วิชาเคมี2 �รหัสวิชา ว31222

ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4

​

​

สอนโดย

​

ครูกาญจนา แซ่เทียน

​

กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

โรงเรียนเมืองตลุงพิทยาสรรพ์

​

การคำนวณเกี่ยวกับ�สูตรเคมี

Chanokkarn Neadratsamee

สูตรเคมี

​

สัญลักษณ์ของสารที่แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบนั้นว่ามีธาตุอะไรบ้างในสารนั้น เช่น

สูตรเคมีแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ดังนี้

​

1. สูตรอย่างง่าย (empirical formula)

2. สูตรโมเลกุล (molecular formula)

3. สูตรโครงสร้าง (structural formula)

​

สูตรอย่างง่าย (empirical formula)

สูตรที่บอกถึงอัตราส่วนอย่างต่ำของจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุ ในสูตร

เช่น

เกลือแกง มีสูตรเอมพิริคัล คือ NaCl

แสดงว่าใน 1 โมเลกุลของเกลือแกง ประกอบด้วยธาตุ Na และ Cl ในอัตรส่วน 1 : 1

สูตรที่บอกถึงจำนวนอะตอมที่แท้จริงในโมเลกุลนั้น

​

เช่น

H₂O เป็นสูตรโมเลกุล

แสดงว่าใน 1 โมเลกุลของน้ำ ประกอบด้วย

H 2 อะตอม และ O 1 อะตอม

สูตรโมเลกุล (molecular formula)

สูตรโครงสร้าง (structural formula)

สูตรซึ่งบอกว่าในโมเลกุล 1 โมเลกุล มีอะตอมต่าง ๆ จับกันอย่างไรหรือเกิดพันธะอย่างไร

​

เช่น CH₃COOH

การคำนวณหาสูตรเอมพิริคัล และสูตรโมเลกุล

การคำนวณหาสูตรเอมพิริคัล

ต้องทราบว่าสารประกอบนั้นประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง อัตราส่วนโดยน้ำหนักของธาตุทั้งหมดที่

มีอยู่เป็นอย่างไรและน้ำหนักอะตอมของแต่ละธาตุด้วย

หาอัตราส่วนโดยโมลอะตอมของธาตุที่เป็นองค์ประกอบ

ทำให้เป็นอัตราส่วนต่ำสุด

ได้สูตรเอมพิริคัล

เกณฑ์ในการปัดเลขทศนิยม มีดังนี้

1. ถ้าค่าเลขทศนิยม > 0.8 ปัดเป็น 1 ถ้าค่าเลขทศนิยม < 0.2 ปัดเป็น 0

2. ถ้าค่าเลขทศนิยม อยู่ระหว่าง 0.2 - 0.8 ห้ามปัดให้หาเลขจำนวนเต็มลงตัวน้อยๆ มา คูณตลอดจนปัดได้

ถ้าโมลของ A : B : C = 1.98 : 2.50 : 0.49

กรณีนี้ปัดให้เป็นเลขจำนวนเต็มไม่ได้ ให้นำค่าที่น้อยที่สุดหารตลอด

โมล A : B : C = 4.04 : 5.10 : 1.00

แล้วจึงปัดให้เป็นเลขจำนวนเต็ม

โมล A : B : C = 4 : 5 : 1

∴ สูตรเอมพิริคัล คือ A₄B₅C

ถ้าโมลของ A : B : C = 1.97 : 0.65 : 4.25

ให้หารตลอดด้วย 0.65 (ค่าน้อยที่สุด)

โมล A : B : C = 3.03 : 1.00 : 6.53

เนื่องจากได้อัตราส่วนของเลขที่ไม่ลงตัวและปัดให้เป็นจำนวนเต็มไม่ได้ จึงต้องหาตัวคูณที่เหมาะสมมาคูณตลอด ในที่นี้คูณด้วย 2

โมล A : B : C = 6.06 : 2.00 : 13.06

แล้วจึงปัดให้เป็นเลขจำนวนเต็ม

∴ สูตรเอมพิริคัล คือ A₆B₂C₁₃

เมื่อได้สูตรเอมพิริคัลแล้วจะคำนวณหาสูตรโมเลกุลได้ เมื่อทราบน้ำหนักโมเลกุลของสารประกอบนั้นๆ

การหาสูตรโมเลกุล

ทราบสูตรเอมพิริคัลและมวลโมเลกุล

(มวลสูตรเอมพิริกัลป์)_n = มวลโมเลกุล

โดย n = 1, 2, 3,…

รู้ n จะได้สูตรโมเลกุล

Ex1 จากการวิเคราะห์สารประกอบชนิดหนึ่ง พบว่าประกอบด้วยกำมะถัน 50.1% w/w และออกซิเจน 49.9% w/w จงหาสูตรเอมพิริคัลของสารประกอบชนิดนี้

นำจำนวนโมลที่ต่ำที่สุดหารตลอด

Ex2 สารบริสุทธิ์ชนิดหนึ่งประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน 0.250 กรัม คาร์บอน 1.500 กรัม และคลอรีน 8.875 กรัม จงคำนวณสูตรเอมพิริคัลของสารนี้(H = 1 C = 12 Cl = 35.5)

Ex3 จากการวิเคราะห์สารประกอบชนิดหนึ่ง พบว่าประกอบด้วยกำมะถันและออกซิเจนมีร้อยละโดยน้ำหนักของกำมะถันเป็น 50.05 และออกซิเจน 49.95 ถ้าน้ำหนักโมเลกุลของสารประกอบนี้เท่ากับ 64 จงคำนวณหาสูตรเอมพิริกัลและสูตรโมเลกุล (S = 32, O = 16)

สูตรเอมพิริคัล = SO₂

​

(มวลสูตรเอมพิริกัล)_n = มวลโมเลกุล

(SO₂)_n = 64

(32 + 16 x 2)_n = 64

n = 1

ดังนั้นสูตรโมเลกุล คือ SO₂

Ex4

1. สินแร่ชนิดหนึ่งมีส่วนประกอบร้อยละโดยมวลของ Na, Al และ F เป็น 33, 13 และ 54 ตามลำดับ สูตรเอมพิริคัลของสินแร่นี้ควรเป็นอย่างไร
2. สารชนิดหนึ่งประกอบด้วยธาตุ H 0.25 กรัม C 1.5 กรัม และ Cl 8.875 กรัม สารนี้ 42.5 กรัม มีปริมาตร 11.2 ลูกบาศก์เดซิเมตรที่ STP จงหาสูตรโมเลกุลของสารประกอบนี้

Ex5 จากการวิเคราะห์สารอินทรีย์ชนิดหนึ่ง พบว่าประกอบด้วยธาตุ C H O N เมื่อนำสารตัวอย่างนี้มา 1.279 กรัม เผาไหม้ในอากาศจำนวนมาก หลังจากเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ์ได้ CO₂ และ H₂O 1.608 และ 0.768 กรัม ตามลำดับ เมื่อนำสารตัวอย่างมาใหม่ 1.625 กรัม พบว่ามี N 0.2166 กรัม จงคำนวณหาสูตรเอมพิริคัลของสารตัวอย่างนี้

สมการเคมี

สมการเคมี

สมการเคมี ประกอบด้วย 3 ส่วน

1. สารตั้งต้น
2. ผลิตภัณฑ์
3. เงื่อนไข หรือภาวะที่เหมาะสม

​

สารตั้งต้น + สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์

​

เงื่อนไข

สมการเคมีประกอบด้วยสัญลักษณ์หรือสูตรของสารต่างๆ

- ใช้เขียนแทนการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

- บอกให้ทราบว่า สารใดทำปฏิกิริยากันและเกิดสารใดบ้าง

- ใช้ในการคำนวณปริมาณสัมพันธ์ของสารต่างๆ ในปฏิกิริยานั้นๆ

​

สารตั้งต้น + สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์

​

เงื่อนไข

สมการเคมีเขียนได้ 2 แบบ

สมการโมเลกุล >>> เป็นสมการเคมีที่เขียนแสดงสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ทุกชนิด ในรูปสูตร โมเลกุลและอะตอม

AgNO₃(aq) + KI(aq) → AgI(s) + KNO₃(aq)

สมการไอออน >>> เป็นสมการเคมีที่ใช้เขียนสำหรับปฏิกิริยาที่มีสารประกอบไอออนิกเข้ามา เกี่ยวข้อง จะเขียนเฉพาะไอออนและโมเลกุลที่จำเป็นและเกิดปฏิกิริยาเท่านั้น

Ag⁺(aq) + I^-(aq) → AgI(s) + KNO₃(aq)

สมการเคมีที่ควรรู้จัก

1. โลหะ + กรด → เกลือ + แก๊สไฮโดรเจน เช่น

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Fe + HCl → FeCl₂ + H₂

** โลหะส่วนหนึ่งที่ทำกับปฏิกิริยากับกรดแล้วให้ก๊าซ H₂ เช่น Li, Fe, K, Na, Sr, Ca, Mg, Zn, Cr, Ni ฯลฯ

## โลหะบางชนิดไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไม่ให้แก๊ส H₂ แต่ให้สารอื่น เช่น

Cu + HNO₃(เข้มข้น) → Cu(NO₃)₂ + 2H₂O + 2NO₂

2. กรด + สารประกอบคาร์บอเนต → เกลือ + น้ำ + CO₂

เช่น 2HCl + Na₂CO₃ → 2NaCl + H₂O + CO₂

​

3. กรด + สารประกอบซัลไฟด์ → เกลือ + แก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์

เช่น 2HCl + FeS → FeCl₂ + H₂S

​

4. สารประกอบคาร์บอเนต → สารประกอบออกไซด์ + แก๊ส CO₂

เช่น CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂

​

หลักเกณฑ์ในการเขียนสมการเคมี

จะต้องทราบว่าสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์คืออะไร และมีสัญลักษณ์และสูตรของสารอย่างไร

เขียนสารตั้งต้นไว้ทางซ้าย และเขียนลูกศร (→) ไว้ตรงกลางเพื่อแสดงความเปลี่ยนแปลง

ดุลสมการโดยนำตัวเลขมาเติมหน้าสูตรโมเลกุลของสาร เพื่อให้สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เท่ากัน

aA(aq) + bB(g) cC(l) + dD(s)

สารตั้งต้น

ผลิตภัณฑ์

สัมประสิทธิ์จำนวนโมล

สัญลักษณ์ธาตุ

สถานะสาร

สถานะ aq = aqueous (สารละลาย) g = gas (แก๊ส)

l = liquid (ของเหลว) s = solid (ของแข็ง)

การเปลี่ยนแปลง

การดุลสมการเคมี

1. เริ่มจากโมเลกุลใหญ่สุด หรือโมเลกุลที่ประกอบด้วยธาตุมากสุด

2. ดุลโลหะ

3. ดุลอโลหะ (ยกเว้น H และ O)

4. ดุล H และ O

5. ตรวจจำนวนทุกธาตุในสมการ

6. ถ้ายังไม่ดุลทำซ้ำข้อ 2-5 อีกครั้งหนึ่ง

โพรเพน (C₃H₈) เผาไหม้กับออกซิเจน และได้ผลผลิตเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์

C₃H₈ + O₂ --> H₂O + CO₂

สมการที่ดุลแล้ว C₃H₈  + 5O₂  --> 4H₂O + 3CO₂

Step 1 ดูจำนวน C ฝั่งซ้ายและขวาจะต้องเท่ากัน

Step 2 จากนั้นดุล H

Step 3 ดุล O

ให้ดุลสมการต่อไปนี้

KMnO₄(s) + HCl(aq) → KCl(aq) + MnCl₂(aq) + H₂O(l) + Cl₂(g)

คำตอบ 2KMnO₄(s) + 16HCl(aq) → 2KCl(aq) + 2MnCl₂(aq) + 8H₂O(l) + 5Cl₂(g)

จงดุลสมการต่อไปนี้

KOH + H₃PO₄ K₃PO₄ + H₂O

NH₃ + O₂ NO + H₂O

Ba₃N₂ + HF BaF₂ + NH₃

PCl₅ + H₂O H₃PO₄ + HCl

FeS + O₂ Fe₂O₃ + SO₂

3 3

4 5 4 6

6 3 2

4 5

4 7 2 4

เขียนสูตรเคมี และดุลสมการ

sodium carbonate + calcium nitrate → sodium nitrate + calcium carbonate

lead (II) nitrate + sodium iodide → sodium nitrate + lead (II) iodide

Na₂CO₃ + Ca(NO₃)₂ → NaNO₃ + CaCO₃

Pb(NO₃)₂ + NaI → NaNO₃ + PbI₂

2

2 2

สมการเคมีและความ

สัมพันธ์ระหว่างปริมาณ

สารในปฏิกิริยาเคมี

ถ้าเราใส่น้ำลงไปเท่ากันแล้วนำไปต้มให้เดือด โดยให้พลังงานความร้อนที่เท่ากันจนกระทั่งเวลาผ่านไป 20 นาทีน้ำในภาชนะทั้งสามใบนี้จะมีน้ำเหลืออยู่เท่ากันหรือไม่

จงเรียงลำดับปริมาณน้ำที่เหลืออยู่จากมากไปน้อย

ก

ข

ค

สมการเคมีที่ดุลแล้วบอกถึงสารที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเคมี ความสัมพันธ์เชิงปริมาณของสารต่างๆ ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาและสามารถคำนวณปริมาณของผลิตผลที่ได้จากปฏิกิริยาเคมี

ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารในสมการเคมี

2H₂(g) + O₂(g) 2H₂O(g)

H

H

H

H

O

O

O

O

H

H

H

H

บอกอัตราส่วนจำนวนโมล

บอกจำนวนโมเลกุล

บอกจำนวนปริมาตร

ปฏิกิริยาระหว่าง CO(g) กับ O₂(g)

2CO(g) + O₂(g) → 2CO₂(g)

mol 2 1 2

โมเลกุลสาร 2 1 2

มวล (g) 2×28 1×32 2×44

จำนวนโมเลกุล 2(6.02×10²³) 1(6.02×10²³) 2(6.02×10²³)

ปริมาตรที่ STP 2×22.4 1×22.4 2×22.4

(dm³)

SiCl₄(s) + 2H₂O(l) → SiO₂(s) + 4HCl(g)

mol 1 2 1 4

โมเลกุลสาร 1 2 1 4

มวล (g) 1×170 2×18 1×60 4×36.5

จำนวนโมเลกุล 1(6.02×10²³) 2(6.02×10²³) 1(6.02×10²³) 4(6.02×10²³)

ปริมาตรที่ STP - - - 4×22.4

(dm³)

มวลของสารในปฏิกิริยาเคมี

การศึกษาการเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาเคมี จะต้องมีขอบเขตการศึกษาคือ

ระบบ

สิ่งแวดล้อม

สิ่งที่เราสนใจ

สิ่งต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทั้งทางกายภาพ และทางเคมี

สิ่งต่างๆ ที่นอกเหนือจากสิ่งที่เราสนใจ เช่น ภาชนะ อุปกรณ์ เครื่องมือวัดต่างๆ

* สมบัติต่างๆ ของระบบและปัจจัยที่มีผลตอระบบ เช่น อุณหภูมิ มวล ปริมาตร ความดัน จะเรียกว่า สภาวะของระบบ

การต้มน้ำ ในบีกเกอร์

ระบบ = น้ำ

สิ่งแวดล้อม = บีกเกอร์ ตะเกียงบุนเซนและอากาศที่ล้อมรอบ

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้า

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าจะต้องมีการเติมกรด เพื่อช่วยให้การนำไฟฟ้าดีขึ้น หลังจากนั้นจะทำให้น้ำเกิดการสลายตัวเป็น O₂(g) และ H₂(g)

ระบบ = - น้ำและกรด

- กรด น้ำที่เหลือ ก๊าซไฮโดรเจน และออกซิเจน

​

สิ่งแวดล้อม = บีเกอร์และขั้วไฟฟ้า

การทำน้ำ ให้เป็นน้ำแข็ง

ระบบ = น้ำ กับน้ำแข็ง

​

สิ่งแวดล้อม = แก้ว

ประเภทของระบบ

ระบบเปิด (open system)  มีการแลกเปลี่ยนทั้งมวลและพลังงาน (ความร้อน) กับสิ่งแวดล้อม

http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ap-chemistry1/thermodynamics/system.htm

ระบบปิด (closed system) มีการแลกเปลี่ยนเฉพาะพลังงาน (ความร้อน) กับสิ่งแวดล้อม

ประเภทของระบบ

http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ap-chemistry1/thermodynamics/system.htm

ระบบโดดเดี่ยว (isolated system) ไม่มีการแลกเปลี่ยนทั้งมวลและพลังงาน (ความร้อน) กับสิ่งแวดล้อม

ประเภทของระบบ

http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ap-chemistry1/thermodynamics/system.htm

✔

✔

✔

✔

✔

กฎทรงมวล (Law of conversation of mass)

Antoine-Laurent de Lavoisier

ทดลองเพื่อแยกก๊าซ O₂

จากการชั่งน้ำหนักของสารตั้งต้นในขวดคอยาว และผลิตภัณฑ์ เขาพบว่ามวลโดยรวมของผลิตภัณฑ์ มีมวลเท่ากับ HgO ที่เริ่มต้น

กล่าวว่า “ในปฏิกิริยาเคมีใดๆ มวลของสารทั้งหมดก่อนเกิดปฏิกิริยาเท่ากับมวลของสารทั้งหมดหลังเกิดปฏิกิริยา”

​

สาร A ทำปฏิกิริยากับสาร B ได้ผลผลิตสาร C และ D เขียนสมการได้ดังนี้

​

A + B C + D

​

น้ำหนัก A + น้ำหนัก B = หนัก C + น้ำหนัก D

​

https://i.ytimg.com/vi/KSZuSHX--Vw/maxresdefault.jpg

http://www.nuclear-power.net/wp-content/uploads/2016/03/Law-of-Conservation-of-Matter.png?ee9de4

mol เท่ากัน

น้ำหนักเท่ากัน

ทายสิมีอะไร?

การทดลองของปฏิกิริยาระหว่าง CaCO₃ กับ HCl

แบบไหนสอดคล้องกับกฎทรงมวล??

ดังนั้นกฎทรงมวลจะนำมาใช้ในการอธิบายระบบเปิดไม่ได้ เพราะมวลสารถูกถ่ายเทไปสู่สิ่งแวดล้อม

Ex เมื่อละลาย KI 1.66g ในน้ำ แล้วเติม Pb(NO₃)₂ 1.65g ปรากฏว่าสารทั้งสองทำปฏิกิริยากันพอดีได้ PbI₂ และ KNO₃ ถ้ามี PbI₂ เกิดขึ้น 2.3g จะมี KNO₃ กี่กรัม

มวลสารก่อนทำปฏิกิริยา = มวลสารหลังทำปฏิกิริยา

m_KI + m_Pb(NO3)2 = m_PbI2 + m_KNO3

1.66 g + 1.65 g = 2.3 g + m_KNO3

3.31g – 2.3 g = m_KNO3

1.01 g = m_KNO3

∴ จะมี KNO₃ 1.01 g

​

2KI(l) + Pb(NO₃)₂(l) → PbI₂(l) + 2KNO₃(l)

Ex จากปฏิกิริยา CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) เมื่อเผา CaCO₃ 30 กรัม จนสมบูรณ์จะได้ CaO 16.8 กรัม ถ้าเผา CaCO₃ 90 กรัม จะได้ CO₂ กี่กรัม ถ้าการทดลองนี้เป็นไปตามกฎทรงมวล

CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)

มวลสารก่อนทำปฏิกิริยา = มวลสารหลังทำปฏิกิริยา

m_CaCO3 = m_CaO + m_CO2

30 g = 16.8 g + m_CO2

m_CO2 = 13.2 g

เผา CaCO₃ 30 กรัม ได้ CO₂ 13.2 กรัม

ถ้าเผา CaCO₃ 90 กรัม จะได้ CO₂ 39.6 กรัม

∴ ถ้าเผา CaCO₃ 90 กรัม จะได้ CO₂ 39.6 กรัม

​

Ex ถ้าทำการทดลองคล้าลาวัวซิเอโดยการใช้ Hg 30 g และอากาศ 30 g ซึงพบว่า Hg ทำปฏิกิริยาหมด โดยมีมวลของอากาศที่เหลือเป็น 27.6 g อยากทราบว่ามวล HgO ที่ได้เป็นเท่าใด

มวลสารก่อนทำปฏิกิริยา = มวลสารหลังทำปฏิกิริยา

m_Hg + m_O2 = m_HgO + m_O2 ที่เหลือ

30 g + 30 g = m_HgO + 27.6

m_HgO = 60 g – 27.6 g

= 32.4 g

∴ มวล HgO ที่ได้เป็น 32.4 กรัม

Hg(l) + O₂(g) → HgO(s) + O₂(g) ที่เหลือ

Ex ถ้าการทดลองทำโดยใช้ Hg 30 g ทำปฏิกิริยากับอากาศ 10 g พบว่า Hg ทำปฏิกิริยาไม่หมด และได้มวลรวมของ HgO ของแข็งและ Hg ของเหลวที่เหลือเป็น 32.1 g ดังนั้นอากาศที่ใช้ทำปฏิกิริยามีออกซิเจนอยู่ร้อยละโดยมวลเป็นเท่าใด

มวลสารก่อนทำปฏิกิริยา = มวลสารหลังทำปฏิกิริยา

m_Hg + m_O2 = m_HgO + m_Hg ที่เหลือ + m_O2 ที่เหลือ

30 g + 10 g = 32.1 + m_air ที่เหลือ

m_air ที่เหลือ = 40 g – 32.1 g

= 7.9 g

∴ ร้อยละโดยมวลของออกซิเจน = 21 %w/w

Hg(l) + O₂ (g) → HgO(s) + Hg(l) ที่เหลือ + O₂ (g) ที่เหลือ

Ex HgO 21.6 g ถูกผ่านด้วยแก๊ส H₂ พบว่ามี Hg อยู่ 20 g และมี H₂O เกิดขึ้น 1.8 g จงหาอัตราส่วนของ O : H ในน้ำ

HgO(g) + H₂(g) → Hg(s) + H₂O(l)

มวลสารก่อนทำปฏิกิริยา = มวลสารหลังทำปฏิกิริยา

m_HgO + m_H2 = m_Hg + m_H2O

21.6 g + m_H2 = 20 + 1.8

m_H2 = 21.8 g – 21.6 g

= 0.2 g

มวล O₂ = มวล H₂O - มวล H₂

= 1.8 - 0.2

= 1.6 g

​

อัตราส่วนของ O : H = 1.6 : 0.2

= 8 : 1

∴ อัตราส่วนของ O : H ในน้ำ คือ 8 : 1

กฎสัดส่วนคงที่ (Law of constant proportion)

Joseph Proust

ทดลองศึกษาปฏิกิริยาการรวมตัวของธาตุที่เกิดสารประกอบ พบว่า

เมื่อธาตุตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปรวมตัวกันเกิดเป็นสารประกอบ อัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่เป็นองค์ประกอบนั้นจะมีค่าคงที่เสมอ

“อัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่มารวมตัวกันเป็นสารประกอบหนึ่งๆ จะมีค่าคงที่”

สานักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน และ คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

 เช่น  เมื่อธาตุไฮโดรเจนรวมตัวกับธาตุออกซิเจนเป็นน้ำ อัตราส่วนโดยมวลของธาตุไฮโดรเจนต่อธาตุออกซิเจนเท่ากับ 1 : 8 เสมอ ไม่ว่าจะเตรียมน้ำโดยวิธีใดๆ หรือกี่ครั้งก็ตาม

จากการทดลอง ทราบว่าอัตราส่วนโดยมวลที่ทองแดง และกำมะถันทำปฏิกิริยาพอดีกัน = 2:1

การเตรียมสารประกอบคอปเปอร์ (II) ซัลไฟด์ โดยการเผาทองแดงและกำมะถันในปริมาณต่างๆ ดังตาราง

Ex ในการเผาเหล็ก 11.17 g กับ S 9.00 g ปรากฏว่าเหลือ 2.59 กรัม และเกิดสารประกอบไอร์ออน (II) ซัลไฟด์ (FeS) จากการวิเคราะห์สารประกอบ FeS พบว่ามี S 36.47 % โดยมวลผลการทดลองนี้สนับสนุนกฎสัดส่วนคงที่หรือไม่

ผลการทดลองนี้สนับสนุนกฎสัดส่วนคงที่

Ex นำทองแดงมา 0.35 g มาละลายในกรดไนตริกแล้วทำให้แห้ง จากนั้นจึงนำไปเผาอย่างรุนแรงจะได้คอปเปอร์ออกไซด์หนัก 0.438 g ในการทดลองอีกวิธีหนึ่งโดยการนำคอปเปอร์คาร์บอเนตจำนวนหนึ่งมาเผาจนสลายตัวหมดได้คอปเปอร์ออกไซด์หนัก 1.62 g แล้วนำคอปเปอร์ออกไซด์ไปเผาให้ร้อนจัดในบรรยากาศแก๊สไฮโดรเจนจะได้ทองแดง 1.29 g จงแสดงว่าองค์ประกอบของคอปเปอร์ออกไซด์เป็นจริงตามกฎสัดส่วนคงที่

ผลการทดลองครั้งที่ 1 : มวล O = มวลของ CuO – มวลของ Cu

= 0.438 – 0.35 = 0.088 g

มวลของ Cu : O = 0.35 : 0.088

= 3.9 : 1

ผลการทดลองครั้งที่ 2 : มวล O = มวลของ CuO – มวลของ Cu

= 1.62 – 1.29 = 0.33 g

มวลของ Cu : O = 1.29 : 0.33

= 3.9 : 1

จากผลการทดลองดังกล่าว แสดงว่าองค์ประกอบของคอปเปอร์ออกไซด์เป็นจริงตามกฎสัดส่วนคงที่

Ex เมื่อเผาผงโลหะบริสุทธิ์ชนิดหนึ่งมวล 1.2 กรัม ในภาชนะปิดที่บรรจุอากาศไว้มากเกินพอพบว่าได้โลหะออกไซด์มวล 1.5 กรัมดังนั้นถ้าทำการเผาโลหะผงชนิดนี้มวล 32 กรัม ต้องใช้แก๊สออกซิเจนบริสุทธิ์อย่างน้อยเท่าใด

Ex ก็าซแอมโมเนีย (NH₃) ประกอบด้วยธาตุไนโตรเจนร้อยละ 82.4 และธาตุไฮโดรเจนร้อยละ 17.6 โดยมวล ถ้าใช้ธาตุไนโตรเจน 10 กรัม ทำปฏิกิริยากับธาตุไฮโดรเจน 3 กรัม จะได้ก็าซแอมโมเนียกี่กรัม

จะเห็นได้ว่า N ที่โจทย์กำหนดให้ไม่พอ หรือ N ถูกใช้หมดก่อนส่วน H เหลือ

สรุปกฎทรงมวล และสัดส่วนคงที่

ทรงมวล :

A + B → C + D

มวลของสารทั้งหมดก่อนเกิดปฏิกิริยาเท่ากับมวลของสารทั้งหมดหลังเกิดปฏิกิริยา

สัดส่วนคงที่ :

อัตราส่วนโดยมวลของธาตุที่มารวมตัวกันเป็นสารประกอบหนึ่งๆ จะมีค่าคงที่

จะวัดปริมาณแก๊สได้อย่าง

ในการศึกษาปริมาณสัมพันธ์ของสารในสถานะแก๊สในปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ไม่สะดวกที่จะวัดมวลของแก๊สเหมือนกับของแข็งและของเหลว “จึงใช้วิธีวัดปริมาตรแทน”

ในปฏิกิริยาเคมีของสารที่มีสถานะเป็นแก๊สปริมาตรรวมของแก๊สที่เข้าทำปฏิกิริยากันและปริมาตรรวมของแก๊สที่เกิดจากปฏิกิริยาจะเท่ากันหรือไม่เท่ากันก็ได้ (ต่างกับมวลซึ่งเป็นไปตามกฎทรงมวล)

ปริมาตรของแก๊สในปฏิกิริยาเคมี

กฎของเกย์-ลูสแซก (Law of Gay-Lussac)

ศึกษาทดลองวัดปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยากัน โดยสามารถสรุปและตั้งเป็น กฎการรวมปริมาตรของแก๊ส หรือเรียกว่า กฎของเกย์-ลูสแซก มีข้อความว่า 

อัตราส่วนระหว่างปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน  และปริมาตรของแก๊สที่ได้จากปฏิกิริยาซึ่งวัดที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันจะเป็นเลขจำนวนเต็มลงตัวน้อยๆ 

เช่น

การเกิดไอน้ำ (H₂O) เกิดจากปฏิกิริยาระหว่าง H₂ 2 หน่วยปริมาตรและ O₂ 1 หน่วยปริมาตรได้น้ำ H₂O 2 หน่วยปริมาตร

ดังนั้น อัตราส่วนของ H₂ : O₂ : H₂O = 2 : 1 : 2 เท่ากับเลขจำนวนเต็มลงตัวจำนวนน้อยๆ

เมื่อเขียนสมการเคมีที่เป็นแก๊ส ดุลจำนวนอะตอมในสมการเรียบร้อยแล้ว ตัวเลขข้างหน้าจะแสดงถึงอัตราส่วนของปริมาตรของแก๊ส ตามกฎของเกย์-ลูสแซก และยังแสดงถึงจำนวนโมเลกุลตามกฎของอาโวกาโดรได้ดังนี้

​

​

2 หน่วยปริมาตร 1 หน่วยปริมาตร 2 หน่วยปริมาตร

2 cm³ 1 cm³ 2 cm³

​

H₂ : O₂ : H₂O = 2 : 1 : 2 ( โดยปริมาตร )

2 H₂ (g) + O₂ ( g) → 2 H₂O (g)

กฎของอาโวกาโดร

ได้ศึกษากฎของเกย์-ลูสแซก และได้ให้เหตุผลว่า การที่อัตราส่วนระหว่างปริมาตรของแก๊สที่ทำปฏิกิริยากัน(สารตั้งต้น) และของแก๊สที่ได้จากปฏิกิริยา(สารผลิตภัณฑ์) เป็นเลขจำนวนเต็มลงตัวน้อยๆ นั้นคงเป็นเพราะปริมาตรของแก๊สมีความสัมพันธ์กับจำนวนอนุภาคที่รวมกันเป็นสารประกอบ

อาโวกาโดรจึงตั้งสมมติฐานขึ้นว่า “แก๊สซึ่งมีปริมาตรเท่ากันที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันจะมีจำนวนอนุภาคเท่ากัน”

Ex เมื่อนำแก๊สชนิดหนึ่งซึ่งเป็นออกไซด์ของไนโตรเจนปริมาตร 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร ไปทำให้สลายตัวจนหมด จะได้แก๊สไนโตรเจน (N₂) 100 ลูกบาศก์เซนติเมตร และแก๊สออกซิเจน (O₂) 50 ลูกบาศก์เซนติเมตร โดยวัดที่ STP จงหาสูตรโมเลกุลของออกไซด์ชนิดนี้

N_xO_y (g) → N₂ (g) + O₂ (g)

ดังนั้นตามกฎของอโวกาโดรจึงเขียนแสดงได้ดังนี้

​

​

​

2n โมเลกุล 2n โมเลกุล 1n โมเลกุล

2 โมเลกุล 2 โมเลกุล 1 โมเลกุล

2 โมเลกุล 4 อะตอม 2 อะตอม

หรือ 1 โมเลกุล 2 อะตอม 1 อะตอม

​

สูตรโมเลกุลของสารชนิดนี้คือ N₂O

2N_xO_y (g) → 2N₂ (g) + O₂ (g)

Ex แก๊สไนโตรเจน 120 cm³ รวมพอดีกับแก๊สออกซิเจน 180 cm³ ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊สปริมาตร 120 cm³ จงหาสูตรโมเลกุลของแก๊สที่เกิดขึ้น

N₂(g) + O₂(g) → N_xO_y (g)

Ex เมื่อใช้แก๊ส  A₂  60   cm³   ทำปฏิกิริยาพอดีกับแก๊ส  B₂ 90  cm³ จะได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊ส ปริมาตร  60  cm³  จงหาสูตรโมเลกุลของแก๊สนี้

เขียนสมการ                                             A₂   +    B₂    —>           A_xB_y

Ex ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน ก๊าซ X 3.0 cm³ ทำปฏิกิริยากับก๊าซ Y 9.0 cm³ ได้ก๊าซ Z อย่างเดียว 6.0 cm³

ก. อัตราส่วนจำนวนโมเลกุลของก๊าซ X : Y : Z เป็นเท่าใด

ข. ถ้าให้ก๊าซ X 60 cm³ ทำปฏิกิริยากับก๊าซ Y 120 cm³ จะได้ก๊าซ Z เกิดขึ้นกี่ cm³ และเหลือก๊าซเท่าใด

ค. ถ้าต้องการก๊าซ Z 120 cm³ จะต้องใช้ก๊าซ X และ Y อย่างละเท่าใดมาทำปฏิกิริยากัน

การคำนวณเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของสารต่างๆ ในสมการเคมี

Ex นำแร่พลวงที่มี Sb₂S₃ 34% หนัก 200 กรัม มาเผาให้ร้อนจัด (ย่างแร่) จนกำมะถันในแร่พลวงเงินเปลี่ยนเป็น SO₂ จนหมด จงคำนวณหาปริมาตรของ SO₂ ที่เกิดขึ้นเป็น dm³ ที่ STP

Sb₂S₃ (s) + O₂ (g) → Sb₂O₃ (s) + SO₂ (g)

Ex เมื่อนำ KMnO4 มาทำปปฏิกิริยากับสารละลาย HCl ดังสมการ

KMnO₄(s) + HCl(aq) → KCl(aq) + MnCl₂(aq) + H₂O(l) +Cl₂(g)

ถ้าต้องการแก๊สคลอรีน 5.6 ลูกบาศก์เดซิเมตรที่ STP

1. จะต้องใช้ KMnO₄ กี่กรัม
2. จะต้องใช้ HCl กี่โมล
3. ถ้าใช้สารละลาย HCl 12 mol/dm³ จะต้องใช้กรดนี้ปริมาตรเท่าไหร่
4. จะได้สารละลาย MnCl₂ กี่กรัม

Ex เมื่อผ่านไอน้ำไปยังธาตุ C จะได้แก๊สผสมระหว่าง CO และ H₂ ดังสมการ

C(s) + H₂O(g) → CO(g) + H₂(g)

เมื่อแยก CO ออกจาก H₂ แล้วนำ CO2 ไปใช้แยก Ni ออกจากโลหะผสม ได้สารระเหยคือ Ni(CO)₄ ดังสมการ

Ni(s) + 4CO(g) → Ni(CO)₄(g)

ถ้าเริ่มต้นใช้ C 75 g จะได้ Ni(CO)₄ กี่กรัม

สารกำหนดปริมาณ

สารกำหนดปริมาณ (Limiting Reagent) ในปฏิกิริยาเคมีกรณีที่มีสารเข้าทำปฏิกิริยากันไม่พอดี ทำให้ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะสิ้นสุดเมื่อสารใดสารหนึ่งหมด

• สารที่หมดก่อนจะเป็นตัวกำหนดปริมาณของสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น สารตัวนั้นเรียกว่า สารกำหนดปริมาณ

สารกำหนดปริมาณ

Ex ในการเตรียมสารประกอบ (NH₄)₂SO₄ ดังปฏิกิริยา

NH₃(g)   +   H₂SO₄ (g)   —>    (NH₄)₂SO₄(aq)

ถ้ามีสารตั้งต้นอย่างละ 8.5 กรัม จะเกิด (NH₄)₂SO₄ จำนวนกี่กรัม

Ex จงคำนวณว่าจะเตรียมลิเทียมออกไซด์ได้กี่โมล

จากลิเทียม 1.0 g และออกซิเจน 1.5 g สารใดเป็นสารกำหนดปริมาณ สารใดเหลือและเหลือกี่กรัม

4Li + O₂ → 2Li₂O

(Li = 6.9, O = 16)

ร้อยละผลได้

การคำนวณผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการเกิดปฏิกิริยาเคมีนั้นมักจะนิยมคำนวณออกมาในรูปผลผลิตร้อยละ (percent yield) โดยคำนวณจากสมการด้านล่าง

ผลได้จริง คือ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการทดลองหรือจากการเกิดปฏิกิริยา

ผลได้ตามทฤษฎี คือ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการคำนวณตามสมการเคมี เกิดจากปฏิกิริยาที่สมบูรณ์

Ex เมื่อนำ C₂H₄ 1.93 กรัม มาเผาไหม้กับออกซิเจนที่มากเกินพอ พบ CO₂ เกิดขึ้นเพียง 3.44 กรัม เท่านั้น จงคำนวณผลผลิตร้อยละของ CO₂ นี้

(C = 12.0 , H = 1.0 , O = 16.0)

Ex ในการผลิตสบู่ของกลุ่มแม่บ้านในโครงการหนึ่งตำบลหนึ่งผลิตภัณฑ์ได้ทดลองผลิตโดยใช้ส่วนผสมดังนี้ น้ำมันพืช (C₁₇H₃₃COOH) 200 กรัม ,potassium hydroxide (KOH) 91.7 กรัม เติมกลิ่นสังเคราะห์ และได้สบู่จำนวน 210 กรัม ในการผลิตจะได้ผลผลิตร้อยละเท่าไร

​

C₁₇H₃₃COOH + KOH —>   C₁₇H₃₃COOK + H₂O