ChemoGraphics-ปริมาณสารสัมพันธ์

“ศึกษาเกี่ยวกับการวัดปริมาณของสารโดยอาศัยความสัมพันธ์ของสารต่างๆ ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเคมี”

บอกปริมาณสารตั้งต้นที่ใช้ในการท าปฏิกิริยาคาดคะเนปริมาณสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น

มวลของสารทั้งหมดที่เข้าท าปฏิกิริยาจะเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์ทั้งหมดท่ีเกิดขึ้น

โมล คือ หัวใจ ของปริมาณสารสัมพันธ์6.02x1023

..แล..แล้ว โมล คืออะไรล่ะ ?

ปริมาณสารสัมพันธ์ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วรวิทย์ จันทร์สุวรรณ

คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลพระนคร

Download เอกสารอ่านเพิ่มเติมเอกสารเผยแพร่เพื่อประโยชน์แก่การศึกษาWoravith Chansuvarn

[email protected]

ChemoGraphics

อะตอม & โมเลกุล

H N O F

อะตอม คืออนุภาคที่เล็กท่ีสุดของธาตุท่ียังคงรักษาสมบัติของธาตุชนิดนั้นๆ ไว้ได้ (ประกอบด้วย

โปรตอน นิวตรอน และ อิเล็กตรอน)

โมเลกุล คือ อะตอมอย่างน้อยสองอะตอมมารวมตัวกันด้วยแรงดึงดูดทางเคมี ด้วยอัตราส่วนที่

แน่นอนตามกฎสัดส่วนคงตัว

H N O FHH

HNH

H2 N2 H2O HFH N O F

มวลอะตอม หรือ น้ าหนักอะตอม(เป็นมวลอะตอมเฉลี่ยของไอโซโทปของธาตุ)

1.008 14.007 15.999 18.998

มวลโมเลกุล หรือ น้ าหนักโมเลกุล(ผลรวมของมวลอะตอมของธาตุทั้งหมดที่มารวมกันเป็น

โมเลกุล)

1.0x2=2.0

14.0x2=28.0

16.0+(1.0x2)=18.0

1.0 14.0 16.0 19.0 1.0+19.0=20.0

มวลอะตอม ดูได้จากตารางธาตุ

โมเลกุลท่ีมีน้ าล้อมรอบ เช่น CuSO45H2O ต้องค านวณรวมน้ าหนักน้ าดว้ย

สามารถดูมวลโมเลกุลได้จากฉลากข้างขวดสารเคมี

6.02x1023

6.02x1023

12 g ของ 12C 12C = 6.02x1023 อะตอม

ช่วยนับซิว่ามี 12C กี่อะตอม

โมล คือปริมาณสารที่มีจ านวนอนุภาค เท่ากับ จ านวนอะตอมของ 12C ที่หนัก 12 กรัม

อะไรก็ตามท่ีมีจ านวนอนุภาค เท่ากับ 6.02x1023

จะเป็น 1 โมลอะตอมโมเลกุลไอออน

ของ อะตอม จะมีน าหนักเท่ากับ มวลอะตอม อะตอม ของ โมเลกุล จะมีน าหนักเท่ากับ มวลโมเลกุล โมเลกุลของ ไอออน จะมีน าหนักเท่ากับ มวลไอออน ไอออน

