สารกำหนดปริมาณในปฏิกิริยาเคมี

สารกำหนดปริมาณ ในกรณีที่มีสารตั้งต้นมากกว่าหนึ่งสาร และอัตราส่วนจำนวนโมลของสารตั้งต้นเหล่านั้นไม่เป็นไปตามอัตราส่วนจำนวนโมลของสมการเคมีที่ดุลแล้ว พบว่า ปฏิกิริยาจะเกิดไม่สมบูรณ์ หมายความว่า จะมีสารตั้งต้นบางตัวเหลืออยู่ ปะปนกับผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น เรากล่าวได้ว่า สารนั้นมีปริมาณ “มากเกินพอ” และเรียกสารที่ถูกใช้หมดไปว่า “สารกำหนดปริมาณ” เนื่องจากสารกำหนดปริมาณจะไปกำหนดปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น หากสารกำหนดปริมาณถูกใช้หมดไป สารตั้งต้นอื่นที่เหลืออยู่ก็ไม่สามารถทำปฏิกิริยาต่อไปได้ ดังนั้น จึงไม่มีผลิตภัณฑ์เกิดขึ้นต่อเนื่อง

ดังนั้น หลังจากมีสมการเคมีที่ดุลแล้ว และคำนวณหาจำนวนโมลของสารตั้งต้นทุกสารแล้ว ต้องพิจารณาเปรียบเทียบอัตราส่วนจำนวนโมลของสารตั้งต้นของระบบที่ให้มา กับอัตราส่วนจำนวนโมลที่ได้จากสมการเคมีที่ดุลแล้ว เพื่อพิจารณาหาสารกำหนดปริมาณ หลังจากนั้นจึงสามารถคำนวณปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น หรือ ปริมาณสารตั้งต้นที่เหลืออยู่ในระบบ

ตัวอย่าง ในอุตสาหกรรมผลิตกรดไนตริก (HNO₃) ขั้นตอนแรกของการผลิตต้องให้แก๊สแอมโมเนียทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง โดยมีโลหะแพลตินัมเป็นสารกระตุ้นเพื่อให้เกิดเป็นแก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์

ดังสมการ (1) จงหามวลของแก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์ที่สามารถผลิตได้มากที่สุด จากแก๊สผสมเริ่มต้นที่มีแก๊สแอมโมเนีย 30.00 กรัม และ แก๊สออกซิเจน 40.00 กรัม

วิธีทำ

ขั้นแรกพิจารณาสมการ (1) ที่ให้มาว่าสมดุลหรือไม่ ถ้ายังไม่สมดุลให้ดุลสมการเคมีก่อน

สมการ (1) เป็นสมการเคมีที่ดุลแล้ว จากเลขสัมประสิทธิ์ที่ใช้ดุลพบว่า NH₃ จำนวน 4 โมล จะเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ์เมื่อใช้ O₂ จำนวน 5 โมล

คำนวณหาจำนวนโมลของสารตั้งต้นทั้งสองชนิดที่ให้มา โดยมี NH₃ มวล 30.00 กรัม และ O₂ มวล 40.00 กรัม

เปรียบเทียบอัตราส่วนจำนวนโมลของ NH₃ กับ O₂ จากโจทย์กำหนดให้ คือ 1.76:25 กับอัตราส่วนจำนวนโมลของ NH₃ กับ O₂ จากสมการเคมีที่ดุลแล้ว คือ 4:5 เพื่อหาสารกำหนดปริมาณ หรือ สารที่ถูกใช้หมด

จากข้อมูลแสดงว่า O₂ เป็นสารกำหนดปริมาณ

คำนวณหามวลของ NO ที่ถูกผลิตขึ้น จากปริมาณของสารกำหนดปริมาณ คือ แก๊สออกซิเจน 40.00 กรัม คำนวณโดยวิธีการตัดหน่วย ซึ่งสามารถหาคำตอบได้ภายในบรรทัดเดียว

สารกำหนดปริมาณในปฏิกิริยาเคมี

แบบฝึกหัด