โจทย์ เคมี เรื่อง แก๊ส ม.5 พร้อม เฉลย

1 แบบฝึ กหัดบทที 6 แก๊ส 1. แก๊สชนิดหนึงมีปริมาตร 350 ลูกบาศก์เซนติเมตร ความดนั 0.80 บรรยากาศ ทีอุณหภูมิ 21.0 องศา เซลเซียส จงหาปริมาตรของแกส๊ นีทีความดนั 1.20 บรรยากาศ อุณหภูมิ 21.0 องศาเซลเซียส ตอบ P1 = 0.80 atm V1 = 0.350 L T1 = 21.0+273.15 K P2 = 1.20 atm V2 = ? T2 = 21.0 + 273.15 K P1V1  P2V 2 T1 T2 (0.80 atm )(0.350 L )  (1.20 atm )(V2 ) 294 .15 K 294 .15 K V2  (0.80 atm )( 0.350 L)( 294 .15 K ) (294 .15 K )(1.20 atm ) V2  0.233 L ปริมาตรของแก๊สของนี = 0.233 L 2. แก๊สชนิดหนึงปริมาตร 80 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร อุณหภมู ิ 45 องศาเซลเซียส แก๊สนีมีปริมาตรเท่าใด ที อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส ถา้ ความดนั ของแกส๊ คงที ตอบ เมือความดนั คงที P1 = P2 P1V1  P1V2 แกส๊ นีมีปริมาตร T1 T2 V2  P1V1 T2  V1T2 T1 P1 T1 V2  (0.080 L)(318 .15 K )  0.093 L (273 .15 K ) = 0.093 L 3. แก๊สออกซิเจนในถงั ใบหนึงมีความดนั 2.0 บรรยากาศ ทีอุณหภูมิ 273 เคลวิน ถา้ อุณหภูมิเพิมเป็ น 373 เคลวนิ ความดนั ของแกส๊ ออกซิเจนจะเป็นเทา่ ใด ตอบ ปริมาตรของถงั คงที (V คงที) P1  P2 T1 T2 2.0atm  P2 273 K 373 K

2 P2  (2.0atm )(373 K )  2 .7 atm (273 K ) ความดนั ของแกส๊ ออกซิเจน = 2.7 atm 4. จงคาํ นวณหาปริมาตรทีสภาวะมาตรฐานของแก๊สชนิดหนึงซึงมีปริมาตร 255 ลูกบาศก์เซนติเมตร ที อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสและความดนั 650 มิลลิเมตรปรอท ตอบ P1V1  P2V2 T1 T2 V2  P1V1T2 T1 P2 V2  (650 mmHg )(0.255 L )( 273 .15 K )  0.200 L (298 .15 K )(760 mmHg ) ปริมาตรของแกส๊ ทีสภาวะมาตรฐาน = 0.200 L 5. จงคาํ นวณหาปริมาตรของแก๊สออกซิเจน 0.50 โมล อุณหภมู ิ 15.0 องศาเซลเซียส และความดนั 720 มิลลิเมตรปรอท ตอบ PV  nRT ปริมาตรของแกส๊ ออกซิเจน V  nRT P V  (0.50 mol )(0.082 Latmmol 1K 1 )( 288 .15 K ) (720 760 atm ) V  12 .47 L = 12.47 L 6. แก๊สชนิดหนึงมีปริมาตร 500 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร หนกั 0.326 กรัม ทีอุณหภูมิ 100.0 องศาเซลเซียส และแกส็ มีความดนั 380 ทอร์ แกส๊ นีจะมีนาํ หนกั โมเลกุลเป็นเทา่ ใด ตอบ PV  nRT PV  m RT MW MW  m RT PV MW  (380 0.326 g L) (0.082 Latmmol 1K 1 )(373 .15 K ) 760 atm )(0.500 MW  39 .9 gmol 1

3 7. จงคาํ นวณหาความหนาแน่นของแก๊สอีเทน (C2H6) ทีความดนั 680 มิลลิเมตรปรอท และอุณหภูมิ 25.0 องศาเซลเซียส กาํ หนด C = 12 และ H = 1 ตอบ PV  nRT PV  m RT MW PMW  m RT V d  m  PMW V RT d  (680 760 atm )(30 gmol 1 ) (0.082 Latmmol 1K 1 )( 298 .15 K ) d  1.098 gL1  0.0011 gcm 3 8. แก๊สออกซิเจนหนกั 0.52 กรัม และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์หนกั 2.42 กรัม นาํ มาบรรจุรวมกนั ใน ภาชนะและมีความดนั 3.5 บรรยากาศ ทีอุณหภูมิ 27 องศาเซลเซียส จงหาความดนั ยอ่ ยของแก๊สแต่ ละชนิด ตอบ จาํ นวนโมลของแก๊สออกซิเจน = 0.52 g/ 32 gmol-1 = 0.01625 mol จาํ นวนโมลของแกส๊ CO2= 2.42 g/ 44 gmol-1 = 0.055 mol จาํ นวนโมลรวม 0.01625 + 0.055 mol = 0.07125 mol เศษส่วนโมลของ O2 = 0.01625 mol = 0.228 0.07125 mol = 0.772 เศษส่วนโมลของ CO2 = 0.055 mol 3.5 0.07125 mol ความดนั รวม (Pt) atm ความดนั ของแก๊สออกซิเจน PO2  X O2 Pt  0.228  3.5atm  0.798 atm ความดนั ของแก๊ส CO2 PC O2  X CO2 Pt  0.772  3.5atm  2.702 atm 9. ในถงั ใบหนึงมีปริมาตร 30.0 ลิตร มีแก๊สไฮโดรเจน 1.0 กรัม และแก๊สไนโตรเจน 7.0 กรัม บรรจุอยู่ ทีอุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส แก๊สทงั สองและแก๊สผสมมีคุณสมบตั ิเป็ นแก๊สสมบูรณ์แบบและไม่ทาํ ปฏิกิริยาตอ่ กนั จงคาํ นวณหา

4 9.1 เศษส่วนโมล (mole fraction) = 0.5 mol = 0.25 mol 9.2 ความดนั ยอ่ ย (partial pressure) = 0.67 = 0.33 9.3 ความดนั รวม (total pressure) ตอบ 9.1 เศษส่วนโมล (mole fraction) จาํ นวนโมลของแก๊สไฮโดรเจน = (1.0 g/2.0 gmol-1) จาํ นวนโมลของแกส๊ ไนโตรเจน = (7.0 g/28.0 gmol-1) เศษส่วนโมลของแกส๊ ไฮโดรเจน 0.5mol (0.5  0.25 )mol เศษส่วนโมลของแก๊สไนโตรเจน 0.25 mol (0.5  0.25 )mol 9.2 ความดนั ยอ่ ย (partial pressure) PV  nRT PH 2  nRT  (0.5mol )( 0.082 Latmol 1K 1 )( 273 .15 K ) V (30 .0 L ) PH 2  0.373 atm PN 2  nRT  (0.25 mol )( 0.082 Latmol 1K 1 )( 273 .15 K ) V (30 .0 L) PN2  0.187 atm 9.3 ความดนั รวม (total pressure) Pt  PH 2  PN2  0.373  0.187 atm  0.560 atm 10. จงคาํ นวณหาความดนั ของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ 2 โมล ซึงมีปริมาตร 10 ลิตร ทีอุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส โดยใช้ 10.1 สมการแกส๊ สมบรู ณ์แบบ 10.2 สมการแวนเดอร์วาลล์ (a= 3.592 L2atm.mol-2 b = 0.04267 Lmol-1) ตอบ 10.1 สมการแกส๊ สมบูรณ์แบบ PV  nRT PCO 2  nRT  (2mol )(0.082 Latmol 1K 1 )(373 .15 K ) V (10 L )

5 10.2 สมการแวนเดอร์วาลล์ PCO2  6.12 atm (P  a n 2 )(V  nb )  nRT V 2 (a n 2 )  (3.592 L2 atm  mol 2 ) (2mol ) 2  0.1436 atm V 2 (10 L ) 2 (V  nb )  [(10 L  (2mol  0.04267 Lmol 1 )]  9.9147 L ( P  0.1436 atm )(9.9147 L )  (2mol )(0.082 Latm  mol 1K 1 )(373 .15 K ) ( P  0.1436 atm )  (61 .1966 Latm )  6.1723 atm (9.9147 L) P  6.1723 atm  0.1436 atm  6.0348  6.03 atm 11. จงคาํ นวณอตั ราการแพร่ผา่ นของแก๊สออกซิเจนเปรียบเทียบกบั แกส๊ ไฮโดรเจน ตอบ แก๊สออกซิเจนมีมวลโมแลกลุ = 32 g mol-1แก๊สไฮโดรเจนมีมวลโมแลกลุ = 2 g mol-1 rO2  M H2 rH 2 M O2 rO2  2 gmol 1 rH 2 32 gmol 1 rO2  0.25 rH 2 12. โมเลกลุ ของแก๊สในขอ้ ต่อไปนี แก๊สใดทีมีอตั ราการแพร่ผา่ นไดเ้ ร็วกวา่ กนั เพราะเหตุใด 12.1 H2O หรือ H2S 12.2 NH3 หรือ H2O 12.3 CO2 หรือ NO2 ตอบ 12.1 H2O หรือ H2S H2O มีนาํ หนกั โมเลกุล = 18 gmol-1 H2S มีนาํ หนกั โมเลกลุ = 34 gmol-1 อตั ราการแพร่ผา่ นแปรผกผนั กลบั นาํ หนกั โมเลกุล ดงั นนั H2O แพร่ผา่ นไดเ้ ร็วกวา่ H2S 12.2 NH3หรือ H2O H2O มีนาํ หนกั โมเลกลุ = 18 gmol-1 NH3 มีนาํ หนกั โมเลกลุ = 17 gmol-1

6 อตั ราการแพร่ผา่ นแปรผกผนั กลบั นาํ หนกั โมเลกลุ ดงั นนั NH3แพร่ผา่ นไดเ้ ร็วกวา่ H20 12.3 CO2หรือ NO2 CO2มีนาํ หนกั โมเลกุล = 44 gmol-1 NO2มีนาํ หนกั โมเลกลุ = 46 gmol-1 อตั ราการแพร่ผา่ นแปรผกผนั กลบั นาํ หนกั โมเลกลุ ดงั นนั CO2แพร่ผา่ นไดเ้ ร็วกวา่ NO2 13. ปริมาตรของแกส๊ ในขอ้ ต่อไปนีเป็นกีลิตร ทีสภาวะมาตรฐาน 13.1 แอมโมเนียจาํ นวน 6.72 กรัม 13.3 คาร์บอนมอนอกไซด์ 0.72 โมล 13.2 อีเทนจาํ นวน 0.588 กรัม 13.4 คาร์บอนไดออกไซด์ 1.5 โมล ตอบ 13.1 แอมโมเนียจาํ นวน 6.72 กรัม = 6.72 g  0.395 mol 17 gmol 1 PV  nRT V  nRT  (0.395 mol )(0.082 Latm  mol 1K 1 )( 273 .15 K ) P (1atm ) V  8.85 L 13.2 อีเทนจาํ นวน 0.588 กรัม = ( 24 0.588 g 1  0.0196 mol  6) gmol nRT (0.0196 mol )(0.082 Latm  mol 1K 1 )( 273 .15 K ) V  P (1atm ) V  0.439 L 13.3 คาร์บอนมอนอกไซด์ 0.72 โมล V  nRT (0.72 mol )(0.082 Latm  mol 1K 1 )( 273 .15 K )  P (1atm ) V  16 .13 L 13.4 คาร์บอนไดออกไซด์ 1.5 โมล V  nRT  (1.5mol )( 0.082 Latm  mol 1K 1 )( 273 .15 K ) P (1atm ) V  33 .6 L 14. จงคาํ นวณหานาํ หนกั เป็นกรัมของแก๊สต่อไปนี 14.1 แกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ 0.10 ลิตร ทีความดนั 307 ทอร์ อุณหภูมิ 27 องศาเซลเซียส

7 14.2 ไอโอดีน 73.3 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตร ทีความดนั 0.642 บรรยากาศ อุณหภมู ิ 225 องศาเซลเซียส 14.3 โบรอนไตรฟลูออร์ไรด์ 4.34 ลิตร ทีความดนั 1.22 บรรยากาศ อุณหภูมิ 225 เคลวนิ ตอบ 14.1 แกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ 0.10 ลิตรทีความดนั 307 ทอร์อุณหภมู ิ 27 องศาเซลเซียส PV  nRT PV  m RT MW m  PV  MW RT m  (307 760 atm )(0.10 L )( 44 gmol 1 ) ) (0.082 L  atm  mol 1K 1 )(300 .15 K m  0.072 g 14.2 ไอโอดีน 73.3 ลูกบาศกเ์ ซนติเมตรทีความดนั 0.642 บรรยากาศอุณหภมู ิ 225 องศาเซลเซียส m  PV  MW RT m  (0.642 atm )(0.0733 L )(126 .9  2 gmol 1 ) (0.082 L  atm  mol 1K 1 )( 498 .15 K ) m  0.292 g 14.3 โบรอนไตรฟลูออร์ไรด์ 4.34 ลิตรทีความดนั 1.22 บรรยากาศอุณหภูมิ 225 เคลวนิ m  PV  MW RT m  (1.22 atm )( 4.34 L)(67 .8 gmol 1 ) (0.082 L  atm  mol 1K 1 )( 225 K ) m  19 .46 g 15. จงคาํ นวณ vrms, v และ vmp ของโมเลกลุ แก๊สออกซิเจนทอี ุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส M ของแก๊ส มีหน่วยเป็นกิโลกรัมตอ่ โมล เพราะจูลมีหน่วยเป็นกิโลกรัมเมตร-2วนิ าที-2 ตอบ v rms  3 RT M v rms  3(8.314 Jmol 1K 1 )( 298 .15 K ) (32 .0  10 3 kgmol 1 ) vrms  0.482 ms 1

8 v  8RT M v 8(8.314 Jmol 1K 1 )( 298 .15 K )  0.444 ms 1 ( 22 )(32  10 3 kgmol 1 ) 7 v mp  2 RT M vmp  2(8.314 Jmol 1K 1 )( 298 .15 K )  0.394 ms 1 (32  10 3 kgmol 1 ) 16. ความเร็วเฉลีย ( v_ ) ของโมเลกลุ ออกซิเจนทีอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียสมีค่า 0.450 เมตรต่อวินาที จง คาํ นวณหาความเร็วเฉลียของแก๊สตอ่ ไปนีที 25 องศาเซลเซียส 16.1 ไฮโดรเจน 16.3 คาร์บอนไดออกไซด์ 16.2 คาร์บอนมอนอกไซด์ 16.4 ไฮโดรเจนซลั ไฟด์ ตอบ 16.1 ไฮโดรเจน v  8RT M v 8(8.314 Jmol 1K 1 )( 298 .15 K )  1.776 ms 1 ( 22 )( 2  10 3 kgmol 1 ) 16.2 คาร์บอนมอนอกไซด์ 7 v  8RT M v 8(8.314 Jmol 1K 1 )( 298 .15 K )  0.474 ms 1 ( 22 )( 28  10 3 kgmol 1 ) 7 16.3 คาร์บอนไดออกไซด์ v  8RT M v 8(8.314 Jmol 1K 1 )( 298 .15 K )  378 .7 ms 1 ( 22 )( 44  10 3 kgmol 1 ) 7

9 16.4 ไฮโดรเจนซลั ไฟด์ v  8RT M v 8(8.314 Jmol 1K 1 )( 298 .15 K )  0.431 ms 1 ( 22 )(34  10 3 kgmol 1 ) 7 17. แก๊สแคลเซียมไฮไดรด์ (CaH2) ทาํ ปฏิกิริยากบั นาํ ไดแ้ ก๊สไฮโดรเจนและตะกอนของแคลเซียม ไฮดรอกไซด์ (Ca(OH)2) 17.1 เขียนสมการเคมีทีดุลแลว้ ของปฏิกิริยานี 17.2 จะตอ้ งใช้ CaH2 กีกรัม เพือใหไ้ ดแ้ กส๊ ไฮโดรเจน 10 ลิตร ทีสภาวะมาตรฐาน ตอบ 17.1 เขียนสมการเคมีทีดุลแลว้ ของปฏิกิริยานี CaH2(g) + 2H2O(l) Ca(OH)2(s) + 2H2(g) 17.2 จะตอ้ งใช้ CaH2กีกรัม เพอื ใหไ้ ดแ้ กส๊ ไฮโดรเจน 10 ลิตรทีสภาวะมาตรฐาน สภาวะมาตรฐาน H2ปริมาตร 22.4 ลิตร เป็นจาํ นวนโมล 1 โมล โมล H2 ปริมาตร 10 ลิตร เป็นจาํ นวนโมล 1  10 H2 2 โมล เกิดจาก CaH2 22 .4 1 โมล H2 1  10 โมล เกิดจาก CaH2 1  10  0.223 โมล 22 .4 22 .4  2 ตอ้ งใช้ CaH2 ปริมาณ 0.223 mol  42 gmol 1  9.37 L 18. ปฏิกิริยาการเตรียมแกส๊ ไฮโดรเจน ดงั สมการ 4H2O(g) + 3Fe(s)  Fe3O4 (s) + 4H2 (g) เมือใชน้ าํ 15 กรัม ทาํ ปฏิกิริยากบั ผงเหลก็ ทีมากเกินพอ จงคาํ นวณหาจาํ นวนโมลของแก๊สไฮโดรเจน ทีเกิดขึน และถา้ ทาํ ปฏิกิริยาทีความดนั 745 ทอร์ อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส จงคาํ นวณหาปริมาตร ของแก๊สไฮโดรเจน

10 ตอบ นาํ ปริมาณ 4 mol เกิดปฏิกิริยาให้ H2 4 mol นาํ ปริมาณ 15 g เกิดปฏิกิริยาให้ H2 15  4  0.83 mol 18  4 18 gmol 1 ถา้ คิดวา่ เป็นแกส๊ สมบรู ณ์แบบ PV  nRT V  nRT P (0.83 mol )( 0.082 L  atm  mol 1K 1 )( 293 .15 K ) V  (745 760 atm ) V  20 .35 L 19. จงคาํ นวณหาความดนั ของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เมือคาร์บอนไดออกไซด์ 1.00 โมล ที อุณหภูมิ 82.0 องศาเซลเซียส ครอบครองปริมาตร 35.00 ลิตร เมือคิดวา่ คาร์บอนไดออกไซดเ์ ป็ น แก๊สสมบรู ณ์แบบ และเป็นแก๊สจริงโดยใชส้ มการของแวนเดอร์วาลล์ (ใหใ้ ชต้ ารางที 6.1) ตอบ ถา้ เป็นแก๊สสมบูรณ์แบบ P  nRT V P  (1.00 mol )( 0.082 L  atm  mol 1K 1 )(355 .15 K ) (35 .00 L) P  0.832 atm ถา้ เป็นแก๊สจริง (P  a n 2 )(V  nb )  nRT V 2 (a n 2 )  (3.592 L2atm  mol 2 ) (1.00 mol ) 2  0.00293 atm V 2 (35 .00 L ) 2 (V  nb )  (35 .00 L )  (1.00 mol  0.04267 Lmol 1 )  34 .96 L ( P  0.00293 atm )(34 .96 L)  (1.00 mol )(0.082 Latm  mol 1K 1 )(355 .15 K ) ( P  0.00293 atm )  (29 .122 Latm )  0.8330 atm (34 .96 L) P  0.8330 atm  0.00293 atm  0.8303  0.830 atm 20. ถงั เหล็กใบหนึงมีปริมาตร 12.0 ลิตร บรรจุแก๊สปริมาณหนึงโดยมีความดนั 5.0 บรรยากาศ ที อุณหภมู ิ 20 องศาเซลเซียส จงหาความดนั ของแกส๊ นีทีสภาวะมาตรฐาน ตอบ P1V1  P2V2 T1 T2 P2  P1V1T2 T1V 2 P2  (5.0atm )(12 .0 L)( 273 .15 K )  4 .7 atm (293 .15 K )(12 .0 L )

11 21. จงคาํ นวณหาความดนั รวมของแก๊สผสมระหวา่ งแก๊สนีออน 0.04 โมล และแก๊สออกซิเจน 0.05 โมล ในขวดซึงมีปริมาตร 4.00 ลิตร ที 25 องศาเซลเซียส โดยคิดวา่ เป็นแก๊สสมบูรณ์แบบ ตอบ PNe  nRT  (0.04 mol )( 0.082 L  atm  mol 1K 1 )( 298 .15 K ) V 4.00 L P Ne  0.244 atm nRT (0.05 mol )(0.082 L  atm  mol 1K 1 )( 298 .15 K ) PO2  V  4.00 L P O2  0.306 atm P total  PNe  PO2  0.244  0.306  0.55 atm 22. แมกนีเซียมทาํ ปฏิกิริยากบั กรดเกลือใหแ้ ก๊สไฮโดรเจน ดงั สมการ Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) เมือใชแ้ มกนีเซียม 0.05 โมล ทาํ ปฏิกิริยากบั HCl ทีมากเกินพอ จะเกิดแก๊สไฮโดรเจนกีลิตร ที อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ความดนั 750 ทอร์ ตอบ Mg จาํ นวน 1 mol เกิดปฏิกิริยาให้ H2 1 mol Mg จาํ นวน 0.05 mol เกิดปฏิกิริยาให้ H2 0.05 mol ทีสภาวะทีกาํ หนด V  nRT  (0.05 mol )(0.082 L  atm  mol 1K 1 )(303 .15 K ) P (750 760 atm ) V  1.26 L 23. เมือนาํ โพแทสเซียมคลอเรต (KClO3) มาใหค้ วามร้อนในภาชนะปิ ดปริมาตร 2.50 ลิตร และความดนั สูงจะใหผ้ ลิตภณั ฑค์ ือ โพแทสเซียมคลอไรดแ์ ละแกส๊ ออกซิเจน ดงั สมการ 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) ภาชนะทีใชถ้ ูกทาํ เป็นสุญญากาศก่อนทาํ ปฏิกิริยา ถา้ ใชโ้ พแทสเซียมคลอเรต 100 กรัม ถามวา่ ความ ดนั ของแกส๊ ออกซิเจนเป็นเท่าไรเมือทาํ ใหอ้ ุณหภูมิเยน็ จนเป็น 21 องศาเซลเซียส และไม่คิดปริมาตร ของแขง็ ตอบ จากปฏิกิริยา KClO3 จาํ นวน 2 mol ทาํ ใหเ้ กิด O2 3 mol

12 เมือ KClO3 จาํ นวน 100 g 1 ทาํ ใหเ้ กิด O2 3  100  1.22 mol 2  122 .5 122 .5 gmol ใหแ้ กส๊ ออกซิเจนเป็นแกส๊ สมบรู ณ์แบบ P  nRT V P  (1.22 mol )(0.082 L  atm  mol 1K 1 )( 294 .15 K ) 2.50 L P  11 .8atm 24. จงคาํ นวณความดนั ของไอเอทิลแอลกอฮอล์ (C2H5OH) โดยใชส้ มการของแวนเดอร์วาลส์ เมือ เอทิลแอลกอฮอล์ 1.000 โมล อยใู่ นภาชนะปริมาตร 40.00 ลิตร อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส (ใช้ คา่ คงทีในตารางที 6.2) ตอบ (P  a n 2 )(V  nb )  nRT V 2 n 2 (1.000 mol ) 2 V 2 (40 .00 L) (a )  (12 .02 L2 atm  mol 2 ) 2  0.00751 atm (V  nb )  (40 .00 L)  (1.000 mol  0.08407 Lmol 1 )  39 .9159 L ( P  0.00751 atm )(39 .9159 L )  (1.000 mol )(0.082 Latm  mol 1K 1 )(353 .15 K ) ( P  0.00751 atm )  (28 .9583 Latm )  0.72548 atm (39 .9159 L) P  0.72548  0.00751  0.71797 atm