กรณีศึกษาเฉพาะทางช่วงเช้า ลืมตัวเลือกไปแล้ว

ในคำถามข้อที่ 6 ของช่วงเช้านั้น ดูเหมือนจะมีคำถามแบบนี้อยู่จริงๆ กุญแจสำคัญในการแก้ปัญหานี้คือการเปลี่ยนเอทานอลให้กลายเป็นอีเทอร์ โดยมีปฏิกิริยาดังนี้: 2C2H5OH → C2H5O + C2H5 + H2O (2) จำนวนโมลรวมก่อนและหลังปฏิกิริยาจะไม่เปลี่ยนแปลง มีเพียงในปฏิกิริยาการสังเคราะห์เอทานอลเท่านั้นที่จำนวนโมลรวมจะเปลี่ยนแปลง โดยมีปฏิกิริยาดังนี้: C2H4 + H2O → C2H5OH (1) จากปฏิกิริยา (1) จะเห็นได้ว่า เมื่อมีการสร้าง C2H5OH 1 โมล จำนวนโมลรวมจะลดลง 1 โมล หากกำหนดให้ปริมาณสารตั้งต้นคือ 100 โมล จำนวนโมลรวมหลังปฏิกิริยาจะลดลง 54.5 × 6% × 92% = 3 โมล ดังนั้นปริมาณอีเทนที่เหลือจะเท่ากับ 54.5 × (1 – 6%) = 51.23 โมล ดังนั้นเปอร์เซ็นต์ของอีเทนในผลิตภัณฑ์จะเท่ากับ 51.23 ÷ (100 – 3) = 52.81% นอกจากนี้ หากพิจารณาปฏิกิริยา (2) พร้อมทั้งพิจารณาก๊าซที่ไม่มีความสามารถในการเข้าร่วมปฏิกิริยา ซึ่งมีอยู่ในสารตั้งต้นนอกเหนือจากอีเทนและน้ำ โดยคำนวณแต่ละชนิดไปเรื่อยๆ ก็ย่อมจะได้ผลลัพธ์เช่นกัน แต่ผมคิดว่าคงจะยากที่จะหาคำตอบได้ภายใน 10 นาที

ตอนที่ฉันสอบก็ทำแบบนี้เหมือนกัน ตอนนี้มีคำถามอยู่ว่า อัตราการเปลี่ยนแปลงของอีเทนคือ 6% ส่วนความจำเพาะในการเปลี่ยนแปลงคือ 92% โจทย์นี้คล้ายกับโจทย์ในช่วงบ่ายมาก ความหมายของ “ความจำเพาะ” ในที่นี้คือ ปริมาณอีเทนที่เหลือหลังจากการเปลี่ยนแปลง ซึ่งควรจะเป็นปริมาณอีเทนที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นเอทานอลทั้งหมด ส่วนเอทานอลบางส่วนจะเปลี่ยนไปเป็นอีเทอร์ ดังนั้นจึงมีความจำเพาะเกิดขึ้น สำหรับปฏิกิริยาที่สอง จำนวนโมลก่อนและหลังการเกิดปฏิกิริยาจะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นปริมาณที่ลดลงก็คือปริมาณอีเทนที่เปลี่ยนแปลงไป คือ 54.5 x 6% = 3.27 โมล ดังนั้นสัดส่วนของอีเทนในผลิตภัณฑ์ก็คือ 51.23 / (100 – 3.27) = 52.96% ฉันจำได้ว่าตอนนั้นตัวเลือกที่ถูกต้องก็คือค่านี้แหละ. ดังนั้นเมื่อมีการประเมินคำถามนี้อีกครั้ง น่าจะมีการหักคะแนนไป

โจทย์นี้ต้องคำนวณกันเยอะจริงๆ ผมเลยทำแบบย้อนกลับไป ส่วนโจทย์ห้าข้อแรกไม่ได้ทำเลย

โพสต์นี้ถูกแก้ไขครั้งสุดท้ายโดย xbl240 เมื่อวันที่ 14 กันยายน 2016 เวลา 09:19 โจทย์นี้มีลักษณะคล้ายกับโจทย์ในตัวอย่างช่วงบ่ายด้วย ซึ่งก็เป็นโจทย์ที่ต้องเลือกคำตอบเช่นกัน ผมไม่ค่อยเข้าใจความหมายของ “การเลือก” ที่ผู้ออกโจทย์หมายถึงเท่าไหร่ โจทย์การเลือกที่เคยเจอมาก่อนนั้นมักเป็นโจทย์เกี่ยวกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นพร้อมกัน เช่น A+B=C, A+D=F โดยผลิตภัณฑ์ C คือผลิตภัณฑ์ที่ต้องการได้ ดังนั้น A ที่สามารถให้ผลิตภัณฑ์ C ได้มากที่สุดก็จะมีความเป็นไปได้สูงกว่า เหมือนกับตัวเลือกในข้อสอบ โดยพื้นฐานแล้วอีเทนจะถูกเปลี่ยนเป็นเอทานอลทั้งหมด และเอทานอลที่ได้มานั้นก็มีปฏิกิริยาข้างเคียงบ้าง แต่ส่วนที่เป็นอีเทนนั้นก็ถูกเปลี่ยนเป็นเอทานอลหมดเลย ผมเข้าใจว่าความสามารถในการเลือกนั้นอยู่ที่ 100% ในหนังสืออ้างอิง ค่าความเลือกสรร = ปริมาณสารตั้งที่ถูกใช้ไปเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ / ปริมาณสารตั้งที่เปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น เอทานอลที่เปลี่ยนเป็นอีเทอร์ในโจทย์ข้อสอบจริง จึงไม่ถือเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการใช่ไหม ในกรณีนี้ สิ่งที่มีผลต่ออัตราการได้ผลิตภัณฑ์ก็คืออัตราการเปลี่ยนแปลงของสารตั้งนั่นเอง