1 โมล =

Cu 1 โมล มีน าหนัก = 63.5 g

H2O 1 โมล มีน าหนัก = 18 g=

อะตอม

โมเลกุลn = g

MM

สูตรค านวณโมล

MM = Molar mass = มวลอะตอม= มวลโมเลกุล

โมลของปริมาณสารและอนุภาค

แก๊สใดๆ จ านวน 1 โมล มีปริมาตร เท่ากับ 22.4 ลิตรที่สภาวะ STP

STP : สภาวะท่ีความดัน 1 atm อุณหภูมิ 0C

โมลของแก๊ส

n = V22.4

สูตรค านวณโมลของแก๊ส

H2 CO2O2

มีปริมาตร = 22.4 ลิตร

2 g 32 g 44 g

ปริมาณ 1 โมล 1 โมล 1 โมล

6.02x1023

โมเลกุล

แก๊ส

ปริมาณ

อนุภาค

1 โมล(ไอน า) มีปริมาตร = 22.4 ลิตร

มีน าหนัก = 18 กรัม

มีอนุภาค = 6.02x1023 โมเลกุลH2O

n = V22.4

n = N6.02x1023

n = gMM

n = = = g V N

MM 22.4 6.02x1023

น้ าหนัก แก๊ส อนุภาค

gn =

MMV

n =22.4 23

Nn =

6.02x10

โลหะตะกั่ว (Pb) หนัก 20.8 g มีอะตอมตะกั่วอยู่เท่าไรน๊า..?

20.8 g207.2 g/mol

g Pb

mol Pb

N Pb

20.8 g Pb

0.1 mol

6.02x1022

230.1 mol x 6.02x10

การดุลสมการเคมีสมการเคมี

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

สารตัง้ตน้ สารผลติภณัฑ์

สัมประสิทธิ์จ านวนโมล สถานะของสาร

ตัวเลขที่ได้จากการดุลสมการ

(s) ของแข็ง(l) ของเหลว(g) แก๊ส(aq) สารละลาย

กลุ่มสัญลักษณ์ที่เขียนแทนการเกิดปฏิกิริยาเคมี การเติมตัวเลขสัมประสิทธิ์จ านวนโมลหน้าสูตรเคมี เพื่อท าให้จ านวนอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันทั้งสองข้างสมการเท่ากัน

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

4H 2O = 4H, 2O

2Fe2O3(aq) + 3C(s) 4Fe(s) + 3CO2(g)

Fe2O3 จ านวน 2 โมล ท าปฏิกิริยาพอดีกับ Cจ านวน 3 โมล เกิดผลิตภัณฑ์เป็น Fe จ านวน 4 โมล และเกิดเป็นแก๊ส CO2 จ านวน 3 โมล

Fe3O4 + H2 Fe + H2O

Fe3O4 + H2 3Fe + H2Oดุล Fe

ดุล O Fe3O4 + H2 3Fe + 4H2O

ดุล H Fe3O4 + 4H2 3Fe + 4H2O

3Fe,4O 8H = 3Fe 8H,4O

โมลสัมพันธ์

mol Bb

ปริมาตรแก๊ส (L)

อนุภาค

น าหนัก (g)

mol Aa

ปริมาตรแก๊ส (L)

อนุภาค

น าหนัก (g)

aA bBอัตราส่วนสัมประสิทธิ์จ านวนโมล

ระหว่างสาร B และสาร A เรียกว่า mol ratio

เกี่ยวข้องกับเลขสัมประสิทธิ์จ านวนโมลจากสมการเคมีที่

ดุลแล้ว

ตัวอย่างการค านวณปริมาณสารสัมพันธ์ โมลสัมพันธ์

mol CO2

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)เมื่อเผาไหม้แก๊ส CH4 900 L จนสมบูรณ์จะเกิด CO2 อย่างน้อยกี่กรัม

900 L CH4

mol CH4

g CO2

1:1

900 L22.4 = 40.2 mol

จะเกิด CO2 = 40.2 mol

40.2 mol x 44 g/mol= 1,767.9 g

mol O2

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)เมื่อเผาไหม้แก๊ส CH4 900 L จนสมบูรณ์จะต้องใช้ O2 อย่างน้อยกี่กรัม

900 L CH4

mol CH4

g O2

1:2

900 L22.4 = 40.2 mol

จะต้องใช้ O2 เป็น 2 เท่า = 40.2x2 = 80.4 mol

80.4. mol x 32 g/mol= 2,571.5 g

สารก าหนดปริมาณเราจะผลิตรถยนต์

ได้กี่คันนะ?

