(คู่มือ) หนังสือเรียนสสวท เพิ่มเติมเคมี4

บทที่ 11 | เคมีไฟฟา้ เคมี เลม่ 4 138 แบบฝกึ หดั 11.1 1. คำ�นวณเลขออกซิเดชันของธาตุในสารท่กี ำ�หนดใหต้ อ่ ไปนี้ 1.1 ธาตุแคลเซยี ม (Ca) ในแคลเซียมคลอไรด์ (CaCl2) [เลขออกซิเดชันของ Ca] + [2 × เลขออกซเิ ดชันของ Cl] = 0 แทนคา่ ไดเ้ ป็น [เลขออกซเิ ดชนั ของ Ca] + [2 × (-1)] = 0 เลขออกซิเดชนั ของ Ca = +2 ดงั นนั้ เลขออกซเิ ดชนั ของธาตแุ คลเซยี ม (Ca) ในแคลเซยี มคลอไรด์ (CaCl2) มคี า่ เทา่ กบั +2 1.2 ธ าตุคลอรีน (Cl) ในเปอรค์ ลอเรตไอออน (ClO4-) [เลขออกซิเดชันของ Cl] + [4 × เลขออกซิเดชนั ของ O] = -1 แทนคา่ ไดเ้ ป็น [เลขออกซิเดชนั ของ Cl] + [4 × (-2)] = -1 เลขออกซเิ ดชันของ Cl = +7 ดังนนั้ เลขออกซิเดชันของธาตคุ ลอรนี (Cl) ในเปอรค์ ลอเรตไอออน (ClO4-) มีคา่ เท่ากับ +7 1.3 ธ าตไุ นโตรเจน (N) ในแอมโมเนยี มคลอไรด์ (NH4Cl) [เลขออกซเิ ดชนั ของ N] + [4 × เลขออกซเิ ดชนั ของ H] + [เลขออกซิเดชนั ของ Cl] = 0 แทนคา่ ได้เป็น [เลขออกซเิ ดชนั ของ N] + [4 × (+1)] + (-1) = 0 เลขออกซิเดชนั ของ N = -3 ดังน้ัน เลขออกซิเดชันของธาตุไนโตรเจน (N) ในแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) มีค่า เท่ากบั -3 1.4 ธาตกุ �ำ มะถนั (S) ในเตตระไทโอเนตไอออน (S4O62-) [4 × เลขออกซิเดชันของ S] + [6 × เลขออกซเิ ดชันของ O] = -2 แทนค่าไดเ้ ป็น [4 × เลขออกซเิ ดชนั ของ S] + [6 × (-2)] = -2 เลขออกซเิ ดชนั ของ S = + 5 2 ดังนั้น เลขออกซิเดชันของธาตุกำ�มะถัน (S) ในเตตระไทโอเนตไอออน (S4O62-) มีค่า เท่ากับ + 5 2 สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟา้ 139 2. ปฏิกิริยาใดตอ่ ไปนีเ้ ป็นปฏกิ ิรยิ ารดี อกซ์ 2.1 Cu2+(aq) + S2-(aq) CuS(s) 2.2 N2H4(aq) + O2(g) N2(g) + 2H₂O(l) 2.3 Cr₂O₇2-(aq) + 2OH-(aq) 2CrO₄2-(aq) + H₂O(l) 2.4 2HCl(aq) + Na₂CO₃(aq) 2NaCl(aq) + H₂O(l) + CO₂(g) หาเลขออกซเิ ดชนั ของธาตใุ นสารทท่ี �ำ ปฏกิ ริ ิยากัน ไดด้ ังน้ี 2.1 Cu2+(aq) + S2-(aq) CuS(s) เลขออกซเิ ดชนั (+2) (-2) (+2)(-2) 2.2 N2H4(aq) + O2(g) N2(g) + 2H2O(l) เลขออกซิเดชัน (-2)(+1) (0) (0) (+1)(-2) 2.3 Cr2O72-(aq) + 2OH-(aq) 2CrO42-(aq) + H2O(l) เลขออกซิเดชนั (+6)(-2) (-2)(+1) (+6)(-2) (+1)(-2) 2.4 2HCl(aq) + Na2CO3(aq) 2NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) เลขออกซเิ ดชนั (+1)(-1) (+1)(+4)(-2) (+1)(-1) (+1)(-2) (+4)(-2) ดังน้ัน ปฏิกิริยาในข้อ 2.2 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ เนื่องจากเลขออกซิเดชันของธาตุ มีการเปลีย่ นแปลง 3. ระบตุ วั รีดวิ ซแ์ ละตวั ออกซิไดส์ พร้อมทงั้ เขียนสมการแสดงครงึ่ ปฏิกริ ิยาออกซิเดชนั และ ครง่ึ ปฏกิ ริ ิยารดี ักชนั จากปฏกิ ิรยิ ารดี อกซ์ที่กำ�หนดใหต้ อ่ ไปน้ี 3.1 Ni(s) + 2H+(aq) Ni2+(aq) + H₂(g) ครง่ึ ปฏกิ ิริยาออกซิเดชัน Ni(s) Ni2+(aq) + 2e- ครึ่งปฏิกิริยารีดกั ชัน 2H+(aq) + 2e- H2(s) ตัวรดี วิ ซ์ คือ Ni(s) และ ตัวออกซิไดส์ คือ H+(aq) 3.2 Pb(s) + 2Ag+(aq) Pb2+(aq) + 2Ag(s) ครงึ่ ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั Pb(s) Pb2+(aq) + 2e- ครึง่ ปฏกิ ริ ยิ ารดี ักชัน 2Ag+(aq) + 2e- 2Ag(s) ตัวรีดวิ ซ์ คอื Pb(s) และ ตัวออกซไิ ดส์ คือ Ag+(aq) สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟา้ เคมี เล่ม 4 140 3.3 2Br-(aq) + Cl₂(aq) Br₂(aq) + 2Cl-(aq) คร่ึงปฏกิ ริ ยิ าออกซิเดชัน 2Br-(aq) Br2(aq) + 2e- คร่ึงปฏกิ ริ ิยารีดักชัน Cl2(aq) + 2e- 2Cl-(aq) ตัวรดี ิวซ์ คอื Br-(aq) และ ตวั ออกซไิ ดส์ คอื Cl2(aq) 4. เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดข้ึนจากข้อความต่อไปน้ี และพิจารณาว่าเป็นปฏิกิริยา รีดอกซห์ รอื ไม่ เพราะเหตใุ ด 4.1 ผ สมสารละลายเลด(II)ไนเทรต (Pb(NO3)2) กบั สารละลายโพแทสเซยี มไอโอไดด์ (KI) เกิดตะกอนสเี หลือง Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) PbI2(s) + 2KNO3(aq) หรือ Pb2+(aq) + 2I-(aq) PbI2(s) เลขออกซเิ ดชัน (+2) (-1) (+2)(-1) ดังนั้น ปฏิกิริยาน้ีไม่เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ เน่ืองจากเลขออกซิเดชันของสาร ไมเ่ ปลี่ยนแปลง 4.2 จุ่มลวดแมกนีเซียม (Mg) ลงในสารละลายซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) เกิดสารสีเทาเงิน ท่ีลวดแมกนีเซียมตรงบริเวณที่จุ่มในสารละลาย เม่ือเคาะสารสีเทาเงินออกพบว่า ลวดแมกนีเซียมกรอ่ นไป Mg(s) + ZnSO4(aq) MgSO4(aq) + Zn(s) หรือ Mg(s) + Zn2+(aq) Mg2+(aq) + Zn(s) เลขออกซิเดชนั (0) (+2) (+2) (0) ดงั นนั้ ปฏกิ ริ ยิ านเี้ ปน็ ปฏกิ ริ ยิ ารดี อกซ์ เนอ่ื งจากเลขออกซเิ ดชนั ของสารเปลยี่ นแปลง 5. โลหะแมกนเี ซยี ม (Mg) ท�ำ ปฏกิ ริ ยิ ากบั สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ (HCl) และสารละลาย ซงิ คซ์ ัลเฟต (ZnSO4) สว่ นโลหะสังกะสี (Zn) ทำ�ปฏกิ ิรยิ ากับสารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ (HCl) แต่ไมท่ �ำ ปฏกิ ิรยิ ากบั สารละลายแมกนเี ซียมซลั เฟต (MgSO4) 5.1 เขยี นสมการแสดงปฏกิ ิรยิ ารีดอกซ์ที่เกดิ ขึน้ Mg(s) + 2H+(aq) Mg2+(aq) + H2(g) Mg(s) + Zn2+(aq) Mg2+(aq) + Zn(s) Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g) สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟา้ 141 5.2 เรยี งล�ำ ดบั ความสามารถในการเปน็ ตวั ออกซไิ ดสข์ อง H+(aq) Mg2+(aq) และ Zn2+(aq) และความสามารถในการเปน็ ตวั รีดวิ ซข์ อง H₂(g) Mg(s) และ Zn(s) ล�ำ ดบั ความสามารถในการเป็นตวั ออกซิไดส์ เปน็ ดงั นี้ H+(aq) > Zn2+(aq) > Mg2+(aq) ล�ำ ดบั ความสามารถในการเปน็ ตัวรีดวิ ซ์ เป็นดังน้ี Mg(s) > Zn(s) > H2(g) 11.2 การดุลสมการรดี อกซ์ 11.2.1 การดลุ สมการรีดอกซโ์ ดยวิธเี ลขออกซเิ ดชัน 11.2.2 การดุลสมการรีดอกซโ์ ดยวธิ คี รึ่งปฏกิ ิรยิ า จุดประสงค์การเรียนรู้ ดุลสมการรดี อกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันและวธิ ีครึ่งปฏกิ ริ ิยา แนวการจดั การเรียนรู้ 1. ครทู บทวนความรูเ้ ดมิ เก่ยี วกบั หลักการดลุ สมการเคมที ่ัวไป ซึ่งเปน็ การเติมเลขสัมประสทิ ธ์ิ หน้าสารต้ังต้นและผลิตภัณฑ์เพ่ือทำ�ให้ผลรวมของจำ�นวนอะตอมของธาตุแต่ละชนิด และประจุ ไฟฟา้ รวมในดา้ นซา้ ยเทา่ กบั ดา้ นขวาของสมการ จากนน้ั ครเู ชอื่ มโยงเขา้ สกู่ ารดลุ สมการรดี อกซโ์ ดยวธิ ี เลขออกซิเดชันและวธิ ีคร่งึ ปฏิกิริยา 2. ครูใช้ตัวอย่าง 3–5 อธิบายการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชัน จากตัวอย่างที่ง่าย ไปหายากดงั น้ี • ตัวอยา่ ง 3 เปน็ ปฏกิ ริ ิยารดี อกซ์ท่ีมเี ฉพาะธาตุท่เี ปลย่ี นเลขออกซิเดชัน • ตัวอย่าง 4 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ดุลในภาวะกรดและมีท้ังธาตุที่เปล่ียนและไม่เปล่ียน เลขออกซิเดชนั • ตัวอย่าง 5 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ท่ีดุลในภาวะเบสและมีท้ังธาตุที่เปลี่ยนและไม่เปล่ียน เลขออกซเิ ดชัน 3. ครแู ละนกั เรยี นอภปิ รายรว่ มกนั เพอื่ สรปุ ขนั้ ตอนการดลุ สมการรดี อกซโ์ ดยวธิ เี ลขออกซเิ ดชนั โดยมขี อ้ สงั เกตวา่ การดลุ สมการจะมรี ายละเอยี ดในบางขน้ั ตอนเพมิ่ ขนึ้ ตามความซบั ซอ้ นของปฏกิ ริ ยิ า รดี อกซ์ 4. ครใู หน้ ักเรยี นตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟา้ เคมี เล่ม 4 142 ตรวจสอบความเข้าใจ ดุลสมการรดี อกซ์ตอ่ ไปนโ้ี ดยวิธเี ลขออกซเิ ดชันทั้งในภาวะกรดและเบส 1. Cr₂O₇2-(aq) + H₂S(aq) Cr3+(aq) + S(s) ดลุ สมการรีดอกซโ์ ดยวธิ ีเลขออกซิเดชนั ในภาวะกรด ขัน้ ท่ี 1 พจิ ารณาเลขออกซเิ ดชนั ที่เปล่ยี นแปลง Cr₂O₇2-(aq) + H₂S(aq) Cr3+(aq) + S(s) เลขออกซิเดชนั +6 -2 +3 0 S มีเลขออกซเิ ดชนั เพ่ิมขนึ้ 2 สว่ น Cr มีเลขออกซเิ ดชนั ลดลง 3 ข้ันที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันท่ีเพ่ิมข้ึนให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันท่ีลดลง โดยเติม เลขสัมประสทิ ธ์ิหน้าสารตัง้ ตน้ และผลติ ภณั ฑ์ เพิ่มขนึ้ 6 Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) 2Cr3+(aq) + 3S(s) ลดลง 6 ข้ันท่ี 3 ดุลจำ�นวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ซ่ึงในที่น้ีต้องดุลจำ�นวน อะตอม O โดยเตมิ 7H2O และดุลอะตอม H โดยเตมิ 8H+ เพื่อท�ำ ใหจ้ �ำ นวนอะตอมของ O เป็น 7 และ H เปน็ 14 เทา่ กนั ท้งั สองข้างของสมการ Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) + 8H+(aq) 2Cr3+(aq) + 3S(s) + 7H2O(l) ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนบั ผลรวมของจ�ำ นวนอะตอมของแตล่ ะธาตแุ ละประจไุ ฟฟา้ ทางดา้ นซา้ ยและดา้ นขวาของสมการ ซ่ึงต้องได้จ�ำ นวนเท่ากัน Cr₂O₇2-(aq) + 3H2S(aq) + 8H+(aq) 2Cr3+(aq) + 3S(s) + 7H₂O(l) จำ�นวน Cr 2 2 จำ�นวน S 3 3 จำ�นวน O 7 7 จำ�นวน H 14 14 ผลรวมประจุไฟฟ้า (2-) + 0 + 8(1+) = 6+ 2(3+) + 0 + 0 = 6+ สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทท่ี 11 | เคมีไฟฟ้า 143 ดังนน้ั สมการรดี อกซ์ที่ดลุ แลว้ เปน็ ดงั น้ี 2Cr3+(aq) + 3S(s) + 7H2O(l) Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) + 8H+(aq) ดลุ สมการรดี อกซ์โดยวิธเี ลขออกซิเดชนั ในภาวะเบส ข้นั ท่ี 1 พจิ ารณาเลขออกซิเดชันท่ีเปล่ียนแปลง Cr2O72-(aq) + H2S(aq) Cr3+(aq) + S(s) เลขออกซเิ ดชัน +6 -2 +3 0 S มีเลขออกซิเดชนั เพ่ิมขึน้ 2 ส่วน Cr มีเลขออกซเิ ดชนั ลดลง 3 ข้ันท่ี 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพ่ิมขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันท่ีลดลง โดยเติม เลขสมั ประสทิ ธิ์หนา้ สารต้งั ต้นและผลติ ภณั ฑ์ เพ่ิมขนึ้ 6 Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) 2Cr3+(aq) + 3S(s) ลดลง 6 ขั้นท่ี 3 ดุลจำ�นวนอะตอมของธาตุท่ีไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ซึ่งในท่ีน้ีต้องดุลจำ�นวน อะตอม O โดยเติม 7H2O และดลุ อะตอม H โดยเตมิ 8H+ เพอื่ ท�ำ ใหจ้ ำ�นวนอะตอมของ O เปน็ 7 และ H เปน็ 14 เทา่ กนั ทั้งสองข้างของสมการ Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) + 8H+(aq) 2Cr3+(aq) + 3S(s) + 7H2O(l) เนื่องจากปฏกิ ริ ยิ านเ้ี กิดในภาวะเบส จึงเติม OH- จำ�นวนเทา่ กับ H+ ซ่ึงในที่นเ้ี ติม 8OH- ทง้ั สองด้านของสมการ Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) + 8H+(aq) + 8OH-(aq) 2Cr3+(aq) + 3S(s) + 7H2O(l) + 8OH-(aq) รวม OH- กับ H+ ใหเ้ ปน็ H2O และหักล้าง H2O ในสองด้านของสมการ Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) + H2O(l) 2Cr3+(aq) + 3S(s) + 8OH-(aq) สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 11 | เคมไี ฟฟา้ เคมี เลม่ 4 144 ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนบั ผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแตล่ ะธาตุและประจุไฟฟ้า ทางดา้ นซา้ ยและด้านขวาของสมการ ซึ่งตอ้ งไดจ้ �ำ นวนเท่ากัน Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) + H2O(l) 2Cr3+(aq) + 3S(s) + 8OH-(aq) จำ�นวน Cr 2 2 จำ�นวน S 3 3 จ�ำ นวน O 8 8 จ�ำ นวน H 8 8 ผลรวมประจไุ ฟฟา้ (2-) + 0 + 0 = 2- 2(3+) + 0 + 8(1-) = 2- ดังนน้ั สมการรีดอกซท์ ี่ดลุ แล้ว เป็นดังนี้ Cr2O72-(aq) + 3H2S(aq) + H2O(l) 2Cr3+(aq) + 3S(s) + 8OH-(aq) 2. MnO₄-(aq) + SO₃2-(aq) MnO₂(s) + SO₄2-(aq) ดุลสมการรดี อกซ์โดยวธิ เี ลขออกซเิ ดชนั ในภาวะกรด ขั้นท่ี 1 พิจารณาเลขออกซเิ ดชนั ที่เปลีย่ นแปลง MnO4-(aq) + SO32-(aq) MnO2(s) + SO42-(aq) เลขออกซิเดชัน +7 +4 +4 +6 S มเี ลขออกซิเดชันเพมิ่ ขน้ึ 2 ส่วน Mn มีเลขออกซเิ ดชันลดลง 3 ข้ันท่ี 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันท่ีลดลง โดยเติม เลขสมั ประสทิ ธหิ์ น้าสารตง้ั ตน้ และผลิตภัณฑ์ เพมิ่ ขึ้น 3 × 2 = 6 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) ลดลง 2 × 3 = 6 ขั้นท่ี 3 ดุลจำ�นวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปล่ียนเลขออกซิเดชัน ซึ่งในที่น้ีต้องดุลจำ�นวน อะตอม O โดยเตมิ H2O และดลุ อะตอม H โดยเตมิ 2H+ เพอื่ ท�ำ ใหจ้ �ำ นวนอะตอมของ O เปน็ 17 และ H เป็น 2 เทา่ กันทั้งสองขา้ งของสมการ 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) + 2H+(aq) 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) + H2O(l) สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟ้า 145 ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้า ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการ ซง่ึ ตอ้ งไดจ้ �ำ นวนเทา่ กนั จ�ำ นวน Mn 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) + 2H+(aq) 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) + H2O(l) จำ�นวน S จำ�นวน O 2 2 จำ�นวน H 3 3 ผลรวมประจไุ ฟฟา้ 17 17 2 2 2(1-) + 3(2-) + 2(1+) = 6- 0 + 3(2-) + 0 = 6- ดงั นัน้ สมการรีดอกซ์ทดี่ ลุ แล้ว เปน็ ดังนี้ 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) + H2O(l) 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) + 2H+(aq) ดลุ สมการรีดอกซ์โดยวธิ ีเลขออกซิเดชนั ในภาวะเบส ข้ันที่ 1 พจิ ารณาเลขออกซิเดชันทเ่ี ปล่ยี นแปลง MnO4-(aq) + SO32-(aq) MnO2(s) + SO42-(aq) เลขออกซเิ ดชัน +7 +4 +4 +6 S มีเลขออกซเิ ดชนั เพ่ิมข้นึ 2 ส่วน Mn มีเลขออกซิเดชันลดลง 3 ข้ันที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันที่ลดลง โดยเติม เลขสมั ประสิทธห์ิ น้าสารตัง้ ต้นและผลติ ภัณฑ์ เพมิ่ ขน้ึ 3 × 2 = 6 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) ลดลง 2 × 3 = 6 ข้ันท่ี 3 ดุลจำ�นวนอะตอมของธาตุท่ีไม่เปล่ียนเลขออกซิเดชัน ซ่ึงในท่ีนี้ต้องดุลจำ�นวน อะตอม O โดยเตมิ H2O และดลุ อะตอม H โดยเตมิ 2H+ เพอื่ ท�ำ ใหจ้ �ำ นวนอะตอมของ O เปน็ 17 และ H เปน็ 2 เทา่ กนั ทง้ั สองขา้ งของสมการ 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) + 2H+(aq) 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) + H2O(l) สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟา้ เคมี เล่ม 4 146 เนื่องจากปฏิกิริยาน้ีเกิดในภาวะเบส จึงเติม OH- จำ�นวนเท่ากับ H+ ซ่ึงในที่นี้เติม 2OH- ทงั้ สองดา้ นของสมการ 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) + 2H+(aq) + 2OH-(aq) 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) + H2O(l) + 2OH-(aq) รวม OH- กับ H+ ให้เปน็ H2O และหกั ล้าง H2O ในสองด้านของสมการ 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) + H2O(l) 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) + 2OH-(aq) ตรวจสอบความถกู ต้อง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแตล่ ะธาตุและประจุไฟฟ้า ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการ ซง่ึ ตอ้ งได้จ�ำ นวนเทา่ กัน จ�ำ นวน Mn 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) + H2O(l) 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) + 2OH-(aq) จำ�นวน S จำ�นวน O 2 2 จำ�นวน H 3 3 ผลรวมประจุไฟฟา้ 18 18 2 2 2(1-) + 3(2-) + 0 = 8- 0 + 3(2-) + 2(1-) = 8- ดังน้ัน สมการรีดอกซท์ ด่ี ุลแลว้ เปน็ ดังน้ี 2MnO2(s) + 3SO42-(aq) + 2OH-(aq) 2MnO4-(aq) + 3SO32-(aq) + H2O(l) สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทท่ี 11 | เคมีไฟฟ้า 147 5. ครูใช้ตัวอย่าง 6–8 อธิบายการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีคร่ึงปฏิกิริยา จากตัวอย่างท่ีง่าย ไปหายากดังน้ี • ตัวอย่าง 6 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ดุลในภาวะกรดและมีทั้งธาตุท่ีเปลี่ยนและไม่เปลี่ยน เลขออกซเิ ดชนั • ตวั อยา่ ง 7 และ 8 เปน็ ปฏกิ ริ ยิ ารดี อกซท์ ดี่ ลุ ในภาวะเบสและมที งั้ ธาตทุ เ่ี ปลยี่ นและไมเ่ ปลย่ี น เลขออกซิเดชัน โดยให้สงั เกตว่า สมการทด่ี ลุ แล้วอาจมี OH- อยู่ทางด้านสารตง้ั ต้นหรอื ผลิตภณั ฑ์กไ็ ด้ 6. ครูอาจช้ีให้เห็นว่า ในการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาไม่จำ�เป็นต้องกำ�หนด ครึ่งปฏิกิริยาตั้งแต่แรก เน่ืองจากเมื่อทำ�การดุลประจุไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนในขั้นท่ี 1 แล้ว จะทำ�ให้ ทราบว่าปฏกิ ริ ยิ าใดเป็นครึ่งปฏิกริ ยิ าออกซเิ ดชันหรือครึ่งปฏกิ ริ ิยารีดักชัน 7. ครูและนักเรียนอภิปรายร่วมกันเพื่อสรุปขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยา โดยมขี อ้ สงั เกตวา่ การดลุ สมการจะมรี ายละเอยี ดในบางขนั้ ตอนเพมิ่ ขน้ึ ตามความซบั ซอ้ นของปฏกิ ริ ยิ า รดี อกซ์ 8. ครูให้นักเรียนตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 11 | เคมีไฟฟ้า เคมี เล่ม 4 148 ตรวจสอบความเข้าใจ ดลุ สมการรดี อกซใ์ นตัวอย่าง 3–5 โดยวธิ ีครง่ึ ปฏกิ ริ ยิ า จากตวั อยา่ ง 3 ดุลสมการรดี อกซ์โดยวธิ คี ร่งึ ปฏิกิริยาได้ดงั นี้ Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn(s) พิจารณาการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุเพ่ือกำ�หนดครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและ ครง่ึ ปฏกิ ิริยารดี ักชัน Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn(s) เลขออกซเิ ดชัน 0 +2 +3 0 ครึง่ ปฏิกริ ิยาออกซิเดชัน Al(s) Al3+(aq) คร่งึ ปฏิกิริยารีดกั ชนั Zn2+(aq) Zn(s) ข้ันท่ี 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมีล�ำ ดบั ดงั นี้ ครึ่งปฏิกริ ยิ าออกซิเดชนั ดลุ จ�ำ นวนอะตอมท่ไี มใ่ ช่ O และ H Al(s) Al3+(aq) ดลุ จ�ำ นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O ไม่มี O จึงไมต่ ้องเติม H2O ดลุ จ�ำ นวนอะตอม H โดยเติม H+ ไมม่ ี H จึงไมต่ ้องเติม H+ ดุลจำ�นวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e- Al(s) Al3+(aq) + 3e- ครงึ่ ปฏิกริ ยิ ารดี ักชนั ดุลจ�ำ นวนอะตอมทไ่ี ม่ใช่ O และ H Zn2+(aq) Zn(s) ดลุ จ�ำ นวนอะตอม O โดยเติม H₂O ไมม่ ี O จงึ ไม่ต้องเตมิ H2O ดุลจำ�นวนอะตอม H โดยเติม H+ ไม่มี H จึงไม่ต้องเติม H+ ดลุ จำ�นวนประจุไฟฟา้ โดยเตมิ e- Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟ้า 149 ขั้นท่ี 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละคร่ึงปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลข ทเ่ี หมาะสม ซงึ่ เปน็ ตวั เลขจ�ำ นวนเตม็ ทนี่ ้อยที่สดุ คร่ึงปฏกิ ิรยิ าออกซิเดชนั คูณด้วย 2 เพื่อใหม้ ี 6e- เทา่ กับคร่ึงปฏกิ ริ ยิ ารดี กั ชนั 2Al(s) 2Al3+(aq) + 6e- ครงึ่ ปฏิกิริยารดี ักชัน คณู ด้วย 3 เพอื่ ใหม้ ี 6e- เท่ากับคร่ึงปฏกิ ิรยิ าออกซิเดชนั 3Zn2+(aq) + 6e- 3Zn(s) ข้ันที่ 3 รวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกันแล้วหักล้างจำ�นวนอิเล็กตรอน โมเลกุล หรือ ไอออน ทเี่ หมอื นกัน ออกทงั้ สองด้านดว้ ยจำ�นวนที่เท่ากนั 2Al(s) 2Al3+(aq) + 6e- 3Zn2+(aq) + 6e- 3Zn(s) 2Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn(s) ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนบั ผลรวมของจ�ำ นวนอะตอมของแตล่ ะธาตแุ ละประจไุ ฟฟา้ ทางดา้ นซา้ ยและดา้ นขวาของสมการ ซ่ึงตอ้ งได้จ�ำ นวนเท่ากัน จ�ำ นวน Al 2Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn(s) จำ�นวน Zn ผลรวมประจุไฟฟ้า 2 2 3 3 0 + 3(2+) = 6+ 2(3+) + 0 = 6+ ดังนน้ั สมการรดี อกซท์ ีด่ ลุ แลว้ เปน็ ดังนี้ 2Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn(s) สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟ้า เคมี เลม่ 4 150 จากตัวอยา่ ง 4 ดุลสมการรีดอกซโ์ ดยวิธีคร่งึ ปฏิกิริยาได้ดงั นี้ Au(s) + HNO3(aq) + HCl(aq) HAuCl4(aq) + NO2(g) พิจารณาการเปล่ียนเลขออกซิเดชันของธาตุเพื่อกำ�หนดคร่ึงปฏิกิริยาออกซิเดชันและ ครงึ่ ปฏิกิรยิ ารีดักชนั Au(s) + HNO3(aq) + HCl(aq) HAuCl4(aq) + NO2(g) เลขออกซเิ ดชนั 0 +5 +3 +4 ครึง่ ปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชัน Au(s) + HCl(aq) HAuCl4(aq) คร่งึ ปฏกิ ิริยารีดักชนั HNO3(aq) NO2(g) ขั้นที่ 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมลี �ำ ดบั ดงั น้ี ครง่ึ ปฏิกิรยิ าออกซเิ ดชัน ดุลจำ�นวนอะตอมท่ีไมใ่ ช่ O และ H Au(s) + 4HCl(aq) HAuCl4(aq) ดลุ จ�ำ นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O ไม่มี O จงึ ไม่ต้องเติม H2O ดุลจ�ำ นวนอะตอม H โดยเติม H+ ดลุ จ�ำ นวนประจุไฟฟา้ โดยเติม e- Au(s) + 4HCl(aq) HAuCl4(aq) + 3H+(aq) Au(s) + 4HCl(aq) HAuCl4(aq) + 3H+(aq)+ 3e- ครึ่งปฏิกริ ยิ ารีดักชนั ดุลจ�ำ นวนอะตอมทไ่ี มใ่ ช่ O และ H HNO3(aq) NO2(g) ดุลจำ�นวนอะตอม O โดยเติม H₂O HNO3(aq) NO2(g) + H2O(l) ดุลจ�ำ นวนอะตอม H โดยเตมิ H+ ดลุ จ�ำ นวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e- HNO3(aq) + H+(aq) NO2(g) + H2O(l) HNO3(aq) + H+(aq) + e- NO2(g) + H2O(l) สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทที่ 11 | เคมีไฟฟา้ 151 ข้ันท่ี 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลข ที่เหมาะสม ซง่ึ เปน็ ตวั เลขจ�ำ นวนเต็มท่ีนอ้ ยทส่ี ดุ ครึ่งปฏกิ ิรยิ าออกซิเดชนั Au(s) + 4HCl(aq) HAuCl4(aq) + 3H+(aq) + 3e- คร่งึ ปฏกิ ิริยารีดกั ชัน คณู ดว้ ย 3 เพือ่ ให้มี 3e- เทา่ กบั คร่งึ ปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชนั 3HNO3(aq) + 3H+(aq) + 3e- 3NO2(g) + 3H2O(l) ขน้ั ท่ี 3 รวมสองครงึ่ ปฏกิ ริ ยิ าเขา้ ดว้ ยกนั แลว้ หกั ลา้ งจ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอน โมเลกลุ หรอื ไอออน ทเ่ี หมอื นกัน ออกทง้ั สองดา้ นด้วยจำ�นวนท่เี ทา่ กัน Au(s) + 4HCl(aq) HAuCl4(aq) + 3H+(aq) + 3e- 3HNO3(aq) + 3H+(aq) + 3e- 3NO2(g) + 3H2O(l) Au(s) + 4HCl(aq) + 3HNO3(aq) HAuCl4(aq) + 3NO2(g) + 3H2O(l) ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟา้ ทางดา้ นซา้ ยและด้านขวาของสมการ ซ่ึงตอ้ งไดจ้ �ำ นวนเทา่ กนั จ�ำ นวน Au Au(s) + 4HCl(aq) + 3HNO3(aq) HAuCl4(aq) + 3NO2(g) + 3H2O(l) จำ�นวน N จำ�นวน Cl 1 1 จ�ำ นวน O 3 3 จำ�นวน H 4 4 ผลรวมประจไุ ฟฟ้า 9 9 7 7 0+0+0=0 0+0+0=0 ดงั น้นั สมการรีดอกซท์ ี่ดุลแล้ว เป็นดังน้ี Au(s) + 4HCl(aq) + 3HNO3(aq) HAuCl4(aq) + 3NO2(g) + 3H2O(l) สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟา้ เคมี เลม่ 4 152 จากตัวอย่าง 5 ดุลสมการรดี อกซ์โดยวิธคี ร่ึงปฏกิ ิรยิ าได้ดังนี้ Zn(s) + MnO4-(aq) Zn2+(aq) + MnO2(s) (ในภาวะเบส) พิจารณาการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุเพ่ือกำ�หนดคร่ึงปฏิกิริยาออกซิเดชันและ คร่งึ ปฏิกริ ิยารีดักชนั Zn(s) + MnO4-(aq) Zn2+(aq) + MnO2(s) เลขออกซิเดชัน 0 +7 +2 +4 คร่ึงปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชนั Zn(s) Zn2+(aq) ครง่ึ ปฏกิ ริ ิยารีดักชัน MnO4-(aq) MnO2(s) ข้ันที่ 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมลี ำ�ดับดงั น้ี คร่งึ ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั ดลุ จ�ำ นวนอะตอมท่ีไมใ่ ช่ O และ H Zn(s) Zn2+(aq) ดลุ จำ�นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O ไมม่ ี O จงึ ไม่ตอ้ งเติม H2O ดลุ จำ�นวนอะตอม H โดยเติม H+ ไม่มี H จึงไม่ตอ้ งเตมิ H+ ดลุ จ�ำ นวนประจไุ ฟฟา้ โดยเติม e- Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- คร่ึงปฏิกิริยารีดักชัน ดลุ จ�ำ นวนอะตอมท่ีไมใ่ ช่ O และ H MnO4-(aq) MnO2(s) ดุลจำ�นวนอะตอม O โดยเติม H₂O MnO4-(aq) MnO2(s) + 2H2O(l) ดลุ จ�ำ นวนอะตอม H โดยเติม H+ ดุลจ�ำ นวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e- MnO4-(aq) + 4H+(aq) MnO2(s) + 2H2O(l) MnO4-(aq) + 4H+(aq) + 3e- MnO2(s) + 2H2O(l) ข้ันท่ี 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลขท่ีเหมาะสม ซง่ึ เป็นตัวเลขจำ�นวนเต็มทน่ี ้อยทสี่ ุด คร่งึ ปฏิกิริยาออกซเิ ดชัน คูณดว้ ย 3 เพอ่ื ใหม้ ี 6e- เทา่ กบั ครึง่ ปฏกิ ริ ิยารดี กั ชัน 3Zn(s) 3Zn2+(aq) + 6e- ครึง่ ปฏกิ ิริยารดี กั ชนั คณู ดว้ ย 2 เพ่อื ให้มี 6e- เท่ากบั ครึง่ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 6e- 2MnO2(s) + 4H2O(l) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทที่ 11 | เคมีไฟฟ้า 153 ขน้ั ท่ี 3 รวมสองครึง่ ปฏิกิรยิ าเข้าด้วยกนั แล้วหกั ล้างจ�ำ นวนอิเลก็ ตรอน โมเลกุล หรือไอออน ท่เี หมือนกนั ออกทง้ั สองด้านด้วยจำ�นวนท่ีเท่ากนั 3Zn(s) 3Zn2+(aq) + 6e- 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 6e- 2MnO2(s) + 4H2O(l) 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 4H2O(l) เน่อื งจากปฏกิ ริ ิยานีเ้ กิดในภาวะเบส จึงเติม OH- จ�ำ นวนเท่ากับ H+ ซง่ึ ในทนี่ เ้ี ตมิ 8OH- ท้งั สอง ดา้ นของสมการ 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 8OH-(aq) 3 Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 4H2O(l) + 8OH-(aq) รวม OH- กบั H+ ให้เป็น H2O และหกั ล้าง H2O ในสองด้านของสมการ 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 4H2O(l) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 8OH-(aq) ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้า ทางดา้ นซา้ ยและดา้ นขวาของสมการ ซึ่งตอ้ งไดจ้ �ำ นวนเทา่ กนั จำ�นวน Zn 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 4H2O(l) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 8OH-(aq) จำ�นวน Mn จำ�นวน O 3 3 จำ�นวน H 2 2 ผลรวมประจุไฟฟา้ 12 12 8 8 0 + 2(1-) + 0 = 2- 3(2+) + 0 + 8(1-) = 2- ดงั นนั้ สมการรดี อกซ์ท่ดี ุลแลว้ เปน็ ดังน้ี 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 4H2O(l) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 8OH-(aq) 9. ครูชี้ให้นักเรียนเห็นว่า การดุลสมการโดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาจากคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ ให้คำ�ตอบเหมือนกับตัวอย่าง 3–5 ของการดุลสมการโดยวิธีเลขออกซิเดชัน ดังนั้น การดุลสมการ ไม่ว่าด้วยวิธใี ดจะใหค้ ำ�ตอบทเี่ หมือนกัน 10. ครูให้นกั เรียนทำ�แบบฝึกหดั 11.2 เพอ่ื ทบทวนความรู้ สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟ้า เคมี เลม่ 4 154 แนวทางการวัดและประเมนิ ผล 1. ความรเู้ กยี่ วกบั วธิ กี ารดลุ สมการรดี อกซโ์ ดยวธิ เี ลขออกซเิ ดชนั และวธิ คี รงึ่ ปฏกิ ริ ยิ า จากการ อภิปราย การทำ�แบบฝกึ หัด และการทดสอบ 2. ทักษะการใช้จำ�นวน จากการท�ำ แบบฝึกหดั 3. ทักษะการคดิ อยา่ งมวี ิจารณญาณและการแก้ปัญหา จากการทำ�แบบฝกึ หดั 4. จิตวิทยาศาสตร์ด้านการใช้วิจารณญาณและความใจกว้าง จากการสังเกตพฤติกรรมในการ อภปิ ราย 5. จิตวทิ ยาศาสตรด์ ้านความรอบคอบ จากการทำ�แบบฝกึ หัด สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟ้า 155 แบบฝึกหัด 11.2 1. ดลุ สมการรีดอกซ์ตอ่ ไปนีโ้ ดยวิธเี ลขออกซเิ ดชนั 1.1 Al(s) + H+(aq) Al3+(aq) + H₂(g) ขน้ั ท่ี 1 พิจารณาเลขออกซเิ ดชันที่เปลยี่ นแปลง Al(s) + H+(aq) Al3+(aq) + H2(g) เลขออกซิเดชนั 0 +1 +3 0 Al มเี ลขออกซิเดชันเพ่ิมขน้ึ 3 ส่วน H มเี ลขออกซเิ ดชนั ลดลง 1 ขั้นที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันท่ีเพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันที่ลดลง โดยเติม เลขสมั ประสิทธ์ิหน้าสารตั้งตน้ และผลิตภณั ฑ์ เพม่ิ ขึ้น 6 2Al3+(aq) + 3H2(g) 2Al(s) + 6H+(aq) ลดลง 6 ขั้นท่ี 3 ดุลจำ�นวนอะตอมของธาตุท่ีไม่เปล่ียนเลขออกซิเดชัน ซึ่งในท่ีนี้ไม่มีธาตุท่ี ไมเ่ ปล่ยี นเลขออกซิเดชัน ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนบั ผลรวมของจ�ำ นวนอะตอมของแตล่ ะธาตแุ ละประจไุ ฟฟา้ ทางด้านซา้ ยและด้านขวาของสมการ ซ่งึ ต้องได้จำ�นวนเท่ากนั จ�ำ นวน Al 2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g) จ�ำ นวน H 2 ผลรวมประจไุ ฟฟา้ 2 6 6 0 + 6(1+) = 6+ 2(3+) + 0 = 6+ ดงั นน้ั สมการรดี อกซท์ ่ีดุลแลว้ เปน็ ดงั น้ี 2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g) สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟา้ เคมี เล่ม 4 156 1.2 Cu(s) + NO3-(aq) Cu2+(aq) + NO(g) (ในภาวะกรด) ข้นั ท่ี 1 พจิ ารณาเลขออกซิเดชนั ที่เปลีย่ นแปลง Cu(s) + NO3-(aq) Cu2+(aq) + NO(g) เลขออกซเิ ดชัน 0 +5 +2 +2 Cu มเี ลขออกซิเดชนั เพ่ิมข้ึน 2 ส่วน N มีเลขออกซเิ ดชนั ลดลง 3 ขั้นที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันท่ีเพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันที่ลดลง โดยเติม เลขสมั ประสิทธ์ิหนา้ สารต้ังตน้ และผลติ ภณั ฑ์ เพมิ่ ขน้ึ 3 × 2 = 6 3Cu2+(aq) + 2NO(g) 3Cu(s) + 2NO3-(aq) ลดลง 2 × 3 = 6 ข้นั ท่ี 3 ดลุ จ�ำ นวนอะตอมของธาตุทีไ่ มเ่ ปลยี่ นเลขออกซิเดชัน ซึง่ ในทนี่ ้ีตอ้ งดุลจ�ำ นวน อะตอม O โดยเตมิ 4H2O และดลุ อะตอม H โดยเตมิ 8H+ เพ่อื ท�ำ ใหจ้ ำ�นวนอะตอมของ O เปน็ 6 และ H เปน็ 8 เทา่ กันทงั้ สองขา้ งของสมการ 3Cu(s) + 2NO3-(aq) + 8H+(aq) 3Cu2+(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนบั ผลรวมของจ�ำ นวนอะตอมของแตล่ ะธาตแุ ละประจไุ ฟฟา้ ทางดา้ นซา้ ยและด้านขวาของสมการ ซ่งึ ตอ้ งไดจ้ �ำ นวนเท่ากัน 3Cu(s) + 2NO3-(aq) + 8H+(aq) 3Cu2+(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) จำ�นวน Cu 3 3 จ�ำ นวน N 2 2 จ�ำ นวน O 6 6 จำ�นวน H 8 8 ผลรวมประจุไฟฟา้ 0 + 2(1-) + 8(1+) = 6+ 3(2+) + 0 + 0 = 6+ ดงั น้ัน สมการรดี อกซท์ ีด่ ลุ แลว้ เปน็ ดงั นี้ 3Cu(s) + 2NO3-(aq) + 8H+(aq) 3Cu2+(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟ้า 157 1.3 C r₂O₇2-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) Cr3+(aq) + Cl₂(g) + H₂O(l) ขนั้ ที่ 1 พจิ ารณาเลขออกซเิ ดชันทีเ่ ปล่ยี นแปลง Cr2O72-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) Cr3+(aq) + Cl₂(g) + H₂O(l) เลขออกซเิ ดชัน +6 -1 +3 0 Cl มเี ลขออกซิเดชนั เพมิ่ ขึ้น 1 ส่วน Cr มเี ลขออกซิเดชันลดลง 3 ขั้นท่ี 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันที่ลดลง โดยเติม เลขสมั ประสิทธหิ์ น้าสารต้ังตน้ และผลติ ภัณฑ์ เพมิ่ ข้ึน 6 Cr2O72-(aq) + H+(aq) + 6Cl-(aq) 2Cr3+(aq) + 3Cl2(g) + H2O(l) ลดลง 6 ขั้นท่ี 3 ดุลจำ�นวนอะตอมของธาตุท่ไี มเ่ ปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ซ่ึงในท่ีนีต้ อ้ งดลุ จ�ำ นวน อะตอม O โดยเตมิ 6H2O เมือ่ รวมกับ H2O จะได้ 7H2O และดุลอะตอม H โดยเติม 14 หน้า H+ เพ่อื ท�ำ ให้จ�ำ นวนอะตอมของ O เปน็ 7 และ H เป็น 14 เทา่ กันทงั้ สองขา้ งของสมการ Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6Cl-(aq) 2Cr3+(aq) + 3Cl2(g) + 7H2O(l) ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนบั ผลรวมของจ�ำ นวนอะตอมของแตล่ ะธาตแุ ละประจไุ ฟฟา้ ทางดา้ นซ้ายและดา้ นขวาของสมการ ซงึ่ ตอ้ งได้จำ�นวนเท่ากัน จ�ำ นวน Cr Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6Cl-(aq) 2Cr3+(aq) + 3Cl2(g) + 7H2O(l) จำ�นวน Cl 2 2 จำ�นวน O 6 6 จำ�นวน H 7 7 ผลรวมประจุไฟฟ้า 14 14 (2-) + 14(1+) + 6(1-) = 6+ 3(2+) + 0 + 0 = 6+ ดงั น้ัน สมการรดี อกซท์ ่ดี ุลแล้ว เปน็ ดงั น้ี 2Cr3+(aq) + 3Cl2(g) + 7H2O(l) Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6Cl-(aq) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟา้ เคมี เลม่ 4 158 1.4 Zn(s) + MnO₄-(aq) Zn2+(aq) + MnO₂(s) (ในภาวะเบส) ข้ันที่ 1 พิจารณาเลขออกซเิ ดชนั ทีเ่ ปลี่ยนแปลง Zn(s) + MnO₄-(aq) Zn2+(aq) + MnO₂(s) เลขออกซเิ ดชนั 0 +7 +2 +4 Zn มเี ลขออกซิเดชนั เพ่มิ ข้ึน 2 สว่ น Mn มีเลขออกซเิ ดชนั ลดลง 3 ขั้นที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันท่ีลดลง โดยเติม เลขสัมประสทิ ธ์หิ นา้ สารต้งั ตน้ และผลติ ภณั ฑ์ เพม่ิ ขน้ึ 3 × 2 = 6 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) ลดลง 2 × 3 = 6 ขนั้ ที่ 3 ดลุ จ�ำ นวนอะตอมของธาตทุ ไ่ี มเ่ ปลยี่ นเลขออกซเิ ดชนั ซง่ึ ในทน่ี ตี้ อ้ งดลุ จ�ำ นวนอะตอม O โดยเตมิ 4H2O และดุลอะตอม H โดยเตมิ 8H+ เพอื่ ท�ำ ใหจ้ ำ�นวนอะตอมของ O เปน็ 8 และ H เปน็ 8 เทา่ กันท้ังสองข้างของสมการ 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 4H2O(l) เนอื่ งจากปฏกิ ริ ยิ านเี้ กดิ ในภาวะเบส จงึ เตมิ OH- จ�ำ นวนเทา่ กบั H+ ซง่ึ ในทนี่ เี้ ตมิ 8OH- ทงั้ สองดา้ น ของสมการ 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 8OH-(aq) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 4H2O(l) + 8OH-(aq) รวม OH- กบั H+ ให้เปน็ H2O และหักล้าง H2O ในสองด้านของสมการ 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 4H2O(l) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 8OH-(aq) สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทที่ 11 | เคมีไฟฟ้า 159 ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนบั ผลรวมของจ�ำ นวนอะตอมของแตล่ ะธาตแุ ละประจไุ ฟฟา้ ทางดา้ นซ้ายและด้านขวาของสมการ ซ่ึงต้องได้จ�ำ นวนเทา่ กัน 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 4H2O(l) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 8OH-(aq) จำ�นวน Zn 3 3 จำ�นวน Mn 2 2 จำ�นวน O 12 12 จ�ำ นวน H 8 8 ผลรวมประจไุ ฟฟ้า 0 + 2(1-) + 0 = 2- 3(2+) + 0 + 8(1-) = 2- ดังนั้น สมการรดี อกซ์ท่ดี ลุ แล้ว เป็นดงั น้ี 3Zn(s) + 2MnO4-(aq) + 4H2O(l) 3Zn2+(aq) + 2MnO2(s) + 8OH-(aq) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟา้ เคมี เลม่ 4 160 2. ดุลสมการรดี อกซต์ อ่ ไปนีโ้ ดยวิธคี รงึ่ ปฏกิ ิรยิ า 2.1 MnO2(s) + Fe2+(aq) + H+(aq) Mn2+(aq) + Fe3+(aq) + H2O(l) พิจารณาการเปล่ียนเลขออกซิเดชันของธาตุเพื่อกำ�หนดครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและ คร่ึงปฏิกิรยิ ารดี ักชนั MnO2(s) + Fe2+(aq) + H+(aq) Mn2+(aq) + Fe3+(aq) + H2O(l) เลขออกซิเดชนั +4 +2 +2 +3 ครง่ึ ปฏกิ ริ ยิ าออกซิเดชัน Fe2+(aq) Fe3+(aq) ครงึ่ ปฏิกริ ิยารีดกั ชัน MnO2(s) Mn2+(aq) ขั้นที่ 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมลี ำ�ดบั ดังนี้ ครงึ่ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดุลจ�ำ นวนอะตอมทไี่ มใ่ ช่ O และ H Fe2+(aq) Fe3+(aq) ดลุ จำ�นวนอะตอม O โดยเติม H₂O ไม่มี O จึงไม่ตอ้ งเตมิ H2O ดลุ จ�ำ นวนอะตอม H โดยเติม H+ ไมม่ ี H จงึ ไม่ตอ้ งเติม H+ ดลุ จำ�นวนประจุไฟฟ้า โดยเตมิ e- Fe2+(aq) Fe3+(aq) + e- ครึง่ ปฏิกิริยารีดักชัน ดลุ จำ�นวนอะตอมทีไ่ ม่ใช่ O และ H MnO2(s) Mn2+(aq) ดลุ จ�ำ นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O MnO2(s) Mn2+(aq) + 2H2O(l) ดุลจ�ำ นวนอะตอม H โดยเตมิ H+ MnO2(s) + 4H+(aq) Mn2+(aq) + 2H2O(l) ดลุ จำ�นวนประจไุ ฟฟ้า โดยเตมิ e- MnO2(s) + 4H+(aq) + 2e- Mn2+(aq) + 2H2O(l) สถาบันส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟ้า 161 ขั้นท่ี 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลข ท่ีเหมาะสม ซึ่งเป็นตวั เลขจำ�นวนเต็มทน่ี อ้ ยทส่ี ดุ ครึ่งปฏิกริ ยิ าออกซิเดชนั คูณดว้ ย 2 เพื่อให้มี 2e- เทา่ กับคร่งึ ปฏกิ ริ ยิ ารีดักชัน 2Fe2+(aq) 2Fe3+(aq) + 2e- คร่ึงปฏกิ ิรยิ ารดี กั ชนั MnO2(s) + 4H+(aq) + 2e- Mn2+(aq) + 2H2O(l) ข้ันท่ี 3 รวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกันแล้วหักล้างจำ�นวนอิเล็กตรอน โมเลกุล หรือ ไอออน ทเ่ี หมือนกัน ออกทง้ั สองด้านด้วยจำ�นวนท่ีเทา่ กนั 2Fe2+(aq) 2Fe3+(aq) + 2e- MnO2(s) + 4H+(aq) + 2e- Mn2+(aq) + 2H2O(l) 2Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 2H2O(l) 2Fe2+(aq) + MnO2(s) + 4H+(aq) ตรวจสอบความถกู ตอ้ ง โดยนบั ผลรวมของจ�ำ นวนอะตอมของแตล่ ะธาตแุ ละประจไุ ฟฟา้ ทางด้านซา้ ยและด้านขวาของสมการ ซ่ึงต้องได้จ�ำ นวนเทา่ กัน จำ�นวน Fe 2Fe2+(aq) + MnO2(s) + 4H+(aq) 2Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 2H2O(l) จำ�นวน Mn จ�ำ นวน O 2 2 จำ�นวน H 1 1 ผลรวมประจุไฟฟา้ 2 2 4 4 2(2+) + 0 + 4(1+) = 8+ 2(3+) + (2+) + 0 = 8+ ดงั น้นั สมการรดี อกซท์ ่ดี ุลแลว้ เปน็ ดังนี้ MnO2(s) + 2Fe2+(aq) + 4H+(aq) Mn2+(aq) + 2Fe3+(aq) + 2H2O(l) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 11 | เคมไี ฟฟา้ เคมี เล่ม 4 162 2.2 Cl₂(g) + SO₂(g) + H₂O(l) SO₄2-(aq) + Cl-(aq) + H+(aq) พิจารณาการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุเพ่ือกำ�หนดคร่ึงปฏิกิริยาออกซิเดชันและ ครงึ่ ปฏกิ ริ ิยารดี ักชัน SO₄2-(aq) + Cl-(aq) + H+(aq) Cl₂(g) + SO₂(g) + H₂O(l) เลขออกซเิ ดชนั 0 +4 +6 -1 คร่ึงปฏิกิริยาออกซิเดชนั SO2(g) SO42-(aq) คร่ึงปฏิกิรยิ ารีดักชัน Cl2(g) Cl-(aq) ขั้นที่ 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมีล�ำ ดับดังน้ี ครึ่งปฏิกิรยิ าออกซิเดชัน ดุลจ�ำ นวนอะตอมทไี่ มใ่ ช่ O และ H SO2(g) SO42-(aq) ดุลจำ�นวนอะตอม O โดยเติม H₂O SO2(g) + 2H2O(l) SO42-(aq) ดุลจำ�นวนอะตอม H โดยเติม H+ SO2(g) + 2H2O(l) SO42-(aq) + 4H+(aq) ดลุ จ�ำ นวนประจไุ ฟฟ้า โดยเติม e- SO2(g) + 2H2O(l) SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e- ครง่ึ ปฏกิ ิรยิ ารดี ักชัน ดลุ จ�ำ นวนอะตอมท่ีไม่ใช่ O และ H Cl2(g) 2Cl-(aq) ดลุ จ�ำ นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O ไม่มี O จงึ ไมต่ อ้ งเตมิ H2O ดุลจำ�นวนอะตอม H โดยเตมิ H+ ไมม่ ี H จึงไมต่ ้องเตมิ H+ ดลุ จ�ำ นวนประจไุ ฟฟา้ โดยเติม e- Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq) ข้ันท่ี 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลข ท่เี หมาะสม ซึ่งเป็นตัวเลขจำ�นวนเต็มทนี่ อ้ ยทส่ี ดุ คร่ึงปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชนั SO2(g) + 2H2O(l) SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e- ครงึ่ ปฏกิ ิรยิ ารีดักชนั Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq) สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟา้ 163 ขน้ั ท่ี 3 รวมสองครงึ่ ปฏกิ ริ ยิ าเขา้ ดว้ ยกนั แลว้ หกั ลา้ งจ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอน โมเลกลุ หรอื ไอออน ท่ีเหมอื นกัน ออกทัง้ สองด้านด้วยจ�ำ นวนทเ่ี ท่ากนั SO2(g) + 2H2O(l) SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e- Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq) SO2(g) + 2H2O(l) + Cl2(g) SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2Cl-(aq) ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้า ทางดา้ นซา้ ยและดา้ นขวาของสมการ ซงึ่ ตอ้ งได้จ�ำ นวนเท่ากัน จ�ำ นวน S SO2(g) + 2H2O(l) + Cl2(g) SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2Cl-(aq) จำ�นวน Cl 1 1 จ�ำ นวน O 2 2 จ�ำ นวน H 4 4 ผลรวมประจุไฟฟ้า 4 4 0+0+0=0 (2-) + 4(1+) + 2(1-) = 0 ดงั นั้น สมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้ว เป็นดังนี้ Cl2(g) + SO2(g) + 2H2O(l) SO42-(aq) + 2Cl-(aq) + 4H+(aq) สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 11 | เคมไี ฟฟา้ เคมี เลม่ 4 164 2.3 MnO₄-(aq) + S2-(aq) MnO₂(s) + S(s) (ในภาวะเบส) พิจารณาการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุเพื่อกำ�หนดคร่ึงปฏิกิริยาออกซิเดชันและ คร่งึ ปฏิกริ ยิ ารดี กั ชัน MnO₄-(aq) + S2-(aq) MnO₂(s) + S(s) เลขออกซเิ ดชนั +7 -2 +4 0 ครง่ึ ปฏิกริ ยิ าออกซิเดชัน S2-(aq) S(s) ครงึ่ ปฏกิ ริ ิยารดี กั ชนั MnO4-(aq) MnO2(s) ข้ันท่ี 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละคร่ึงปฏิกิริยา โดยมลี �ำ ดบั ดังน้ี ครง่ึ ปฏกิ ิรยิ าออกซเิ ดชัน ดุลจำ�นวนอะตอมทีไ่ ม่ใช่ O และ H S2-(aq) S(s) ดลุ จำ�นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O