27

แผนบรหารการสอนประจ าบทท 3

หวขอเนอหาประจ าบท โมล สตรสดสวน สารก าหนดปรมาณ ผลผลตรอยละ

วตถประสงคเชงพฤตกรรม เมอเรยนจบบทท 3 แลวใหนกศกษาสามารถ 1. สามารถค านวณเกยวกบโมลได 2. สามารถหาสตรอยางงายได 3. สามารถค านวณสตรเคม เขยนสมการเคมและหาความสมพนธเชงปรมาณของสารทท า

ปฏกรยาเคมได 4. สามารถค านวณสารก าหนดปรมาณ และผลผลตรอยละของการผลตได

วธสอนและกจกรรมการเรยนการสอนประจ าบท วธสอนและกจกรรมการเรยนการสอนประจ าบทท 3 มดงตอไปน

1. ศกษาเอกสารประกอบการสอนบทท 3 2. ฟงบรรยายประกอบเอกสารการสอนและสอการสอน 3. อภปรายและเปดโอกาสซกถามในชนเรยน 4. ฝกฝนทกษะการคดและค านวณ โดยใหศกษาจากตวอยางในเอกสารประกอบการสอน

และใหแบบฝกหดรายบคคลหรอรายกลม และออกมาน าเสนอหนาชนเรยน 5. คนควาขอมลเพมเตมดวยตนเอง 6. มอบหมายงานใหท าแบบฝกหดทายบท

28

สอการเรยนการสอน สอการเรยนการสอนประจ าบทท 3 มดงตอไปน

1. เอกสารประกอบการสอนวชาเคม 1 2. สออเลกทรอนกส และเวบไซตตาง ๆ ทเกยวของ 3. โปรแกรมน าเสนอดวยคอมพวเตอร ประจ าบทท 3 และชดประกอบในการน าเสนอ 4. หนงสอ ต ารา หรอเอกสารทเกยวของ

การวดและประเมนผล การวดและการประเมนผลบทท 3 มดงตอไปน

1. สงเกตจากการรวมกจกรรมของนกศกษา 2. ผลของการซกถามความเขาใจในชนเรยน 3. ตรวจแบบฝกหดทายบท 4. ท าแบบทดสอบตามทก าหนด

29

บทท 3 ปรมาณสารสมพนธ

ปรมาณสารสมพนธหรอปรมาณสมพนธเคม มความส าคญตอการหาปรมาณของสารในการ

วเคราะหทางเคม เชน การหาความเขมขนของสาร การวเคราะหหารอยละของธาตในสารตาง ๆ เชน หาปรมาณทองค าจากแร หรอการหาสารก าหนดปรมาณและผลผลตรอยละ ตางกใชปรมาณสารสมพนธทงสน

โมล

กอนจะเรยนรวาโมล คออะไร ตองท าความรจกกบอะตอม มวลโมเลกล สตรโมเลกล และน าหนกโมเลกลกนเสยกอน

1. โมล เลขอะตอม มวลอะตอม โมล คอ หนวยทใชแทนจ านวนอนภาคของสารจ านวน 6.02 x 1023 อนภาค และเรยก

จ านวนนวา เลขอาโวกาโดร (NA) อนภาค คอ โมเลกล อะตอม ไอออน อเลกตรอน ฯลฯ ดงนนในการบอกปรมาณของสาร

เปนโมลจงตองระบชนดของอนภาคดวย อะตอม คอ อนภาคทเลกทสดของธาตหรอหนวยพนฐานของธาตทเขาท าปฏกรยา

อะตอมประกอบดวยแกนกลางเรยกวา นวเคลยส (Nucleus) ซงประกอบดวย โปรตอน (P) และนวตรอน (N) และอเลกตรอน (Electron, e-) วงรอบนวเคลยส

เลขอะตอม คอ จ านวนโปรตอนทมอยในนวเคลยสของอะตอมของธาต โดยทว ๆ ไปมกใช Z เปนสญลกษณ ดจากตารางธาต (ตวเลขทนอยกวา) เชน 1 8 6

1 16 12, ,H O C เลขอะตอม คอ 1, 8, 6 ตามล าดบ

เลขมวลหรอมวลอะตอม คอ ผลรวมของจ านวนโปรตอนและนวตรอน ทมอยในนวเคลยสของอะตอมของธาต มกใช A เปนสญลกษณ ดจากตารางธาต (ตวเลขทมากกวา) เชน 1 8 6

1 16 12, ,H O C มวลอะตอม คอ 1, 16, 12 ตามล าดบ ธาต คอ สวนทเลกทสดทไมสามารถแยกลงไดอก เชน H He Li C O เปนตน ซง

ประกอบอยในตารางธาต โมเลกล คอ เกดจากการรวมกนของอะตอม สามารถแบงออกไดเปน

1. โมเลกลอะตอมเดยว ไดแก พวกแกสเฉอย He, Ne, Ar , Kr , Xe, Rn

30

2. โมเลกลอะตอมค เชน H2, O2, N2, HCl, CO, HF 3. โมเลกลหลายอะตอม P4, S8, H2O, CH4, C6H12O6

มวลโมเลกล คอ ผลบวกของมวลอะตอมของแตละธาตในโมเลกล หนวย กรมตอโมล (g/mol) เชน 1. โมเลกลอะตอมเดยว เชน He = 4, Ne = 20.18

2. โมเลกลอะตอมค เชน H2 = H x 2 =1 x 2 = 2 , O2 = O + O = 16+16 = 32 3. โมเลกลหลายอะตอม เชน P4 = P x 4 =30.1 x 4 = 120.4

