บทที่ 2 ธาตุ) + ารวัด) ปริมาณสารสัมพันธ์¹€นื้อหา คม 100... · เนื้อหาประกอบการสอน

ปรมาณสารสมพนธ 31/08/57

1

บทท 2 ปรมาณสารสมพนธ

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร.เพชรลดา กนทาด

http://www.science.mju.ac.th/chemistry/staffs/p_kunthadee.htm

มาจากการผสมภาษากรก 2 ค า = stoicheion (ธาต) + metron (การวด)

ปรมาณสมพนธ เปนเคมทเกยวของกบการค านวณปรมาณและความสมพนธของสารในปฏกรยาเคม ไดแก สารตงตน ผลตภณฑ และพลงงานของสารทเปลยนแปลงในปฏกรยา

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร.เพชรลดา กนทาด 2

2.1 อะตอม โมเลกล และไอออน • อะตอม (atom) หมายถง อนภาคทเลกทสดของธาตทแสดงสมบตเฉพาะและสามารถเกด

พนธะหรอปฏกรยาทางเคมได

• อะตอม ประกอบดวย

- นวเคลยส (nucleus) โปรตอน (proton) + นวตรอน (neutron) อยบรเวณกลางอะตอม

- อเลกตรอน (electron) อยรอบนวเคลยส

ปรมาณสมพนธ (Stoichiometry) ปรมาณสมพนธ

อะตอม โมเลกล และไอออน

ตาราง 2.1 สมบตบางประการของโปรตอน นวตรอน และอเลกตรอน

• โปรตอนและนวตรอนหนกกวาอเลกตรอน ประมาณ 1,800 เทา น าหนกอะตอมสวนใหญจงเปนของโปรตอนและนวตรอน

- จ านวนโปรตอนในนวเคลยส เรยกวา เลขอะตอม (atomic number) ใชสญลกษณ Z


ปรมาณสมพนธ

อนภาค สญลกษณ ประจ น าหนก

หนวย คลอมบ (c) (กรม) (amu)

อเลกตรอน e- -1 1.6 10-19 9.1096 10-28 0.000549

โปรตอน p+ 1 1.6 10-19 1.6726 10-24 1.007277

นวตรอน n0 0 0 1.6749 10-24 1.008665

- ผลบวกของจ านวนโปรตอนและนวตรอน เรยกวา เลขมวล (mass number) ใชสญลกษณ A

นนคอ A = Z + N (เมอ N = จ านวนนวตรอน)

• อะตอมของธาตอสระใด ๆ จะมจ านวนโปรตอนเทากบจ านวนอเลกตรอนเสมอ

(รเลขอะตอม รจ านวนอเลกตรอนของธาตนนดวย)

เลขอะตอมเปนคาเฉพาะของธาตแตละชนด ธาตชนดเดยวกนมจ านวนโปรตอนเทากนเสมอ

• การเขยนสญลกษณของธาต จะก าหนดสญลกษณของธาตโดยทวไปเปน X และแสดงต าแหนง

เลขมวล (A) และเลขอะตอมของธาต (Z) เปน 𝑋 𝑍𝐴 เชน

เลขมวล (A)

𝐻11 𝐻𝑒2

4

เลขอะตอม (Z)




http://www.science.mju.ac.th/chemistry/staffs/p_kunthadee.htm


2

- เชน 𝐴𝑙1327 แสดงถง ธาตอะลมเนยม (Al) ทมจ านวนโปรตอนเทากบ 13,

จ านวนอเลกตรอนเทากบ 13 และจ านวนนวตรอนเทากบ 27 - 13 = 14

• ไอโซโทป (isotope) = ธาตชนดเดยวกน และมจ านวนโปรตอนเทากน (เลขอะตอม, Z เทากน)

เชน 𝑂815 𝑂8

16 𝑂817 𝑂8

18 isotope ของออกซเจน

𝐻11 𝐻1

2 𝐻13 𝐻1

4 isotope ของไฮโดรเจน

𝐶612 𝐶6

13 𝐶614 𝐶6

15 isotope ของคารบอน




• ไอโซบาร (isobar) = ธาตตางชนดกน มเลขมวลเทากน (A เทากน)

เชน 𝐴𝑙1327 (A = 27, Z = 13, N = 14)

𝑆𝑖1427 (A = 27, Z = 14, N = 13) เปน isobar กน

𝑀𝑔1327 (A = 27, Z = 12, N = 15)

• ไอโซโทน (isotone) = ธาตตางชนดกน มจ านวนนวตรอนเทากน (N เทากน)

𝐶614 (A = 14, Z = 6, N = 8)

𝑁715 (A = 15, Z = 7, N = 8) เปน isotone กน

𝑂816 (A = 16, Z = 8, N = 8)




• โมเลกล (molecule) หมายถง หนวยโครงสรางทเลกทสดของธาตหรอสารประกอบท

สามารถอยไดโดยอสระ และยงคงมสมบตโดยสมบรณ

- โมเลกลอะตอมเดยว (monoatomic molecule) 1 โมเลกลม 1 อะตอม ไดแก He, Ne,

Ar, Kr, Xe และ Rn

- โมเลกลอะตอมค (diatomic molecule) 1 โมเลกลม 2 อะตอม แบงเปน

- homonuclear molecule เชน H2, O2, N2

- heteronuclear molecule เชน HCl, CO, NO

- โมเลกลหลายอะตอม (polyatomic molecule) 1 โมเลกลม > 2 อะตอม แบงเปน

- homonuclear molecule เชน P4, S8

- heteronuclear molecule เชน H2O, CH4, C6H12O6




• ไอออน (Ion) หมายถง อะตอมหรอกลมอะตอมทมประจ

ไอออนบวก อะตอมทเปนกลาง ไอออนลบ

(cation) เชน Na+, Ca2+, Mg2+ (จ านวนประจ + เทากบ -) (anion) เชน O2-, F-, Cl-

- ไอออนทเปนกลมของอะตอมทมประจ ไดแก SO42-, CO3

2-, NH4+ เปนตน

ปฏกรยาเคมทว ๆ ไป จ านวนโปรตอนไมเกยวของ ธาตจะไมเปลยนเปนธาตอนเมอเกดปฏกรยา

ยกเวน “ปฏกรยานวเคลยร” (Nuclear reaction) เกดการเปลยนแปลงในระดบนวเคลยส

ไดธาตใหมเกดขนหรอมการปลดปลอยพลงงานในรปของรงส




เสย e- รบ e-


3

2.2 มวลอะตอม และมวลโมเลกล

• มวลอะตอม

- เนองจากอะตอมมขนาดเลกมาก มวลหรอน าหนกนอยมาก (อะตอมทหนกทสดมมวล

ประมาณ 10-22 กรม) จงไมนยมใชการบอกมวลโดยตรง แตใชวธบอกเปน มวลหรอน าหนก

เปรยบเทยบ (relative mass หรอ relative weight) เรยกวา มวลอะตอม (Atomic mass) หรอ

น าหนกอะตอม (Atomic weight) โดยเปรยบเทยบกบมวลของอะตอมมาตรฐาน คอ 𝐶612

- หนวยของมวลเปรยบเทยบ คอ หนวยมวลอะตอม (atomic mass unit, amu) หรอ

ดาลตน (Dalton, D)

โดยท 1 amu (1 D) = 1.66 x 10-24 กรม

มวลอะตอม มวลโมเลกล






เชน ธาต H มมวลอะตอม 1.0079 amu

หมายความวา ธาต H 1 อะตอม หนกเทากบ 1.0079 x 1.66 x 10-24 กรม

- มวลอะตอมของธาตทปรากฏในตารางธาต มกเปนเลขทศนยมเพราะคดจากน าหนก

เฉลยของไอโซโทปของธาต

ตวอยางเชน ธาต H ในธรรมชาตม 2 isotopes คอ 𝐻11 มมวล = 1.0078 amu (ม

99.985% ในธรรมชาต) และ 𝐻12 มมวล = 2.0140 amu (ม 0.015% ในธรรมชาต)

ดงน น มวลอะตอมเฉลยของ H = [(99.985) x 1.0078] + [(0.015) x 2.0140] amu

100

= 1.0079 amu

กรณธาตอน ๆ กเชนเดยวกน เชน He (4.0026), Li (6.941) เปนตน




• มวลโมเลกล (Molecular weight) หรอ มวลสตร (Formula weight)

ไดจากผลบวกของมวลอะตอมทกอะตอมในหนงโมเลกลของสารหรอหนวยสตรนน

เชน น าหนกโมเลกลของ H2SO4 = (2 x 1.01) + (1 x 32.06) + (4 x 16.00)

= 98.08 amu

= 98.08 x 1.66 x 10-24 กรม

“โมล (mole)” เปนหนวยทใชบอกปรมาณสาร

โดยท 1 โมล = 6.02 x 1023 หนวย เรยกวา เลขอโวกาโดร (Avogadro’s number)

เชน อะตอม Be 1 โมล หมายถง อะตอม Be จ านวน 6.02 x 1023 อะตอม

ถา มวลอะตอม Be เทากบ 9.01 amu Be 1 อะตอม หนก 9.01 amu

ดงนน Be 1 โมล (6.02 x 1023 อะตอม) จะหนก = 6.02 x 1023 x 9.01 x 1.66 x 10- 24 กรม

= 9.01 กรม

โมเลกล N2 1 โมล หมายถง โมเลกล N2 จ านวน 6.02 x 1023 โมเลกล (เทากบ 2 x 6.02 x 1023

อะตอม)

โมล (mole)




4

ถา มวลโมเลกลของ N2 เทากบ 28.01 amu N2 1 โมเลกล หนก 28.01 amu

ดงนน N2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกล) จะหนก = 6.02 x 1023 x 28.01 x 1.66 x 10- 24 กรม

= 28.01 กรม

จะเหนวา

“ธาตใด ๆ จ านวนหนงโมลอะตอม จะมมวลในหนวยกรม เทากบมวลอะตอมของธาต

นน” (เชน Be 1 อะตอม หนก 9.01 amu Be 1 โมล หนก 9.01 กรม)

“โมเลกลหรอสารประกอบใด ๆ หนงโมล จะมมวลในหนวยกรม เทากบมวลโมเลกลของสารนน” (เชน N2 1 โมเลกล หนก 28.01 amu N2 1 โมล หนก 28.01 กรม)

“โมเลกลของกาซใด ๆ จ านวนหนงโมล จะมปรมาตรเทากบ 22.4 ลตร ทสภาวะ STP (0 oC, 1 atm)”

โมล (mole)



จ านวนโมลของสาร (n) ยงสามารถหาไดจากสตร

𝑛 = 𝑚

𝑀 ( หรอ 𝑚𝑜𝑙𝑒 =

𝑔

𝑀𝑊 )

เมอ 𝑛 = จ านวนโมล, 𝑚 = น าหนก (กรม), 𝑀 = มวลอะตอมหรอมวลโมเลกล

2.4 สตรเคม

• สตรเคม (Chemical formula) คอ กลมสญลกษณของธาตหรอสารประกอบท

แสดงองคประกอบและจ านวนอะตอมของธาตตาง ๆ ใน 1 โมเลกล เชน CO2 แสดงวา

1 โมเลกล ประกอบดวย ธาต C 1 อะตอม และ O 2 อะตอม

โมล (mole)



สตรเคม อาจแบงไดเปน 3 ชนด

- สตรเอมพรกล (Empirical formula) แสดงอตราสวนอยางต าของจ านวน

อะตอมของธาตทเปนองคประกอบของสารนน

- สตรโมเลกล (Molecular formula) แสดงชนดและจ านวนอะตอมของธาตทเปน

องคประกอบทมอยจรง ใน 1 โมเลกลของสาร

- สตรโครงสราง (Structural formula) แสดงการยดเหนยวของอะตอมภายใน

โมเลกล ตวอยางเชน

สตรเคม (Chemical Formula)



• การหาสตรเอมพรกล (สตรอยางงาย) และสตรโมเลกล

- ทราบชนดของธาตใน 1 โมเลกลของสาร

- หาอตราสวนโดยมวลของธาตตางๆ

- หาอตราสวนโดยโมลของธาตตางๆ

- เปรยบเทยบอตราสวนเปนเลขลงตวอยางต า

- จะได “สตรอยางงาย”

เมอทราบมวลโมเลกล จะค านวณหา “สตรโมเลกล” ไดโดย

(มวลของสตรอยางงาย)n = มวลโมเลกล (เมอ n = 1, 2, 3,….)

ดงนน (สตรอยางงาย)n = สตรโมเลกล





5

ตวอยาง 1 สารประกอบชนดหนง ประกอบดวยก ามะถนและออกซเจนในปรมาณรอยละ

50.05 และ 49.95 โดยน าหนก ตามล าดบ ถาทราบวาสารชนดนมมวลโมเลกลเทากบ 64

จงค านวณหาสตรอยางงายและสตรโมเลกล (ก าหนดมวลอะตอม S = 32, O = 16)

วธท า อตราสวนโดยน าหนกของ S : O = 50.05 : 49.95

อตราสวนโดยโมลของ S : O = 50.05

32 :

49.95

16 = 1.56 : 3.12

อตราสวนอยางต า = 1.56

1.56 :

3.12

1.56 = 1 : 2

ดงนน สตรอยางงาย คอ SO2

และสตรโมเลกลทวไปเปน (SO2)n




จาก (มวลสตรอยางงาย)n = มวลโมเลกล

(32 + (16 x 2)) n = 64

n = 64

64 = 1

ดงนน สตรโมเลกล คอ SO2 และจะเหนวาเปนสตรเดยวกบสตรอยางงาย




ตวอยาง 2 สารประกอบชนดหนงมธาต C, H และ O เปนองคประกอบ น าสารน 0.375 กรม

มาเผาจะไดผลตภณฑ คอ CO2 0.516 กรม และ น า 0.421 กรม จงค านวณหา

ก) สตรเอมพรกลของสารประกอบชนดน

ข) สตรโมเลกล เมอสารประกอบนมมวลโมเลกลเทากบ 64.028

วธท า

ก) CO2 หนก 44.099 กรม ประกอบดวย C หนก 12.011 กรม

ดงนน CO2 หนก 0.516 กรม จะประกอบดวย C หนก 12.011

44.009 0.516 กรม

= 0.141 กรม




H2O หนก 18.001 กรม ประกอบดวย H หนก 2.002 กรม

ดงนน H2O หนก 0.421 กรม จะประกอบดวย H หนก 2.002

18.001 x 0.421 กรม

= 0.0468 กรม

น าหนกของออกซเจนในสารประกอบน = น าหนกสารประกอบ – น าหนก C – น าหนก H

= 0.375 – 0.141 – 0.0468 กรม = 0.187 กรม

อตราสวนโดยโมลของอะตอม C : H : O = 0.141

12.001 :

0.0468

1.001 :

0.187

15.999

= 0.0117 : 0.0468 : 0.0117 = 1 : 4 : 1

ดงนน สตรเอมพรกลของสารประกอบน คอ CH4O





6

ข) (CH4O)n = 64.028

(12.011 + 4.004 + 15.999) n = 64.028

n = 64.028

32.014 = 2

ดงนน สตรโมเลกลของสารประกอบน คอ C2H8O2




ตวอยาง 3 ถามแกส NO2 หนก 7.48 กรม และก าหนดมวลอะตอมของ N = 14.0, O = 16.0

จงค านวณหา

ก) จ านวนโมลของ NO2 ข) จ านวนโมเลกลของ NO2

ค) จ านวนโมลของแตละธาตในแกส NO2 ปรมาณดงกลาว ง) จ านวนอะตอมของแตละธาต

วธท า ก) มวลโมเลกลของ NO2 = 14.0 + (2 x 16.0) = 46.0

จ านวนโมลของ NO2 = 7.48

46.0 = 0.1626 โมล

ข) แกส NO2 1 โมล มจ านวน = 6.02 x 1023 โมเลกล

ดงนน แกส NO2 0.1626 โมล จะมจ านวน = 0.1626 x 6.02 x 1023 โมเลกล




ค) แกส NO2 1 โมเลกล ประกอบดวย N 1 อะตอม และ O 2 อะตอม

ถา แกส NO2 1 โมลโมเลกล จะประกอบดวย N 1 โมลอะตอม และ O 2 โมลอะตอม

ดงนน แกส NO2 0.1626 โมล จะประกอบดวย N 0.1626 โมล

และ O 0.1626 x 2 = 0.3252 โมล

ง) จากขอ ค N 0.1626 โมล จะมจ านวน = 0.1626 x 6.02 x 1023 อะตอม

= 9.7885 x 1022 อะตอม

O 0.3252 โมล จะมจ านวน = 0.3252 x 6.02 x 1023 อะตอม

= 1.9577 x 1023 อะตอม




สมการเคม (Chemical Equation)



ปฏกรยาเคม (Chemical Reaction) = การเปลยนแปลงโครงสรางหรอองคประกอบของสารจากชนดหนงไปเปนอกชนดหนง

สารทเขาท าปฏกรยา ตวท าปฏกรยา (reactant) สารทเกดขนใหม สารผลตภณฑ (product)

ปฏกรยาเขยนแทนดวย สมการเคม (Chemical equation) ;

reactant1 + reactant2 + .…..….. product1 + product2 + ……….

สมการเคมทสมบรณ - ระบสถานะของสาร (s, l, g หรอ aq) สารละลายทมน าเปนตวท าละลาย = aqueous) - ดลจ านวนอะตอมและประจตามกฏทรงมวล

เชน CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g)

Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s)


7

สมการเคม แบงการเขยนไดเปน 2 ชนด คอ สมการแบบโมเลกล และ สมการไอออนก

1) สมการแบบโมเลกล จะแสดงสตรโมเลกลของสารในปฏกรยา

มหลกในการดลสมการโดยทวไป ดงน

- เรมจากโมเลกลใหญสดหรอมจ านวนธาตมากทสดกอน

- ดลธาตทเปนโลหะแลวตามดวยอโลหะ (ยกเวน H และ O)

- ดล H และดล O ตามล าดบ

- ตรวจดวาทกธาตในสมการดลครบแลว (บางครงอาจตองดลซ า)

ตวอยาง เชน KCl (s) + O2(g) KClO3 (s) ………… (2.1)

- เรมจากโมเลกลใหญสด คอ KClO3 โดยดลธาตทเปนโลหะใน KClO3 คอ K ดลอยแลว




KCl (s) + O2(g) KClO3 (s) ………… (2.1)

- ดลธาตทเปนอโลหะใน KClO3 คอ Cl ดลอยแลว

- ดลธาต O โดย เตม 3 หนา O2, เตม 2 หนา KClO3

- ตรวจดธาตทกธาตในสมการใหดล ซง K และ Cl ยงไมดล ตองเตม 2 หนา KCl

จะไดสมการทดลแลว ดงน, 2 KCl (s) + 3 O2(g) 2 KClO3 (s)

ตวอยางอก 1 ปฏกรยา คอ

Ba(NO3)2 (aq) + K2SO4 (aq) BaSO4 (s) + KNO3 (aq) …………. (2.2)

เมอดลสมการแลว จะได Ba(NO3)2 (aq) + K2SO4 (aq) BaSO4 (s) + 2 KNO3 (aq)




2) สมการไอออนก

นยมเขยนแสดงปฏกรยาทมสารประกอบไอออนกซงแตกตวเปนไอออนในสารละลาย

ได โดยในบางครงอาจเขยนเฉพาะสวนของสารทเขาท าปฏกรยา ส าหรบสารทไมละลาย สารท

ตกตะกอน หรอแกส ใหเขยนเปนสตรโมเลกล

เชน จากสมการ (2.2) ขางตน ;

Ba(NO3)2 (aq) + K2SO4 (aq) BaSO4 (s) + KNO3 (aq)

อาจเขยนเปนสมการไออนกทดลแลวไดดงน ;

Ba2+ (aq) + 2 NO3- (aq) + 2 K+ (aq) + SO4

2- (aq) BaSO4 (s) + 2 KNO3 (aq)

2 K+ (aq) + 2 NO3- (aq)




- สมการแสดงปฏกรยาเคม อาจแบงตามชนดของปฏกรยาอยางกวาง ๆ ได 2 ชนด คอ

(1) ปฏกรยาทไมมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชนของธาตหรออะตอม เชน ปฏกรยาสะเทน

กรด-เบส ปฏกรยาการตกตะกอน เปนตน ---> มกเขยนเปนสมการแบบโมเลกล เชน

H2SO4 (aq) + 2 NaOH (aq) Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l)

AgNO3 (aq) + NaCl (aq) AgCl (s) + NaNO3 (aq)

(2) ปฏกรยาทมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชนของธาตหรออะตอม หรอ ปฏกรยารดอกซ

ปฏกรยารดอกซ (ปฏกรยาออกซเดชน-รดกชน) ---> ปฏกรยาทมการใหและรบอเลกตรอนระหวาง

สารทเขาท าปฏกรยา

มกเขยนสมการแสดงปฏกรยารดอกซเปนแบบสมการไอออนก เพอใหเหนการเปลยนแปลง

เลขออกซเดชน เชน





8

Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s) ประกอบดวย

1) Zn (s) Zn2+ (aq) + 2 e- ปฏกรยาออกซเดชน (ให e- )

2) Cu2+ (aq) + 2 e- Cu (s) ปฏกรยารดกชน (รบ e- )

- ตวอยางการก าหนดเลขออกซเดชน มดงน

ชนดของธาต เลขออกซเดชน ตวอยาง

1) ธาตอสระ (ไมไดรวมกบธาตอนเกดเปนสารประกอบ) 0 O2, Na, Cl2, He, P4, S8

2) F ในสารประกอบฟลออไรด -1 HF, KF, OF2, SiF4

3) O ในสารประกอบทวไป -2 H2O, Li2O, H2SO4, KMnO4

ยกเวน O ในสารประกอบเปอรออกไซด (peroxide) -1 Na2O2, H2O2, K2O2

O ในสารประกอบซเปอรออกไซด -1/2 KO2, NaO2, LiO2

+2 OF2




ชนดของธาต เลขออกซเดชน ตวอยาง

4) H ในสารประกอบทวไป +1 H2O, NH3, HCl, H2S, PH4

ยกเวน H ในสารประกอบไฮไดรด (hydride) -1 CaH2, NaH, LiH

5) ธาตทวไปในสารประกอบมเลขออกซเดชนเทากบประจในรปของไอออนของธาต เชน

Cl– มเลขออกซเดชน -1 O2– มเลขออกซเดชน -2

Na+ มเลขออกซเดชน +1 Mg2+ มเลขออกซเดชน +2

Al3+ มเลขออกซเดชน +3

6) ผลบวกของเลขออกซเดชนในสารประกอบ = 0




- ตวอยางการหาคาเลขออกซเดชนของธาตบางตวในสารประกอบ เชน

2.6 การค านวณจากสมการเคม

สมการเคมทดลแลว ตวเลขทอยหนาสารแสดงถง จ านวนโมลของสารทท าปฏกรยากนพอด และ จ านวนโมลของผลตภณฑทเกดขน นอกจากนยงท าใหเกดปรมาณสมพนธตาง ๆ




KClO3 เลขออกซเดชนของ Cl = ?

เลขออกซเดชนของ K = +1, O = -2

K + Cl + 3O = 0

(+1) + Cl + 3 (-2) = 0

Cl = +5

Ba(NO3)2 เลขออกซเดชนของ N = ?

เลขออกซเดชนของ Ba = +2, O = -2

Ba + 2N + 6O = 0

(+2) + 2N + 6 (-2) = 0

N = +5

- ตวอยางเชน

ปฏกรยา 2 KCl + 3 O2 2 KClO3

อตราสวนโดยโมลเทากบ 2 โมล : 3 โมล : 2 โมล

อตราสวนโดยมวลเทากบ 2 x 74.6 กรม : 3 x 32.0 กรม : 2 x 122.6 กรม

อตราสวนจ านวนโมเลกลเทากบ

2 x 6.02 x 1023 โมเลกล : 3 x 6.02 x 1023 โมเลกล : 2 x 6.02 x 1023 โมเลกล

อตราสวนโดยปรมาตร เมอสถานะเปนแกสท STP เทากบ

2 x 22.4 ลตร : 3 x 22.4 ลตร : 2 x 22.4 ลตร

- จากความสมพนธ ท าใหสามารถค านวณปรมาณสารทไมทราบคา และปรมาณผลตภณฑทพงได

จากปฏกรยา

การค านวณจากสมการเคม




9

• สารก าหนดปรมาณ

สารก าหนดปรมาณ (Limiting agent) = สารทถกใชหมดไปในการท าปฏกรยาและเปน

ตวก าหนดปรมาณผลตภณฑทเกดขน

- สารจะเขาท าปฏกรยาเคมกนในอตราสวนโดยโมลทแนนอน (ตามสมการเคมทดลแลว)

- ถาใชปรมาณสารตงตนมากเกนพอ จะมสารหนงทเขาท าปฏกรยาจนหมด และอกสารหนงเหลอ

หลงจากเกดปฏกรยา

เชน ถาให H2 3 โมล ท าปฏกรยากบ O2 1 โมล ไดผลตภณฑคอ H2O จงหาวาสารใดเปนสารก าหนด

ปรมาณและจะได H2O เกดขนกโมล

ปฏกรยาทเกดข น คอ 2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l)




2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l)

จากโจทย ใชจ านวนโมลของสารเทากบ 3 โมล 1 โมล

แตจากสมการ จ านวนโมลในปฏกรยาเปน 2 โมล 1 โมล 2 โมล

ดงนน หลงการเกดปฏกรยา เหลอ หมด

จะไดวา สารก าหนดปรมาณ คอ กาซ O2 และได H2O เกดขน 2 โมล

** การค านวณทางปรมาณสมพนธของปฏกรยาเคมตาง ๆ จ าเปนตองดลสมการกอนเสมอ **

โจทยทางปรมาณสมพนธ มกถามความสมพนธในหนวยตาง ๆ ดวย เชน จ านวนโมล ,

จ านวนโมเลกล, น าหนก, ปรมาตรของกาซ เปนตน ดงตวอยางตอไปน




ตวอยาง 4 กระบวนการหมกน าตาลโดยใชยสตจะไดแอลกอฮอลเกดขน ดงสมการ

C6H12O6 ยสต C2H5OH + CO2

ถาใชน าตาล 500 กรม จะไดแอลกอฮอลเกดขนกกรม และไดกาซ CO2 กลตรท STP

วธท า จากโจทย ตองดลสมการเคมกอน และจะไดดงน

C6H12O6 ยสต 2 C2H5OH + 2 CO2

แสดงวา ในกระบวนการหมก ถาใช C6H12O6 1 โมล จะได C2H5OH 2 โมล และ CO2 2 โมลเปนผลตภณฑ

น าตาล 500 กรม คดเปนจ านวนโมล = 500 กรม = 500 กรม

มวลโมเลกลของ C6H12O6 180 กรม / โมล

= 2.78 โมล




จากสมการเคมทดลแลว ใชน าตาล 1 โมล จะไดแอลกอฮอลเกดขน 2 โมล

ดงนน ถาใชน าตาล 2.78 โมล จะไดแอลกอฮอล เทากบ

2 x 2.78 = 5.56 โมล x มวลโมเลกล C2H5OH = 5.56 โมล x 46 กรม / โมล

= 255.78 กรม

และไดปรมาตรกาซ CO2 = 5.56 โมล x ปรมาตรกาซ 1 โมลทสภาวะ STP

= 5.56 โมล x 22.4 ลตร ทสภาวะ STP

= 124.54 ลตร ทสภาวะ STP





10

ตวอยาง 5

จากสมการ 2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C 6 CaSiO3 + 10 CO + P4

