิ ในหน่วยองศาเซลเซียส จะได้ P เป็นคา่ คงที่ (x + 273) 2. เขียนเส้นกราฟลงในแกนที่กำ�หนดเพ่ือแสดงความสัมพันธ์ท่ีสอดคล้องกับกฎของบอยล์ กฎของชารล์ กฎของเกย-์ ลสู แซก และกฎของอาโวกาโดร (P คือ ความดัน V คือ ปริมาตร T คือ อณุ หภูมิในหนว่ ยเคลวนิ และ n คือ จำ�นวนโมล) PV V/T P T สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทท่ี 7 | แกส๊ และสมบตั ิของแก๊ส P/T 55 V Tn 3. จากปฏกิ ริ ยิ า Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) ถา้ ใสโ่ ลหะแมกนเี ซยี ม (Mg) 5.83 กรมั และสารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ (HCl) 12 โมลตอ่ ลติ ร ปริมาตร 10.0 มิลลิลิตร ในภาชนะปิดขนาด 5.0 ลิตร ท่ีอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส เม่ือปฏิกิริยาเกิดข้ึนสมบูรณ์ ความดันรวมภายในภาชนะน้ีเป็นเท่าใด กำ�หนดให้ ของแข็ง และของเหลวมีปริมาตรน้อยมากจนไม่รบกวนปริมาตรของแก๊สในภาชนะ และความดัน ของอากาศภายในภาชนะเรม่ิ ตน้ เทา่ กบั 1.0 บรรยากาศ คำ�นวณจำ�นวนโมลของสารต้ังต้น และพจิ ารณาสารกำ�หนดปริมาณ จำ�นวนโมลของ Mg = 5.83 g × 1 mol = 0.240 mol 24.30 g จ�ำ นวนโมลของ HCl = 12 mol × 10.0 mL = 0.12 mol 1000 mL ดงั นน้ั สารละลายกรด HCl เปน็ สารก�ำ หนดปรมิ าณ คำ�นวณจ�ำ นวนโมลของ H2 ทีเ่ กดิ ขึน้ จ�ำ นวนโมล H2 = 0.12 mol HCl × 1 mol H2 = 0.060 mol H2 2 mol HCl ค�ำ นวณความดันทเ่ี กิดจาก H2 จาก PV = nRT สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แกส๊ และสมบตั ิของแก๊ส เคมี เล่ม 3 56 PH2 = nH2 RT V = (0.060 mol)(0.0821 L • atm/mol • K)(25 + 273 K) 5.0 L = 0.29 atm คำ�นวณความดนั รวมภายในภาชนะ จาก Ptotal = Pair + PH2 แทนคา่ จะได ้ Ptotal = 1.0 atm + 0.29 atm = 1.3 atm ดังน้นั ภายในภาชนะมีความดัน 1.3 บรรยากาศ 4. ภาชนะใบหน่ึงบรรจุอากาศ 1.0 ลิตร ความดัน 1.00 บรรยากาศ เม่ือเติมไอร์ออน (II) ไฮดรอกไซด์ (Fe(OH)2) และน้ํา ลงในภาชนะ จะทำ�ปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจน (O2) ใน อากาศ ดังสมการเคมี 2Fe(OH)2(s) + O2(g) + H2O(l) 2Fe(OH)3(s) เม่ือต้ังไว้จนแก๊สออกซิเจนในภาชนะทำ�ปฏิกิริยาจนหมด ความดันภายในภาชนะเป็น เท่าใด กำ�หนดให้อากาศในภาชนะมีแก๊สออกซิเจนร้อยละ 21 โดยปริมาตร และปริมาตร ของแข็งและของเหลวนอ้ ยมากจนไมร่ บกวนปริมาตรของแกส๊ ในภาชนะ ค�ำ นวณความดันของ O2 ในอากาศ จาก Pi = XiPtotal ดังนน้ั PO2 = nO2 Pair nair จากกฎของอาโวกาโดร จำ�นวนโมลและปริมาตรของแก๊สมีความสัมพันธ์กันท่ี อณุ หภูมิ และความดนั คงท่ี ดงั นนั้ สามารถใชร้ อ้ ยละโดยปรมิ าตรในการค�ำ นวณเศษสว่ นโมล ของแกส๊ ได้ ดงั นน้ั PO2 = VO2 Pair Vair สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 7 | แกส๊ และสมบัตขิ องแก๊ส 57 แทนค่าจะได้ PO2 = 21 (1.00 atm) 100 = 0.21 atm ค�ำ นวณความดันภายในภาชนะหลัง O2 ทำ�ปฏกิ ิริยาหมด จาก Pair = P + PO2 ภายในภาชนะ แทนค่าจะได ้ 1.00 atm = 0.21 atm + Pภายในภาชนะ P ภายในภาชนะ = 1.00 atm – 0.21 atm = 0.79 atm ดงั นน้ั ภายในภาชนะมคี วามดัน 0.79 บรรยากาศ 5. ภ าชนะใบหนึ่งมีปริมาตร 1.0 ลิตร บรรจุแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่ความดัน 1.50 บรรยากาศและอณุ หภมู ิ 32 องศาเซลเซยี ส เม่อื เตมิ สารละลายของลเิ ทียมไฮดรอกไซด์ (LiOH) ปริมาตรน้อยมากพบว่ามีลิเทียมคาร์บอเนต (Li2CO3) เกิดขึ้น 3.0 กรัม เน่ืองจาก คารบ์ อนไดออกไซด์บางส่วนทำ�ปฏกิ ิรยิ ากบั ลิเทียมไฮดรอกไซด์ ดงั สมการเคมี CO2(g) + 2LiOH(aq) Li2CO3(aq) + H2O(l) ถา้ อุณหภูมคิ งที่ แก๊สคาร์บอนไดออกไซดท์ เี่ หลอื มคี วามดนั เท่าใด ค�ำ นวณจ�ำ นวนโมล CO2 ที่เหลอื จำ�นวนโมล CO2 เร่มิ ต้น จาก PV = nRT n = PV RT = (1.50 atm)(1.0 L) (0.0821 L • atm/mol • K)(32 + 273 K) = 0.060 mol สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แก๊สและสมบตั ิของแก๊ส เคมี เลม่ 3 58 จำ�นวนโมล CO2 ทที่ ำ�ปฏิกริ ยิ าได้ Li2CO3 3.0 g จ�ำ นวนโมล CO2 = 3.0 g Li2CO3 × 1 mol Li2CO3 × 1 mol CO2 73.89 g Li2CO3 1 mol Li2CO3 = 0.041 mol CO2 ดังน้นั จ�ำ นวนโมล CO2 ทเ่ี หลอื = 0.060 mol – 0.041 mol = 0.019 mol คำ�นวณความดันของแก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ทเ่ี หลือ จาก PV = nRT ดังนั้น P = nRT V = (0.019 mol)(0.0821 L • atm/mol • K)(32 + 273 K) (1.0 L) = 0.48 atm ดงั นนั้ แก๊สคารบ์ อนไดออกไซดท์ ่ีเหลือมีความดัน 0.48 บรรยากาศ 6. ป อดของคนมีความจุประมาณ 4.8 ลิตร ท่ีอุณหภูมิของร่างกาย 37 องศาเซลเซียสและ ความดันภายในปอด 1.0 บรรยากาศ ปอดจะมีอากาศบรรจุอยู่กี่กรัม กำ�หนดให้ อากาศ มีแกส๊ ออกซิเจนร้อยละ 21 โดยปริมาตร และท่เี หลอื เป็นแก๊สไนโตรเจน ค�ำ นวณมวลต่อโมลของอากาศ Mair = (MO2 × 12010) + (MN2 × 79 ) 100 = (32.00 g/mol × 21 ) + (28.02 g/mol × 79 ) 100 100 = 28.86 g/mol สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 7 | แก๊สและสมบัตขิ องแกส๊ 59 คำ�นวณมวลของอากาศภายในปอด จาก PV = nRT PV = m RT M m = MPV RT = (28.86 g/mol)(1.0 atm)(4.8 L) (0.0821 L  •  atm/mol •  K)(37 + 273 K) = 5.4 g ดงั น้ัน ภายในปอดมีอากาศบรรจุอยู่ 5.4 กรัม 7. ในการถลงุ ทองแดงจากแร่คาลโคไพไรต์ (CuFeS2) มีปฏิกริ ิยาเกิดขึ้นหลายขนั้ ตอนดงั นี้ 2CuFeS2(s) + 4O2(g) Cu2S(s) + 2FeO(s) + 3SO2(g) ............ (1) 2Cu2S(s) + 3O2(g) 2Cu2O(s) + 2SO2(g) ............ (2) 2Cu2O(s) + Cu2S(s) 6Cu(s) + SO2(g) ............ (3) ซง่ึ ปฏกิ ริ ยิ ารวมเป็นดงั สมการเคมี 2CuFeS2(s) + 5O2(g) 2Cu(s) + 2FeO(s) + 4SO2(g) นำ�แร่คาลโคไพไรต์ 1.00 กิโลกรัม ใส่ในภาชนะขนาด 10.0 ลิตร จากนั้นอัดแก๊ส ออกซิเจน (O2) ลงไป 448.0 กรัม ถ้าน�ำ ภาชนะไปใหค้ วามรอ้ นจนมีอุณหภมู ิ 2000 องศา เซลเซยี ส เพอ่ื ใหเ้ กดิ ปฏกิ ิรยิ าอย่างสมบูรณ์ ภาชนะที่ใชใ้ นการทำ�ปฏิกริ ยิ าต้องทนแรงดัน ของแก๊สได้อย่างน้อยก่ีบรรยากาศ กำ�หนดให้ ของแข็งมีปริมาตรน้อยมากจนไม่รบกวน ปรมิ าตรของแก๊สภายในภาชนะ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แกส๊ และสมบตั ิของแก๊ส เคมี เลม่ 3 60 พิจารณาสารกำ�หนดปริมาณจากสมการเคมขี องปฏิกริ ยิ ารวม จ�ำ นวนโมล CuFeS2 mCuFeS2 MCuFeS2 n CuFeS2 = = 1.00 kg × 1000 g = 5.45 mol 183.52 g/mol 1 kg จ�ำ นวนโมล O2 nO2 = mO2 = 448.0 g = 14.00 mol MO2 32.00 g/mol ดังนั้น CuFeS2 เป็นสารก�ำ หนดปรมิ าณ ค�ำ นวณจำ�นวนโมลรวมของแกส๊ ในภาชนะ n = n + nรวม SO2 ท่ีเกิดขึ้น O2 ที่เหลือ = (n –O2 เรม่ิ ตน้ (nCuFeS2 × 2 5 mol O2 )) + (nCuFeS2 × 2 4 mol SO2 ) mol CuFeS2 mol CuFeS2 = (14.00 mol O2 – (5.45 mol CuFeS2 × 2 5 mol O2 ) mol CuFeS2 + (5.45 mol CuFeS2 × 2 4 mol SO2 ) mol CuFeS2 = 0.4 mol O2 + 10.9 mol SO2 = 11.3 mol คำ�นวณความดนั รวมของแกส๊ ผสม Ptotal = ntotal RT V = (11.3 mol)(0.0821 L • atm/mol • K)(2000 + 273 K) 10.0 L = 211 atm ดังน้ัน ภาชนะที่ใช้ในการทำ�ปฏิกิริยาต้องทนแรงดันของแก๊สได้อย่างน้อย 211 บรรยากาศ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 7 | แก๊สและสมบตั ิของแกส๊ 61 8. แ กส๊ ไฮโดรคาร์บอนชนดิ หน่ึงมีสตู รอยา่ งงา่ ยคือ CH2 ทอี่ ุณหภมู ิ 25 องศาเซลเซยี ส และ ความดนั 293.5 บรรยากาศ มคี วามหนาแน่น 0.505 กรัมต่อมลิ ลลิ ิตร จงหาสูตรโมเลกุล ของแก๊สไฮโดรคารบ์ อนชนดิ น้ี คำ�นวณมวลโมเลกุลของแกส๊ จากมวลตอ่ โมลของแกส๊ จาก M = dRT P แทนคา่ จะได้ (0.505 g × 1000 mL )(0.0821 L • atm/mol • K)(25 + 273 K) M = 1 mL 1L 293.5 atm = 42.1 g/mol มวลโมเลกลุ ของแก๊สมคี า่ เป็นตัวเลขเท่ากบั มวลตอ่ โมลของแก๊ส ดงั นัน้ แก๊สมมี วลโมเลกลุ เทา่ กบั 42.1 หาสูตรโมเลกลุ จาก มวลโมเลกลุ = n (มวลสูตรเอมพริ ิคัล) แทนคา่ จะได ้ 42.1 = n (12.01 + (1.01 × 2)) n = 42.1 14.03 = 3 ดังนัน้ ส ูตรโมเลกลุ ของแก๊สน้ีคอื C3H6 สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แก๊สและสมบตั ิของแก๊ส เคมี เลม่ 3 62 9. แกส๊ อะเซทลิ นี (C2H2) และแก๊สออกซิเจน (O2) บรรจใุ นภาชนะท่ีมผี นงั กน้ั ดังรปู โดยแก๊ส แต่ละชนดิ มคี วามดัน 24.5 บรรยากาศ ที่อุณหภมู ิ 25 องศาเซลเซยี ส 9.1 ถ้าแก๊สท้ังสองชนิดไม่ทำ�ปฏิกิริยากัน เมื่อเปิดผนังกั้น ความดันย่อยของแก๊สแต่ละ ชนิดและความดันรวมของแกส๊ ผสมเป็นเท่าใด ปริมาตรของแก๊สหลงั เปดิ ผนังกัน้ = 3.00 L + 8.00 L = 11.00 L ค�ำ นวณความดันของแกส๊ แต่ละชนดิ จากกฎของบอยล์ จาก P1V1 = P2V2 ความดนั ของแก๊สอะเซทลิ ีน 24.5 atm × 3.00 L = P2 × 11.00 L P2 = 6.68 atm ความดนั ของแกส๊ ออกซิเจน 24.5 atm × 8.00 L = P2 × 11.00 L P2 = 17.8 atm ค�ำ นวณความดันรวมภายในภาชนะ จาก Ptotal = PC2 H2 + PO2 สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 7 | แก๊สและสมบตั ขิ องแก๊ส 63 แทนค่าจะได้ Ptotal = 6.68 atm + 17.8 atm = 24.5 atm (สังเกตว่า ความดันรวมของแก๊สผสมเท่ากับความดันเริ่มต้น เนื่องจากแก๊สแต่ละ ชนิดมีความดันเร่มิ ตน้ เท่ากนั ) 9.2 ถา้ แกส๊ ท้งั สองชนิดท�ำ ปฏิกิรยิ ากนั ท่ีอณุ หภมู ิ 300 องศาเซลเซียส ดังสมการเคมี 2C2H2(g) + 5O2(g) 4CO2(g) + 2H2O(g) เมอ่ื ปฏกิ ริ ยิ าสน้ิ สดุ ความดนั รวมของแกส๊ ผสมและความดนั ยอ่ ยของแกส๊ แตล่ ะชนดิ ทเี่ หลืออยูภ่ ายในถังเปน็ เท่าใด คำ�นวนจำ�นวนโมลของแกส๊ แต่ละชนิด จาก PV = nRT ดงั นัน้ n = PV RT nC2H2 = P VC2H2 C2H2 = (0.0821 (24.5 atm)(3.00 L) + 273 K) = 3.00 mol RT L • atm/mol • K)(25 nO2 = P VO2 O2 = (24.5 atm)(8.00 L) = 8.01 mol RT (0.0821 L • atm/mol • K)(25 + 273 K) พิจารณาสารกำ�หนดปริมาณ ค�ำ นวณจ�ำ นวนโมลของ O2 ที่ใช้ทำ�ปฏกิ ิรยิ าพอดีกับ C2H2 3.00 โมล nO2 = nC2H2 × 5 mol O2 2 mol C2H2 = 3.00 mol C2H2 × 5 mol O2 2 mol C2H2 = 7.50 mol O2 สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แกส๊ และสมบัตขิ องแก๊ส เคมี เล่ม 3 64 เนอ่ื งจากมี O2 = 8.01 mol ดังน้ัน C2H2 เปน็ สารกำ�หนดปริมาณ คำ�นวณจ�ำ นวนโมลรวมของแกส๊ ในภาชนะ n = n + n + n รวม O2 ทเี่ หลอื CO2 ทเี่ กิดขนึ้ H2O ทเ่ี กดิ ข้ึน = (nO2เรม่ิ ตน้ – n )O2ท�ำ ปฏกิ ิรยิ า + (nC2H2 × 4 mol CO2 ) + (nC2H2× 2 mol H2O ) 2 mol C2H2 2 mol C2H2 = (8.01 mol O2 – 7.50 mol O2) + (3.00 mol C2H2 × 4 mol CO2 ) + mol 2 mol C2H2 2 mol H2O (3.00 C2H2× 2 mol C2H2 ) = 0.51 mol O2 + 6.00 mol CO2 + 3.00 mol H2O = 9.51 mol ค�ำ นวณความดนั รวมของแก๊สผสม Ptotal = ntotalRT V = (9.51 mol)(0.0821 L•atm/mol•K)(300 + 273 K) 11.00 L = 40.7 atm ค�ำ นวณความดนั ยอ่ ยของแกส๊ แต่ละชนดิ จาก Pi = Xi Ptotal ค�ำ นวณความดนั ย่อยของ O2 PO2 = X PO2 total = nO2 Ptotal ntotal = 0.51 × 40.7 atm 9.51 = 2.2 atm สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 7 | แกส๊ และสมบตั ิของแกส๊ 65 คำ�นวณความดันย่อยของ CO2 nCO2 Ptotal PCO2 = ntotal = 6.00 × 40.7 atm 9.51 = 25.7 atm ค�ำ นวณความดันย่อยของ H2O nH2O PH2O = Ptotal ntotal = 3.00 × 40.7 atm 9.51 = 12.8 atm 10. แกส๊ ผสมระหวา่ งคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ปริมาตร 10.0 ลติ ร แพรผ่ า่ นผนงั กน้ั โดยใชเ้ วลา 2.00 นาที