แบบฝกหดชดท 1

1. ในการทดลองเพอหาปรมาณพลงงานทไดจากอาหาร โดยนาตวอยางอาหารมาเผาในบรรยากาศทมออกซเจน ทา

ใหอณหภมสงขน 2.89°C และเมอผานกระแสไฟฟา 1.27 A จากแหลงจายไฟขนาด 12.5 V เขาไปในแคลอรมเตอร

เดยวกนนเปนเวลา 157 วนาท ทาใหอณหภมสงขน 3.88°C จงหาพลงงานทปลอยออกมาเปนความรอนจากการเผา

ไหม

วธทา นาขอมลทใหมา คานวณหาคาความจความรอนของแคลอรมเตอร C

จากสตร q = IVt = (1.2 A) × (12.5 V) × (157 s) = 2.49 kJ [1 As = 1 C, 1 CV=1J]

C = q/ΔT = 2.49 kJ/3.88 K = 0.642 kJ K-1

เมอใชแคลอรมเตอรนเผาอาหารในบรรยากาศของออกซเจน และปรมาตรคงท จะไดวา ΔUcalorimeter = qv = CΔT = (0.642 kJ K-1) × (2.89 K) = +1.86 kJ ซงเปนพลงงานทปลอยออกมาดวยปฏกรยาการเผาไหม Ans 2. จงคานวณหาการเปลยนแปลงเอนโทรป (ΔS) ของนา 100 กรม เมอถกใหความรอนทาใหอณหภมสงขนจาก

อณหภมหอง (20°C) เปนอณหภมรางกาย กาหนดให Cp,m = 75.5 JK-1mol-1

วธทา จากสตร ΔS = Cpln(Tf/Ti) = nCp,m ln(Tf/Ti)

= (100 g/18.02 g mol-1) × 75.5 JK-1mol-1 × ln (310 K/293 K) = 23.6 J K-1 Ans 3. จงหาจดเยอกแขงของนา 150 cm3 ทเตมนาตาลทรายลงไป 7.5 กรม

วธทา ใหนา 150 cm3 มมวล 0.150 kg จากสตร ΔTf = KfbB = 1.86 K kg mol × {7.5 g /(342.3 g mol × 0.150 kg)} B

-1 -1

= 0.27 K ดงนน จดเยอกแขงของนาจะไดเทากบ -0.27°C Ans

4. จงคานวณหาพลงงานกบสมาตรฐานของปฏกรยา ท 25°C สาหรบปฏกรยา

CO2(g) + H2O(l) ---> H2CO3 ทเรงโดยเอนไซม carbonic anhydrase ในเมดเลอดแดง

วธทา จากสตร ΔrHo = Σ νΔfHoproducts - Σ νΔfHo reactants

ΔrSo = Σ νSmoproducts - Σ νSmo reactants

ΔrGo = ΔrHo - TΔrSo

หาเอนทลปมาตรฐานของปฏกรยากอน ไดวา ΔrHo = ΔfHo(H2CO3,aq) – {ΔfHo(CO2,g) + ΔfHo(H2O,l)} = -699.65 kJ mol-1 – {(-393.51 kJ mol-1) + (-285.83 kJ mol-1)} = -20.31 kJ mol-1

หาเอนโทรปมาตรฐานของปฏกรยา ไดวา ΔrSo = Smo(H2CO3,aq) – { Smo (CO2,g) + Smo (H2O,l)} = (187.4 J K-1 mol-1) – {(213.74 J K mol-1) + (69.91 J K mol-1)} = -96.3 J K-1 mol-1

ดงนน ΔrGo = (-20.31 kJ mol-1) – (298.15 K) × (-9.63 × 10-2 kJ K-1 mol-1)

= + 8.40 kJ mol-1 Ans 5. cytochrome c oxidase รบอเลกตรอนจาก reduced cytochrome c แลวสงตอไปยงโมเลกลออกซเจน ทาให

ไดนา จงเขยนปฏกรยาสาหรบกระบวนการน ซงเกดในสภาวะทเปนกรด

วธทา จากตาราง Biological standard potentials ไดวา R: O2(g) + 4 H+ (aq) + 4 e- → 2 H2O(l) EoR = + 0.81 V L: Fe3+ (Cyt c) + e- → Fe2+ (Cyt c) EoL = + 0.25 V ดงนน สามารถเขยนปฏกรยารวม โดยไมม e- ไดเปน R – 4 × L

O2(g) + 4 H+ (aq) + 4 Fe2+ (Cyt c) → 2 H2O(l) + 4 Fe3+ (Cyt c) Ans 6. ในการศกษาเอนไซม alcohol dehydrogenase ซงเรงปฏกรยา oxidation ของเอทานอล พบวาความเขมขน

ของเอทานอลลดลงแบบปฏกรยาอนดบหนง จาก 220 มลลโมลตอลตร เปน 56.0 มลลโมลตอลตร ในเวลา 1.22 x

104 วนาท จงหาคาคงทอตราของปฏกรยาน

วธทา จากสตร ln{[A]0/[A]} = krt ไดวา kr = {ln(220/56.0)}/1.22 × 104

= 1.12 × 10-4 s-1 Ans

แบบฝกหดชดท 2

1. มนษยโดยทวไปจะปลอยพลงงานจากเมแทบอลซมออกมาในรปความรอนวนละ 10 MJ สมมตวาถารางกายเปน

ระบบ isolated และมมวล 65 กโลกรม มความจความรอนเทยบเทากบนา รางกายมนษยจะมอณหภมสงขนจาก

เดมเทาใดเมอไดรบพลงงานดงกลาว

วธทา จากสตร q = mCwaterΔT โดยท Cwater = 4.18 J K-1 g -1

(ความรอน 1 แคลอร คอ พลงงานททาใหนา 1 กรม มอณหภมสงขน 1 องศาเซลเซยส ดงนน นาจงมคาความจ

ความรอน = 1 cal K-1 g-1 = 4.18 J K-1 g -1 นนเอง) ดงนน ΔT = q/mCwater = 10 × 106 J / {(65 × 103 g) × (4.18 J K-1 g-1)}

= 37 K = 37°C Ans 2. ถานสตเอากอนนาแขงหนก 100 กรมใสลงไปในแกวทมนาอย อณหภมเหนอ 0°C เพยงเลกนอย เมอนาแขง

ละลาย พลงงานจะถกดดซบจากสงแวดลอมในรปความรอนประมาณ 33 kJ จงหาการเปลยนแปลงเอนโทรปของ

นาแขงและของสงแวดลอม (นาในแกว)

วธทา จากสตร ΔSice = qrev/T = 33 kJ/273 K = +0.12 kJ K-1

และ ΔSsur = qsur/T = -33 kJ/273 K = -0.12 kJ K-1 Ans

3. เตมนาตาลทราย 100 กรมลงในนา 1 ลตร จงคานวณหาจดเดอดและจดเยอกแขงของนาเชอมทไดเปนองศา

เซลเซยส

วธทา นา 1 ลตร มมวล 1 kg จากสตร ΔTb = KbbB = 0.51 K kg mol × {100 g /(342.3 g mol × 1 kg)} B

-1 -1

= 0.15 K ดงนน จดเดอดของนาเชอมจะไดเทากบ 100.15°C

จากสตร ΔTf= KfbB = 1.86 K kg mol × {100 g /(342.3 g mol × 1 kg)} B

-1 -1

= 0.54 K ดงนน จดเยอกแขงของนาเชอมจะไดเทากบ -0.54°C Ans

4. จงคานวณหาพลงงานกบสมาตรฐานของปฏกรยาการออกซเดชนของแอมโมเนยเปนไนตรกออกไซด ดงสมการ

4NH3(g) + 5O2(g) ---> 4NO(g) + 6H2O(g)

วธทา จากสตร ΔrHo = Σ νΔfHoproducts - Σ νΔfHo reactants

ΔrSo = Σ νSmoproducts - Σ νSmo reactants

ΔrGo = ΔrHo - TΔrSo

หาเอนทลปมาตรฐานของปฏกรยากอน ไดวา ΔrHo = {4ΔfHo(NO,g)+ 6ΔfHo(H2O,g)} – {4ΔfHo(NH3,g) + 5ΔfHo(O2,g)} = {4(+90.25 kJ mol-1)+6(-241.82 kJ mol-1)} – {4(-46.11 kJ mol-1) + 0} = -905.48 kJ mol-1

หาเอนโทรปมาตรฐานของปฏกรยา ไดวา ΔrSo = {4Smo(NO,g)+ 6 Smo (H2O,g)} – {4 Smo (NH3,g) + 5 Smo (O2,g)}

= {4(210.76 J K-1 mol-1)+6(188.83 J K-1 mol-1)} – {4(192.45 J K-1 mol-1) + 5(205.138 J K-1 mol-1) } = 180.53 J K-1 mol-1 ดงนน ΔrGo = (-905.48 kJ mol-1) – (298.15 K) × (180.53 × 10-3 kJ K-1 mol-1)

= -959 kJ mol-1 Ans

5. cytochrome c oxidase รบอเลกตรอนจาก reduced cytochrome c แลวสงตอไปยงโมเลกลออกซเจน ทาให

ไดนา จงคานวณหาคาพลงงานกบสมาตรฐานของปฏกรยานท 25°C

วธทา จากตาราง Biological standard potentials ไดวา R: O2(g) + 4 H+ (aq) + 4 e- → 2 H2O(l) EoR = + 0.81 V L: Fe3+ (Cyt c) + e- → Fe2+ (Cyt c) EoL = + 0.25 V ดงนน สามารถเขยนปฏกรยารวม โดยไมม e- ไดเปน R – 4 × L O2(g) + 4 H+ (aq) + 4 Fe2+ (Cyt c) → 2 H2O(l) + 4 Fe3+ (Cyt c) และ ν = 4 จากสตร Eocell = EoR - EoL = +0.81 V – (+0.25 V) = 0.56 V จากสตร ΔrGo = -νFEocell = -4 × (96.485 kC mol-1) × (+0.56 V)

= -216 kJ mol-1 (1 kCV = 1 kJ) Ans

6. ในการเตรยมวางยาสลบใหสนขเพอผาตด จะฉดยา Phenobarbital เขาเสนเลอดดาประมาณ 30 mg ตอ

นาหนกตว 1 กโลกรม การสลายตวของยาสลบชนดนมจลนศาสตรแบบอนดบหนงและมครงชวต 4.5 ชวโมง

หลงจากเวลาผานไปประมาณ 2 ชวโมง ยาจะเรมหมดฤทธสาหรบสนขนาหนก 15 กโลกรม ถามวาจะตองฉดยา

Phenobarbital เขาไปใหมคดเปนมวลเทาใด เพอใหฤทธยากลบคนมาเทากนตอนเรมตนในสนขตวน

วธทา จากสตร ln{[A]/[A] 0} = -krt และ kr = ln2/t½

ดงนน [A] /[A] 0 = e-krt = e^(-krt) แทนคาครงชวตของยา คอ 4.5 ชวโมง และเวลาทใชจนยาเรมหมดฤทธคอ 2 ชวโมง ในสตร จะไดวา [A] /[A] 0 = e^{-(ln2/t½)t} = e^{-(ln2/4.5 h) ×2 h} = 0.735 ตวเลข 0.735 คอ สดสวนของยาทเหลออย เมอเวลาผานไป 2 ชวโมง คดเปนมวลของยา = 0.735 × (30 mg/kg) × 15 kg = 330 mg เพอทจะใหปรมาณยาเทากบของเดมทฉดไปตอนแรก คอ 30 mg/kg × 15 kg = 450 mg

ดงนนพอครบ 2 ชวโมงกตองฉดยาเขาไปใหมประมาณ 450-330 mg = 120 mg Ans