บทที่
4
ปริมาณสารสัมพันธ์
เป็นการศึกษาเกี่ยวกับปริมาณสารที่เกี่ยวข้องกันในปฏิกิริยาเคมีโดยอาศัยสมการเคมีที่ดุลแล้ว
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
กรัม
16
64
44
36
กล่าวได้ว่า CH4 1 โมล
ทำปฏิกิริยากับ O2 2 โมล เกิด
CO2 1 โมล และ H2O 2 โมล
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)
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
#
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
#
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 %
#