ซง่ึ ใชเ้ วลาเทา่ กบั ทแ่ี กส๊ ฮเี ลยี ม (He) ปริมาตร 29.7 ลิตร แพร่ผ่านผนังก้ันที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน ร้อยละโดย ปริมาตรของแก๊สแต่ละชนิดในแกส๊ ผสมเป็นเทา่ ใด คำ�นวณมวลต่อโมลของแกส๊ ผสม จาก r1 = M2 r2 M1 ดงั นัน้ rHe = Mแกส๊ ผสม rแกส๊ ผสม MHe แทนคา่ จะได้ 29.7 L/2.00 min = Mแก๊สผสม 10.0 L/2.00 min 4.00 2.97 = Mแกส๊ ผสม 4.00 8.82 = Mแกส๊ ผสม 4.00 Mแก๊สผสม = 35.3 g/mol สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 7 | แก๊สและสมบัติของแกส๊ เคมี เล่ม 3 66 คำ�นวณรอ้ ยละโดยปริมาตรของ CO และ CO2 ในแกส๊ ผสม ร้อยละโดยปรมิ าตรของ CO2 ในแกส๊ ผสม = x ร้อยละโดยปรมิ าตรของ CO ในแกส๊ ผสม = 100 – x มวลต่อโมลของ CO2 = (12.01 × 1) + (16.00 × 2) = 44.01 g/mol มวลต่อโมลของ CO = (12.01 × 1) + (16.00 × 1) = 28.01 g/mol จาก Mแก๊สผสม = (รอ้ ยละโดยโมล CO2 ในแกส๊ ผสม)(MCO2) + (ร้อยละโดยโมล CO ในแกส๊ ผสม)(MCO) 100 จากกฎของอาโวกาโดร รอ้ ยละโดยปรมิ าตรมคี า่ เทา่ กบั รอ้ ยละโดยโมลของแกส๊ ทอี่ ณุ หภมู ิ และความดันคงที่ (%v/vCO2 ในแกส๊ ผสม)(MCO2) + (%v/vCO ในแกส๊ ผสม)(MCO) ดังนัน้ Mแก๊สผสม = 100 แทนคา่ จะได้ (x)(44.01 g/mol) + (100 – x)(28.01 g/mol) 100 35.3 g/mol = 3530 g/mol = 44.01x g/mol – 28.01x g/mol 16.00x g/mol = 729 g/mol x = 45.6 ดังน้ัน ร้อยละโดยปริมาตรของคาร์บอนไดออกไซด์ในแก๊สผสมเท่ากับ 45.6 และ ร้อยละโดยปริมาตรของคาร์บอนมอนอกไซด์ในแก๊สผสมเท่ากบั 54.4 สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมี 67 บทที่ 8 อัตราการเกดิ ปฏิกิรยิ าเคมี ipst.me/8827 ผลการเรียนรู้ 1. ทดลอง และเขยี นกราฟการเพม่ิ ขน้ึ หรอื ลดลงของสารทท่ี �ำ การวดั ในปฏกิ ริ ยิ า 2. คำ�นวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี    และเขียนกราฟการลดลงหรือเพ่ิมข้ึนของสารท่ีไม่ได้วัดใน ปฏกิ ริ ยิ า 3. เขียนแผนภาพและอธิบายทิศทางการชนกันของอนุภาคและพลังงานท่ีส่งผลต่ออัตราการเกิด ปฏกิ ริ ยิ าเคมี 4. ทดลองและอธบิ ายผลของความเขม้ ขน้ พน้ื ทผ่ี วิ ของสารตง้ั ตน้ อณุ หภมู ิ และตวั เรง่ ปฏกิ ริ ยิ า ทม่ี ตี อ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี 5. เปรียบเทียบอัตราการเกิดปฏิกิริยาเม่ือมีการเปล่ียนแปลงความเข้มข้น  พ้ืนท่ีผิวของ สารตง้ั ตน้ อณุ หภมู ิ และตวั เรง่ ปฏกิ ริ ยิ า 6. ยกตัวอย่างและอธิบายปัจจัยท่ีมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในชีวิตประจำ�วันหรือ อตุ สาหกรรม การวเิ คราะห์ผลการเรยี นรู้ ผลการเรยี นรู้ 1. ทดลอง และเขยี นกราฟการเพม่ิ ขน้ึ หรอื ลดลงของสารทท่ี �ำ การวดั ในปฏกิ ริ ยิ า จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. บอกความหมายและค�ำ นวณอตั ราการเปลย่ี นแปลงปรมิ าณของสาร 2. ทำ�การทดลอง เขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารกับเวลา และแปลความหมาย จากกราฟ ทกั ษะกระบวนการ ทักษะแห่งศตวรรษที่ 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. ก ารสื่อสารสารสนเทศและ 1. ความอยากรู้อยากเหน็ 1. การสังเกต การรเู้ ท่าทนั สอื่ 2. ความซื่อสตั ย์ 2. การวัด 3. ความรอบคอบ 3. ก ารใช้จำ�นวน 2. ค วามร่วมมือ การทำ�งาน 4. การใช้วิจารณญาณ 4. การจัดกระทำ�และส่ือความ เป็นทีมและภาวะผนู้ �ำ 5. ความใจกว้าง 6. ความเชื่อมน่ั ตอ่ หลักฐาน หมายข้อมลู 5. การทดลอง สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อตั ราการเกิดปฏกิ ิริยาเคมี เคมี เลม่ 3 68 ผลการเรยี นรู้ 2. คำ�นวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี และเขียนกราฟการลดลงหรือเพ่ิมข้ึนของสารท่ีไม่ได้วัดใน ปฏกิ ริ ยิ า จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. บอกความหมายและค�ำ นวณอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี 2. เขยี นกราฟการลดลงหรอื เพม่ิ ขน้ึ ของสารทไ่ี มไ่ ดว้ ดั ในปฏกิ ริ ยิ า ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. การใช้จำ�นวน - 1. ความอยากรูอ้ ยากเห็น 2. ก ารจัดกระท�ำ และส่อื ความ 2. ความรอบคอบ 3. การใชว้ จิ ารณญาณ หมายข้อมลู ผลการเรยี นรู้ 3. เขียนแผนภาพและอธิบายทิศทางการชนกันของอนุภาคและพลังงานท่ีส่งผลต่ออัตราการเกิด ปฏกิ ริ ยิ าเคมี จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. อธบิ ายแนวคดิ เกย่ี วกบั อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมโี ดยใชท้ ฤษฎกี ารชนและทฤษฎสี ถานะแทรนซชิ นั ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ -- - ผลการเรยี นรู้ 4. ทดลองและอธบิ ายผลของความเขม้ ขน้ พน้ื ทผ่ี วิ ของสารตง้ั ตน้ อณุ หภมู ิ และตวั เรง่ ปฏกิ ริ ยิ าทม่ี ี ตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ท�ำ การทดลอง และอธบิ ายผลของความเขม้ ขน้ ของสาร พน้ื ทผ่ี วิ ของสาร อณุ หภมู ิ และตวั เรง่ ปฏกิ ริ ยิ า ซง่ึ เปน็ ปจั จยั หลกั ทม่ี ผี ลตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. การสังเกต 1. ค วามรว่ มมือ การทำ�งาน 1. ความอยากรูอ้ ยากเห็น เปน็ ทมี และภาวะผ้นู ำ� 2. ความซื่อสตั ย์ 2. การวัด 3. ความรอบคอบ 4. การใชว้ ิจารณญาณ 3. การทดลอง 5. ความใจกวา้ ง 6. ความเชอ่ื มน่ั ตอ่ หลกั ฐาน สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 8 | อัตราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี 69 ผลการเรยี นรู้ 5. เปรียบเทียบอัตราการเกิดปฏิกิริยาเม่ือมีการเปล่ียนแปลงความเข้มข้น พ้ืนท่ีผิวของสารต้ังต้น อณุ หภมู ิ และตวั เรง่ ปฏกิ ริ ยิ า จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. เปรียบเทียบอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเม่อื มีการเปล่ยี นแปลงปัจจัยหลักท่มี ีผลต่ออัตราการเกิด ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ - ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. ความรอบคอบ - 2. การใช้วิจารณญาณ ผลการเรยี นรู้ 6. ยกตัวอย่างและอธิบายปัจจัยท่ีมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในชีวิตประจำ�วันหรือ อตุ สาหกรรม จดุ ประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. สบื คน้ ขอ้ มลู เกย่ี วกบั กระบวนการทเ่ี กดิ ขน้ึ ในชวี ติ ประจ�ำ วนั หรอื อตุ สาหกรรมทเ่ี กย่ี วขอ้ งกบั ปจั จยั ทม่ี ี ผลตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ทกั ษะกระบวนการ ทกั ษะแหง่ ศตวรรษท่ี 21 จติ วทิ ยาศาสตร์ ทางวทิ ยาศาสตร์ 1. การส่ือสารสารสนเทศและ 1. การเห็นคุณค่าทาง - การรเู้ ท่าทนั สื่อ วทิ ยาศาสตร์ 2. ความรว่ มมอื การท�ำ งาน เป็นทมี และภาวะผนู้ �ำ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี เคมี เลม่ 3 70 ผังมโนทัศน์ บทท่ี 8 อัตราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมีเฉลย่ี อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี ณ ขณะหนง่ึ ความหมายและการค�ำ นวณอตั รา การเกิดปฏิกิริยาเคมี ปจั จัยทีม่ ีผลต่ออัตรา อัตราการเกิด แนวคิดเก่ียวกบั อตั รา การเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี ปฏิกิริยาเคมี การเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี ความเข้มขน้ ทฤษฎีการชน พื้นทผ่ี ิว ทฤษฎสี ถานะแทรนซิชนั อณุ หภมู ิ ตวั เรง่ ปฏกิ ริ ิยา สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมี 71 สาระสำ�คัญ อัตราการเกดิ ปฏิกิรยิ าเคมี ซ่ึงวดั จากการลดลงของสารตง้ั ต้นหรือการเพ่ิมข้ึนของผลิตภณั ฑ์ใน หนว่ ยโมลหรอื โมลาร์ตอ่ หน่งึ หน่วยเวลา หารด้วยเลขสัมประสทิ ธิ์ของสารนน้ั ในสมการเคมี ซ่งึ อาจวดั เป็นอัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมีเฉลย่ี หรืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ณ ขณะหนงึ่ ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี กดิ ขน้ึ ไดเ้ มอ่ื อนภุ าคของสารตง้ั ตน้ ชนกนั ในทศิ ทางทเี่ หมาะสมและมพี ลงั งานจลน์ ของอนภุ าคทช่ี นมากพอตามทฤษฎกี ารชน เมอ่ื อนภุ าคของสารตง้ั ตน้ ชนกนั จะมพี ลงั งานศกั ยส์ งู ขน้ึ จน ถึงสถานะแทรนซิชันตามทฤษฎีสถานะแทรนซิชัน ซึ่งพลังงานก่อกัมมันต์เปรียบเทียบได้จากผลต่าง ของพลงั งานศักยท์ ่สี ถานะแทรนซิชนั กบั สถานะเรม่ิ ตน้ ปจั จยั หลกั ทส่ี ง่ ผลตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมหี นง่ึ ๆ คอื ความเขม้ ขน้ พนื้ ทผี่ วิ อณุ หภมู ิ และ ตัวเร่งปฏิกิริยา ความรู้เก่ียวกับปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีสามารถนำ�มาใช้ประโยชน์ ในชีวิตประจำ�วันและอตุ สาหกรรมตา่ ง ๆ เวลาทีใ่ ช้ บทนีค้ วรใชเ้ วลาสอนประมาณ 18 ชวั่ โมง 7 ชวั่ โมง 8.1 ความหมายและการคำ�นวณอัตราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมี 3 ชว่ั โมง 8.2 แนวคดิ เกย่ี วกับอัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี 8 ช่ัวโมง 8.3 ปจั จัยทีม่ ผี ลตอ่ อัตราการเกิดปฏิกริ ิยาเคม ี ความรกู้ ่อนเรียน การดลุ สมการเคม ี ปรมิ าณสมั พนั ธใ์ นปฏกิ ริ ยิ าเคม ี ทฤษฎจี ลนข์ องแกส๊ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 72 ต รวจสอบความรกู้ อ่ นเรยี น 1. ดุลสมการเคมีต่อไปนใ้ี หถ้ กู ตอ้ ง 1.1 CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) 1.2 NO2(g) NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 2NO(g) + O2(g) 1.3 N O(g) + NO3(g) NO2(g) NO(g) + NO3(g) 2NO2(g) 1.4 HCl(aq) + CaCO3(s) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) 2HCl(aq) + CaCO3(s) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) 2. จากสมการเคมี Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) PbI2(s) + 2KNO3(aq) จงตอบคำ�ถามตอ่ ไปนี้ 2.1 เมือ่ ผสม Pb(NO3)2 กับ KI จะสงั เกตได้อยา่ งไรวา่ มีปฏิกิรยิ าเคมีเกดิ ขนึ้ สงั เกตไดจ้ ากมตี ะกอน PbI2 เกิดขึน้ 2.2 ในขณะที่มี PbI2 เกดิ ขน้ึ 4.61 กรมั ปริมาณ KI จะลดลงกโ่ี มล ปริมาณ KI ทลี่ ดลง = 4.61 g PbI2 × 1 mol PbI2 × 2 mol KI 461.00 g PbI2 1 mol PbI2 = 2.00 × 10-2 mol KI ดงั น้ัน KI จะลดลง 2.00 × 10-2 โมล 2.3 จากขอ้ 2.2 ถา้ เร่ิมตน้ ปฏกิ ิรยิ า KI มคี วามเข้มข้น 1.00 โมลตอ่ ลติ ร ในสารละลายผสม ปริมาตร 100 มลิ ลิลติ ร ความเข้มข้นของ KI ทเ่ี หลือเปน็ เทา่ ใด ปรมิ าณ KI เรมิ่ ตน้ = 1.00 mol KI × 100 mL soln 1000 mL soln = 1.00 × 10-1 mol KI ปริมาณ KI ที่เหลอื = 1.00 × 10-1 mol – 2.00 × 10-2 mol = 8.00 × 10-2 mol สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี 73 ความเขม้ ขน้ ของ KI ทเ่ี หลือ = 8.00 × 10-2 mol KI × 1000 mL soln 100 mL soln 1 L soln = 8.00 × 10-1 mol KI/L soln ดงั นน้ั ความเข้มขน้ ของ KI ที่เหลอื เปน็ 8.00 × 10-1 โมลาร์ 3. ใส่เครื่องหมาย หน้าข้อความที่ถูกต้องและใส่เครื่องหมาย หน้าข้อความที่ ไม่ถูกตอ้ ง … ... 3.1 แก๊สประกอบดว้ ยอนภุ าคจ�ำ นวนมาก ดังนั้นผลรวมปรมิ าตรของอนภุ าคแก๊ส เทา่ กบั ปรมิ าตรของภาชนะท่ีบรรจุ แกส๊ ประกอบดว้ ยอนภุ าคจ�ำ นวนมาก แตผ่ ลรวมปรมิ าตรของอนภุ าคแกส๊ มคี า่ นอ้ ยมากและไม่เทา่ กับปริมาตรของภาชนะท่บี รรจุ … ... 3.2 อนภุ าคแกส๊ อยู่ห่างกนั มาก จนถือว่าไมม่ แี รงกระท�ำ ต่อกัน … ... 