สมการเคมี (Chemical equation)
สมการเคมี คือ กลุ่มสัญลักษณ์ที่เขียนแทนปฏิกิริยาเคมี ให้ทราบถึงการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นในระบบ สมการเคมีประกอบด้วยสัญลักษณ์ แสดงสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์ เงื่อนไขแสดงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น พร้อมด้วยลูกศรทิศทางแสดงของปฏิกิริยา
สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์
Zn (s) +2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g)
สารที่เขียนทางซ้ายมือของลูกศร เรียกว่า สารตั้งต้น
สารที่เขียนทางขวามือของลูกศร เรียกว่า สารผลิตภัณฑ์
เครื่องหมาย + หมายถึงทำปฏิกิริยากัน
เครื่องหมาย แสดงการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นไปเป็นสารผลิตภัณฑ์
สมการเคมีมี 2 ประเภท คือ
1.สมการโมเลกุล (Molecule equation) เป็นสมการเคมีของปฏิกิริยาที่มารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เป็นรูปอะตอม หรือโมเลกุล เช่น
2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + H2O(l) + CO2(g)
2.สมการไอออนิก (Ionic equation) เป็นสมการเคมีของปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ อย่างน้อง 1 ชนิดเป็นไอออน เช่น
H+(aq) + OH-(aq) 2H2O(l)
สมการเคมีที่สมบูรณ์ จะต้องมีจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุ ทางซ้ายและขวาเท่ากัน เรียกว่า สมดุลเคมี
การดุลสมการเคมี
วิธีการดุลสมการเคมีทั่วไป
ระบุว่าสารใดเป็นสารตั้งต้น และสารใดเป็นสารผลิตภัณฑ์
เขียนสูตรเคมีที่ถูกต้องของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ ซึ่งสูตรเคมีนี้จะไม่มีการเปลี่ยนแปลง
ดุลสมการโดยหาตัวเลขสัมประสิทธิ์มาเติมข้างหน้าสูตรเคมี เพื่อทำให้อะตอมชนิดเดียวกันทั้งซ้ายและขวาของสมการมีจำนวนเท่ากัน
ให้คิดไอออนที่เป็นกลุ่มอะตอมเปรียบเสมือนหนึ่งหน่วย ถ้าไอออนนั้นไม่แตกกลุ่มออกมาในปฏิกิริยา
ตรวจสอบอีกครั้งว่าถูกต้องโดยมีจำนวนอะตอมชนิดเดียวกันเท่ากันทั้งสองข้าง
EX. อะลูมิเนียมซึ่งเป็นโลหะที่ว่องไวต่อปฏิกิริยากับกรด เมื่ออะลูมิเนียมทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก จะเกิดแก๊สไฮโดรเจนและอะลูมิเนียมซัลเฟต จงเขียนและดุลสมการของปฏิกิริยานี้
วิธีทำ (1) เขียนสูตรสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ Al + H2SO4 —-> H2(g) + Al2(SO4)3
(2) ดุลจำนวนอะตอม Al 2Al + H2SO4 —-> H2(g) + Al2(SO4)3
(3) ดุลจำนวนกลุ่มไอออน SO42- 2Al + 3H2SO4 —-> H2(g) + Al2(SO4)3
(4) ดุลจำนวนอะตอม H 2Al + 3H2SO4 —-> 3H2(g) + Al2(SO4)3
หลักในการเขียนสมการเคมี
ต้องเขียนสูตรเคมีของสารตั้งต้นแต่ละชนิดได้
ต้องทราบว่าในปฏิกิริยาเคมีหนึ่งเกิดสารผลิตภัณฑ์ใดขึ้นบ้าง และเขียนสูตรเคมีของสารผลิตภัณฑ์ได้
เมื่อเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาเคมีได้แล้วให้ทำสมการเคมีให้สมดุลด้วยเสมอ คือทำให้จำนวนอะตอมของธาตุทุกชนิดทางซ้ายเท่ากับทางขวา โดยการเติมตัวเลขข้างหน้าสูตรเคมีของสารนั้นๆ เช่น
N2 + H2 —-> NH3 ไม่ถูกต้อง เพราะสมการนี้ไม่ดุล
N2 + 3H2 —-> 2NH3 ถูกต้อง เพราะสมการนี้ดุลแล้ว