จงหา ก) จ านวนโมเลกลของ SiO2 จากสมการแสดงปฏกรยา

ข) ถาได CaSiO3 1 โมล จะได P4 เกดขนกโมล

ค) ถาใช Ca3(PO4)2 1 โมล จะได P4 เกดขนกกรม

ง) ถาใช SiO2 100 กรม จะได CO เกดขนกกรม

จ) จงหามวลของ O ใน CaSiO3 100 กรม

วธท า ก) จ านวนโมเลกลของ SiO2

SiO2 1 โมล มจ านวน 6.02 x 1023 โมเลกล

จากสมการ SiO2 6 โมล จะมจ านวน = 6 x 6.02 x 1023 โมเลกล = 36.12 x 1023 โมเลกล




ข) ถาได CaSiO3 1 โมล จะได P4 เกดข นกโมล

จากสมการ ได CaSiO3 6 โมล และได P4 1 โมล

ถาได CaSiO3 1 โมล จะได P4 = 1

6 โมล = 0.167 โมล

ค) ถาใช Ca3(PO4)2 1 โมล จะได P4 เกดข นกกรม (มวลอะตอม P = 30.97)

จากสมการ ใช Ca3(PO4)2 2 โมล จะเกด P4 1 โมล = 30.97 x 4 = 123.88 กรม

ถาใช Ca3(PO4)2 1 โมล จะเกด P4 = 123.88

2 กรม = 61.94 กรม




ง) ถาใช SiO2 100 กรม จะได CO เกดข นกกรม

(มวลโมเลกล SiO2 = 60.09, CO = 28.01)

จากสมการ ใช SiO2 360.54 กรม (6 โมล) เกด CO 280.10 กรม (10 โมล)

ถาใช SiO2 100 กรม เกด CO = 280.10

360.54 x 100 กรม = 77.69 กรม

จ) จงหามวลของ O ใน CaSiO3 100 กรม (มวลโมเลกล CaSiO3 = 116.17)

ใน CaSiO3 จ านวน 116.17 กรม ม O 48.00 กรม

ถาใน CaSiO3 จ านวน 100 กรม ม O = 48.00

116.17 x 100 กรม = 41.32 กรม




• ผลผลตรอยละ หรอ เปอรเซนตผลผลต

ผลผลตรอยละ หรอ เปอรเซนตผลผลต (% yield)

= ปรมาณผลผลตจรง (𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑)

ปรมาณผลผลตตามทฤษฎ (𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑)x 100 %

ผลผลตจรง (actual yield) ผลผลตทไดจากการทดลอง

ผลผลตตามทฤษฎ (theoretical yield) ผลผลตทมากทสดทไดจากปฏกรยาทเกดขน

สมบรณ

** ปรมาณผลผลตตาง ๆ อาจเปนจ านวนโมล หนวยน าหนก หรอหนวยปรมาตรกได แตตองเปนหนวยเดยวกน **





11

ตวอยาง 6 จากสมการตอไปน C2H5OH + PBr3 C2H5Br + H3PO3

ก) จงท าสมการใหดล

ข) ถาใช PBr3 5.42 กรม จะได C2H5Br อยางมากทสดกกรม

ค) เมอท าการทดลองพบวาได C2H5Br 4.30 กรม จงหาผลผลตรอยละของสารน

(ก าหนด มวลโมเลกล PBr3 = 270.67, C2H5Br = 108.9)

วธท า

ก) ดลสมการเคมไดดงน

3 C2H5OH + PBr3 3 C2H5Br + H3PO3




ข) ใช PBr3 5.42 กรม คดเปนจ านวนโมล = 5.42

270.67 = 0.02 โมล

จากสมการเคมทดลแลว ใช PBr3 1 โมล จะได C2H5Br เกดขน 3 โมล

ดงนน ถาใช PBr3 0.02 โมล จะได C2H5Br เทากบ 3 x 0.02 = 0.06 โมล x 108.9

= 6.534 กรม

ค) จากการทดลองได C2H5Br 4.30 กรม

ดงนน ผลผลตรอยละของ C2H5Br = น าหนก 𝐶2𝐻5𝐵𝑟 จากการทดลอง

น าหนก 𝐶2𝐻5𝐵𝑟 ตามทฤษฎ x 100 %

= 4.30

6.534 x 100 = 65.81 %




• กฎเกยวกบน าหนก

1.1) กฎทรงมวล (law of conservation of mass)

- อองตวน โลรอง ลาววซเยร (AntoinLaurent Lavoisier, ค.ศ.1774) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศสไดทดลองเผาสารเมอรควร(II)ออกไซด (HgO) ในหลอดปดพบวาไดปรอทและออกซเจน ดงสมการ

2 HgO (s) Hg (l) + O2(g)

- ผลการทดลองพบวา มวลของสารทงหมดกอนเกดปฏกรยาเทากบ

มวลของสารทงหมดหลงเกดปฏกรยา

- ทดลองท าหลายๆ ครงกไดผลเชนเดม




- สรปเปนกฎเรยกวา กฎทรงมวล

“ในปฏกรยาเคมใดๆ มวลของสารทงหมดกอนเกดปฏกรยาเทากบมวลของสารทงหมดหลงเกดปฏกรยา”

- ตวอยางเชน เมอใหแกสไฮโดรเจน (H2) 4 กรมท าปฏกรยากบแกสออกซเจน (O2) 32 กรม จะเกดน า 36 กรม

- น าโซเดยมซลเฟต (Na2SO4) 142 กรม มาท าปฏกรยากบแบเรยมคลอไรด (BaCl2) 208 กรม เกดโซเดยมคลอไรด (NaCl) 117 กรม ถาการทดลองนเปนไปตามกฎทรงมวลปฏกรยาดงกลาวจะเกดแบเรยมซลเฟต (BaSO4) กกรม

Na2SO4 + BaCl2 BaSO4 + NaCl





12

วธท า

1) มวลของสารทงหมดกอนเกดปฏกรยาคอ

มวลของโซเดยมซลเฟต + มวลของแบเรยมคลอไรด = 142 + 208 = 350 กรม

2) มวลของสารทงหมดหลงเกดปฏกรยาคอ

มวลของโซเดยมคลอไรด + มวลของแบเรยมซลเฟต = 117 + x กรม

มวลของสารทงหมดกอนเกดปฏกรยา = มวลของสารทงหมดหลงเกดปฏกรยา

350 = 117 + x

เกด BaSO4 = x = 350 – 117 = 233 กรม




1.2) กฎสดสวนคงท (law of constant proportions)

- ป ค.ศ. 1802 โจเซฟ เพราสต (Joseph Prouste) นกวทยาศาสตรชาวฝรงเศส ท าการทดลองและศกษาปฏกรยาเคมเกยวกบการรวมตวของธาตเปนสารประกอบ

- พบวาอตราสวนโดยมวลของธาตทรวมกนเปนสารประกอบหนงๆ จะมคาคงท

- ตอมาไดตงเปนกฎเรยกวา กฎสดสวนคงท

“เมอธาตตงแตสองชนดขนไปรวมตวกนเกดเปนสารประกอบ

อตราสวนโดยมวลธาตท เปนองคประกอบนนยอมมคาคงท เสมอไมวาสารประกอบนนจะเตรยมขนโดยวธใดหรอจะเตรยมกครงกตาม”




- ตวอยางเชน เมอธาตไฮโดรเจนรวมตวกบธาตออกซเจนเปนน า อตราสวนโดยมวลของไฮโดรเจนตอออกซเจนเทากบ 1:8 เสมอ ไมวาจะเตรยมน าโดยวธใดๆ หรอกครงกตาม




ตารางท 1 แสดงการรวมตวระหวาง H กบ O เปน H2O เปนไปตามกฎสดสวนคงท

• ตวอยางโจทยการค านวณ

1) CH3OH 1 โมล ม H กโมลอะตอม กโมเลกล

2) CH3OH 64 กรม มกโมล และมกโมเลกล

3) CH3OH 64 กรม ม O หนกกกรม

4) CH3OH ม H เปนองคประกอบคดเปนรอยละเทาใด

5) Zn + HCl ZnCl2 + H2

5.1) อตราสวนโดยโมลของ Zn : HCl : ZnCl2 : H2 ในสมการเคมทดลแลวคอ

5.2) จะตองใช Zn กกรมจงจะท าปฏกรยาพอดกบ HCl 36.5 กรม (มวลอะตอม Zn = 65 กรมตอโมล)

5.3) จากขอ 5.2 จะเกด H2 กลตรท STP

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป

อ.ดร.เพชรลดา กนทาด 48


Documents

บทที่ 2 ธาตุ) + ารวัด) ปริมาณสารสัมพันธ์¹€นื้อหา คม 100... · เนื้อหาประกอบการสอน