3.3 อนภุ าคแก๊สท่ีเคลือ่ นท่ีด้วยอตั ราเร็วไม่เทา่ กนั จึงมพี ลังงานจลนไ์ ม่เทา่ กัน … ... 3.4 เม่อื อนุภาคแก๊สชนกนั จะไม่มีการถ่ายเทพลงั งานใหแ้ กก่ นั เม่ืออนุภาคแก๊สชนกันจะถ่ายเทพลังงานให้แก่กัน โดยพลังงานจลน์รวมของ ระบบคงท่ี … ... 3.5 ทอ่ี ณุ หภมู ิเดียวกนั แก๊สแตล่ ะชนดิ มพี ลังงานจลน์เฉลีย่ เท่ากัน สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี เคมี เลม่ 3 74 8.1 ความหมายและการค�ำ นวณอัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. บอกความหมายและคำ�นวณอัตราการเปล่ยี นแปลงปรมิ าณของสาร 2. ทำ�การทดลอง เขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารกับเวลา และแปล ความหมายจากกราฟ 3. บอกความหมายและค�ำ นวณอตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี 4. เขยี นกราฟการลดลงหรอื เพมิ่ ข้นึ ของสารท่ไี ม่ไดว้ ดั ในปฎิกิรยิ า ความเข้าใจคลาดเคลือ่ นทีอ่ าจเกดิ ขึ้น ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉล่ยี คือ อัตราการ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉล่ีย คือ อัตราการ เปลย่ี นแปลงปรมิ าณของสารตง้ั แตเ่ รม่ิ ตน้ จนสน้ิ เปลย่ี นแปลงปรมิ าณของสารในชว่ งเวลาใด ๆ ท่ี สดุ ปฏกิ ริ ยิ าเทา่ นน้ั ก�ำ หนด รวมถงึ อตั ราการเปลย่ี นแปลงปรมิ าณของ สารตง้ั แตเ่ รม่ิ ตน้ จนสน้ิ สดุ ปฏกิ ริ ยิ าดว้ ย ส่ือการเรียนรู้และแหลง่ การเรยี นรู้ 1. รปู หรอื ตัวอยา่ งปฏกิ ิรยิ าเคมที ีเ่ กิดไดเ้ ร็วและชา้ ที่พบในธรรมชาติหรอื ในชีวิตประจ�ำ วัน แนวการจัดการเรียนรู้ 1. ครกู ระตนุ้ ความสนใจของนกั เรยี นโดยแสดงรปู หรอื ตวั อยา่ งปฏกิ ริ ยิ าเคมที เ่ี กดิ ไดเ้ รว็ และชา้ ท่ีพบในธรรมชาติหรือในชีวิตประจำ�วัน เช่น การเกิดสนิมเหล็ก การเน่าเสียของอาหาร การเผาไหม้ เชอื้ เพลงิ การเกดิ แก๊สในถงุ ลมนริ ภัยรถยนต์ และใหน้ ักเรยี นยกตัวอย่างปฏกิ ิริยาเคมที ่เี กิดไดเ้ ร็วและ ช้า จากนั้นใช้คำ�ถามนำ�ว่า ปฏิกิริยาเคมีอาจเกิดข้ึนได้เร็วหรือช้าแตกต่างกัน จะทราบได้อย่างไรว่า ปฏิกริ ยิ าเคมเี กดิ ขน้ึ ได้เร็วหรอื ช้า เพ่อื น�ำ เขา้ สูเ่ รอื่ งอัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของสาร 2. ครูนำ�อภิปรายเกี่ยวกับการหาอัตราเร็วของรถยนต์ แล้วเช่ือมโยงเข้าสู่อัตราการดำ�เนินไป ของปฏิกริ ยิ าเคมี ตามรายละเอยี ดในหนงั สอื เรียน 3. ครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 8.1 เพ่ือศึกษาการเกิดแก๊สไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาระหว่างโลหะ แมกนเี ซยี มกบั กรดไฮโดรคลอรกิ แลว้ ครแู ละนกั เรยี นรว่ มกนั อภปิ รายผลการทดลองโดยใชค้ �ำ ถามทา้ ย การทดลอง สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 8 | อตั ราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี 75 กิจกรรม 8.1 การทดลองศึกษาการเกดิ แก๊สไฮโดรเจนจากปฏกิ ริ ิยาระหว่าง โลหะแมกนีเซยี มกับกรดไฮโดรคลอริก จุดประสงค์การทดลอง 1. ท ดลองเพือ่ ศึกษาการเกดิ แกส๊ ไฮโดรเจนจากปฏิกิริยาระหวา่ งโลหะแมกนีเซยี มกบั กรดไฮโดรคลอรกิ ในชว่ งเวลาตา่ ง ๆ 2. เขียนกราฟแสดงความสมั พนั ธ์ระหว่างปริมาตรของแกส๊ ไฮโดรเจนกับเวลา 3. เปรยี บเทยี บอตั ราการเกดิ แก๊สไฮโดรเจนในชว่ งเวลาต่าง ๆ ได้ เวลาทีใ่ ช้ อภิปรายก่อนทำ�การทดลอง 20 นาที 40 นาที ท�ำ การทดลอง 40 นาที นาที อภิปรายหลังทำ�การทดลอง 100 รวม วสั ดุ อุปกรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม สารเคมี 1. ลวดแมกนีเซียม (Mg) ยาว 10 cm 1 ชิ้น 2. ส ารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ (HCl) 10 mL 0.15 M 1 อัน วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 1 หลอด 1. ก ระบอกตวงขนาด 10 mL 2. หลอดทดลองขนาดกลาง 1 อัน 3. จุกยางที่เจาะรใู หพ้ อดีกบั ปลาย 1 อัน กระบอกฉดี ยา 1 เรือน 4. กระบอกฉีดยาขนาด 10 mL 5. นาฬิกาจับเวลาหรอื นาฬิกาท่ีมี 1 แผ่น 1 ชุด เขม็ วนิ าที 6. กระดาษทรายขนาด 3 cm × 3 cm 7. ขาต้ังพร้อมทีจ่ ับหลอดทดลอง สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อตั ราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี เคมี เลม่ 3 76 การเตรียมลว่ งหน้า เตรียม HCl 0.15 M ปริมาตร 200 mL โดยตวง HCl 6.0 M ปรมิ าตร 5 mL ลงใน นำ�้ กลั่นประมาณ 100 mL แลว้ เติมน้�ำ กลัน่ ใหไ้ ด้ปรมิ าตร 200 mL (สารละลายทเ่ี ตรียม สามารถใชไ้ ด้กับการทดลองของนกั เรียนประมาณ 20 กล่มุ ) ข้อเสนอแนะส�ำ หรับครู 1. HCl มีฤทธ์กิ ัดกรอ่ น ควรใหน้ กั เรยี นสวมถงุ มอื ระหวา่ งท�ำ การทดลอง 2. เจาะจกุ ยางใหพ้ อดีกบั ปลายกระบอกฉีดยา โดยใช้ดอกสว่านขนาด 4 มิลลิเมตร ตัวอย่างผลการทดลอง ปริมาตรแก๊สไฮโดรเจน (mL) เวลา (s) 1 10 2 28 3 48 4 71 5 95 6 125 7 155 8 200 9 252 10 305 สามารถสรา้ งกราฟความสมั พันธร์ ะหวา่ งปริมาตรแกส๊ ไฮโดรเจนกบั เวลาไดด้ ังนี้ สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 8 | อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี 77 อภิปรายผลการทดลอง จากการทดลอง เมอ่ื เตมิ HCl ลงในหลอดทดลองทม่ี ี Mg จะสงั เกตเห็นฟองแก๊สเกดิ ขึ้น โดยปฏกิ ิริยาเคมที ี่เกดิ ขึ้น เขยี นสมการแสดงไดด้ งั น้ี Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) เมอ่ื ตดิ ตามการดำ�เนนิ ไปของปฏิกริ ิยานีโ้ ดยวดั ปรมิ าตร H2 ทีเ่ กดิ ขนึ้ พบวา่ H2 ทีเ่ กิดขนึ้ ทกุ ๆ 1 mL ใชเ้ วลาในแต่ละชว่ งปริมาตรไมเ่ ท่ากัน ในช่วงแรกใช้เวลาน้อยและในชว่ งถัดไป ใชเ้ วลามากข้นึ ตามลำ�ดบั แสดงวา่ การเกดิ H2 ในช่วงแรกเกดิ ข้ึนไดเ้ รว็ กว่าในชว่ งท้ายของ การทดลอง เมอ่ื น�ำ ขอ้ มลู