ข้อควรจำ ในสมการเคมีที่ดุลแล้วนี้จะมี จำนวนอะตอม โมลอะตอม และมวลสารตั้งต้นเท่ากับของสารผลิตภัณฑ์เสมอ ส่วนจำนวนโมเลกุลหรือจำนวนโมลโมเลกุล หรือปริมาตรของสารตั้งต้นอาจเท่ากันหรือ ไม่เท่าหรือสารผลิตภัณฑ์ก็ได้(ส่วนใหญ่ไม่เท่ากัน)
ในการเขียนสมการเคมี ถ้าให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ควรบอกสถานะของสารแต่ล่ะชนิดด้วยคือถ้าเป็นของแข็ง (solid) ใช้ตัวอักษรย่อว่า “s” ถ้าเป็นของเหลว (liquid) ใช้อักษรย่อว่า “l” เป็นก๊าซ (gas) ใช้อักษรย่อว่า “g” และถ้าเป็นสารละลายในน้ำ (aqueous) ใช้อักษรย่อว่า “aq” เช่น
CaC2(s) + 2H2O(g) —-> Ca(OH)2(aq) + C2H2(g)
7.การเขียนสมการบางครั้งจะแสดงพลังงานขอปฏิกิริยาเคมีด้วยเช่น
2NH3(g) + 93(g) —-> N2(g) + 3H2(g) ปฏิกิริยาดูดพลังงาน = 93 kJ
CH4(g) + 2O2 —-> CO2(g) + 2H2O(l) + 889.5 kJ ปฏิกิริยาคายพลังงาน = 889.5
พิจารณาลักษณะของอะตอมของธาตุในสารตั้งต้นหรือในธาตุของผลิตภัณฑ์แล้ววิเคราะห์ลักษณะของการเปลี่ยนแปลง สูตรของสารตั้งต้นมาเป็นสูตรของผลิตภัณฑ์ อาจจำแนกประเภทของปฎิกิริยาเคมีได้เป็น 3 ประเภท ดังนี้
ปฎิกิริยาการรวมตัว (Combination)
ปฎิกิริยารวมตัวเกิดจากสารโมเลกุลเล็กกว่ารวมกันเป็นโมเลกุลใหญ่ หรือเกิดจากธาตุทำปฎิกิริยากับธาตุได้สารประกอบ ดังตัวอย่างต่อไปนี้
ตัวอย่างที่ 1 แก๊ซ H2 รวมกับแก๊ซ O2 ได้น้ำ (H2O)
2H2(g) + O2(g) —-> 2H2O(l)
ตัวอย่างที่ 2 2Al(s) + 3Cl2(g) —-> 2AlCl3
2.ปฎิกิริยาการแยกสลาย (Decomposition)
ปฎิกิริยาการแยกสลายเกิดจากสารโมเลกุลใหญ่แยกสลายให้สารโมเลกุลเล็กๆ ดังตัวอย่างต่อไปนี้
ตัวอย่างที่ 1 แยกน้ำด้วยกระแสไฟฟ้าให้แก๊ซ O2 และ H2
2H2O(l) —-> 2H2(g) + O2(g)
ตัวอย่างที่ 2 เผาหินปูนด้วยแคลเซียมคาร์บอนเนต (CaCO3) จะได้แคลเซียมออกไซต์ (CaO)
และแก๊สคาร์บอนได้ออกไซต์ (CO2)
เผา
CaCO3(s) —-> CaO(s) + CO2(g)
3.ปฎิกิริยาการแทนที่ (Replacement)
ปฎิกิริยาการแทนที่เป็นปฏิกิริยาที่สารหนึ่งเข้าไปแทนที่สารในอีกสารหนึ่ง
เช่น Zn(s) + CuSO 4 —-> ZnSO 4 + Cu
4.)ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน มีหลายประเภทเช่น
ปฏิกิริยาตะกอน เป็นปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนชนิดหนื่งที่เมื่อแยกเขียนเป็นสมการไออนิคจะพบว่ามีการตกตะกอนเช่น
Ba(CN)2(aq) + Na2CO3(aq) BaCO3(s) + 2NaCN(aq)
Pb(NO3)2(aq) + 2KI (aq) PbI2(s) + KNO3 (aq)
ปฏิกิริยาสะเทิน (Neutralization Reaction) เป็นปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนประเภทหนึ่ง เกิดกับปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส ได้เกลือกันน้ำ เช่น
HCl(aq) +NaOH(aq) NaCla(q) + H2O()
ปฏิกิริยาการเกิดแก๊ส (Gas Forming Reaction) เป็นปฏิกิริยาเคมี ที่เกิดผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สสารตั้งต้น มักเป็นปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนระหว่างกรดหรือเบสกับสารเคมีอื่น
ปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox Reaction) เป็นปฏิกิริยาที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนกันหรือเป็นปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุทั้งเพิ่มและลดในปฏิกิริยาเดียวกัน
EX ในการสันดาปของเอมิลแอลกอฮอล์(C5H11OH) ดังนี้
2C5H11OH(g) + 15O2(g) 10CO2(g) + 12H2O(g)
ก.จงหาจำนวนโมลของก๊าซออกซิเจนที่ต้องใช้ในการสันดาปกับ 1 โมลของเอมิลแอลกอฮอล์
วิธีทำ ก. 2C5H11OH(g) + 15O2(g) 10CO2(g) + 12H2O(g)
วิธีทำที่ 1 จากสมการ C5H11OH 2 โมล ?O2 =15 โมล
C5H11OH 1 โมล ?O2 = (15 mol?1mol)/2mol 7.5 โมล
วิธีที่ 2 molของC5H11OH/(mol ของ O2) = 2/?(15@)
(1 mol)/(mol O2) = 2/15
โมลของ O2 = 15/2 โมล = 7.5 โมล
ข.จงหามวลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นจากการใช้เอมิลแอลกอฮอล์มากเกินพอ แล้วเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 22 กรัม
ข.2C5H11OH(g) + 15O2(g) 10CO2(g) + 12H2O(g)
วิธีทำที่ 1. จากสมการ CO2 10 mol มาจาก O2 =15 mol
CO2 10 ?44 g มาจาก O2 =15?22.4 dm3 STP
CO2 22 g มาจาก O2 = (15?22.4?22g)/(10?44g)= 16.8 dm3
วิธีที่ 2. ให้ O2 มีปริมาตร = x dm 3 STP มีจำนวน x/22.4 mol
CO2 22 g มีจำนวน = 22/44 = 1/2 mol
(mol O2)/(mol CO2 ) = 15/10
x/22.4 = 15/10
1/2 mol
? X = 15/10?1/2?22.4 = 16.8 dm3
ปริมาตรของ O2 ที่ STP = 16.8 dm3
EX นำผลึกโซเดียมฟอสเฟต (Na3PO4 .xH2O) หนัก 3.615 g มาเผามวลสูญหายไป 2.055 g เมื่อเผาแล้วให้เหลือเกลือที่ปราศจากน้ำ จงหาค่า x ในสูตพิมพ์สมการที่นี่รของผลึกนั้ (มวลอะตอมของ H = 1,O = 16,Na = 23,P =31 )
วิธีทำ Na3PO4.xH2 O(s) ?(?? ) Na3PO4(s) + xH2 O(g)
มวลโมเลกุลของ Na3PO4.xH2O = (164 + 18x)
จากสมการ Na3PO4.xH2O 1 mol เผาแล้วเกิด H2O = x mol
Na3PO4.xH2O (164 + 18x) g เผาแล้วเกิด H2O = x ?18 g
Na3PO4.xH2O 3.615 g เผาแล้วเกิด H2O = (18?g?3.615g)/(164+18x)g
มวลของ H2O หนัก = 65.07x/((164+18x)) g
? X = 12.00
EX แร่ชนิดหนึ่งมี ZnS 79.55% นำแร่ชนิดนี้หนัก 445 g ไปทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนจนสมบรูณ์ดังสมการ 2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2
จงหาของก๊าซ O2ที่ต้องใช้ทั้งหมด และหาปริมาตรของก๊าซ SO2 ที่ STP
(มวลอะตอมของ O = 16, S = 32, Zn = 65.39)
วิธีทำ 2ZnS + 3O2 2Zn(s) + 2SO2
แร่ 100 g มี ZnS = 79.5 g
แร่ 100 g มี ZnS = 79.5 g ?445 g = 353.78 g
100 g
จากสมการ ZnS 2 mol = O2 = 3 mol
ZnS 2 ? 97.39 g = O2 = 3 ?32 g
ZnS 353.78 g = O2 = (3?32g?353.78g)/(2?97.38g) = 174.38 g
?มวลของก๊าซ O2 = 174.38 g
จากสมการ ZnS 2?97.39 g เกิด SO2 = 2?22.4 dm3
ZnS 353.78 g เกิด SO2 = (2?22.4dm3?353.78g)/(2?97.39g)
มวลของก๊าซ SO2 = 81.37 dm3 STP
EX การหมักเป็นกระบวนการทางเคมีอย่างซับซ้อนในการทำไวน์ โยการใช้น้ำตาลหมักให้เปลี่ยนเป็นเอทานอลและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
เริ่มต้นใช้กลูโคส 500.4 g จงหาปริมาตรของเอทานอลที่เกิดขึ้นจากกระบวนการนี้
(ความหนาแน่นของเอทานอล =0.789 g/ml, มวลอะตอมของ H = 1,C = 12, O = 16)
วิธีทำ C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
จากสมการ C6H12O6 1 mol C2H5 OH = 2 mol
C6H12O6 180 g C2H5OH = 2?46 g
C16H12O6 500.4 g C2H5OH = (2?46g?50.4)/180g
180 g
มวลของเอทานอล = 255.79 g
แต่สูตร d = M/V
แทนค่า ; 0.789 g/ml = 255.76g/V
V = 255.76g/(0.789g/ml) = 324.16 ml
ปริมาตรของเอทานอล = 324.16 ml
แหล่งอ้างอิง http://ecurriculum.mv.ac.th/science/m2/sci2_3/index.htm
คู่มือเตรียมสอบ เคมี 2 ว 036
เคมี เล่ม 2 ม.4
Stoichiometry 