ปฎิบัติการที่ 1 เรื่อง ปริมาณสารสัมพันธ์

16 การทดลองท่ี 1 ปริมาณสารสัมพันธ์เคมี (Chemical Stoichiometry)วัตถปุ ระสงค์ 1. ศกึ ษาความสมั พนั ธ์ตามปริมาณสารสมั พนั ธ์เคมขี องปฏกิ ิริยา 2. ศกึ ษาการเตรียมสารจากปฏกิ ิริยาเคมีของสารตงั้ ต้นตามปริมาณท่ีกาหนดไว้หลักการ การศึกษาการเตรียมสารประกอบเคมีในห้องปฏิบัติการเคมี ต้องทราบความสมั พันธ์เชิงปริมาณท่ีเกี่ยวข้องกบั สารท่เี ข้าทาปฏิกิริยาในปริมาณตา่ งๆ Stoichiometry มาจากคากรีก Stoicheion หมายถึง ธาตุ และMetron หมายถึง การวดั ดงั นนั้ Stoichiometry หมายถึงการศึกษาปฏิกิริยาเคมี และองค์ประกอบเคมีในเชิงปริมาณทกุ อยา่ ง ในปฏิกิริยาเคมี สารท่ีเข้าทาปฏิกิริยาบางตวั อาจถูกใช้หมดไปก่อนท่ีตวั อื่นจะหมด เช่น ถ้าผสมแก๊สไฮโดรเจน 5 โมล เข้ากบั แก๊สออกซิเจน 1 โมล และปลอ่ ยให้เกิดปฏิกิริยาตามสมการ 2H2(g) + O2(g)  2H2O(g) ____________(1.1) ไฮโดรเจนเพียง 2 โมล เท่านนั้ ท่ีจะเข้าไปทาปฏิกิริยา และออกซิเจน 1 โมล จะถกู ใช้หมดหลงั จากท่ีออกซเิ จนหมดไปแล้ว ปฏกิ ิริยาก็ไมส่ ามารถเกิดตอ่ ไปได้อกี จะไมม่ ีผลติ ภณั ฑ์นา้ เกิดเพ่มิ ขนึ ้ ปริมาณของผลติ ภณั ฑ์จึงถกู กาหนดโดยสารเข้าทาปฏกิ ิริยาท่ีหมดไปก่อน สารเข้าทาปฏิกิริยาที่หมดไปก่อน เรียกวา่ สารกาหนดปริมาณ (Limiting Agent) เมื่อปฏิกิริยาเคมีเกิดขึน้ ปริมาณของผลิตภณั ฑ์ที่กาหนดให้ชนิดหน่ึงจะมีค่ามากที่สุด ตามค่าท่ีคานวณได้จากปริมาณสารสัมพันธ์ตามสมการเคมี เรียกปริมาณผลิตภัณฑ์นีว้ ่าเป็ น ผลผลิตตามทฤษฎี(Theoretical Yield) แต่ในทางปฏิบัติปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ได้ อาจได้ น้ อยกว่าจากทฤษฎี อาจเน่ืองมาจากเกิดปฏิกิริยาข้างเคียงอ่ืนๆ หรือปฏิกิริยาดาเนินไปไมส่ มบรู ณ์จึงมีค่าที่ใช้วดั ประสิทธิภาพของปฏิกิริยาคือ ผลผลิตร้อยละ (Percentage Yield) ซง่ึ มคี วามสมั พนั ธ์ดงั สมการตอ่ ไปนี ้ ผลผลติ ร้อยละ = ผลผลิตทไ่ี ด้จริง  100 ______________(1.2) ผลผลิตตามทฤษฎีเชน่ ปฏกิ ิริยาการเผาไหม้ของเอธิลนี (C2H4) ในอากาศ ตามสมการ C2H4(g) + 3O2(g)  2CO2(g) + 2H2O(l) ถ้าใช้ C2H4 1.93 g ทาปฏกิ ิริยากบั O2 5.92 g ในท่ีนี ้O2 จะเป็ นสารกาหนดปริมาณ และผลิตภณั ฑ์ CO2ท่เี กิดขนึ ้ จะเทา่ กบั 5.43 g ซง่ึ เป็ นคา่ ผลผลติ ตามทฤษฎี ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั นเรศวร (พมิ พ์: พฤษภาคม 2555)

17 ถ้าในการทาปฏิกิริยาจริงได้ CO2 เพียง 3.48 g ซงึ่ อาจเน่ืองมาจากปฏิกิริยาการเผาไหม้ของ C2H4 เกิดCO2 เพียงบางสว่ น ในท่นี ผี ้ ลผลติ ร้อยละของ CO2 จะเป็ น 3.48g ผลผลติ ร้อยละของ CO2 = 5.43g x 100 = 64.1 %อุปกรณ์ 1. เครื่องชงั่ ทศนิยม 2 ตาแหนง่ 2. เตาอบสาร 3. บกี เกอร์ ขนาด 50 และ 100 mL อยา่ งละ 1 ใบ 4. กระบอกตวงขนาด 25 ml 1 อนั 5. แทง่ แก้วคน 1 แทง่ 6. ขวดนา้ กลน่ั 1 ขวด 7. กรวยกรอง 1 อนั 8. กระดาษกรอง 1 แผน่ 9. กระจกนาฬิกา 1 อนัสารเคมี 1. โซเดยี มคาร์บอเนต (Na2CO3, MW = 106) 0.5 กรัม 2. แคลเซียมคลอไรด์ (CaCl2, MW = 111) 0.6 กรัมวธิ ีการทดลอง 1. ชงั่ Na2CO3 ประมาณ 0.5 g (ให้ได้นา้ หนกั แนน่ อน ทศนิยมตามเคร่ืองชงั่ ) โดยใช้บีกเกอร์ใบที่ 1 เติมนา้ กลนั่ ประมาณ 20 mL คนจน Na2CO3 ละลายหมด ถ้ายงั ไมล่ ะลายให้เตมิ นา้ กลนั่ อกี 2. ชงั่ CaCl2 ประมาณ 0.6 g (ให้ได้นา้ หนกั แนน่ อน ทศนิยมตามเคร่ืองชงั่ ) โดยใช้บีกเกอร์ใบท่ี 2 เติมนา้ กลนั่ ประมาณ 20 mL คนจน CaCl2 ละลายหมด ถ้ายงั ไมล่ ะลาย ให้ทาการอนุ่ สารละลายจนละลายหมด 3. เทสารละลาย CaCl2 (จากข้อ 2) ลงในสารละลาย Na2CO3 (จากข้อ 1) อย่างช้า ๆ คนอยา่ งทว่ั ถึง ทาไป เช่นนจี ้ นสารละลาย CaCl2 หมด ถ้ายงั มี CaCl2 ตดิ ค้างอยใู่ นบกี เกอร์หรือแทง่ แก้วคน ให้ล้างด้วยนา้ กลน่ั ปริมาณเลก็ น้อย แล้วเทนา้ ล้างนลี ้ งในสารผสมของ CaCl2 กบั Na2CO3 สงั เกตสขี องตะกอนท่ีได้ 4. ให้ความร้ อนแก่สารผสมจนเกือบเดือด จากนนั้ หยดุ ให้ความร้อน สงั เกตสีและลกั ษณะของตะกอนที่ได้ แล้วตงั้ ทงิ ้ ไว้ให้เยน็ 5. ชง่ั นา้ หนกั ของกระดาษกรองและกระจกนาฬกิ ารวมกนั บนั ทกึ นา้ หนกั ทไี่ ด้ 6. เม่ือทาให้สารละลายในข้อ 4 เย็นลงแล้วให้กรองตะกอนด้วยกระดาษกรอง และกรวยกรอง ล้างตะกอน ด้วยนา้ กลนั่ ลงในกรวย 2-3 ครัง้ อยา่ งช้า ๆ จากนนั้ ปลอ่ ยไว้ให้แห้ง ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั นเรศวร (พิมพ์: พฤษภาคม 2555)

18 7. นาตะกอนท่ีได้อบด้วยเครื่องอบสาร ที่ 1100C เป็ นเวลา 30 นาที จนตะกอนแห้งสนิท ถ้าตะกอนยงั ไม่ แห้งให้อบตอ่ (การอบ จะอบทงั้ ทีม่ กี ระดาษกรองรองรับด้วยกระจกนาฬิกา) 8. นากระดาษกรองท่ีมีตะกอนรวมทงั้ กระจกนาฬิกามาชง่ั นา้ หนกั บนั ทกึ นา้ หนกั ที่ได้จริงจากการทดลองนี ้ คานวณหานา้ หนกั ตะกอน CaCO3 ท่ไี ด้ตามทฤษฏีและผลผลติ ร้อยละของผลติ ภณั ฑ์ทไี่ ด้ 9. สารละลายท่ีกรองเอาตะกอนออกแล้วให้ทงิ้ ลงอ่างนา้ และเปิ ดนา้ ตามมากๆหมายเหตุ - หอ่ กระดาษกรองที่มตี ะกอนใสถ่ งุ พลาสติก แล้วสง่ อาจารย์ผ้คู มุ ปฏิบตั ิการ - การคานวณให้คดิ เลขนยั สาคญั ด้วย - เมอ่ื กาหนดให้ CaCO3 มี MW = 100.08 ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั นเรศวร (พิมพ์: พฤษภาคม 2555)

19 รายงานการทดลองท่ี 1ปริมาณสารสัมพันธ์เคมี (Chemical Stoichiometry)หมทู่ ี่………………………วชิ าเอก………………..……….คณะ…………………………………..……….……….ทาการทดลองวนั ท่ี…………………...…เดอื น…………………..………พ.ศ………………เวลา…….…………....ช่ืออาจารย์ผ้คู วบคมุ การทดลอง……………………………………………………………………………….……....ช่ือผ้ทู าการทดลอง 1. …………………………………………………………………………………รหสั ………………….…… 2. …………………………………………………………………………………รหสั …………………….… 3. …………………………………………………………………………………รหสั ………………….…… 4. …………………………………………………………………………………รหสั ………………….……1. ในการทดลองชง่ั Na2CO3 = …………………………………………g2. ในการทดลองชง่ั CaCl2 = ………………………………………….g3. สขี องตะกอนในการทดลองข้อ 3 คอื …………………………………………......4. สแี ละลกั ษณะของตะกอนในการทดลองข้อ 4 คือ ………………………………………………5. นา้ หนกั ของตะกอนทไ่ี ด้จริงจากการทดลอง = ……………………..…………….……g6. จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขนึ ้……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………7. จงแสดงวิธีคานวณวา่ สารใดเป็ นสารกาหนดปริมาณในการทดลองนี ้……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………สารกาหนดปริมาณคือ ………………………………………….8. ตะกอนทไ่ี ด้จากการทดลองคือ สารประกอบ = ……………………………………………….9. จงแสดงวธิ ีการคานวณหานา้ หนกั ของตะกอนตามทฤษฎี…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………......................................................................................................................................................................นา้ หนกั ของตะกอนตามทฤษฎี = .…………………………………………gภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั นเรศวร (พมิ พ์: พฤษภาคม 2555)

2010. จงแสดงวิธีการคานวณหาผลผลติ ร้อยละของผลติ ภณั ฑ์ทไ่ี ด้………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11. ผลทไ่ี ด้จากการทดลองคลาดเคลอื่ นไปจากทฤษฎีเนือ่ งจาก……………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………..…………………………………12. ถ้าปฏิกิริยาทใี่ นข้อ 6 เกิดขนึ ้ อยา่ งสมบรู ณ์ ดงั นนั้ ในสารละลายของสารผสมทีก่ รองตะกอนออกไปแล้ว จะประกอบด้วยไอออนดงั นี ้ คือ……………………………………………………………………………………………………….. ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร์ มหาวทิ ยาลยั นเรศวร (พิมพ์: พฤษภาคม 2555)