มาเขยี นกราฟความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งปรมิ าตร H 2กบั เวลาพบวา่ กราฟในชว่ ง แรกมคี วามชันมาก เมือ่ เวลาผา่ นไปความชนั ของกราฟคอ่ ย  ๆ ลดลง ซึ่งความชันของกราฟน้ี สัมพันธ์กับอัตราการเกิด  H2  โดยถ้ากราฟมีความชันมากแสดงว่ามี  H2  เกิดข้ึนได้เร็ว ถ้ากราฟมคี วามชันนอ้ ยแสดงวา่ มี H2 เกดิ ขึน้ ได้ช้า สรปุ ผลการทดลอง การเกดิ H2 จากปฏิกิรยิ าระหว่าง Mg กบั HCl ในช่วงแรกเกดิ ข้นึ เรว็ และค่อย ๆ ชา้ ลง เม่อื เวลาผ่านไป ซึง่ สัมพันธก์ ับความชนั ของกราฟระหว่างปรมิ าตร H2 กบั เวลา สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 8 | อัตราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมี เคมี เล่ม 3 78 4. ครูอธิบายเกี่ยวกับการติดตามการดำ�เนินไปของปฏิกิริยาเคมีซ่ึงทำ�ได้หลายวิธี แต่ในทาง ปฏบิ ตั จิ ะเลอื กการวดั ปรมิ าณสารดว้ ยวธิ ที ส่ี ะดวกทสี่ ดุ จากนน้ั ใหน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามตรวจสอบความ เข้าใจ ตรวจสอบความเข้าใจ ในการศึกษาการดำ�เนินไปของปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้ ควรติดตามการเปล่ียนแปลง ปริมาณของสารใด พร้อมให้เหตุผลประกอบ 1. CH3COCH3(aq) + I2(aq) CH3COCH2I(aq) + HI(aq) ไมม่ ีสี สนี ้ำ�ตาลแดง ไม่มีสี ไมม่ ีสี I2 เพราะสามารถสงั เกตจากสขี องสารละลายทเ่ี ปลย่ี นแปลงไปไดง้ า่ ย 2. CaCO3(s) + 2HCl(aq) CO2(g) + CaCl2(aq) + H2O(l) CO2 เพราะสามารถวดั ปรมิ าตรแกส๊ ไดง้ า่ ย 3. S2O32-(aq) + 2H+(aq) S(s) + H2SO3(aq) Sเพราะสามารถวดั ปรมิ าณตะกอนไดง้ า่ ยโดยการสงั เกตเครอ่ื งหมายทข่ี ดี ไวด้ า้ นหลงั หลอดทดลองทใ่ี หส้ ารท�ำ ปฏกิ ริ ยิ ากนั 5. ครูอาจให้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการติดตามการดำ�เนินไปของปฏิกิริยาเคมีโดยใช้ เครอ่ื งมอื ตา่ ง ๆ เชน่ • วัดความเปน็ กรดเบสของสารละลายด้วย pH meter • วัดปริมาณสารมสี ใี นสารละลายดว้ ย spectrophotometer • วดั การน�ำ ไฟฟา้ ด้วย conductometer 6. ครูอธิบายความหมายของอัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสารโดยใช้ตัวอย่าง การด�ำ เนนิ ไปของปฏกิ ริ ยิ าจาก A B และใชร้ ปู 8.1 ประกอบการอธบิ าย และการค�ำ นวณอตั รา การเปล่ียนแปลงปริมาณของสารทั้งที่เป็นสารต้ังต้นและผลิตภัณฑ์ รวมทั้งช้ีประเด็นให้นักเรียน เห็นว่า อัตราการเปลี่ยนแปลงของสารมีค่าเป็นบวก (+) เสมอ แต่เนื่องจากอัตราการเปล่ียนแปลง ปรมิ าณสารตัง้ ต้นมีคา่ เป็นลบ (-) ดังนนั้ ในสมการจงึ ต้องมีเคร่ืองหมายลบ ดังรายละเอียดในหนังสือ เรยี น สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 8 | อัตราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี 79 7. ครูยกตัวอย่างปฏิกิริยาการสลายตัวของแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ได้ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊ส ไนโตรเจนออกไซดก์ บั แกส๊ ออกซเิ จน ซง่ึ มคี วามเขม้ ขน้ ของสารชนดิ ตา่ ง ๆ ในชว่ งเวลาหนงึ่ ๆ ดงั ตาราง 8.1 จากนั้นอธิบายวิธีการคำ�นวณอัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของแก๊สแต่ละชนิดในช่วงเวลา 0 – 100 วนิ าที ตามรายละเอยี ดในหนังสือเรยี น 8. ครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 8.2 การคำ�นวณอัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของสารท่ีเวลา ต่าง ๆ แล้วให้นักเรียนอภิปรายผลการท�ำ กจิ กรรมโดยใชค้ �ำ ถามทา้ ยกจิ กรรม กจิ กรรม 8.2 ก ารค�ำ นวณอตั ราการเปล่ยี นแปลงปรมิ าณของสารทเ่ี วลาตา่ ง ๆ จุดประสงคข์ องกจิ กรรม 1. ค�ำ นวณอัตราการเปลย่ี นแปลงปรมิ าณของสารในแต่ละช่วงเวลา 2. เปรยี บเทียบอตั ราการเปล่ยี นแปลงปริมาณของสารแตล่ ะชนดิ ในช่วงเวลาเดยี วกนั เวลาทีใ่ ช ้ อภปิ รายกอ่ นทำ�กิจกรรม 5 นาที ทำ�กจิ กรรม 20 นาที อภปิ รายหลงั ทำ�กิจกรรม 5 นาที รวม 30 นาที วสั ดุและอุปกรณ์ - ตัวอย่างผลการท�ำ กจิ กรรม อตั ราการเปล่ียนแปลงปริมาณของแกส๊ ไนโตรเจนไดออกไซด์ แก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์ และแก๊สออกซิเจนในช่วงเวลาต่าง ๆ แสดงดังตาราง ช่วงเวลา - Δ[NO2] - Δ[NO] - Δ[NO2] Δt Δt Δt (s) (M s-1) (M s-1) (M s-1) 0 – 100 100 – 240 1.17 × 10-5 1.18 × 10-5 5.90 × 10-6 240 – 320 5.93 × 10-6 5.86 × 10-6 2.93 × 10-6 320 – 500 3.50 × 10-6 3.50 × 10-6 1.75 × 10-6 500 – 780 2.33 × 10-6 2.33 × 10-6 1.17 × 10-6 1.29 × 10-6 1.29 × 10-6 6.43 × 10-7 สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อัตราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี เคมี เลม่ 3 80 780 – 1000 7.27 × 10-7 7.27 × 10-7 3.64 × 10-7 1000 – 1500 4.60 × 10-7 4.80 × 10-7 2.40 × 10-7 1500 – 2000 2.40 × 10-7 2.00 × 10-7 1.00 × 10-7 อภปิ รายผลการทำ�กจิ กรรม จากการคำ�นวณพบว่า   อัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของสารแต่ละชนิดในช่วงเวลา เดียวกันมีท้ังเท่ากันและไม่เท่ากัน  โดยอัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของแก๊สไนโตรเจน ไดออกไซด์มีค่าใกล้เคียงกับแก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์  และมีค่ามากกว่าแก๊สออกซิเจน ประมาณ 2 เทา่ สรปุ ผลการทดลอง ในช่วงเวลาเดียวกัน   อัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์มีค่า ใกล้เคียงกับแก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์ และมคี า่ มากกว่าแก๊สออกซเิ จน 9. ครอู ธบิ ายวา่ จากการท�ำ กจิ กรรม 8.2 อตั ราการเปลยี่ นแปลงความเขม้ ขน้ ของสารแตล่ ะชนดิ ในช่วงเวลาเดียวกันมีทั้งเท่ากันและไม่เท่ากัน เน่ืองจากในปฏิกิริยาเคมีปริมาณสารท่ีเปล่ียนแปลงไป จะมคี วามสมั พันธ์กับเลขสมั ประสิทธ์ใิ นสมการทดี่ ลุ แลว้ 10. ครูให้นกั เรยี นพจิ ารณาตาราง 8.2 แล้วอภปิ รายร่วมกันเพอ่ื ให้ได้ข้อสรปุ ว่า เมือ่ น�ำ ข้อมูลที่ คำ�นวณได้จากการทำ�กิจกรรม 8.2 หารด้วยเลขสัมประสิทธ์ิของสารนั้นตามสมการเคมี พบว่าจะมีค่า เทา่ กนั ในชว่ งเวลาเดียวกัน 11. ครูอธิบายความสัมพันธ์ของอัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของ NO2 NO และ O2 เพื่อนำ�เข้าสู่การหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี แล้วใช้ตัวอย่าง 1 อธิบายประกอบการคำ�นวณเกี่ยวกับ อตั ราการเกดิ ปฏิกิรยิ าเคมี ตามรายละเอยี ดในหนังสอื เรียน 12. ครูให้นักเรยี นตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ ตรวจสอบความเข้าใจ 1. ก ำ�หนดให้ ปฏิกิริยาการเผาไหม้ระหว่างแก๊สมีเทน (CH4) กับแก๊สออกซิเจน (O2) ได้ ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และไอน้ำ� (H2O) โดยมีอัตราการเผาไหม้ เป็น 0.936 M s-1 1.1 เขยี นสมการเคมแี สดงปฏิกิรยิ าทีเ่ กดิ ข้ึน สมการเคมีแสดงปฏิกริ ิยาการเผาไหม้ของแก๊สมเี ทน เปน็ ดงั นี้ CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 3 บทที่ 8 | อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี 81 1.2 คำ�นวณอัตราการเปล่ียนแปลงปริมาณของแก๊สมีเทนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และ น้�ำ อตั ราการเผาไหมห้ รืออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (r) เทา่ กบั 0.936 M s-1 r = - Δ[CH4] = - 1 Δ[O2] = Δ[CO2] = 1 Δ[H2O] Δt 2 Δt Δt 2 Δt อตั ราการเปลี่ยนแปลงปริมาณของแก๊สมีเทน - Δ[CH4] = r Δt = 0.936 M s-1 ดงั น้นั อัตราการเปลย่ี นแปลงปรมิ าณของแก๊สมีเทน เทา่ กับ 0.936 M s-1 อตั ราการเปล่ยี นแปลงปรมิ าณของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ Δ[CΔOt 2] = r = 0.936 M s-1 ดังนน้ั อตั ราการเปลยี่ นแปลงปรมิ าณของแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ เทา่ กบั 0.936 M s-1 อตั ราการเปล่ยี นแปลงปริมาณของน�ำ้ 1 Δ[H2O] = r 2 Δt Δ[HΔt2O] = 2 × 0.936 M s-1 = 1.87 M s-1 ดังนั้น อตั ราการเปลีย่ นแปลงปริมาณของน�ำ้ เท่ากบั 1.87 M s-1 สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 8 | อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมี เคมี เล่ม 3 82 2. กำ�หนดให้ปฏิกิริยาเคมีหน่ึง มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเท่ากับ อัตราการเปลี่ยนแปลง ปริมาณของสารตง้ั ต้น A เทา่ กับ 3/2 เทา่ ของอัตราการเปลี่ยนแปลงปรมิ าณของสารตงั้ ตน้ B เท่ากับ 2 เท่าของอัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาณของผลิตภัณฑ์ C จงเขียนสมการเคมี และหาวา่ อตั ราการเปลยี่ นแปลงปริมาณของสาร B เปน็ ก่เี ท่าของสาร C r = - Δ[A] = - 3 Δ[B] = 2Δ[C] Δt 2 Δt Δt จากความสมั พันธข์ องอัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี สามารถเขยี นสมการเคมีได้ดงั นี้ A + 2 B 1 C หรือ 3 2 6A + 4B 3C ค�ำ นวณอตั ราการเปลีย่ นแปลงปรมิ าณของสาร B ตอ่ สาร C - 3 Δ[B] = 2Δ[C] 2 Δt Δt ดงั นน้ั อตั ราการเปลยี่ นแปลงปรมิ าณของสาร B เป็น 4 เทา่ ของสาร C 3 13. ครอู ธบิ ายความหมายของอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี ฉลย่ี โดยเนน้ ใหเ้ หน็ วา่ เปน็ อตั ราการ เปล่ียนแปลงปริมาณของสารจากจุดเริ่มต้นจนถึงจุดส้ินสุดในช่วงเวลาที่กำ�หนด ซ่ึงอาจเป็นต้ังแต่ เรม่ิ ตน้ จนสนิ้ สดุ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี หรอื ในแตล่ ะชว่ งเวลากไ็ ด้ จากนน้ั อธบิ ายเกยี่ วกบั การค�ำ นวณอตั ราการ เกดิ ปฏกิ ิรยิ าเคมี ณ ขณะหนง่ึ โดยใช้รปู 8.2 ประกอบการอธิบาย โดยชีป้ ระเด็นให้นักเรียนเห็นว่าใน การหาอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ า เคมี ณ ขณะหนงึ่ จะหาจากคา่ ความชนั ของกราฟหารดว้ ยเลขสมั ประสทิ ธ์ิ ของสารในสมการเคมี ครอู าจอธบิ ายเพม่ิ เตมิ วา่ การลากเสน้ สมั ผสั ของกราฟนน้ั ไมว่ า่ จะลากเสน้ สมั ผสั ยาวเท่าใดก็จะได้ความชันเท่ากันเสมอ เน่ืองจากเป็นการหาความชันของเส้นตรงเส้นเดียวกัน ท้ังน้ี นักเรียนอาจหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ณ ขณะหนึ่ง ได้แตกต่างกันเนื่องจากลากเส้นสัมผัสกราฟ ที่มีความชนั แตกตา่ งกนั 14. ครแู สดงตวั อยา่ งการค�ำ นวณอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ณ ขณะหนงึ่ จากการหาอตั ราการ เกิดปฏิกิริยาเคมีเฉลี่ย โดยเน้นประเด็นให้เห็นว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉล่ียในช่วงเวลาแคบ ๆ มีค่าใกล้เคียงกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ณ ขณะหน่ึง ท่ีจุดก่ึงกลางของช่วงเวลาน้ัน จากน้ันให้ นักเรยี นตอบคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทที่ 8 | อตั ราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมี 83 ตรวจสอบความเข้าใจ 18 1. อ ตตั รรวาจกสาอรเบกคดิ วปาฏมเกิ ขริ ้ายิ ใาจเคมเี ฉลยี่ กบั อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี ณ ขณะหนงึ่ แตกตา่ งกนั อยา่ งไร แต1กตอา่ ัตงกรานั กาครือเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉลยี่ กบั อัตราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี ณ ขณะหนึง่ อแตตั กรตากา่ งากรนั เกหดิ รือปไฏมกิ่ อริ ยยิ า่ างเไครมเี ฉลย่ี เปน็ อตั ราการเปลยี่ นแปลงปรมิ าณของสารในชว่ งเวลา ต่าง ๆแจตากกตจา่ งุดกเรนั มิ่ คตอื ้นจนถงึ จุดสน้ิ สดุ ในช่วงเวลาที่ก�ำ หนด อตั ราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมีเฉลย่ี เป็นอัตราการเปลย่ี นแปลงปริมาณของ อัตราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี ณ ขณะหนึ่ง เปน็ อตั ราการเปล่ียนแปลงปริมาณของสาร สารในช่วงเวลาตา่ ง ๆ จากจุดเร่ิมต้นจนถึงจุดสน้ิ สดุ ในช่วงเวลาทีก่ าหนด ที่เวลาใดเวลาอหตั นรง่ึาการเกิดปฏิกิรยิ าเคมี ณ ขณะหนงึ่ เปน็ อัตราการเปลย่ี นแปลง 2. โลหะสปังรกิมาะณสีขทอำ�งปสฏาริกทิรีเ่ ิยวลาากใับดเสวาลารหลนะึง่ลายกรดไฮโดรคลอริก ได้ปริมาตรของแก๊สไฮโดรเจน ที่ STP ณ เวลาตา่ ง ๆ ดังตาราง 2 โลหะสงั กะสีทาปฏิกริ ิยากบั สารละลายกรดไฮโดรคลอริก ไดป้ รมิ าตรของแกส๊ ไฮโดรเจนทเว่ี SลTาP(sณ) เวลาต่าง ๆ 1ด0ังตาร2า0ง 30 40 50 60 70 80 เวลา (s) 10 20 30 40 50 60 70 80 ปรมิ ปารตมิ ราตร2H5₂ (mL4)5 6205 4750 60 7570 7758 7880 80 8800 H2 (mL) 2.1 เข2.ีย1นเกขยีรนาฟกรแาสฟดแงสคดวงาคมวาสมัมสพมั นั พธนั ์รธะ์รหะหวว่าา่งงปปรริมมิ าาตตรรขขอองงแแกก๊ส๊สกกบั บั เวเลวาลา 2.2 เขียนสมการเคมีแสดงปฏกิ ิรยิ าท่เี กดิ ขนึ้ 2.2 เขยี นสมการเคมีแสดงปฏิกิรยิ าทเ่ี กดิ ขนึ้ Zn (s) + 2HCZl(na(qs)) + 2HCl(aqH)2(g) + ZHnC2(lg2)(a+q)ZnCl2(aq) สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี คู่มือครรู า่ ง 1 สสวท. สงวนสทิ ธ์ิ หา้ มเผยแพร่

บทท่ี 8 | อัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี เคมี เล่ม 3 84 19 2.3 คำ�นวณอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉลี่ยตั้งแต่เริ่มต้นจนสิ้นสุดปฏิกิริยา ในหน่วย โมลต2.่อ3วคินานาทวณี อตั ราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมีเฉลีย่ ตง้ั แต่เร่ิมตน้ จนส้นิ สดุ ปฏกิ ริ ยิ า ใน หนว่ ยโมลตอ่ วนิ าที อตั รากาอรตั เรกาิดกปารฏเกิกดิ ิรปยิ ฏากิ เิรคิยมาเเี คฉมลีเฉีย่ ลใ่ียนใชนว่ชงว่ ทงทีเ่ เ่ีกกดิ ดิ ปปฏฏิกิกิรริิยิยา าคดิ คใิดนชในว่ งช0ว่ -ง700–วนิ 7า0ทีวนิ าที อัตรากาอรัตเรกาดิ กปารฏเกิกดิ ริ ปยิ ฏาิกเริ คยิ มาเีเคฉมลีเฉย่ี ล ย่ี == อตั รอาัตกรากราเกรเิดกดิแแกกส๊ ๊สไไฮโโดดรรเจเจนนเฉเลฉย่ี ล่ยี r = [rH 2 ] = Δ[H2] Δt t = 80 - -=00  m sL(8(70×0–21–20m.0)4o)mLlsL× 1×0012102Lmm.4LoLl × 1L 70 1000 mL = 5.1 × =1 0 - 5 5m.1ol×s-110-5 mol s-1 อตั รากาอรตั เรกาิดกปารฏเกิกิดิรปิยฏากิ เริ คิยมาเเี คฉมลีเฉ่ียลม่ียีคม่าคี า่ 55.1.1×× 1100--55 โมโมลลตตอ่อ่ ววนิ นิ าาทที ี 2.4 ค ำ�น2ว.ณ4 คอาตั นรวาณกอาัตรรเากกิดารปเกฏดิ กิ ปิรฏิยิกาิรเยิ คามเคี มทีวีเ่ นิ วาลทาที 4ี่ 400 วในนิ หานทว่ ียใโนมหลตนอ่ ว่ วยนิ โามทลี ตอ่ วนิ าที อัตรากาอรตั เรกาดิ กปารฏเกกิ ิดริ ปิยฏากิ เิรคยิ มาเี คทมีเ่ ีวทลี่เวาล4า 040ววนิ ินาาททีี ==r ==( 7( 4 6 [8H (Δ7t2(6[Δ]46H348t–0)2m])–6sL43×)0m)2s12Lm.4×oLl 21×2m1.40o01Ll0Lm×L10010LmL r = =3 . 0 3.010×-5 1m0o-5l sm-1 ol s-1 อัตรอาัตกราารกเากรดิเกปิดฏปฏิกกิ ริ ริ ยิ ยิ าาเเคมมี ีททีเ่ วี่เวลลา า4040วนิ วานิ ทีาเททา่ ี กเทบั า่ 3ก.0บั 3.100-×5 โ1มล0ต-5อ่ โวมินลาทตี อ่ วนิ าที นกั เรียนอาจตอบต่าคงูม่ จอื คารรกู ่าแง 1นวสสควทำ�.ตสงอวนบสไิทดธิ์ ห้ ข้ามึน้ เผอยแยพกู่ร่ ับการลากเสน้ สมั ผสั กราฟ สถาบันสง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 3 บทท่ี 8 | อตั ราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี 85 15. ครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 8.3 เพ่ือเขียนกราฟแสดงการเปล่ียนแปลงปริมาณอ่ืนที่ไม่ได้ วัดในปฏกิ ิริยาเคมีพร้อมทั้งค�ำ นวณอตั ราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี กจิ กรรม 8.3 ก ารเขียนกราฟแสดงการเปล่ียนแปลงปรมิ าณของสารทไ่ี มไ่ ด้วัด ในปฏิกิริยาเคมี และการค�ำ นวณอตั ราการเกิดปฏิกิริยาเคมี จุดประสงค์ของกิจกรรม เขยี นกราฟแสดงการเปล่ียนแปลงปรมิ าณของสารทไ่ี มไ่ ดว้ ดั ในปฏกิ ริ ิยาเคมี และค�ำ นวณ อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี เวลาที่ใช้ อภิปรายก่อนทำ�กจิ กรรม 5 นาที นาที ท�ำ กิจกรรม 30 นาที นาที อภิปรายหลงั ท�ำ กิจกรรม 5 รวม 40 วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม กระดาษกราฟ 1 แผ่น ตวั อยา่ งผลการท�ำ กจิ กรรม จากสมการเคมี 2A 4B + C จากความเข้มขน้ ของสาร C ทกี่ ำ�หนดให้ สามารถคำ�นวณอตั ราการเปลีย่ นแปลงปรมิ าณ ของสาร A และ B ไดด้ งั ตาราง ช่วงเวลา (s) [A] (M) [B] (M) [C] (M) 0 0.0200 0.0000 0.0000 100 0.0168 0.0064 0.0016 200 0.0142 0.012 0.0029 300 0.0120 0.016 0.0040 400 0.0102 0.020 0.0049 500 0.0086 0.023 0.0057 600 0.0072 0.026 0.0064 สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

200 0.0142 0.012 0.0029 บทท่ี 8 | อัตรา3กา0ร0เกิดปฏกิ ริ ยิ า0เค.ม0ี 120 0.016 0.0เ0คม4ี 0เล่ม 3 86 400 0.0102 0.020 0.0049 500 0.0086 0.023 0.0057 600 0.0072 0.026 0.0064 จากขจ้อามกูลขทอ้ ่คีม�ำูลนทว่ีคณานไดว้ใณนตไดาใ้รนางตาสราามงารสถาเมขายี รนถกเขราียฟนแกสรดางฟกแาสรดเปงลก่ียานรเแปปลลีย่ งนปแรปมิ ลาณง ของ ปสารริมาAณแขลอะงBสาไรดด้Aังนแลี้ ะ B ไดด้ งั น้ี คำ�นวณอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมีในช่วง 0–600 วินาที จากสาร A ค านว ณอัต รากา รเกดิ ปฏกิ rิร ยิ า=เค ม -ใี น21ช่วΔงΔ[A0t ]- 600 วนิ าที จากสาร A = - 1 (0.00r72 – 0.=0200)21M[At ] 2 (600 – 0) s = 1.07 × 10-5 M s-1 =  1 (0.0072 - 0.0200) M 2 (600 - 0) s คู่มอื ครรู า่ ง 1 สสวท. สงวนสทิ ธ์ิ หา้ มเผยแพร่ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี