ตัวอย่างคำถามสำหรับการอภิปรายเรื่องสัดส่วนทางเคมีของสารละลาย
สโตอิคิโอเมตรีเป็นสาขาหนึ่งของวิเคมีที่ศึกษาความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในปฏิกิริยาเคมี สโตอิคิโอเมตรีในสารละลายมีความเฉพาะเจาะจงมากกว่า เนื่องจากมุ่งเน้นไปที่ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในตัวทำละลาย ซึ่งโดยทั่วไปคือน้ำ ในบทความนี้ เราจะกล่าวถึงตัวอย่างปัญหาที่เกี่ยวข้องกับสโตอิคิโอเมตรีในสารละลายเพื่อให้เข้าใจแนวคิดนี้ได้ดียิ่งขึ้น
แนวคิดพื้นฐานของสัดส่วนทางเคมีของสารละลาย
ก่อนที่เราจะไปดูตัวอย่างคำถาม เราจำเป็นต้องเข้าใจแนวคิดพื้นฐานบางประการก่อน:
1. ความเข้มข้นโมลาร์ (M): ความเข้มข้นของสารละลายแสดงในหน่วยความเข้มข้นโมลาร์ ความเข้มข้นโมลาร์คือจำนวนโมลของตัวถูกละลายต่อลิตรของสารละลาย (mol/L)
2. โมล: หน่วยวัดปริมาณสารที่มีอนุภาคจำนวนเท่ากับเลขอะโวกาโด (6.022 x 10²³)
3. ปริมาตรของสารละลาย: โดยปกติจะวัดเป็นลิตร (L)
เมื่อมีความเข้าใจพื้นฐานนี้แล้ว เราก็พร้อมที่จะไปยังตัวอย่างปัญหาและวิธีแก้ปัญหาได้แล้ว
ตัวอย่างคำถามที่ 1: การคำนวณความเข้มข้นโมลาร์ของสารละลาย
คำถาม:
กำหนดให้โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) 5 กรัม ละลายในน้ำ 250 มิลลิลิตร จงหาความเข้มข้นโมลาร์ของสารละลาย NaCl
สารละลาย:
1. คำนวณจำนวนโมลของ NaCl:
– น้ำหนักโมเลกุล (BM) ของ NaCl: Na (23) + Cl (35.5) = 58.5 กรัม/โมล
– จำนวนโมล = มวล / มวลพื้นฐาน
““
จำนวนโมลของ NaCl = 5 กรัม / 58.5 กรัม/โมล ≈ 0.0855 โมล
““
2. แปลงปริมาตรของสารละลายจากมิลลิลิตร (mL) เป็นลิตร (L):
““
ปริมาตรของสารละลาย = 250 มล. = 0.250 ลิตร
““
3. คำนวณความเข้มข้นโมลาร์ (M):
““
ความเข้มข้นโมลาร์ (M) = จำนวนโมล / ปริมาตรของสารละลาย
= 0.0855 โมล / 0.250 ลิตร
≈ 0.342 M
““
ดังนั้น ความเข้มข้นโมลาร์ของสารละลาย NaCl คือ 0.342 M
ตัวอย่างคำถามข้อที่ 2: ปฏิกิริยาการสะเทียร
คำถาม:
ต้องใช้สารละลาย HCl เข้มข้น 0.5 M ปริมาตรเท่าใดจึงจะทำให้สารละลาย NaOH เข้มข้น 0.1 M ปริมาตร 50 mL เป็นกลางได้?
สารละลาย:
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น:
““
HCl + NaOH → NaCl + H₂O
““
ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในอัตราส่วน 1:1
1. คำนวณจำนวนโมลของ NaOH:
““
จำนวนโมลของ NaOH = ความเข้มข้น x ปริมาตร
= 0.1 ม. x 0.050 ลิตร
= 0.005 โมล
““
2. เนื่องจากอัตราส่วนของปฏิกิริยาคือ 1:1 จำนวนโมลของ HCl เท่ากับจำนวนโมลของ NaOH ซึ่งเท่ากับ 0.005 โมล
3. คำนวณปริมาตรของสารละลาย HCl ที่ต้องการ:
““
ปริมาตรของ HCl = จำนวนโมล / ความเข้มข้นโมลาร์
= 0.005 โมล / 0.5 M
= 0.01 ลิตร (หรือ 10 มิลลิลิตร)
““
ดังนั้น ปริมาตรของสารละลาย HCl 0.5 M คือ 10 มิลลิลิตร
ตัวอย่างคำถามที่ 3: การไทเทรตกรด-เบส
คำถาม:
สารละลาย CH₃COOH (กรดอะซิติก) ปริมาตร 25 มิลลิลิตร ถูกไทเทรตด้วยสารละลาย NaOH ความเข้มข้น 0.1 M จนถึงจุดสมดุล ต้องใช้สารละลาย NaOH ปริมาตร 30 มิลลิลิตร จึงจะถึงจุดสมดุล จงคำนวณหาความเข้มข้นโมลาร์ของสารละลาย CH₃COOH
สารละลาย:
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น:
““
CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O
““
ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในอัตราส่วน 1:1 เช่นกัน
1. คำนวณจำนวนโมลของ NaOH ที่ใช้:
““
จำนวนโมลของ NaOH = ความเข้มข้น x ปริมาตร
= 0.1 ม. x 0.030 ลิตร
= 0.003 โมล
““
2. จำนวนโมลของ CH₃COOH เท่ากับจำนวนโมลของ NaOH ที่ทำปฏิกิริยา (อัตราส่วน 1:1):
““
จำนวนโมลของ CH₃COOH = 0.003 โมล
““
3. คำนวณความเข้มข้นโมลาร์ของ CH₃COOH:
““
ความเข้มข้นโมลาร์ (M) = จำนวนโมล / ปริมาตร
= 0.003 โมล / 0.025 ลิตร
= 0.12 ล้าน
““
ดังนั้น ความเข้มข้นโมลาร์ของสารละลาย CH₃COOH คือ 0.12 M
ตัวอย่างคำถามที่ 4: การเจือจางสารละลาย
คำถาม:
ต้องเติมน้ำปริมาตรเท่าใดเพื่อเจือจางสารละลาย H₂SO₄ เข้มข้น 1 M ปริมาตร 100 mL ให้เหลือความเข้มข้น 0.25 M?
สารละลาย:
1. ใช้สูตรการเจือจาง (M₁V₁ = M₂V₂):
– M₁ = 1 M
– V₁ = 100 มล.
– M₂ = 0.25 M
2. คำนวณค่า V₂:
““
M₁V₁ = M₂V₂
1 M x 100 mL = 0.25 M x V₂
V₂ = (1 x 100) / 0.25
= 400 มล.
““
3. คำนวณปริมาณน้ำที่ต้องเติม:
““
ปริมาณน้ำที่เติม = V₂ – V₁
= 400 มล. – 100 มล.
= 300 มล.
““
ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเติมน้ำ 300 มิลลิลิตร เพื่อเจือจางสารละลาย H₂SO₄ จาก 1 M ให้เหลือ 0.25 M
ตัวอย่างคำถามข้อที่ 5: ปฏิกิริยาการตกตะกอน
คำถาม:
เมื่อผสมสารละลาย AgNO₃ เข้มข้น 0.1 M ปริมาตร 100 มิลลิลิตร กับสารละลาย NaCl เข้มข้น 0.1 M ปริมาตร 100 มิลลิลิตร จะเกิดตะกอน AgCl กี่กรัม?
สารละลาย:
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น:
““
AgNO₃ + NaCl → AgCl (ตะกอน) + NaNO₃
““
ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในอัตราส่วน 1:1
1. คำนวณจำนวนโมลของ AgNO₃ และ NaCl:
““
จำนวนโมลของ AgNO₃ = ความเข้มข้นโมลาร์ x ปริมาตร
= 0.1 ม. x 0.100 ลิตร
= 0.01 โมล
จำนวนโมลของ NaCl = ความเข้มข้น x ปริมาตร
= 0.1 ม. x 0.100 ลิตร
= 0.01 โมล
““
2. เนื่องจากอัตราส่วนของปฏิกิริยาคือ 1:1 จำนวนโมลของ AgCl ที่เกิดขึ้นจึงเท่ากับจำนวนโมลของ AgNO₃ หรือ NaCl
““
จำนวนโมลของ AgCl = 0.01 โมล
““
3. คำนวณมวลของ AgCl:
– น้ำหนักโมเลกุลของ AgCl = Ag (107.87) + Cl (35.45) = 143.32 กรัม/โมล
““
มวลของ AgCl = จำนวนโมล x BM
= 0.01 โมล x 143.32 กรัม/โมล
= 1.4332 ก
““
ดังนั้น มวลของตะกอน AgCl ที่เกิดขึ้นคือ 1.4332 กรัม
บทสรุป
บทความนี้ได้กล่าวถึงตัวอย่างปัญหาและวิธีแก้ปัญหาหลายประการเกี่ยวกับสัดส่วนทางเคมีของสารละลาย รวมถึงการคำนวณความเข้มข้นโมลาร์ ปฏิกิริยาการสะเทียร การไทเทรตกรด-เบส การเจือจาง และการเกิดตะกอน การทำความเข้าใจตัวอย่างเหล่านี้จะช่วยให้เราเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าแนวคิดเรื่องสัดส่วนทางเคมีของสารละลายถูกนำไปประยุกต์ใช้ในสถานการณ์จริงอย่างไร สัดส่วนทางเคมีของสารละลายไม่เพียงแต่มีความสำคัญในการศึกษาเคมีเท่านั้น แต่ยังมีการประยุกต์ใช้ในวงกว้างในสาขาต่างๆ เช่น เภสัชกรรม ชีวเคมี และอุตสาหกรรมเคมี