H2O = (H x 2) + (O x 1) = (1 x 2) + 16 = 18 CH4 = (C x 1) + (H x 4) = 12 + (1 x4) = 16 2(H2O) = 2 x (18) = 36, (H2O)2 = 2 x (18) = 36

2. ความหมายของสมการเคม สมการเคมเปนสญลกษณทแสดงการเกดปฏกรยาเคมระหวางสารต งตน (อาจเปน

ปฏกรยาระหวางโมเลกล อะตอม หรอไอออนกได) เพอเกดเปนผลตภณฑ โดยเขยนแทนดวยสญลกษณ และสตรโมเลกลทเปนตวแทนของธาตทอยในสารประกอบ ยกตวอยางเชน

22 2Mg O MgO

หมายถง 2 อะตอมของ Mg + 2 อะตอมของ O ให 1 อะตอม Mg + 1 อะตอม O หรอ 2 อนภาคของ Mg + 1 โมเลกล O2 ให 2 โมเลกล MgO หรอ 2 โมลของ Mg + 1 โมลของ O2 ให 2 โมลของ MgO

หรอ 48.6 (24.3+24.3) กรมของ Mg + 32 (16+16) กรมของ O2 ให 80.6 [2*(24.3+16)] กรมของ MgO

3. การหาความสมพนธระหวาง โมล มวล อะตอม และปรมาตร (ลตร) ความสมพนธระหวางโมล มวลของสาร จ านวนอะตอม และปรมาตร สามารถเขยนในรป

ของสมการ ดงน

โมล =มวล (g)

มวลอะตอมหรอมวลโมเลกล=ปรมาตร (dm3) ท STP

22.4=จ านวนอนภาค

6.02×1023

ตวอยาง 3.1

1 โมลของ C = 6.02 x 1023 อะตอม = 22.4 ลตร = 12 g 1 โมลของ CO2 = 6.02 x 1023 โมเลกล = 22.4 ลตร = 44 g 1 โมลของ NaCl = 6.02 x 1023 โมเลกล = 22.4 ลตร = 58.5 g

31

ตวอยาง 3.2 จงค านวณจ านวนกรมของ 0.155 โมลของ CH4 วธท า มวลโมเลกลของ CH4 = (C 1 อะตอม + H 4 อะตอม)

= (12 x 1) + (4 x 1) = 16 g/mol จากความสมพนธ โมล = มวลหรอน าหนกของสาร/มวลโมเลกล

ดงนน จ านวนกรมของ CH4 = 160.155 2.48

1

gmol g

mol

ตวอยาง 3.3 จงค านวณจ านวนอะตอมของ 0.155 โมลของ CH4 วธท า จากความสมพนธ โมล = จ านวนอนภาคหรอจ านวนอะตอม/(6.02 x 1023) 0.155 โมล = จ านวนอนภาคหรอจ านวนอะตอม/(6.02 x 1023) 0.155 x 6.02 x 1023 = 0.933 x 1023 = 9.33 x 1022 อะตอม ตวอยาง 3.4 จงค านวณปรมตรของ 0.155 โมลของ CH4 ท STP วธท า จากความสมพนธ โมล = ปรมาตร/22.4

0.155 โมล = ปรมาตร/22.4 0.155 x 22.4 = 3.47 ลตร ตวอยาง 3.5 จงค านวณ 1. จ านวนกรมของโซเดยม 1 อะตอม 2. จ านวนอะตอมของ Cl ทพบใน 1.38 กรมของ MgCl2 3. จ านวนลตรของ O2 1 โมล ท STP วธท า

ขอท 1 จากความสมพนธ มวล (g)

มวลอะตอมหรอมวลโมเลกล=จ านวนอนภาค

6.02×1023

ดงน นในขอท 1. โจทยก าหนดโซเดยม 1 อะตอม ถามหาเปนจ านวนกรม แทนในสตรความสมพนธ เมอ มวลอะตอมโซเดยม = 22.99 กรม/โมล

จะได 23

23

22.99 13.82 10

1 6.02 10

g molNa gg of Na

mol Na Naatom Naatom

ขอท 2 จ านวนอะตอมของ Cl ทพบใน 1.38 กรมของ MgCl2

32

ในขอท 2 นกศกษาหลายคนพอเหนโมเลกล MgCl2 ถามวาม Cl กอะตอมมกจะตอบเลยวา 2 ซงเปนค าตอบทไมถกตอง ทถกตองเราตองแปลง 1.38 กรมของ MgCl2 ใหเปนจ านวนอนภาคเสยกอน นนคอ จ านวนกรมของ MgCl2 จ านวนโมลของ MgCl2 จ านวนโมเลกลของ MgCl2 จ านวนอะตอมของ Cl

จ านวนอะตอมของ 𝐶𝑙 ไอออน

= 1.38 𝑔 𝑀𝑔𝐶𝑙2 ×1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔𝐶𝑙2

95.21 𝑔 𝑀𝑔𝐶𝑙2×

6.02 × 1023 โมเลกล1 𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑔𝐶𝑙2

×2 𝐶𝑙 อะตอม

1 โมเลกล

= 1.75 × 1022 𝐶𝑙 อะตอม

ในขอท 3 ถามจ านวนลตรของ O2 1 โมล จากสตร โมล = ลตร/22.4 แทนคา 1 โมล = ลตร/22.4 ดงนน จ านวนลตรของ O2 = 1 x 22.4 = 22.4 ลตร