ไม่มี O จึงไมต่ ้องเติม H2O ดุลจ�ำ นวนอะตอม H โดยเติม H+ ไมม่ ี H จงึ ไม่ตอ้ งเติม H+ ดลุ จำ�นวนประจไุ ฟฟ้า โดยเตมิ e- S2-(aq) S(s) + 2e- ครงึ่ ปฏกิ ิริยารีดกั ชนั ดลุ จำ�นวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H MnO4-(aq) MnO2(s) ดลุ จำ�นวนอะตอม O โดยเติม H₂O MnO4-(aq) MnO2(s) + 2H2O(l) ดุลจำ�นวนอะตอม H โดยเติม H+ MnO4-(aq) + 4H+(aq) MnO2(s) + 2H2O(l) ดลุ จ�ำ นวนประจุไฟฟา้ โดยเติม e- MnO4-(aq) + 4H+(aq) + 3e- MnO2(s) + 2H2O(l) ขั้นท่ี 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลข ทเี่ หมาะสม ซึ่งเปน็ ตวั เลขจำ�นวนเตม็ ทีน่ อ้ ยที่สุด ครึ่งปฏิกริ ยิ าออกซเิ ดชัน คณู ด้วย 3 เพือ่ ให้มี 6e- เท่ากบั ครึง่ ปฏิกริ ยิ ารีดกั ชนั 3S2-(aq) 3S(s) + 6e- ครง่ึ ปฏกิ ิรยิ ารีดักชนั คณู ดว้ ย 2 เพอื่ ให้มี 6e- เท่ากับคร่ึงปฏิกริ ยิ าออกซิเดชนั 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 6e- 2MnO2(s) + 4H2O(l) สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทที่ 11 | เคมีไฟฟา้ 165 ขนั้ ท่ี 3 รวมสองครง่ึ ปฏกิ ริ ยิ าเขา้ ดว้ ยกนั แลว้ หกั ลา้ งจ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอน โมเลกลุ หรอื ไอออน ทีเ่ หมือนกัน ออกทง้ั สองดา้ นดว้ ยจ�ำ นวนที่เท่ากนั 3S2-(aq) 3S(s) + 6e- 2MnO2(s) + 4H2O(l) 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 6e- 3S(s) + 2MnO2(s) + 4H2O(l) 3S2-(aq) + 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) เนื่องจากปฏิกิริยาน้ีเกิดในภาวะเบส จึงเติม OH- จำ�นวนเท่ากับ H+ ซ่ึงในที่น้ีเติม 8OH- ทัง้ สองดา้ นของสมการ 3S2-(aq) + 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 8OH-(aq) 3S(s) + 2MnO2(s) + 4H2O(l) + 8OH-(aq) รวม OH- กบั H+ ใหเ้ ป็น H2O และหกั ล้าง H2O ในสองดา้ นของสมการ 3S2-(aq) + 2MnO4-(aq) + 4H2O(l) 3S(s) + 2MnO2(s) + 8OH-(aq) ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้า ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการ ซ่ึงต้องได้จำ�นวนเทา่ กัน จำ�นวน S 3S2-(aq) + 2MnO4-(aq) + 4H2O(l) 3S(s) + 2MnO2(s) + 8OH-(aq) จ�ำ นวน Mn 3 3 จำ�นวน O 2 2 จำ�นวน H 12 12 ผลรวมประจไุ ฟฟ้า 8 8 3(2-) + 2(1-) + 0 = 8- 0 + 0 + 8(1-) = 8- ดังน้นั สมการรีดอกซท์ ีด่ ุลแลว้ เป็นดงั น้ี 2MnO4-(aq) + 3S2-(aq) + 4H2O(l) 2MnO2(s) + 3S(s) + 8OH-(aq) สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟา้ เคมี เลม่ 4 166 2.4 Cr(OH)₃(s) + ClO-(aq) CrO₄2-(aq) + Cl-(aq) (ในภาวะเบส) พิจารณาการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุเพ่ือกำ�หนดคร่ึงปฏิกิริยาออกซิเดชันและ ครงึ่ ปฏกิ ิริยารีดกั ชนั CrO42-(aq) + Cl-(aq) Cr(OH)3(s) + ClO-(aq) +6 -1 เลขออกซิเดชัน +3 +1 คร่ึงปฏิกิรยิ าออกซเิ ดชัน Cr(OH)3(s) CrO42-(aq) ครงึ่ ปฏิกิริยารีดกั ชนั ClO-(aq) Cl-(aq) ขั้นท่ี 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมีล�ำ ดับดงั นี้ ครึง่ ปฏิกริ ยิ าออกซเิ ดชนั ดลุ จ�ำ นวนอะตอมท่ไี ม่ใช่ O และ H Cr(OH)3(s) CrO42-(aq) ดลุ จำ�นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O Cr(OH)3(s) + H2O(l) CrO42-(aq) ดุลจำ�นวนอะตอม H โดยเติม H+ Cr(OH)3(s) + H2O(l) CrO42-(aq) + 5H+(aq) ดลุ จ�ำ นวนประจไุ ฟฟ้า โดยเติม e- Cr(OH)3(s) + H2O(l) CrO42-(aq) + 5H+(aq) + 3e- ครง่ึ ปฏกิ ริ ิยารีดักชัน ดุลจ�ำ นวนอะตอมทไ่ี ม่ใช่ O และ H ClO-(aq) Cl-(aq) ดลุ จ�ำ นวนอะตอม O โดยเติม H₂O ClO-(aq) Cl-(aq) + H2O(l) ดุลจ�ำ นวนอะตอม H โดยเติม H+ ดุลจ�ำ นวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e- ClO-(aq) + 2H+(aq) Cl-(aq) + H2O(l) ClO-(aq) + 2H+(aq) + 2e- Cl-(aq) + H2O(l) ข้ันที่ 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลข ที่เหมาะสม ซงึ่ เปน็ ตวั เลขจ�ำ นวนเต็มท่ีนอ้ ยที่สุด ครึง่ ปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชนั คณู ดว้ ย 2 เพือ่ ใหม้ ี 6e- เทา่ กบั คร่งึ ปฏิกิริยารดี ักชัน 2Cr(OH)3(s) + 2H2O(l) 2CrO42-(aq) + 10H+(aq) + 6e- ครง่ึ ปฏิกริ ิยารีดักชัน คูณดว้ ย 3 เพอื่ ใหม้ ี 6e- เท่ากับคร่ึงปฏิกิรยิ าออกซเิ ดชนั 3ClO-(aq) + 6H+(aq) + 6e- 3Cl-(aq) + 3H2O(l) สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทท่ี 11 | เคมีไฟฟา้ 167 ขน้ั ท่ี 3 รวมสองครงึ่ ปฏกิ ริ ยิ าเขา้ ดว้ ยกนั แลว้ หกั ลา้ งจ�ำ นวนอเิ ลก็ ตรอน โมเลกลุ หรอื ไอออน ทเ่ี หมอื นกัน ออกทัง้ สองดา้ นดว้ ยจำ�นวนทเ่ี ท่ากัน 2Cr(OH)3(s) + 2H2O(l) 2CrO42-(aq) + 10H+(aq) + 6e- 3ClO-(aq) + 6H+(aq) + 6e- 3Cl-(aq) + 3H2O(l) 2CrO42-(aq) + 4H+(aq) + 3Cl-(aq) + H2O(l) 2Cr(OH)3(s) + 3ClO-(aq) เน่ืองจากปฏิกิริยาน้ีเกิดในภาวะเบส จึงเติม OH- จำ�นวนเท่ากับ H+ ซ่ึงในท่ีน้ีเติม 4OH- ทงั้ สองดา้ นของสมการ 2Cr(OH)3(s) + 3ClO-(aq) + 4OH-(aq) 2 CrO42-(aq) + 4H+(aq) + 3Cl-(aq) + H2O(l) + 4OH-(aq) รวม OH- กับ H+ ให้เปน็ H2O 2Cr(OH)3(s) + 3ClO-(aq) + 4OH-(aq) 2CrO42-(aq) + 3Cl-(aq) + 5H2O(l) ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้า ทางด้านซา้ ยและดา้ นขวาของสมการ ซงึ่ ตอ้ งได้จำ�นวนเทา่ กนั จำ�นวน Cr 2Cr(OH)3(s) + 3ClO-(aq) + 4OH-(aq) 2CrO42-(aq) + 3Cl-(aq) + 5H2O(l) จ�ำ นวน Cl จ�ำ นวน O 2 2 จ�ำ นวน H 3 3 ผลรวมประจไุ ฟฟ้า 13 13 10 10 0 + 3(1-) + 4(1-) = 7- 2(2-) + 3(1-) + 0 = 7- ดงั นน้ั สมการรดี อกซท์ ดี่ ุลแล้ว เป็นดังน้ี 2CrO42-(aq) + 3Cl-(aq) + 5H2O(l) 2Cr(OH)3(s) + 3ClO-(aq) + 4OH-(aq) สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟ้า เคมี เลม่ 4 168 3. เขียนและดุลสมการรีดอกซ์เม่ือเติมสารละลายโซเดียมซัลไฟด์ (Na₂S) ลงในสารละลาย ของไดโครเมตไอออน (Cr₂O₇2-) ซ่ึงมีสีส้มในภาวะกรด พบว่าสารละลายเปล่ียนจากสีส้ม เป็นสีเขียวของโครเมียม(III)ไอออน (Cr3+) และมีตะกอนสีขาวเกิดขึ้น เม่ือตั้งไว้สีขาวของ ตะกอนเปลี่ยนไปเปน็ สเี หลืองอ่อนของก�ำ มะถนั (S) จากโจทย์เขียนสมการไดด้ งั น้ี Cr2O72-(aq) + H+(aq) + S2-(aq) Cr3+(aq) + S(s) พิจารณาการเปล่ียนเลขออกซิเดชันของธาตุเพื่อกำ�หนดคร่ึงปฏิกิริยาออกซิเดชันและ คร่งึ ปฏกิ ิรยิ ารีดักชัน Cr2O72-(aq) + H+(aq) + S2-(aq) Cr3+(aq) + S(s) เลขออกซิเดชัน +6 -2 +3 0 ครงึ่ ปฏิกริ ิยาออกซเิ ดชนั S2-(aq) S(s) คร่งึ ปฏิกริ ิยารีดักชัน Cr2O72-(aq) Cr3+(aq) ขั้นที่ 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละคร่ึงปฏิกิริยา โดยมีลำ�ดบั ดังนี้ คร่ึงปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชนั ดุลจำ�นวนอะตอมท่ไี มใ่ ช่ O และ H S2-(aq) S(s) ดลุ จ�ำ นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O ไม่มี O จึงไม่ตอ้ งเติม H2O ดลุ จ�ำ นวนอะตอม H โดยเตมิ H+ ไมม่ ี H จึงไมต่ ้องเติม H+ ดุลจำ�นวนประจไุ ฟฟา้ โดยเติม e- S2-(aq) S(s) + 2e- ครงึ่ ปฏกิ ริ ิยารดี ักชนั ดุลจ�ำ นวนอะตอมท่ไี มใ่ ช่ O และ H Cr2O72-(aq) 2Cr3+(aq) ดุลจ�ำ นวนอะตอม O โดยเติม H₂O Cr2O72-(aq) 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) ดุลจ�ำ นวนอะตอม H โดยเตมิ H+ Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) ดุลจ�ำ นวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e- Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟ้า 169 ข้ันที่ 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลข ทเี่ หมาะสม ซง่ึ เปน็ ตวั เลขจ�ำ นวนเตม็ ที่นอ้ ยทสี่ ุด ครง่ึ ปฏกิ ริ ิยาออกซิเดชัน คณู ดว้ ย 3 เพ่ือใหม้ ี 6e- เท่ากบั คร่งึ ปฏกิ ริ ิยารดี กั ชนั 3S2-(aq) 3S(s) + 6e- ครึ่งปฏิกิรยิ ารดี ักชัน Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) ขนั้ ที่ 3 รวมสองครึ่งปฏกิ ริ ยิ าเข้าดว้ ยกนั แล้วหกั ลา้ งจ�ำ นวนอิเลก็ ตรอน โมเลกลุ หรือ ไอออน ทีเ่ หมอื นกนั ออกทัง้ สองด้านดว้ ยจ�ำ นวนทเ่ี ท่ากนั 3S2-(aq) 3S(s) + 6e- Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) 3S2-(aq) + Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) 3S(s) + 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและ ประจไุ ฟฟา้ ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการ ซ่ึงตอ้ งได้จำ�นวนเทา่ กัน 3S2-(aq) + Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) 3S(s) + 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) จำ�นวน S 3 3 จำ�นวน Cr 2 2 จำ�นวน O 7 7 จำ�นวน H 14 14 ผลรวมประจุไฟฟา้ 3(2-) + (2-) + 14(1+) = 6+ 0 + 2(3+) + 0 = 6+ ดังนั้น สมการรดี อกซท์ ่ดี ลุ แล้ว เป็นดังน้ี 3S(s) + 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) 3S2-(aq) + Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟา้ เคมี เลม่ 4 170 4. เขียนและดุลสมการรีดอกซ์เม่ือเติมสารละลายของไอโอไดด์ไอออน (I-) ลงในสารละลาย เปอร์แมงกาเนตไอออน (MnO4-) ซ่ึงมีสีม่วงแดงในภาวะเบส พบว่าสีม่วงแดงจางหายไป เกดิ ตะกอนสดี ำ�ของแมงกานีส(IV)ออกไซด์ (MnO2) และไอโอเดตไอออน (IO3-) จากโจทยเ์ ขยี นสมการไดด้ ังนี้ I-(aq) + MnO4-(aq) MnO2(s) + IO3-(aq) พิจารณาการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุเพื่อกำ�หนดครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและ คร่งึ ปฏิกริ ิยารีดักชัน I-(aq) + MnO4-(aq) MnO2(s) + IO3-(aq) เลขออกซิเดชนั -1 +7 +4 +5 คร่ึงปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชัน I-(aq) IO3-(aq) ครึง่ ปฏกิ ริ ยิ ารดี ักชนั MnO4-(aq) MnO2(s) ขั้นที่ 1 ดุลจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมีลำ�ดับดงั น้ี ครงึ่ ปฏกิ ิรยิ าออกซเิ ดชัน ดุลจำ�นวนอะตอมทีไ่ มใ่ ช่ O และ H I-(aq) IO3-(aq) ดุลจำ�นวนอะตอม O โดยเติม H₂O I-(aq) + 3H2O(l) IO3-(aq) ดุลจำ�นวนอะตอม H โดยเตมิ H+ I-(aq) + 3H2O(l) IO3-(aq) + 6H+(aq) ดลุ จำ�นวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e- I-(aq) + 3H2O(l) IO3-(aq) + 6H+(aq) + 6e- ครึ่งปฏกิ ริ ยิ ารีดักชนั ดลุ จ�ำ นวนอะตอมทีไ่ ม่ใช่ O และ H MnO4-(aq) MnO2(s) ดุลจำ�นวนอะตอม O โดยเตมิ H₂O MnO4-(aq) MnO2(s) + 2H2O(l) ดุลจ�ำ นวนอะตอม H โดยเติม H+ ดุลจำ�นวนประจไุ ฟฟ้า โดยเติม e- MnO4-(aq) + 4H+(aq) MnO2(s) + 2H2O(l) MnO4-(aq) + 4H+(aq) + 3e- MnO2(s) + 2H2O(l) สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทที่ 11 | เคมีไฟฟ้า 171 ข้ันท่ี 2 ทำ�จำ�นวนอิเล็กตรอนในแต่ละคร่ึงปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลข ที่เหมาะสม ซ่งึ เป็นตวั เลขจ�ำ นวนเตม็ ท่นี อ้ ยทส่ี ุด ครง่ึ ปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชนั I-(aq) + 3H2O(l) IO3-(aq) + 6H+(aq) + 6e- ครึง่ ปฏกิ ิริยารดี ักชนั คูณด้วย 2 เพื่อใหม้ ี 6e- เท่ากบั ครง่ึ ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 6e- 2MnO2(s) + 4H2O(l) ขน้ั ท่ี 3 รวมสองคร่ึงปฏกิ ริ ิยาเข้าดว้ ยกันแลว้ หักลา้ งจำ�นวนอเิ ล็กตรอน โมเลกลุ หรือ ไอออน ที่เหมือนกัน ออกทงั้ สองดา้ นดว้ ยจำ�นวนท่เี ท่ากนั I-(aq) + 3H2O(l) IO3-(aq) + 6H+(aq) + 6e- 2MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 6e- 2MnO2(s) + 4H2O(l) I-(aq) + 2MnO4-(aq) + 2H+(aq) IO3-(aq) + 2MnO2(s) + H2O(l) เนื่องจากปฏิกิริยานี้เกิดในภาวะเบส จึงเติม OH- จำ�นวนเท่ากับ H+ ซึ่งในที่นี้เติม 2OH- ทั้งสองด้านของสมการ I-(aq) + 2MnO4-(aq) + 2H+(aq) + 2OH-(aq) IO3-(aq) + 2MnO2(s) + H2O(l) + 2OH-(aq) รวม OH- กบั H+ ใหเ้ ป็น H2O และหกั ล้าง H2O ในสองด้านของสมการ I-(aq) + 2MnO4-(aq) + H2O(l) IO3-(aq) + 2MnO2(s) + 2OH-(aq) ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำ�นวนอะตอมของแต่ละธาตุและ ประจุไฟฟ้าทางด้านซา้ ยและด้านขวาของสมการ ซึง่ ต้องได้จ�ำ นวนเทา่ กัน I-(aq) + 2MnO4-(aq) + H2O(l) IO3-(aq) + 2MnO2(s) + 2OH-(aq) จ�ำ นวน I 1 1 จำ�นวน Mn 2 2 จำ�นวน O 9 9 จ�ำ นวน H 2 2 ผลรวมประจไุ ฟฟา้ (1-) + 2(1-) + 0 = 3- (1-) + 0 + 2(1-) = 3- ดงั นั้น สมการรีดอกซ์ทดี่ ลุ แล้ว เปน็ ดังน้ี I-(aq) + 2MnO4-(aq) + H2O(l) IO3-(aq) + 2MnO2(s) + 2OH-(aq) สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟา้ เคมี เลม่ 4 172 11.3 เซลล์เคมีไฟฟา้ 11.3.1 องค์ประกอบของเซลลเ์ คมไี ฟฟ้า 11.3.2 แผนภาพเซลล์ จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ระบอุ งคป์ ระกอบของเซลล์เคมีไฟฟ้า 2. เขียนสมการเคมขี องปฏิกริ ิยาทแี่ อโนด แคโทด และปฏิกริ ยิ ารวม 3. เขียนแผนภาพคร่งึ เซลล์และแผนภาพเซลล์ ความเข้าใจคลาดเคล่อื นทอี่ าจเกิดขน้ึ ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง อิเล็กตรอนเคลื่อนท่ีผ่านสารละลายในเซลล์ อิเล็กตรอนเคล่ือนท่ีผ่านลวดตัวนำ�แต่ไม่ เคมไี ฟฟา้ สามารถเคลื่อนทผ่ี ่านสารละลายในเซลล์เคมี ไฟฟา้ แผนภาพเซลล์เขียนไดเ้ ฉพาะเซลลก์ ัลวานิก แผนภาพเซลล์เขียนได้ทั้งเซลล์กัลวานิกและ เซลล์อิเลก็ โทรลติ ิก แผนภาพเซลล์อิเล็กโทรลิติกเหมือนกับ แผนภาพเซลล์อิเล็กโทรลิติกมีคร่ึงเซลล์สลับ แผนภาพเซลล์กัลวานกิ ดา้ นกันกบั ของเซลล์กลั วานกิ แนวการจดั การเรียนรู้ 1. ครูใช้คำ�ถามนำ�ว่า จากที่ทราบแล้วว่ากระแสไฟฟ้าเกิดจากการเคลื่อนท่ีของอิเล็กตรอน นกั เรยี นคดิ วา่ การถา่ ยโอนอเิ ลก็ ตรอนระหวา่ งสารในปฏกิ ริ ยิ ารดี อกซเ์ กย่ี วขอ้ งกบั กระแสไฟฟา้ หรอื ไม่ อยา่ งไร เพอ่ื นำ�เข้าสเู่ ซลลเ์ คมีไฟฟา้ และปฏกิ ริ ิยาเคมไี ฟฟา้ 2. ครูใช้คำ�ถามกระตุ้นหรืออธิบายเก่ียวกับเซลล์เคมีไฟฟ้า โดยใช้รูป 11.1 เพ่ือให้นักเรียน สามารถระบอุ งคป์ ระกอบของเซลลเ์ คมไี ฟฟา้ ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขนึ้ ทขี่ วั้ ไฟฟา้ ทง้ั แอโนดและแคโทด ทศิ ทาง การเคลอื่ นทขี่ องอเิ ลก็ ตรอน หนา้ ทข่ี องสะพานเกลอื หรอื เยอื่ และการรกั ษาสมดลุ ของไอออนบวกและ ไอออนลบในแต่ละครงึ่ เซลล์ 3. ครูใหน้ ักเรยี นตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ สถาบนั สง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทที่ 11 | เคมีไฟฟา้ 173 ตรวจสอบความเข้าใจ จากเซลล์เคมไี ฟฟ้าในรูป 11.1 จงตอบค�ำ ถามต่อไปนี้ 1. โลหะใดทำ�หน้าท่ีเป็นขั้วไฟฟ้าท่ีไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี และโลหะใดทำ�หน้าท่ีเป็นข้ัวไฟฟ้า ทเี่ กดิ ปฏิกิรยิ าเคมดี ว้ ย โลหะทองแดง (Cu) เปน็ ขว้ั ไฟฟา้ ทไ่ี มเ่ กดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี สว่ นโลหะสงั กะสี (Zn) เปน็ ขว้ั ไฟฟา้ ที่เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมีดว้ ย 2. ไอออนใดเป็นอิเล็กโทรไลต์ท่ีไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี และไอออนใดเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เกิด ปฏิกิริยาเคมีดว้ ย Zn2+ และ S O 2- เป็นอิเล็กโทรไลต์ท่ีไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี Cu2+ เป็นอิเล็กโทรไลต์ 4 ทีเ่ กดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมดี ้วย 3. เมอ่ื เวลาผา่ นไป ขัว้ โลหะใดกรอ่ นและขัว้ โลหะใดหนาข้ึน ขัว้ โลหะสงั กะสี (Zn) กร่อน และขั้วโลหะทองแดง (Cu) หนาข้ึน 4. เขยี นสมการรีดอกซ์ทีเ่ กิดข้ึน สมการรดี อกซ์ที่เกดิ ข้นึ เป็นดังนี้ Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) 5. เม่ือต่อเซลล์เคมีไฟฟ้าครบวงจร โดยใช้สะพานเกลือที่มีสารละลายโพแทสเซียมไนเทรต (KNO₃) เขม้ ขน้ จงระบวุ า่ ไอออนแตล่ ะชนดิ ในสะพานเกลอื มที ศิ ทางการเคลอื่ นทอ่ี ยา่ งไร เพราะเหตใุ ด พรอ้ มวาดรูปประกอบ K + จะเคลื่อนที่ลงไปในสารละลายด้านที่มีขั้วไฟฟ้า Cu เพื่อชดเชยประจุบวกของ Cu2+ ทที่ �ำ ปฏกิ ริ ยิ าไป สว่ น NO3- จะเคลอ่ื นทลี่ งไปในสารละลายดา้ นทมี่ ขี วั้ ไฟฟา้ Zn เพอื่ รกั ษา สมดลุ ของประจไุ ฟฟา้ เน่ืองจากมี Zn2+ เกดิ เพิ่มขนึ้ Zn Cu KNO3 SO42- SO42- Zn2+ NO3- K+ Cu2+ คร่ึงเซลลท์ ี่เกิด ครง่ึ เซลลท์ ่ีเกิด ปฏิกิริยาออกซเิ ดชนั 069 ปฏิกริ ิยารีดกั ชนั สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟ้า เคมี เลม่ 4 174 6. เม่ือต่อเซลล์เคมีไฟฟ้าครบวงจร ไอออนใดจะทำ�หน้าท่ีรักษาสมดุลของประจุไฟฟ้า ในสารละลายและมที ิศทางการเคลือ่ นทผ่ี ่านเยอ่ื คนั่ เซลลอ์ ย่างไร พรอ้ มวาดรปู ประกอบ SO42- จะเคล่ือนท่ีไปในสารละลายด้านท่ีมีขั้วไฟฟ้า Zn เพ่ือรักษาสมดุลของประจุไฟฟ้า เนือ่ งจากมี Zn2+ เกดิ เพิ่มขน้ึ Zn Cu Zn2+ SO42- Cu2+ 7. เพราะเหตุใดเมื่อตอ่ เซลลเ์ คมีไฟฟ้าครบวง0จ70รเป็นเวลานาน กระแสไฟฟา้ จงึ ลดลง เน่ืองจากปริมาณของสารตั้งต้น คือ โลหะสังกะสี (Zn) และคอปเปอร์(II)ไอออน (Cu2+) ลดลง หรือไอออนในสะพานเกลือลดลง 4. ครใู ชค้ �ำ ถามกระตนุ้ หรอื อธบิ ายเกย่ี วกบั เซลลก์ ลั วานกิ และเซลลอ์ เิ ลก็ โทรลติ กิ โดยใชร้ ปู 11.1 และรูป 11.2 ประกอบการอธิบาย เพ่ือให้นักเรียนสามารถระบุความเหมือนและความแตกต่างของ เซลล์ทั้งสองประเภท ศักย์ไฟฟ้าท่ีต้องใช้ในการทำ�ให้เกิดปฏิกิริยาในเซลล์อิเล็กโทรลิติก และการต่อ ขั้วไฟฟ้าในเซลล์อเิ ล็กโทรลิติก 5. ครูใหน้ กั เรยี นตอบค�ำ ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟา้ 175 ตรวจสอบความเข้าใจ จากเซลล์เคมไี ฟฟ้าในรูป 11.1 และ 11.2 จงตอบค�ำ ถามต่อไปน้ี 1. เปรียบเทียบความเหมอื นและความแตกต่างระหว่างเซลล์กลั วานกิ และเซลลอ์ เิ ลก็ โทรลิติก ความเหมอื น • เซลล์กัลวานิกและเซลล์อิเล็กโทรลิติกมีองค์ประกอบของเซลล์เหมือนกันคือขั้วไฟฟ้าและ อเิ ล็กโทรไลต์ • เซลล์กัลวานิกและเซลล์อิเล็กโทรลิติกเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอโนด และ เกิดปฏิกิรยิ ารีดกั ชนั ท่ีแคโทด • เซลลก์ ลั วานกิ และเซลลอ์ เิ ลก็ โทรลติ กิ มโี ลหะทองแดงเปน็ ขวั้ บวก และโลหะสงั กะสเี ปน็ ขว้ั ลบ ความแตกต่าง • เซลล์กัลวานิกเกิดปฏิกิริยาเคมีได้เองและให้พลังงานไฟฟ้า แต่เซลล์อิเล็กโทรลิติกต้องใช้ พลงั งานไฟฟ้าเพอ่ื ท�ำ ใหเ้ กดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี • ในเซลล์กัลวานิก โลหะทองแดงเป็นแคโทด แต่ในเซลล์อิเล็กโทรลิติก โลหะทองแดงเป็น แอโนด • ในเซลลก์ ลั วานกิ โลหะสงั กะสเี ปน็ แอโนด แตใ่ นเซลลอ์ เิ ลก็ โทรลติ กิ โลหะสงั กะสเี ปน็ แคโทด • ปฏิกิริยารีดอกซ์ในเซลล์อิเล็กโทรลิติกเป็นปฏิกิริยาย้อนกลับของปฏิกิริยารีดอกซ์ในเซลล์ กัลวานกิ 2. จากรูป 11.2 หากสลบั ใหข้ ั้วบวกของแหล่งก�ำ เนิดไฟฟ้าตอ่ เข้ากบั โลหะสงั กะสแี ละข้ัวลบตอ่ เขา้ กบั โลหะทองแดง จะมีปฏกิ ริ ยิ าเคมเี กดิ ข้นึ ทีข่ วั้ โลหะท้งั สองหรอื ไม่ อย่างไร มปี ฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั เกดิ ขน้ึ ทขี่ ว้ั โลหะสงั กะสี และปฏกิ ริ ยิ ารดี กั ชนั ของคอปเปอร(์ II)ไอออน เกิดขึ้นท่ีขั้วโลหะทองแดง ซึ่งมีทิศทางเดียวกันกับการเกิดปฏิกิริยาในเซลล์กัลวานิก ในรูป 11.1 แต่ในกรณีน้ีจะเกิดปฏิกิริยารุนแรงกว่าเน่ืองจากมีการให้พลังงานไฟฟ้า เพม่ิ เขา้ ไป สถาบนั ส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมีไฟฟ้า เคมี เลม่ 4 176 6. ครูใหน้ กั เรยี นท�ำ แบบฝึกหัด 11.3 เพ่อื ทบทวนความรู้ 7. ครูอธิบายเกี่ยวกับการเขียนแผนภาพเซลล์ของรูป 11.1 และ 11.2 พร้อมทั้งอธิบาย ความหมายของสัญลักษณ์ต่าง ๆ ที่ใช้ในแผนภาพเซลล์ จากนั้นอธิบายการเขียนแผนภาพเซลล์ จากสมการเคมแี ละการเขยี นปฏกิ ริ ยิ าเคมที เ่ี กย่ี วขอ้ งจากแผนภาพเซลลโ์ ดยใชต้ วั อยา่ ง 9–11 ประกอบ การอธิบาย 8. ครูให้นกั เรียนทำ�แบบฝึกหัด 11.4 เพ่ือทบทวนความรู้ แนวทางการวดั และประเมินผล 1. ความรเู้ กย่ี วกบั องคป์ ระกอบของเซลลเ์ คมไี ฟฟา้ การเขยี นสมการเคมขี องปฏกิ ริ ยิ าทแี่ อโนด และแคโทด ปฏกิ ิรยิ ารวม และแผนภาพเซลล์ จากการอภปิ ราย การทำ�แบบฝึกหดั และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสงั เกตและการลงความเห็นจากขอ้ มูล จากการอภิปราย 3. ทักษะการคิดอย่างมวี ิจารณญาณและการแก้ปัญหา จากการท�ำ แบบฝึกหดั 4. จติ วทิ ยาศาสตรด์ ้านการใช้วิจารณญาณและความใจกว้าง จากการสงั เกตพฤตกิ รรมในการ อภปิ ราย 5. จติ วทิ ยาศาสตรด์ า้ นความรอบคอบ จากการท�ำ แบบฝกึ หดั แบบฝึกหัด 11.3 1. เพราะเหตุใดจึงไม่ทำ�เซลล์กัลวานิกโดยการจุ่มขั้วโลหะทองแดง (Cu) และสังกะสี (Zn) ลงในสารละลายผสมของคอปเปอร์(II)ซัลเฟต (CuSO₄) และซิงค์ซัลเฟต (ZnSO₄) ใน ภาชนะเดยี วกนั เนอ่ื งจาก Cu2+ เปน็ ตวั ออกซไิ ดสท์ ด่ี กี วา่ Zn2+ ดงั นนั้ ถา้ ใชส้ ารละลายผสมของคอปเปอร(์ II) ซลั เฟต (CuSO4) และซงิ คซ์ ลั เฟต (ZnSO4) ในภาชนะเดยี วกนั จะท�ำ ให้ Cu2+ รบั อเิ ลก็ ตรอน โดยตรงจากโลหะสังกะสี (Zn) เกิดเป็นโลหะทองแดง (Cu) เคลือบบนผิวของโลหะสังกะสี จนทำ�ให้ไม่สามารถเกดิ ปฏกิ ิริยาต่อได้ สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟ้า 177 2. ร ะบุว่าครึ่งเซลล์ใดเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน คร่ึงเซลล์ใดเกิดปฏิกิริยารีดักชันพร้อมทั้ง เขียนสมการแสดงปฏิกิริยา และปฏิกิริยารวมของเซลล์ จากเซลล์เคมีไฟฟ้าที่กำ�หนดให้ ตอ่ ไปนี้ 2.1 Fe(s) Ag(s) Fe2+ Ag+ ครึง่ เซลลท์ ่มี ีโลหะเหล็ก (Fe) เป็นขวั้ ไฟฟา้ เกิดปฏิกริ ยิ าออกซเิ ดชันดังสมการ Fe(s) Fe2+(aq) + 2e- ครึ่งเซลลท์ ี่มีโลหะเงิน (Ag) เป็นขั้วไฟฟ้า เกิดปฏิกริ ยิ ารีดกั ชันดังสมการ Ag+(aq) + e- Ag(s) ปฏิกิรยิ ารวมของเซลล์ เขียนแสดงไดด้ งั น้ี Fe(s) + 2Ag+(aq) Fe2+(aq) + 2Ag(s) 2.2 แบตเตอรี่ Cd(s) Cu(s) Cd2+ Cu2+ ครง่ึ เซลลท์ ม่ี ีโลหะทองแดง (Cu) เปน็ ขัว้ ไฟฟ้า เกิดปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชันดงั สมการ Cu(s) Cu2+(aq) + 2e- ครึ่งเซลล์ทีม่ โี ลหะแคดเมียม (Cd) เป็นขวั้ ไฟฟ้า เกดิ ปฏิกิรยิ ารีดกั ชนั ดังสมการ Cd2+(aq) + 2e- Cd(s) ปฏิกิรยิ ารวมของเซลล์ เขียนแสดงได้ดังน้ี Cu(s) + Cd2+(aq) Cu2+(aq) + Cd(s) สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 11 | เคมีไฟฟ้า เคมี เล่ม 4 178 แบบฝึกหัด 11.4 1. จ ากแผนภาพเซลลก์ ลั วานกิ ทกี่ �ำ หนดให้ จงเขยี นสมการเคมขี องปฏกิ ริ ยิ าทแี่ อโนด แคโทด และปฏิกริ ยิ ารวมของเซลล์ 1.1 Fe(s)|Fe²+(aq)||Cl-(aq)|Cl₂(g)|Pt(s) ปฏิกิรยิ าออกซเิ ดชัน (แอโนด) Fe(s) Fe2+(aq) + 2e- ปฏิกริ ยิ ารดี ักชัน (แคโทด) Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq) ปฏกิ ิรยิ ารวม Fe(s) + Cl2(g) Fe2+(aq) + 2Cl-(aq) 1.2 Pt(s)|Sn²+(aq), Sn⁴+(aq)||Cr³+(aq), Cr²+(aq)|Pt(s) ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั (แอโนด) Sn2+(aq) Sn4+(aq) + 2e- ปฏิกริ ิยารีดกั ชนั (แคโทด) Cr3+(aq) + e- Cr2+(aq) ปฏกิ ิรยิ ารวม Sn2+(aq) + 2Cr3+(aq) Sn4+(aq) + 2Cr2+(aq) 2. เขยี นแผนภาพเซลล์จากปฏิกริ ิยาท่กี �ำ หนดให้ตอ่ ไปน้ี 2.1 2Cr(s) + 3Fe²+(aq) 2Cr³+(aq) + 3Fe(s) แผนภาพครึ่งเซลล์ทเ่ี กดิ ปฏิกริ ิยาออกซเิ ดชนั : Cr(s)|Cr3+(aq) แผนภาพครึง่ เซลล์ท่ีเกิดปฏกิ ิริยารดี กั ชัน : Fe2+(aq)|Fe(s) ดังนัน้ เขยี นแผนภาพเซลล์ไดเ้ ป็น : Cr(s)|Cr3+(aq)||Fe2+(aq)|Fe(s) 2.2 H₂(g) + 2Ag+(aq) 2H+(aq) + 2Ag(s) แผนภาพครึง่ เซลลท์ ่เี กดิ ปฏกิ ิรยิ าออกซเิ ดชนั : Pt(s)|H2(g)|H+(aq) แผนภาพครึง่ เซลลท์ ่เี กิดปฏกิ ิรยิ ารดี ักชัน : Ag+(aq)|Ag(s) ดังน้ัน เขยี นแผนภาพเซลล์ได้เปน็ : Pt(s)|H2(g)|H+(aq)||Ag+(aq)|Ag(s) สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟา้ 179 11.3.3 ศักย์ไฟฟา้ ของเซลล์ จุดประสงคก์ ารเรยี นรู้ 1. ทดลองหาคา่ ศักยไ์ ฟฟา้ ของเซลล์ 2. เปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวออกซิไดส์และตัวรีดิวซ์โดยพิจารณาจาก คา่ ศักยไ์ ฟฟ้ามาตรฐานของครึง่ เซลล์รีดักชัน 3. ระบุขว้ั ไฟฟ้า และเขียนปฏิกริ ยิ าออกซิเดชนั ปฏกิ ิริยารีดักชัน และปฏกิ ริ ิยารีดอกซ์ 4. ค�ำ นวณค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ และระบุประเภทของเซลล์เคมีไฟฟา้ ความเขา้ ใจคลาดเคล่อื นที่อาจเกดิ ขนึ้ ความเข้าใจคลาดเคลื่อน ความเข้าใจที่ถูกต้อง มีการปรับเปล่ียนเคร่ืองหมายของค่าศักย์ไฟฟ้า ถึงแม้ว่า E0 ของปฏิกิริยาออกซิเดชัน จะมี เคร่อื งหมายตรงขา้ มกบั E0 ของปฏกิ ิรยิ ารดี ักชัน มาตรฐานของครึ่งเซลล์รีดักชันสำ�หรับ E0 แต่การค�ำ นวณโดยใช้สมการ anode ในการคำ�นวณโดยใชส้ มการ E0 = E0 – E0 E0 = E0 – E0 ค่า E0cathode และ E0 cell cathode anode cell cathod anode anode เนื่องจากปฏิกิริยาท่ีแอโนดเป็นออกซิเดชัน เปน็ คา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของครง่ึ เซลลร์ ดี กั ชนั เชน่ Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) E0 = 0.34 V เสมอ โดยไม่มีการปรบั เปล่ียนเคร่ืองหมาย Cu(s) Cu2+(aq) + 2e- E0 = -0.34 V เมื่อมีการคูณเลขสัมประสิทธิ์ของสมการของ เมื่อมีการคูณเลขสัมประสิทธิ์ของสมการของ ค รึ่ ง เ ซ ล ล์ จ ะ ต้ อ ง มี ก า ร คู ณ ค่ า ศั ก ย์ ไ ฟ ฟ้ า ครึง่ เซลล์ จะไมม่ ีการคูณค่าศกั ย์ไฟฟ้ามาตรฐาน มาตรฐานของครึ่งเซลลน์ ้ันด้วยเชน่ ของครึ่งเซลล์น้ัน แตจ่ ะใชค้ า่ เดมิ เช่น Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) E0 = 0.34 V Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) E0 = 0.34 V 3Cu2+(aq) + 6e- 3Cu(s) E0 = 1.02 V 3Cu2+(aq) + 6e- 3Cu(s) E0 = 0.34 V สถาบันสง่ เสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 11 | เคมีไฟฟ้า เคมี เลม่ 4 180 แนวการจดั การเรียนรู้ 1. ครูนำ�เข้าสู่บทเรียนโดยทบทวนความรู้เกี่ยวกับทิศทางการเคล่ือนที่ของอิเล็กตรอนและ กระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟา้ โดยครูอาจวาดรปู วงจรไฟฟ้าประกอบการอธิบาย e- I I e- จากน้ันให้นักเรียนระบุทิศทางการเคล่ือนท่ีของอิเล็กตรอนและกระแสไฟฟ้าในเซลล์กัลวานิก Zn(s)|Zn2+(aq)||Cu2+(aq)|Cu(s) และใช้คำ�ถามว่า ขั้วใดมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า ซ่ึงควรได้คำ�ตอบว่า ขั้วโลหะทองแดงมีศกั ยไ์ ฟฟา้ สงู กวา่ 2. ครูอธิบายความหมายของศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ จากนั้นใช้คำ�ถามว่า ค่าความต่างศักย์ หรอื ศกั ยไ์ ฟฟ้าของเซลลว์ ดั ได้อยา่ งไร เพื่อน�ำ เขา้ สกู่ จิ กรรม 11.3 3. ครูให้นักเรียนทำ�กิจกรรม 11.3 การทดลองวัดค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เคมีไฟฟ้า แล้วให้ นกั เรยี นอภปิ รายผลการทดลองโดยใชค้ �ำ ถามทา้ ยการทดลอง กิจกรรม 11.3 การทดลองวดั คา่ ศักยไ์ ฟฟา้ ของเซลล์เคมีไฟฟา้ จุดประสงค์การทดลอง 1. ท ดลองวัดค่าศกั ย์ไฟฟา้ ของเซลลก์ ลั วานิก 2. ร ะบคุ รึง่ เซลลท์ เี่ กดิ ปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชันและปฏิกิริยารดี ักชันจากทิศทางการถ่ายโอน อิเล็กตรอน เวลาท่ีใช ้ อภิปรายก่อนท�ำ การทดลอง 5 นาที 15 นาที ทำ�การทดลอง 20 นาที นาที อภิปรายหลังท�ำ การทดลอง 40 รวม สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทที่ 11 | เคมไี ฟฟ้า 181 วสั ดุ อุปกรณ์ และสารเคมี รายการ ปริมาณต่อกลุ่ม สารเคมี 20 mL 20 mL 1. สารละลายคอปเปอร(์ II)ซลั เฟต (CuSO4) 1.0 mol/L 5 mL 2. สารละลายซงิ ค์ซลั เฟต (ZnSO4) 1.0 mol/L 1 แผ่น 3. สารละลายอิม่ ตัวของโพแทสเซยี มไนเทรต (KNO3) 1 แผ่น 4. แผ่นโลหะสังกะสี (Zn) ขนาด 1.5 cm × 5 cm 1 เครื่อง 5. แผ่นโลหะทองแดง (Cu) ขนาด 1.5 cm × 5 cm 2 ใบ วสั ดแุ ละอปุ กรณ์ 2 อัน 1 แผ่น 1. ม เิ ตอรค์ วามตา่ งศกั ยข์ องขว้ั ไฟฟา้ ชนดิ ทมี่ เี ลขศนู ยอ์ ยตู่ รงกลาง 2 แผ่น 2 แผ่น (ไมโครแอมมเิ ตอร์-โวลต์มิเตอร)์ * 2. บีกเกอร์ ขนาด 50 mL 3. กระบอกตวง ขนาด 10 mL 4. กระดาษกรอง ขนาด 1.0 cm × 10 cm 5. กระดาษทราย ขนาด 3 cm × 3 cm 6. กระดาษเยอ่ื *หมายเหตุ มเิ ตอร์ (ไมโครแอมมเิ ตอร์ – โวลตม์ เิ ตอร)์ ทใ่ี ชใ้ นการทดลองนเ้ี ปน็ แบบมขี ดี ศนู ยอ์ ยตู่ รงกลาง และสรา้ งใหเ้ ข็มมิเตอรเ์ บนไปในทิศทางเดียวกบั การเคลอ่ื นทข่ี องอิเล็กตรอน การเตรียมลว่ งหนา้ 1. ตดั แผน่ โลหะ Zn และ โลหะ Cu ขนาด 1.5 cm × 5 cm อยา่ งละ 1 ชน้ิ ต่อ 1 กลมุ่ 2. เตรยี ม CuSO4 1.0 mol/L ปรมิ าตร 300 mL โดยชงั่ CuSO4•5H2O 74.88 g ละลายใน น้ำ�กล่ันให้ได้ปริมาตร 300 mL (สารละลายที่เตรียมสามารถใช้ได้กับการทดลองของ นกั เรียนประมาณ 15 กลุ่ม) 3. เตรยี ม ZnSO4 1.0 mol/L ปริมาตร 300 mL โดยชง่ั ZnSO4•H2O 53.84 g ละลายใน นำ้�กล่ันให้ได้ปริมาตร 300 mL (สารละลายท่ีเตรียมสามารถใช้ได้กับการทดลองของ นักเรยี นประมาณ 15 กลมุ่ ) 4. เตรยี มสารละลาย KNO3 อิม่ ตวั ปรมิ าตร 75 mL โดยชั่ง KNO3 ประมาณ 30 g เตมิ ลงใน นำ้�กลั่นปริมาตร 75 mL (สารละลายที่เตรียมสามารถใช้ได้กับการทดลองของนักเรียน ประมาณ 15 กล่มุ ) สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟ้า เคมี เล่ม 4 182 ตัวอยา่ งผลการทดลอง เข็มของมเิ ตอร์เบนเข้าหาขว้ั โลหะทองแดง และคา่ ตวั เลขทว่ี ดั ไดต้ ามผลการทดลองจริง หมายเหตุ ทสี่ ภาวะมาตรฐาน คา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ ของเซลล์ Zn(s)|Zn2+(aq)||Cu2+(aq)|Cu(s) คอื 1.10 โวลต์ อย่างไรก็ตามค่าท่ีวัดได้จากการทดลองของนักเรียนอาจมีค่าเบ่ียงเบนไปจากน้ีเล็กน้อย เนอ่ื งจากปจั จยั ตา่ ง ๆ เชน่ ความบรสิ ทุ ธข์ิ องสารและขวั้ โลหะทใี่ ช้ ความแมน่ ย�ำ ของเครอื่ งมอื วัดค่าศกั ย์ไฟฟ้า อุณหภมู ทิ ที่ �ำ การทดลอง อภปิ รายผลการทดลอง การทดลองนใ้ี ชค้ รง่ึ เซลลท์ เ่ี กดิ ปฏกิ ริ ยิ าออกซเิ ดชนั คอื Zn(s)|Zn2+(aq) ซง่ึ เปน็ แอโนด และ ครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันคือ Cu2+(aq)|Cu(s) ซ่ึงเป็นแคโทด เม่ือต่อคร่ึงเซลล์ท้ังสอง ใหค้ รบวงจร ไดเ้ ซลลก์ ลั วานกิ Zn(s)|Zn2+(aq)||Cu2+(aq)|Cu(s) ซง่ึ มอี เิ ลก็ ตรอนเคลอ่ื นทจี่ าก ข้ัวโลหะ Zn ในฝ่ังแอโนดไปยังขั้วโลหะ Cu ในฝ่ังแคโทด และมีกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่จาก แคโทดไปยังแอโนด ซึ่งเข็มของมิเตอร์เบนเข้าหาข้ัวโลหะ Cu แสดงว่าเข็มของโวลต์มิเตอร์ เบนไปในทศิ ทางเดยี วกบั การเคลอ่ื นทข่ี องอเิ ลก็ ตรอน และจากคา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ ทว่ี ดั ได้ จากการ ทดลอง แสดงใหเ้ ห็นว่า ข้วั โลหะ Cu มีศักยไ์ ฟฟ้าสงู กวา่ ขั้วโลหะ Zn ตามค่าท่ีวัดได้ (ซงึ่ ตาม ทฤษฎเี มอื่ วดั คา่ ความต่างศักย์ท่ีสภาวะมาตรฐานจะไดค้ า่ ศักยไ์ ฟฟ้า 1.10 โวลต์) สรุปผลการทดลอง เมอ่ื ตอ่ ครง่ึ เซลล์ Zn(s)|Zn2+(aq) กับครงึ่ เซลล์ Cu2+(aq)|Cu(s) ให้ครบวงจร อเิ ล็กตรอน มกี ารเคลื่อนทจ่ี ากข้ัวโลหะ Zn ซง่ึ เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าออกซิเดชันไปยังข้วั โลหะ Cu ซึง่ เกิดปฏิกริ ิยา รีดักชัน และศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ท่ีวัดได้จะเป็นค่าท่ีบอกว่าคร่ึงเซลล์ Cu2+(aq)|Cu(s) มีค่า ศักย์ไฟฟา้ สงู กวา่ Zn(s)|Zn2+(aq) อย่เู ทา่ ใด 4. ครใู ห้ความรูเ้ พิม่ เตมิ โดยใชร้ ูป 11.3 เพื่ออธบิ ายวา่ ถ้าเปลย่ี นชนดิ ของโวลตม์ ิเตอร์เป็นแบบ ดิจิทัลและต่อข้ัวท่ีมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าเข้ากับขั้วบวกและต่อขั้วที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำ�กว่าเข้ากับขั้วลบของ โวลตม์ เิ ตอรค์ า่ ศักย์ไฟฟา้ ทวี่ ัดได้จะเปน็ บวก แตถ่ า้ ตอ่ สลบั ขว้ั ค่าศกั ยไ์ ฟฟา้ ท่ีวดั ไดจ้ ะเป็นลบ สถาบนั สง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทท่ี 11 | เคมีไฟฟา้ 183 5. ครูใช้คำ�ถามว่า จากกิจกรรม 11.3 นักเรียนสามารถวัดค่าศักย์ไฟฟ้าของแต่ละครึ่งเซลล์ ไดโ้ ดยตรงหรอื ไม่ เพราะเหตใุ ด ซงึ่ ควรไดค้ �ำ ตอบวา่ ไมไ่ ด้ เพราะคา่ ทวี่ ดั ไดเ้ ปน็ คา่ ความตา่ งศกั ยร์ ะหวา่ ง 2 ครึ่งเซลล์หรือเป็นค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ จากน้ันครูอธิบายเกี่ยวกับการกำ�หนดค่าศักย์ไฟฟ้าของ แตล่ ะคร่งึ เซลลโ์ ดยใชค้ า่ ศกั ย์ไฟฟ้าอ้างองิ และอธบิ ายองคป์ ระกอบของครงึ่ เซลลไ์ ฮโดรเจนมาตรฐาน โดยใช้รูป 11.4 ประกอบ 6. ครูอธิบายการต่อคร่ึงเซลล์ในการวัดค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานรีดักชันของคร่ึงเซลล์ทองแดง และสงั กะสี โดยใชร้ ปู 11.5 ประกอบ จากนนั้ ใชค้ �ำ ถามวา่ คา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ ทอี่ า่ นไดม้ เี ครอื่ งหมายเปน็ บวก หรือลบมีความสัมพันธ์กับปฏิกิริยาในแต่ละครึ่งเซลล์อย่างไร ซึ่งควรได้คำ�ตอบว่า ถ้ามีเคร่ืองหมาย เป็นบวกแสดงว่าครึง่ เซลลท์ ีส่ นใจเกดิ ปฏิกริ ิยารดี กั ชัน และถา้ มเี ครื่องหมายเปน็ ลบแสดงว่าครงึ่ เซลล์ ทีส่ นใจเกิดปฏกิ ริ ิยาออกซิเดชนั 7. ครูใหน้ ักเรยี นตอบคำ�ถามตรวจสอบความเข้าใจ ตรวจสอบความเขา้ ใจ จากรูป 11.5 (ข) หากต้องการให้ศักย์ไฟฟ้าที่อ่านได้จากการต่อคร่ึงเซลล์สังกะสี มาตรฐาน กบั SHE มีคา่ เปน็ บวก ควรตอ่ โวลต์มิเตอรอ์ ย่างไร หากต้องการให้ศักย์ไฟฟ้าที่อ่านได้จากการต่อคร่ึงเซลล์สังกะสีมาตรฐานกับ SHE มีค่า เปน็ บวก ควรต่อ Zn กบั ขว้ั ลบและ SHE กับขว้ั บวกของโวลต์มิเตอร์ ตามล�ำ ดบั 8. ครูให้นักเรียนพิจารณาตาราง 11.3 เพื่อเปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวออกซิไดส์ หรือตัวรีดิวซ์ โดยครูให้ข้อสังเกตว่า สารบางชนิดอาจมีค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์รีดักชัน ไดม้ ากกวา่ 1 คา่ ขน้ึ กบั ภาวะทเี่ กดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมจี ากนน้ั ยกตวั อยา่ งคา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของครง่ึ เซลล์ รดี กั ชนั ของ O2 ซงึ่ มี 3 ค่า ดงั นี้ 1. O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l) +1.23 V 2. O2(g) + 2H+(aq) + 2e- +0.68 V 3. O2(g) + 2H2O(l) + 4e- H2O2(aq) +0.40 V 4OH-(aq) ครอู ธบิ ายเพมิ่ เตมิ วา่ เมอื่ พจิ ารณาสมการเคมี 1. และ 2. พบวา่ เกดิ ในภาวะทเี่ ปน็ กรดเหมอื นกนั แต่เลขออกซิเดชันของออกซิเจนที่เปลี่ยนแปลงแตกต่างกัน แต่เมื่อพิจารณาสมการเคมี 1. และ 3. พบวา่ เลขออกซเิ ดชันของออกซเิ จนทเ่ี ปลย่ี นแปลงเทา่ กนั แต่เกดิ ในภาวะตา่ งกัน โดยสมการ 1. เกดิ ใน ภาวะที่เป็นกรด ส่วนสมการ 3. เกิดในภาวะที่เป็นกลาง ดังนั้นภาวะท่ีเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงมีผลให้ คา่ ศักย์ไฟฟา้ มาตรฐานของคร่งึ เซลลร์ ดี ักชันแตกตา่ งกัน 9. ครใู ห้นักเรยี นตอบคำ�ถามตรวจสอบความเขา้ ใจ สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี

บทที่ 11 | เคมไี ฟฟา้ เคมี เล่ม 4 184 ตรวจสอบความเข้าใจ พิจารณาตาราง 11.3 และตอบค�ำ ถามตอ่ ไปนี้ 1. ล�ำ ดบั ความสามารถในการเปน็ ตวั ออกซไิ ดสจ์ ากมากไปนอ้ ยของ Na+, Mg²+, Zn²+, Pb²+, H+, Cu²+ และ Ag+ เปน็ อย่างไร Ag+ > Cu2+ > H+ > Pb2+ > Zn2+ > Mg2+ > Na+ 2. ล�ำ ดบั ความสามารถในการเป็นตัวรดี ิวซ์จากมากไปน้อยของ Sn, Na, Au, Mg และ Zn เป็นอยา่ งไร Na > Mg > Zn > Sn > Au 10. ครูให้ความรู้ว่า จากข้อมูลในตาราง 11.3 ถ้าเปล่ียนปฏิกิริยาของครึ่งเซลล์รีดักชันให้เป็น ปฏิกิริยาของครึ่งเซลล์ออกซิเดชัน ค่าศักย์ไฟฟ้าของปฏิกิริยานั้นจะมีค่าเป็นตัวเลขท่ีเท่าเดิมแต่มี เครือ่ งหมายตรงกนั ขา้ ม 11. ครอู ธบิ ายวธิ กี ารค�ำ นวณคา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของเซลล์ โดยใชต้ วั อยา่ ง 12–15 ซง่ึ ตวั อยา่ ง 12 และ 13 เปน็ การแทนคา่ ในสตู ร ตวั อยา่ ง 14 เปน็ การค�ำ นวณคา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ จากสมการรดี อกซ์ และ ตัวอยา่ ง 15 เป็นการคำ�นวณคา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ ที่เกี่ยวขอ้ งกับเลขสมั ประสิทธิ์ 12. ครูให้นักเรยี นทำ�แบบฝึกหดั 11.5 เพอื่ ทบทวนความรู้ แนวทางการวัดและประเมินผล 1. ความรู้เกี่ยวกับความหมายและการคำ�นวณค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์และ คา่ ศกั ยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของเซลล์ และประเภทของเซลลเ์ คมไี ฟฟา้ จากการอภปิ ราย รายงานการทดลอง การท�ำ แบบฝึกหัด และการทดสอบ 2. ทกั ษะการสงั เกตและการทดลอง จากการสงั เกตพฤตกิ รรมในการท�ำ การทดลองและรายงาน การทดลอง 3. ทกั ษะการใชจ้ �ำ นวน จากการท�ำ แบบฝึกหดั 4. ทักษะความร่วมมือ การทำ�งานเป็นทีมและภาวะผู้นำ� จากการสังเกตพฤติกรรมในการทำ� การทดลอง 5. ทกั ษะการคดิ อยา่ งมวี จิ ารณญาณและการแกป้ ญั หา จากการสงั เกตพฤตกิ รรมในการอภปิ ราย 6. จติ วทิ ยาศาสตร์ด้านการใชว้ จิ ารณญาณและความใจกวา้ ง จากการสังเกตพฤติกรรมในการ อภปิ ราย 7. จิตวิทยาศาสตร์ดา้ นความรอบคอบ จากการสังเกตพฤตกิ รรมในการทำ�การทดลอง สถาบนั ส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เล่ม 4 บทที่ 11 | เคมีไฟฟา้ 185 แบบฝึกหดั 11.5 ตอบคำ�ถามต่อไปนโี้ ดยกำ�หนดให้การคำ�นวณใชค้ า่ E0 จากตาราง 11.3 1. ก�ำ หนดแผนภาพเซลลใ์ ห้ดงั นี้ Cr(s)|Cr3+(aq)||Sn4+(aq), Sn2+(aq)|Pt(s) 1.1 เขยี นสมการแสดงปฏิกริ ยิ าออกซิเดชนั ปฏิกิริยารดี กั ชนั และปฏกิ ริ ยิ ารดี อกซ์ จ ากแผนภาพแสดงว่าคร่งึ เซลล์ Cr(s)|Cr3+(aq) เป็นแอโนดเกิดปฏกิ ิริยาออกซิเดชนั และคร่ึงเซลล์ Pt(s)|Sn4+(aq), Sn2+(aq) เป็นแคโทดเกิดปฏิกิริยารีดักชัน ดังนั้น จึงเขยี นสมการแสดงปฏิกริ ยิ าเคมไี ดด้ งั นี้ ปฏกิ ิริยาออกซิเดชัน Cr(s) Cr3+(aq) + 3e- ปฏิกิริยารดี ักชนั Sn4+(aq) + 2e- Sn2+(aq) ปฏิกริ ิยารดี อกซ์ 2Cr(s) + 3Sn4+(aq) 2Cr3+(aq) + 3Sn2+(aq) 1.2 ค�ำ นวณคา่ ศกั ย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ ค่าศกั ย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์จากตาราง 11.3 Cr3+(aq) + 3e- Cr(s) E0 = -0.74 V Sn4+(aq) + 2e- Sn2+(aq) E0 = +0.13 V E0cell = E0 – E0 cathode anode = 0.13 – (-0.74) = 0.87 V 2. คำ�นวณค่าศกั ย์ไฟฟา้ มาตรฐานของเซลลต์ ่อไปน้ี 2.1 Ni(s)|Ni2+(aq)||Cu+(aq)|Cu(s) E0cell = E0 – E0 cathode anode = 0.52 – (-0.25) = 0.77 V 2.2 Fe(s)|Fe2+(aq)||Ag+(aq)|Ag(s) E0cell = E0 – E0 cathode anode = 0.80 – (-0.44) = 1.24 V สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

บทที่ 11 | เคมีไฟฟ้า เคมี เลม่ 4 186 2.3 Mg(s)|Mg2+(aq)||Fe3+(aq), Fe2+(aq)|Pt(s) E0cell = E0 – E0 cathode anode = 0.77 – (-2.37) = 3.14 V 3. ค�ำ นวณค่าศกั ยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของเซลลจ์ ากปฏกิ ิรยิ าต่อไปนี้ 3.1 Mg(s) + 2Ag+(aq) Mg2+(aq) + 2Ag(s) ปฏิกริ ยิ ารีดักชัน Ag+(aq) + e- Ag(s) (แคโทด) ปฏกิ ิรยิ าออกซเิ ดชนั Mg(s) Mg2+(aq) + 2e- (แอโนด) หาค่า E0 แคโทด Ag+(aq) + e- Ag(s) E0 = +0.80 V แอโนด Mg2+(aq) + 2e- Mg(s) E0 = -2.37 V E0cell = E0 – E0 cathode anode = 0.80 – (-2.37) = 3.17 V 3.2 Zn(s) + Cl2(g) Zn2+(aq) + 2Cl-(aq) E0cell = E0 – E0 cathode anode = 1.36 – (-0.76) = 2.12 V 3.3 Sn2+(aq) + 2Fe3+(aq) Sn4+ (aq) + 2Fe2+(aq) E0cell = E0 – E0 cathode anode = 0.77 – 0.13 = 0.64 V 3.4 2Al(s) + 3Fe2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Fe(s) E0cell = E0 – E0 cathode anode = -0.44 – (-1.66) = 1.22 V สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

เคมี เลม่ 4 บทท่ี 11 | เคมไี ฟฟ้า 187 4. ภาชนะท่ีทำ�ด้วยเหล็กเหมาะสมท่ีจะใช้บรรจุสารละลายทิน(II)คลอไรด์ (SnCl2) หรือไม่ เพราะเหตใุ ด จากตาราง 11.3 Sn2+(aq) + 2e- Sn(s) E0 = -0.14 V Fe2+(aq) + 2e- Fe(s) E0 = -0.44 V จากคา่ E0 แสดงวา่ Sn2+(aq) รบั อเิ ลก็ ตรอนไดด้ กี วา่ Fe2+(aq) กลา่ วคอื Fe(s) เสยี อเิ ลก็ ตรอน ได้ง่ายกว่า Sn(s) ดังนั้นจึงไมค่ วรบรรจสุ ารละลาย SnCl2 ในภาชนะที่ทำ�ด้วยเหลก็ เพราะวา่ Fe(s) จะเสยี อเิ ลก็ ตรอนใหแ้ ก่ Sn2+(aq) ท�ำ ให้ภาชนะเกิดการผกุ ร่อน ดงั ปฏิกริ ิยา ปฏกิ ิริยาออกซิเดชนั Fe(s) Fe2+(aq) + 2e- (แอโนด) ปฏิกิรยิ ารดี กั ชัน Sn2+(aq) + 2e- Sn(s) (แคโทด) ปฏิกิรยิ ารดี อกซ ์ Fe(s) + Sn2+(aq) Fe2+(aq) + Sn(s) สถาบันส่งเสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี