Make your own free website on Tripod.com

บทที่ 4

ปริมาณสารสัมพันธ์

 

                เป็นการศึกษาเกี่ยวกับปริมาณสารที่เกี่ยวข้องกันในปฏิกิริยาเคมีโดยอาศัยสมการเคมีที่ดุลแล้ว

 

สมการเคมี

 

                การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเขียนอธิบายได้ในรูปของสมการเคมี เช่น

                                               

                                   N2 + 3H2         ®            2NH3

                                   สารตั้งต้น                       สารผลิตภัณฑ์

 

                สมการเคมีที่ดุลแล้ว หมายถึง สมการที่แสดงจำนวนอะตอมของสารก่อนเกิดปฏิกิริยาเท่ากับหลังเกิดปฏิกิริยา

 

เช่น                         K          +      CH3I                  ®                    KI         +       CH3

 

ตัวอย่าง            สมการก่อนดุล                 H2   +      O2            ®              H2O

                        สมการหลังดุล               2H2 +      O2             ®            2H2O

 

                การตีความสมการเคมี ใช้กับสมการเคมีที่ดุลแล้วเท่านั้น

 

เช่น                            CH4(g)        +         2O2(g)         ®      CO2(g)        +        2H2O(l)

โมเลกุล                            1                              2                              1                              2

โมเลกุล                   6.02 ´ 1023          2(6.02 ´ 1023)         6.02 ´ 1023          2(6.02 ´ 1023)

โมล                                 1                              2                              1                              2

กรัม                               16                           64                            44                          36

 

กล่าวได้ว่า CH4 1 โมล ทำปฏิกิริยากับ O2 2 โมล เกิด CO2 1 โมล และ H2O 2 โมล

 

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับปริมาณสาร

 

EX          เมื่อเผา KClO3 3.5 โมล เกิดปฏิกิริยาดังนี้          2 KClO3  ® 2KCl + 3O2

                ถามว่า จะมี O2 เกิดขึ้นกี่โมล, กี่กรัม, กี่ลิตรที่ STP

 

 

แนวคิด                   เทียบจากสมการที่ดุลแล้ว

ทำ           เผา KClO3       2      โมล เกิด O2                                             3                            โมล

                เผา KClO3       3.5  โมล เกิด O2                                             (3.5)                       โมล

 

                                                                                                  =            5.25                        โมล                                #

                O2   1        โมล มีมวล                                                              32                           กรัม

                O2   5.25  โมล มีมวล                                                              32(5.25) กรัม

                                                                                                =              168                         กรัม                                 #

                O2   1        โมล มีปริมาตร                                                        22.4                        ลิตรที่ STP

                O2   5.25  โมล มีปริมาตร                                                        22.4(5.25)            

                                                                                                =              117.6                      ลิตรที่ STP                  #

 

                        \      มี O2 เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา 5.25 โมล, 168 กรัม, 117.6 ลิตรที่ STP                                             #

 

EX          จาก 3CO(g) + Fe2O3(s)  ®  2Fe(s) + 3CO2(g)

 

 

                ถ้าให้ Fe เกิดขึ้น 224 g ต้องใช้ CO กี่ลิตรที่ STP (Fe = 56)

ทำ           Fe       2            โมล                เกิดจาก CO                                           3                              โมล

                Fe                     โมล            เกิดจาก CO                                                                                โมล

 

 

 


                                                                                                                =              6                            โมล

 

                                                                                                จาก n       =                

 

 

                                                                                                       V      =          n(22.4)      

                                                                                                                =          6(22.4)      

                                                                                                                =          134.4                         ลิตรที่ STP                                            

                \            ต้องใช้ CO ปริมาตร                 134.4      ลิตรที่  STP                                            #

 

                กรณีที่โจทย์กำหนดปริมาณสารตั้งต้นมากกว่า 1 ตัว ให้เทียบหาปริมาณสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดจาก

สารกำหนดปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น(Limitting Agent)

 

ตัวอย่างการคำนวณที่โจทย์ให้ข้อมูลของสารตั้งต้นมากกว่าหนึ่งตัว

 

EX          เหล็ก (Fe) 7.62 g ทำปฏิกิริยากับกำมถัน (S) 8.67 g ดังสมการ Fe + S ® FeS

 

                ถามว่า      1. Limiting Agent คือสารใด และ Excess Reagent เหลือจากปฏิกิริยากี่กรัม

                                2. FeS เกิดขึ้นกี่กรัม

 

 

ทำ 1.      จากโจทย์                  Fe           =                              =              0.136                      โมล

 

 

                                                S             =                              =              0.270                      โมล

 

 

                จากสมการ    ใช้ Fe                  1              โมล ต้องใช้ S              1                           โมล

                                    ถ้าใช้ Fe              0.136      โมล ต้องใช้ S           0.136                      โมล

 

                Q            โจทย์ให้  S              =     8.67 g              =              0.270                       โมล

                                ใช้ S ไป                                                                   0.136                      โมล

                \            S  เหลือ                                                                     0.134                       โมล

\       Limiting Agent คือ Fe  , Excess Reagent คือ S

        โดย S เหลือ                                             =              0.134(32)               กรัม

                                                                        =              4.29                         กรัม        

 

       2.  หา FeS ที่เกิดขึ้น

            แนวคิด                   คิดเทียบที่ Limiting Agent คือ Fe

                จากสมการ                ใช้ Fe         1           โมล เกิด FeS             1                           โมล

                                                ใช้ Fe      0.136      โมล เกิด FeS          0.136                      โมล

                                                จาก          g                             =              NM

                                                                M                            =              55.85 + 32.07      

                                                                                                =              87.92

                                                                g                             =              0.136(87.92)        

                                                                                                =              12                             กรัม

                \            มี FeS เกิดขึ้น 12 กรัม                                                                                                                            #

 

 

 

EX          NH3 637.2 g ทำปฏิกิริยากับ CO2 1,142 g ดังสมการ      2 NH3 +  CO2  ®  (NH3)2CO + H2O

 

                ให้หามวลของยูเรีย (NH3)2CO ที่เกิดขึ้น

 

 

ทำ           โมลของ NH3                                                           =                              =              37.42

 

 

                โมลของ CO2                                                           =                              =              25.05

 

 

                จากสมการ  ใช้     NH3       2        โมล    ต้องใช้ CO2                               1                              โมล

 

                                    ถัาใช้ NH3 37.42     โมล    ต้องใช้ CO2                                  (37.42)               โมล

 

 

                                                                                                                =              18.71                      โมล

Q       โจทย์ให้ CO2  25.05 โมล  แต่ถูกใช้ไป  18.71 โมล

\       CO2 จะเหลือจากปฏิกิริยา

ดังนั้น  Limiting Agent คือ NH3

               

 

                จากสมการ  ใช้     NH3      2        โมล  เกิดยูเรีย                                          1                            โมล

 

                                   ถ้าใช้  NH3   37.42   โมล  เกิดยูเรีย                                          (37.42)                โมล        

 

 

                                                                                                                =              18.71                      โมล         

                จาก  n   =   g/M        ®             g  =   nM

                \ มียูเรียเกิดขึ้น                                                                        =              18.71(60)              กรัม

                                                                                                                =              1,122.6                  กรัม                         #

 

การคำนวณที่อาศัยเทคนิคในการไตเตรท

 

EX          เมื่อให้ 0.2 M ของสาร A ทำปฏิกิริยากับ 0.4 M ของสาร B ปริมาณ 10 cm3

 

                ให้หาปริมาณของสาร A ที่ทำปฏิกิริยาพอดีกับสาร B

ทำ           จำนวนโมลของสาร B                                                               =              MV

 

                                                                                                                =              0.4 ´                       โมล

 

 

                                                                                                                =              0.004                      โมล

 

                จากสมการ  ใช้สาร B                    1          โมล    ต้องใช้สาร A                     1                           โมล

                                    ถ้าใช้สาร B          0.004      โมล    ต้องใช้สาร A                  0.004                      โมล

 

 


                จาก          M   =       N/V        ®                            V             =              N/M

 

                                                                                                V             =                                              ลิตร

 

                                                                                                                =              0.02                        ลิตร         

                                                                                                                =              20                            มิลลิลิตร

                \ต้องใช้ 0.2 M ของสาร A ปริมาณ 20มิลลิลิตร                                                                       #

 

 

EX          ให้ 0.1327 M ของ KMnO4 ปริมาณ 16.42 ml. ทำปฏิกิริยากับ 20 ml. ของ FeSO4 หา [FeSO4]

                5Fe2+ + MnO4- + 8H+  ®  Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O

 

ทำ           KMnO4                   1                      โมล ทำปฏิกิริยาพอดีกับ Fe2+                           5                              โมล

 

 

                KMnO4                                            โมล ทำปฏิกิริยาพอดีกับ Fe2+     5(0.1327´16.42´10-3)             โมล

                                                                                                                =                      1.089´10-2                       โมล

 

                จาก          M  =  n/V               ®                            M            =                                                                  โมลาร์

 

                                                                                                                =                       0.5445                              โมลาร์

                \            FeSO4  เข้มข้น       0.5445 Molar                                                                                       #

 

 

Yield of Reactions

 

 

                หมายถึงค่าเปอร์เซ็นต์ผลผลิตที่ได้จากการทดลองจริงๆ

 


% yield         =                                            ´ 100

 

 

 

EX          ให้ CCl4  150 g  ทำปฏิกิริยากับ SbF3 100 g ดังสมการ     3CCl4 + 2SbF3  ®  3CCl2F2 + 2SbCl2

 

                ให้หา % yield ของ CCl2F2 เมื่อทดลองจริงได้ 80 g

ทำ           Check Limiting Agent

 

 

                โมลของ CCl4          =                              =              0.97

 

                โมลของ SbF4         =                              =              0.56

 

 

 

                ใช้    SbF3                2            โมล ต้องใช้ CCl4                 3                                  โมล

 

                ถ้าใช้ SbF3              0.56        โมล ต้องใช้ CCl4                        (0.56)                     โมล

 

                                                                                =                         0.84                               โมล

\       CCl4 เป็น Excess Reagent และ SbF3 เป็น Limiting Agent

 

                คำนวณหาผลผลิตทางทฤษฎี

 

 

                ใช้     SbF3               2            โมล เกิด CCl2F2                      3                              โมล

 

                ถ้าใช้ SbF3              0.56        โมล เกิด CCl2F2                          (0.56)                  โมล

 

                                                                                                =              0.84                          โมล

                จาก          n  =         g/M        ®            g               =            nM

                                                                                                =              0.84(121)                กรัม

                                                                                                =              101.64                     กรัม

 

 

 


                Þ            หา % yield           

 

                                                จาก % yield                                           =                                             

 

 

 


                                                                                                                =                             

 

 

                                                                                                                =                   78.71   %                          #