สตรสดสวน

สตรสดสวน (Empirical formulas) หรอสตรเอมพรกลหรอสตรอยางงาย คอ อตราสวนโดยโมลอะตอมอยางต า เชน C6H12O6 สตรเอมพรกล คอ CH2O และสตรโมเลกลจะหาไดจากสตร

(สตรเอมพรกล)n = มวลโมเลกล เชน ถาน าหนกโมเลกลของโมเลกลสารนคอ 180 กรมตอโมล จะสามารถหาสตรโมเลกลได คอ (CH2O)n = 180 (12+2+16)n = 180 30n = 180 ดงนน n = 180/30 = 6 จะไดสตรโมเลกล คอ (CH2O)6 = C6H12O6

1. การหาสตรเอมพรกล มหลกการหาสตรเอมพรกล ดงน 1.1 ตองทราบสารและมวลอะตอมของธาตทจะหาสตรเอมพรกล 1.2 ตองทราบเปอรเซนตมวลของแตละธาตในสารทจะหาสตร 1.3 ใหขอมลจากขอ 1.1 และ 1.2 น ามาหาอตราสวนโดยโมล ดวยการน ามวลของแตละ

ธาตหารดวยมวลอะตอมของธาตนน ๆ มาเขาอตราสวน 1.4 จะไดสตรเอมพรกล

33

แตตวเลขทไดอาจไมใชเลขจ านวนเตม ดงนนส าหรบการปดจดทศนยมของตวเลขในการหาอตราสวนโดยโมล โดยท าตวเลขใดตวเลขหนง ใหเปน 1 แลวจงปดจดทศนยมดวยวธปด 0.1 - 0.2 ทง ถาเปน 0.8 - 0.9 ปดขนอก 1 ถาเปน 0.2 - 0.8 ปดไมไดตองหาตวเลขทต าทสดมาคณตวเลขของอตราสวนโดยโมลใหมคาใกลกบท จะปดจดทศนยมได แลวปดจดทศนยมตวเลขใหเปนจ านวนเตม อนงการปดจดทศนยม ถาตวเลขปดจดทศนยมไมได ตวเลขทกตวของอตราสวนโดยโมลนนกจะไมปดจดทศนยม หาตวเลขมาคณใหไดตวเลขทจะปดจดทศนยมไดอตราสวนโดยโมลทเปนจ านวนเตมไดสตรเอมพรคล

ตวอยาง 3.6 โมเลกลประกอบดวย S 32% และ O 32% โดยน าหนก จงหาสตรเอมพรกล วธท า ท าตามการหาสตรเอมพรกล

1. ธาตม S กบ O 2. มวลอะตอม S = 32, O = 16 3. จากโจทย มวล S = 32, O = 32 4. อตราสวนโดยน าหนก S : O = 32 : 32 อตราสวนโดยโมล S : O = 32/32 : 32/16 = 1 : 2 นนคอ อตราสวนระหวาง S : O คอ 1 : 2 ดงนน สตรเอมพรกล คอ SO2

ตวอยาง 3.7 จากโจทยขอ 3.4 ถามวลโมเลกลเทากบ 64 จงหาสตรโมเลกล วธท า จากสตร (สตรเอมพรกล)n = มวลโมเลกล (SO2)n = 64 แทนคา (32+(16x2))n = 64 64n = 64 ดงนน n = 1 จะไดสตรโมเลกล คอ (SO2)1 = SO2 ตวอยาง 3.8 โมเลกลประกอบดวย Na 60.8% H 10.7% และ B 28.5% โดยน าหนก จงหาสตรเอมพรกล วธท า ท าตามการหาสตรเอมพรกล

1. ธาตม Na, H และ B 2. มวลอะตอม Na = 23, H = 1, B = 10.81 3. จากโจทย มวล Na = 60.8, H = 10.7, B = 28.5

34

4. อตราสวนโดยน าหนก Na : H : B = 60.8 : 10.7 : 28.5 อตราสวนโดยโมล Na : H : B = 60.8/23 : 10.7/1 : 28.5/10.81 = 2.64 : 10.7 : 2.64 เศษอยในชวง 0.2 – 0.8 ปดทงหรอปดขนไมได ตองเอาตวเลขนอยทสดหารตลอด

ในทนคอ 2.64 จะได อตราสวนโดยโมล Na : H : B = 2.64/2.64 : 10.7/2.64 : 2.64/2.64

= 1 : 4.05 : 1 4.05 จ านวนเศษนอยกวา 0.2 ดงนนปดทง

จะไดอตราสวน Na : H : B คอ 1 : 4 : 1 นนคอ สตรเอมพรกล คอ Na1H4B1 หรอ NaH4B

ตวอยาง 3.9 วตามนซ (Ascobic acid) ซงสามารถใชบ าบดโรคลกปดลกเปดได ประกอบดวยคารบอน (C) รอยละ 40.92 ไฮโดรเจน (H) รอยละ 4.58 และออกซเจน (O) รอยละ 54.50 โดยมวล จงหาสตรเอมพรกลของ Ascobic acid วธท า อตราสวนโดยมวลของ C : H : O = 40.92 : 4.58 : 54.50 อตราสวนโดยโมลของ C : H : O = 40.92/12 : 4.58/1 : 54.50/16 = 3.407 : 4.54 : 3.406 (เอา 3.406 หารตลอด) = 1 : 1.33 : 1

(เอา 3 คณตลอด) = 3 : 4 : 3 ดงนนสตรเอมพรกลปของ Ascobic acid คอ C3H4O3

สารก าหนดปรมาณ

เมอทราบปรมาณสารสมพนธในองคประกอบหรอความสมพนธเชงปรมาณระหวางธาตในสารประกอบแลว น ามาสการเรยนรถงปรมาณสมพนธในปฏกรยา (Reaction Stoichiometry) หรอความสมพนธเชงปรมาณของสารทมสวนรวมในปฏกรยา ซงปฏกรยาประกอบดวยสารตงตนและผลตภณฑ เขยนอยในรปสมการเคม

1. สมการเคม

35

สมการเคม คอ กลมสญลกษณทเขยนแทนปฏกรยาเคม ใหทราบถงการเปลยนแปลงทางเคมทเกดขนในระบบ สมการเคมประกอบดวยสญลกษณ แสดงสารตงตน และผลตภณฑ เงอนไขแสดงปฏกรยาเคมทเกดขน พรอมดวยลกศรทศทางแสดงของปฏกรยา

สารตงตน ผลตภณฑ Zn (s) + 2HCl (aq) ZnCl2 (aq) + H2 (g)

สารทเขยนทางซายมอของลกศร เรยกวา สารตงตน สารทเขยนทางขวามอของลกศร เรยกวา ส ารผลตภณฑ และ เค รองหมาย + หมายถงท าป ฏ ก รยากน ส วน เค รองหมาย แสดงการเปลยนแปลงของสารตงตนไปเปนสารผลตภณฑ

สมการเคมสามารถเขยนได 2 แบบ คอ สมการโมเลกล (Molecule equation) เปนสมการเคมของปฏกรยาทมาของสารตงตนและผลตภณฑเปนรปอะตอม หรอโมเลกล เชน

2NaHCO3 (s) Na2CO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

และอกแบบคอ สมการไอออนก (Ionic equation) เปนสมการเคมของปฏกรยาทสารตงตนและผลตภณฑ อยางนอง 1 ชนดเปนไอออน เชน

H+ (aq) + OH- (aq) 2H2O (l)

สมการเคมทสมบรณ จะตองมจ านวนอะตอมของแตละธาตทางซายและขวาเทากน เรยกวา สมดลเคม ซงวธการดลสมการเคมทวไป ท าไดโดย เขยนสตรเคมทถกตองของสารต งตนและสารผลตภณฑ ซงสตรเคมนจะไมมการเปลยนแปลง จากนนดลสมการโดยหาตวเลขสมประสทธมาเตมขางหนาสตรเคม เพอท าใหอะตอมชนดเดยวกนทงซายและขวาของสมการมจ านวนเทากน และใหคดไอออนทเปนกลมอะตอมเปรยบเสมอนหนงหนวย ถาไอออนนนไมแตกกลมออกมาในปฏกรยา หลงจากเตมเลขสมประสทธเรยบรอย ขนสดทายตองตรวจสอบอกครงวาถกตองโดยมจ านวนอะตอมชนดเดยวกนเทากนทงสองขาง

36

ตวอยาง 3.10 อะลมเนยมซงเปนโลหะทวองไวตอปฏกรยากบกรด เมออะลมเนยมท าปฏกรยากบกรดซลฟวรก จะเกดแกสไฮโดรเจนและอะลมเนยมซลเฟต จงเขยนและดลสมการของปฏกรยาน วธท า (1) เขยนสตรสารตงตนและสารผลตภณฑ Al + H2SO4 H2(g) + Al2(SO4)3 นบจ านวนอะตอม ดานซายประกอบดวย Al 1 อะตอม H 2 อะตอม S 1 อะตอม และ O 4 อะตอม ดานขวาประกอบดวย Al 2 อะตอม H 2 อะตอม S 3 อะตอม และ O 12 อะตอม จะเหนวาจ านวนอะตอมธาตซายและขวาไมเทากน ดงนนมาเรมดลสมการโดยเรมจาก Al คอ หาเลขสมประสทธมาเตมหนา Al ดานซาย (2) ดลจ านวนอะตอม Al 2Al + H2SO4 H2(g) + Al2(SO4)3 นบจ านวนอะตอม ดานซายประกอบดวย Al 2 อะตอม H 2 อะตอม S 1 อะตอม และ O 4 อะตอม ดานขวาประกอบดวย Al 2 อะตอม H 2 อะตอม S 3 อะตอม และ O 12 อะตอม จะเหนวา Al มจ านวนเทากนแลวทงซายและขวา ขนตอมาคอดล SO4 โดยน า 3 มาเตมหนาโมเลกลของ H2SO4 (3) ดลจ านวนกลมไอออน SO4

2- 2Al + 3H2SO4 H2(g) + Al2(SO4)3 นบจ านวนอะตอม ดานซายประกอบดวย Al 2 อะตอม H 6 อะตอม S 3 อะตอม และ O 12 อะตอม ดานขวาประกอบดวย Al 2 อะตอม H 2 อะตอม S 3 อะตอม และ O 12 อะตอม จะเหนวาทกตวมจ านวนอะตอมเทากนแลว ยกเวน H ดงนนดล H โดยน าเลขสมประสทธมาเตม (4) ดลจ านวนอะตอม H 2Al + 3H2SO4 3H2(g) + Al2(SO4)3 นบจ านวนอะตอม ดานซายประกอบดวย Al 2 อะตอม H 6 อะตอม S 3 อะตอม และ O 12 อะตอม ดานขวาประกอบดวย Al 2 อะตอม H 6 อะตอม S 3 อะตอม และ O 12 อะตอม จะเหนวาจ านวนอะตอมทงซาย (สารตงตน) และขวา (ผลตภณฑ) เทากนแลว แบบนเรยกวา สมการเคมทดลแลว

นอกจากการดลสมการเคมแลว ในการเขยนสมการเคม ถาใหสมบรณยงขน ควรบอกสถานะของสารแตละชนดดวยคอถาเปนของแขง (solid) ใชตวอกษรยอวา "s" ถาเปนของเหลว (liquid) ใชอกษรยอวา "l" เปนแกส (gas) ใชอกษรยอวา "g" และถาเปนสารละลายในน า (aqueous) ใชอกษรยอวา "aq" เชน

CaC2(s) + 2H2O(g) ----> Ca(OH)2(aq) + C2H2(g)

และ การเขยนสมการบางครงจะแสดงพลงงานของปฏกรยาเคมดวย เชน

37

2NH3(g) + 93 kJ ----> N2(g) + 3H2(g) ปฏกรยาดดพลงงาน = 93 kJ (สลายสารตงตน) CH4(g) + 2O2 ----> CO2(g) + 2H2O(l) + 889.5 kJ ป ฏ ก ร ย า ค า ย พ ล ง ง าน = 889.5

(สรางสารผลตภณฑ) 2. สารก าหนดปรมาณ (Limiting Reagent)

สารทเขาท าปฏกรยามปรมาณไมพอดกน ปฏกรยาทเกดขนจะสนสดเมอสารใดสารหนงหมด สารทหมดกอนจะเปนตวก าหนดปรมาณของผลตภณฑของสารผลตภณฑทเกดขนเรยกวา “สารก าหนดปรมาณ”

สารก าหนดปรมาณในการเกดปฏกรยา เปนการค านวณสารจากสมการของปฏกรยาทโจทยบอกขอมลเกยวกบสารตงตนมาใหมากกวาหนงชนด ลกษณะโจทยม 2 แบบ คอ

2.1 โจทยบอกขอมลของสารตงตนมาใหมากกวาหนงชนด แตไมบอกขอมลเกยวกบสารผลตภณฑ ในการค านวณตองพจารณา วาสารใดถกใชท าปฏกรยาหมด แลวจงใชสารนนเปนหลกในการค านวณสงทตองการจากสมการได

2.2 โจทยบอกขอมลของสารตงตนมาใหมากกวาหนงชนด และบอกขอมลของสารผลตภณฑชนดใดชนดหนงมาใหดวย ในการค านวณใหใชขอมลจากสารผลตภณฑเปนเกณฑในการเทยบหาสงทตองการจากสมการเคม

ตวอยาง 3.11 2H + O = H2O ถาม H 4 อะตอม + O 4 อะตอม จะผลตน าได 2H2O และเหลอ H 0 อะตอม O 2 อะตอม จะเหนวา H ใชหมดกอน ดงนน H เปนสารก าหนดปรมาณเพอผลตน า ซงเปนผลตภณฑ

38

ตวอยาง 3.12 ยเรย [(NH2)2 CO] เปนสารทใชส าหรบการท าปย และอตสาหกรรมโพลเมอร เตรยมไดจากปฏกรยาระหวาง แอมโมเนย กบ คารบอนไดออกไซด ดงสมการ

2NH3 (g) + CO2 (g) (NH2)2 CO (aq) + H2O (l)

ถาให NH3 637.2 กรม ท าปฏกรยากบ CO2 1,142 กรม จงหาสารใดเปนสารก าหนดปรมาณ และ จงค านวณมวลของ (NH2)2 CO ทเกดขน เมอปฏกรยาสนสดจะมสารใดเหลอจากปฏกรยาและเหลอ กกรม วธท า ก. จากโจทย พบวา สมการไดผานการดลมาแลว หาจ านวนโมลของ NH3 และ CO2

มวลโมเลกลของ NH3 = 17.00, มวลโมเลกลของ CO2 = 44.00 จ านวนโมลของ NH3 = 637.2/17.00 = 37.42 โมล จ านวนโมลของ CO2 = 1,142/44.00 = 25.95 โมล จากสมการ NH3 2 โมลท าปฏกรยาพอดกบ CO2 1 โมล

ดงนน NH3 37.42 โมลท าปฏกรยาพอดกบ CO2 37.42 x 1 = 18.71 โมล แตโจทยก าหนดสารละลาย CO2 มาถง 28.95 โมล ดงนน NH3 เปนสารก าหนดปรมาณ

และ CO 2 เปนสารเกนพอ

หรอ คดจาก โมล / โมลสมประสทธ ของสารตงตน ถาตวไหนมตวเลขนอยกวาตวนนเปน สารก าหนดปรมาณ ซงจะได โมล/สมประสทธโมลของ NH3 = 37.42/2 = 18.71

และ โมล/สมประสทธโมลของ CO2 = 25.95/1 = 25.95

จะเปนวา 18.71 < 25.95 ดงนน NH3 เปนสารก าหนดปรมาณ

ข. จาก NH3 2 โมลท าปฏกรยาได ( NH2 )2 CO 1 โมล ดงนน NH3 37.42 โมลท าปฏกรยาได ( NH2 )2 CO (1 x 37.42)/2 = 18.71 โมล

39

มวลโมเลกลของ ( NH2 )2 CO = 60.00 น าหนกของ ( NH 2 )2 CO ทเกดขน = 18.71 x 60.00 = 1,122.6 กรม

ค. จาก NH3 37.42 โมลท าปฏกรยาพอดกบ CO2 18.71 โมล ดงนน เหลอ CO2 จากการท าปฏกรยา = 25.95 – 18.71 = 7.24 โมล น าหนกของ CO2 ทเหลอ = 7.24 x 44.00 = 318.56 กรม ตวอยาง 3.13 เมอผสมสารละลายเฟอรกคลอไรด 0.3 โมล/ลตร จ านวน 400 มลลลตร กบสารละลายไฮโดรเจนซลไฟด 0.5 โมล/ลตร จ านวน 300 มลลลตร จงหาวา สารใดเปนสารก าหนดปรมาณสารใดเหลอจากปฏกรยาและเหลอกกรม และมก ามะถนเกดขนจากปฏกรยานเทาใด

จากสมการ 2FeCl3 (aq) + H2S (aq) ---> 2FeCl2 (aq) + 2HCl (aq) + S (s)

วธท า จากโจทย พบวา สมการไดผานการดลมาแลว

สงทโจทยใหมา สารตงตน เฟอรกคลอไรด (FeCl3) 0.3 โมลาร 400 มลลลตร

ไฮโดรเจนซลไฟด (H2S) 0.5 โมลาร 300 มลลลตร

สงทโจทยถาม สารทก าหนดปรมาณ สารทเหลอจากการท าปฏกรยา และผลตภณฑทเกดขน

สงทตองทราบกอนหาค าตอบ คอ จ านวนโมลของสารตงตนทเขาท าปฏกรยา เปรยบเทยบ

สารใดใชหมดกอน สารนนเปนสารก าหนดปรมาณ ทราบสารเหลอและผลตภณฑ

ดงนนหาจ านวนโมลของ FeCl3 และ H2S จากความเขมขนทโจทยใหมา โดยเรมจาก

FeCl3 0.3 โมลาร 400 มลลลตร หมายถง

สารละลาย FeCl3 1,000 มลลลตร ม FeCl3 0.3 โมล

ดงนน สารละลาย FeCl3 400 มลลลตร ม FeCl3 (0.3 x 400)/1,000 = 0.12 โมล

H2S 0.5 โมลาร 300 มลลลตร หมายถง

สารละลาย H2S 1,000 มลลลตร ม H2S 0.5 โมล

ดงนน สารละลาย H2S 300 มลลลตร ม H2S (0.5 x 300)/1,000 = 0.15 โมล

40

จากนนท าการหาสารก าหนดปรมาณโดยสมมตใหสารตงตนตวใดตวหนงเปนสารทใชหมดกอน ถาค านวณแลวปรมาณของสารตงตนอกตวทใชท าปฏกรยานอยกวาจ านวนทมอยในโจทยแสดงวาเราสมมตถกตอง แตถาตรงกนขามแสดงวาเราสมมตผด ตองท าการสมมตใหม ในทนสมมต FeCl3 เปนสารก าหนดปรมาณ

จากสมการเคมถาใช FeCl3 2 โมล จะท าปฏกรยาพอดกบ H2S 1 โมล

ถาใช FeCl3 0.12 โมล จะท าปฏกรยาพอดกบ H2S = (0.12 x 1) / 2 = 0.06 โมล

จะเหนวาจากการค านวณเมอใช FeCl3 ทงหมด 0.12 โมลตองใช H2S เพยง 0.06 โมล แตโจทยก าหนดสารละลาย H2S มาถง 0.15 โมล ดงนน FeCl3 เปนสารก าหนดปรมาณและม H2S เหลอ

หรอ อกวธหนงในการค านวณหาสารก าหนดปรมาณ คอ เปรยบเทยบ โมล/โมลสมประสทธ ของสารตงตน ถาอตราสวนใดไดผลลพธนอยกวา แสดงวาสารตงตนตวนนเปนสารก าหนดปรมาณ

โมล/โมลสมประสทธ ของ FeCl3 = 0.12/2 = 0.06

โมล/โมลสมประสทธ ของ H2S = 0.5/1 = 0.5

จะเหนวา 0.06 < 0.5 ดงนน FeCl3 เปนสารก าหนดปรมาณ

ค าถามท 2 หาน าหนกของสารทเหลอ จาก FeCl3 0.12 โมลท าปฏกรยาพอดกบ H2S 0.06 โมล

ดงนน เหลอ H2S จากการท าปฏกรยา = 0.15 – 0.06 = 0.09 โมล

จากความสมพนธ โมล = น าหนกสาร (กรม)

มวลโมเลกล (กรมตอโมล)

เมอมวลโมเลกลของ H2S = 34.00 กรมตอโมล

แทนคา น าหนกของ H2S ทเหลอ = 0 .09 โมล x 34.00 กรมตอโมล = 3.06 กรม

ค าถามขอท 3 หาน าหนกของก ามะถนทเกดขน การหาผลตภณฑ ตองเทยบอตราสวนหาจากสารก าหนดปรมาณ ในทนคอ FeCl3 จะได จากสมการเคมถาใช FeCl3 2 โมล จะไดผลตภณฑ S 1 โมล ถาใช FeCl3 0.12 โมล จะได S = (1 x 0 .12)/2 = 0.06 โมล เกดผลตภณฑก ามะถน (S) 0.06 โมล ใชความสมพนธเรองโมลและน าหนกสาร เมอมวลอะตอมของ S = 32.00 กรมตอโมล แทนคา หนกของ S ทเกดขน = 0.06 โมล x 32.00 กรมตอโมล = 1.92 กรม

41

ตวอยาง 3.14 ธาตโมลบดนม (Mo) เตรยมไดจากแรโมลบไนต (MoS2) โดยการเผาเพอใหเกดออกไซดแลวรดวซออกไซดทไดดวยไฮโดรเจน ดงสมการ

2MoS2 + 7O 2 2MoO3 + 4SO2 MoO3 + 3H2 Mo + 3H2O

ถามแกสออกซเจนอย 560 กรม แกสไฮโดรเจน 120 กรม และ MoS 2 1,600 กรม จงค านวณหาน าหนก Mo ทเตรยมได (Mo = 96.00, S = 32.00, O = 16.00, H = 1.00) วธท า ท าการเชอมโยง 2 สมการใหสมพนธกน

2MoS2 + 7O2 2MoO3 + 4SO2

+ 2MoO3 + 6H2 2Mo + 6H2O

2MoS2 + 7O2 + 6H2 4SO2 + 2Mo + 6H2O

จากสมการรวมจะเหนวามสารตงตน 3 ตว คอ MoS2 O2 และ H2 ดงนนตองท าการหาสารก าหนดปรมาณกอน เรมจากการหาโมลของสารตงตนเพอท าการเปรยบเทยบ โมล / สมประสทธโมล

จ านวนโมลของ O2 560 กรม = 560 กรม / 32.00 กรมตอโมล = 17.50 โมล จ านวนโมลของ H2 120 กรม = 120 / 2.00 = 60.00 โมล และ จ านวนโมลของ MoS2 = 1,600 / 160.00 = 10.00 โมล

หาอตราสวน จ านวนโมล / สมประสทธโมล

ของ O2 = 17.50 / 7 = 2.5 H2 = 60.00 / 6 = 10 MoS2 = 10.00 / 2 = 5 จากการค านวณอตราสวน โมล / สมประสทธโมล จะเปนวา 2.5 นอยกวา 5 นอยกวา 10

ดงนน จะไดวา O2 เปนสารก าหนดปรมาณ จากนนจงหาผลตภณฑ จากสมการเคมถาใช O2 7 โมล สามารถเตรยม Mo ได 2 โมล ถา O 2 17.50 โมล สามารถเตรยม Mo ได (17.50 x 2)/7 = 5 โมล

และจากความสมพนธ โมล = น าหนกสาร (กรม)

มวลโมเลกล (กรมตอโมล)

แทนคา น าหนกของ Mo ทเกดขน = 5 โมล x 96.00 กรมตอโมล = 480.00 กรม

42

ผลผลตรอยละ

เปอรเซนตผลผลต หรอ รอยละของผลไดของสารผลตภณฑ ในการค านวณหาปรมาณของผลตภณฑจากสมการเคมน น คาทไดเรยกวา “ผลไดตามทฤษฎ” (Theoretical yield) แตในทางปฏบตจะไดผลตภณฑนอยกวาตามทฤษฎ แตจะไดมากหรอนอยแคไหน กขนอยกบวธการและสารเคมทใช เรยกผลทไดวาน “ผลไดจรง” (Actual yield) ส าหรบการรายงานผลการทดลองนน จะเปรยบเทยบคาทไดตามทฤษฎในรปรอยละ ซงจะไดความสมพนธดงน

รอยละของผลได = ผลไดจรง

ผลไดตามทฤษฎ × 100%

รอยละของผลไดจะมคาอยระหวาง 0 - 100

ตวอยาง 3.15 เอทลอะซเตตเปนตวท าละลายทใชในการลางเลบ ตองใชกรดอะซตกจ านวนเทาไรในการเตรยมเอทลอะซเตต 252 กรม จะไดผลผลตรอยละทตองการคอ 85% และสารตงตนตวอน ไดแก เอทานอล และ กรดซลฟรก ไมไดเปนสารก าหนดปรมาณ สมการทเกดขน คอ

2 4

3 2 5 3 2 3 2

H SOCH COOH C H OH CH COOCH CH H O

acetic acid ethanal

วธท า จากโจทย เรารผลผลตจรงกบผลผลตรอยละของเอทลอะซเตด จากสมการ

จาก ผลผลตรอยละ = ผลไดจรง

ผลไดตามทฤษฎ ×100%

ดงนนแทนคา จะได ผลไดตามทฤษฎ 252100%

85.0%

g ethyl acetate

= 296 g ethyl acetate

เราสามารถค านวณกรดอะซตกทใชในปฏกรยาเพอทจะไดเอทลอะซเตด 296 กรม

43

3

1 1296

88.11 1

60.05

1

mol ethyl acetate mol acetic acidg CH COOH g ethyl acetate

g ethyl acetate mol ethyl acetate

g acetic acid

mol acetic acid

= 202 g acetic acid

ตวอยาง 3.16 ในการผลตสบของกลมแมบานในโครงการหนงต าบลหนงผลตภณฑ ไดทดลองผลตโดยใชสวนผสมดงน น ามนพช (C17H33COOH) 200 g, potassium hydroxide (KOH) 91.7 g

เตมกลนสงเคราะห และไดสบจ านวน 210 g ในการผลตจะไดผลผลตรอยละเทาไร วธท า ในการผลตสบจะเกดปฏกรยาดงน

C17H33COOH + KOH C17H33COOK + H2O

1 mol 1mol 1 mol 1 mol

หาสารก าหนดปรมาณ

17 33

2020.7

282 /

91.71.6

56 /

gmol C H COOH mol

g mol

gmol KOH mol

g mol

ดงนน C17H33COOH เปนสารก าหนดปรมาณ เราสามารถค านวณหาน าหนกของสบซงเปนผลผลตตามทฤษฎไดดงน

โมล C17H33COOK = 0.7 mol X 321 g/mol = 224.7 g

ในการทดลองผลตสบครงนจะไดผลผลตรอยละ ดงน

ผลผลตรอยละ = ผลไดจรง

ผลไดตามทฤษฎ×100%

17 33

17 33

210.0100%

224.7

93.4%

g C H COOK

g C H COOK

สรป

ปรมาณสารสมพนธเปนเรองพนฐาน เปนการศกษาความสมพนธเชงปรมาณของสตรเคมหรอสตรสดสวน และปฏกรยาเคม แนวคดของปรมาณสารสมพนธคอการใช โมล มวลอะตอมหรอ

44

มวลโมเลกล การหาความสมพนธระหวางโมล มวล อะตอมและปรมาตร สมการเคมและการดลสมการเคมซงจ านวนอะตอมของสารตงตนตองเทากบจ านวนอะตอมของผลตภณฑ การหาสตรสดสวน และการค านวณหาสารก าหนดปรมาณของสารตงตน และการเกดผลตภณฑหรอผลผลต รวมถงการผลผลตรอยละ ซงเปนการเปรยบเทยบปรมาณผลตภณฑระหวางผลไดจรงกบผลไดตามทฤษฎ

แบบฝกหดทายบทท 3

1. จงค านวณจ านวนโมลของปรมาณทก าหนดให

6.1 Sn 17.5 g 6.2 H2O 3.6 g 6.3 NaCl 50.0 g 6.4 CCl4 160.0 g

(0.147, 0.2, 0.85, 1.04) 2. จงหาน าหนกโมเลกลของสารตอไปน (ตอบเปนเลขนยส าคญ 3 หรอ 4 ตว และก าหนด Na = 22.99, S = 32.06, C = 12.01, H = 1.01, O = 16.01 และ Cu = 63.55) 1.1 Na2S 1.2 C6H12O6 1.3 (CuSO4·5H2O)2 (78.04 180.2 499.6) 3. สารชนดหนงมธาต C และ H เทานน เปนองคประกอบ เมอน าสารนจ านวน 1.20 กรม มาเผาจนปฏกรยาเกดขนอยางสมบรณ พบวา เกด CO2 3.60 กรม และ H2O 1.96 กรม จงหาสตรอยางงายของสารน (C4H32O7) 4. ออกไซดหนงของไนโตรเจน มไนโตรเจน 30.4% เปนองคประกอบ จงหาสตรเอมพรกลของสารน และถาน าหนกโมเลกลของสารนเทากบ 92 จงหาสตรโมเลกลของสารน (N = 14, O = 16) (NO2 2NO2)

5. จงดลสมการตอไปน

5.1 ZnS + HCl ZnCl2 + H2S

5.2 HCl + Cr CrCl3 + H2

5.3 Al + Fe3O4 Al2O3 + Fe

5.4 H2 + Br2 HBr

5.5 Na2S2O3 + I2 NaI + Na2S4O6

6. สงกะส (Zn) และก ามะถน (S) ท าปฏกรยากนดงสมการ Zn + S ZnS

45

เมอน า Zn 12.0 กรม มาท าปฏกรยากบ S 6.50 กรม จะได ZnS อยางมากทสดกกรม ธาตใดเปนสารก าหนดปรมาณ ธาตใดเหลอจากปฏกรยา และเหลอกกรม (Zn = 65.4, S = 32) (Zn, S เหลอ 0.64 กรม) 7. จากขอ 6 ถาในการผลตจรงในโรงงาน สามารถผลตซงคซลไฟด (ZnS) ได 16 กรม จงหาผลผลตรอยละ (89.52 %)

เอกสารอางอง

ชยยทธ ชางสาร และ เลศณรงค ศรพนม. (2545). เคมส าหรบวศวกร. บรษทว.เพชรสกลจ ากด : กรงเทพมหานคร.

ทบวงมหาวทยาลย. (2536). เคม 1. เลมท 1. พมพครงท 7. บรษทอกษรเจรญทศน : กรงเทพมหานคร.

พนต รตะนานกล, นยนา ชวนเกรกกล, พรพรรณ อดมกาญจนนนท, วรวรรณ พนธมนาวน, สชาดา จอนวฒนกล, ธรยทธ วไลวลย, นทธมน คณแสง และอรพนท เจยรถาวร. (2553). เคม. พมพครงท 5. บรษทดานสทธาการพมพจ ากด : กรงเทพมหานคร.

เพมสน เลศรฐการ, โสภน เลศรฐการ, สรศกด แกวมสข และ วมล พรมจนทร. (2545). TOP 100 เคม. ส านกพมพ PYP : กรงเทพมหานคร.

สนนทา วบลยจนทร. (2545). เคม : วชาแกนทางวทยาศาสตร 1. เลมท 1. บรษทเพยรสนเอดดเคชนอนโดไชนาจ ากด : กรงเทพมหานคร.

อญชล ฉวราช, สมศกด ศรไชย และ นศากร ทองกอน. (2553). เคม 1. บรษทเจเอสทพบลชชงจ ากด : กรงเทพมหานคร.

R.T. Gilbert. (2009). Chemistry : The science in context. W.W. Norton : New York. Uno Kask and J. David Rawn. (1993). General Chemistry. Wm. C. Brown Communications,

Inc. : United States of America.