3 คัน

ท าไมได้แค่ 3

ก็เพราะเรามีตัวถังแค่ 3 ชิ้นไง

แต่เรามีล้ออยู่เยอะนะ

แต่ตัวถังมีปริมาณน้อยกว่า จึงใช้หมดก่อน ตัวถังจึงเป็น

ตัวก าหนดปริมาณรถยนตท์ี่จะได้ เรียกสารท่ีใช้หมดก่อนว่า

“สารก าหนดปริมาณ” ในปฏิกิริยาเคมี สารตั้งต้นท่ีมีจ านวนโมลน้อยกว่า ก็คือ “สารก าหนดปรมิาณ”

(1) จ านวนโมลน้อยกว่าจึงใช้หมดก่อน (2) เป็นตัวก าหนดปริมาณผลิตภัณฑ์ที่จะเกิดขึ้นได้อย่างน้อยเท่ากับจ านวนโมล ของสารก าหนดปริมาณ

เรียกปริมาณสารผลิตภัณฑ์ว่า

ผลผลิตทางทฤษฎี

สารก าหนดปริมาณ ต้องค านึงถึงเลข สปส.จ านวนโมล ของสารตั้งต้น

อัตราส่วนเลข สปส. จ านวนโมลเท่ากับ 1:1 อัตราส่วนเลข สปส. จ านวนโมลไมเ่ท่ากับ 1:1

สารตั้งต้นที่มจี านวนโมลน้อยกว่า เป็น สารก าหนดปริมาณ

Zn(aq) + S(aq) ZnS(s) ถ้ามี Zn 20.0 กรัม และ S 10.0 กรัม ระหว่าง Zn และ S สารใดเป็นสารก าหนดปริมาณ

Zn20.0 g

n = = 0.306 mol65.4 g/mol

S10.0 g

n = = 0.311 mol32.0 g/mol

ต้องค านวณจ านวนโมล ก่อน

สารตั้งต้นที่มีอัตราส่วน จ านวนโมล/สปส.จ านวนโมล น้อยกว่า

เป็น สารก าหนดปริมาณ

ค านวณจ านวนโมลของสารตั้งต้นแต่ละตัวค านวณอัตราส่วน จ านวนโมล/สปส.จ านวนโมล

2 NH3(g) + CO2(g) (NH2)2CO(aq) + H2O(l) ถ้าการผลิตยูเรียใช้ NH3 700 กรัมผสมกับ CO2 1,000 กรัม สารใดเป็นสารก าหนดปริมาณ

3(NH )700 g

n = = 41.2 mol17.0 g/mol

2(CO ) 1,000 g

n = = 22.7 mol44.0 g/mol

41.2= 20.6

222.7

= 22.71

ผลผลิตร้อยละ

2NH3(g) + CO2(g) (NH2)2CO(aq) + H2O(l) ถ้าการผลิตยูเรียใช้ NH3 700 กรัมผสมกับ CO2 1,000 กรัม เมื่อเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ์ได้ยูเรียเท่ากับ 960 กรัม จงค านวณผลผลิตร้อยละ

ผลผลิตร้อยละ = x 100ผลผลิตจริง

ผลผลิตทางทฤษฎี

3(NH )700 g

n = = 41.2 mol17.0 g/mol

2(CO ) 1,000 g

n = = 22.7 mol44.0 g/mol

41.2= 20.6

222.7

= 22.71

ค านวณสารก าหนดปริมาณ ค านวณปริมาณตามความสัมพันธ์เชิงโมล

mol (NH2)2CO

700 g NH3

mol NH3

g (NH2)2CO

2:1

700 g17 g/mol = 41.2 mol

จะเกิด (NH2)2CO x (1/2)= 20.6 mol

20.6 mol x 60 g/mol= 1,235.4 g

ค านวณผลผลิตร้อยละ

ผลผลิตร้อยละ = x 100 = 77.7%960 g

1,235.4

ผลผลิตทางทฤษฎี = 1,235.4 g

3 2 2mol NH mol(NH ) CO =

2 1