มุมมองจากชั้น 3 ดูสมเหตุสมผลกว่า เพราะปริมาณโมลรวมที่ลดลงควรจะเท่ากับ 54.5 × 6% = 3.27 โมล ไม่ใช่ 54.5 × 6% × 92% = 3 โมล ดูเหมือนว่าครั้งนี้ก็จะต้องเสียคะแนนอีกแล้ว

สำหรับโจทย์ข้อที่ 6 ในช่วงเช้านี้ ผมจะอธิบายวิธีแก้โจทย์อย่างละเอียดดังนี้:
C2H4 + H2O → C2H5OH (1)
2C2H5OH → C2H5O-C2H5 + H2O (2)
เมื่อนำสมการ (1) คูณด้วย 2 แล้วบวกกับสมการ (2) จะได้:
2C2H4 + H2O → C2H5O-C2H5 (3)
จากสมการ (1) หากมี C2H4 1 โมล ปริมาณโมลรวมจะลดลง 1 โมล ส่วนจากสมการ (3) หากมี C2H4 1 โมล ปริมาณโมลรวมจะลดลง 1 + 0.5 – 0.5 = 1 โมล เมื่อพิจารณาทั้งสองสมการร่วมกัน จะเห็นว่าทุกครั้งที่มี C2H4 1 โมลเกิดปฏิกิริยา ปริมาณโมลรวมจะลดลง 1 โมลเสมอ
สมมติว่ามีสารตั้งต้น 100 โมล จำนวนโมลของ C2H4 ที่เกิดปฏิกิริยาคือ 54.5 × 6% = 3.27 โมล ดังนั้นปริมาณโมลรวมจะลดลง 3.27 โมล ส่วนปริมาณโมลของ C2H4 ที่เหลือคือ 54.5 × (1 – 6%) = 51.23 โมล ดังนั้นเปอร์เซ็นต์ของ C2H4 ในผลิตภัณฑ์จะเท่ากับ 51.23 ÷ (100 – 3.27) = 52.96% อ้อ ถ้าเรามองว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นมีเพียง (1) และ (3) เท่านั้น ก็จะเข้าใจได้ง่ายขึ้นเกี่ยวกับอัตราการเปลี่ยนแปลงและความสามารถในการเลือกผลิตภัณฑ์ และจะไม่เกิดความสับสนว่าความสามารถในการเลือกควรจะอยู่ที่ 100% อีกต่อไป! นอกจากนี้ หากพิจารณาปฏิกิริยา (2) พร้อมทั้งพิจารณาก๊าซที่ไม่มีคุณสมบัติทางเคมีใดๆ ในสารตั้งต้น นอกเหนือจากอีเทนและน้ำ แล้วทำการคำนวณแยกกันไปทีละตัว ก็ย่อมจะได้ผลลัพธ์เช่นกัน แต่ผมคิดว่าคงจะยากที่จะหาคำตอบได้ภายใน 10 นาที

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นอย่างอิสระมีเพียง 1 และ 2 เท่านั้น โดยปฏิกิริยาเหล่านี้จะทำให้สารต่างๆ กลายเป็นแอลกอฮอล์ทั้งหมด ส่วนความหมายของ “ความเลือกสรร” ก็คือการได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการมากที่สุด ไม่ใช่การได้ผลิตภัณฑ์ที่เหลืออยู่

เพื่อนที่อยู่ชั้น 9 ครับ การที่คุณพยายามไปหาทีมผู้จัดทำข้อสอบเพื่ออธิบายเรื่องนี้นั้น ถ้าไม่สามารถชี้ให้เห็นจุดนี้ได้ ผมคิดว่าปีนี้คุณคงจะสับสนกับข้อสอบทั้งสองข้อที่เกี่ยวข้องกับการเลือกแน่ๆครับ.

โพสต์นี้ถูกแก้ไขครั้งสุดท้ายโดย xbl240 เมื่อวันที่ 16 กันยายน 2016 เวลา 12:57 กลุ่มผู้จัดทำข้อสอบไม่ได้เปิดเผยคำตอบให้ อย่างไรก็ตามก็ไม่เข้าใจอยู่ดี และมีข้อสอบบางข้อที่ไม่ถูกต้องเลย อย่างข้อสอบเกี่ยวกับการหาอัตราการไหลของของเหลวในระบบที่มีท่อเชื่อมต่อกัน นอกจากนี้ การมีข้อสอบที่ผิดก็ไม่ใช่เรื่องแปลกอะไร เพราะในข้อสอบจริงในอดีตก็มีข้อสอบที่ผิดเหมือนกัน ในปี 2013 และ 2014 ก็มีข้อสอบที่เกี่ยวกับการหาพลังงานจากการขยายตัวแบบอิสอเทอร์มิกด้วย

เพื่อนที่อยู่ชั้น 9 ครับ คุณบอกว่าปฏิกิริยาที่เป็นอิสระมีเพียง (1) และ (2) เท่านั้น ซึ่งก็ถูกต้องแล้ว แต่ผมใช้สูตร (1) × 2 + (2) เพื่อหาปฏิกิริยา (3) ขึ้นมา และผมก็คิดว่าการมีปฏิกิริยาเพียง (1) และ (3) เท่านั้นก็ไม่มีปัญหาเช่นกัน ซึ่งสามารถเข้าใจได้จากจำนวนสมการที่มีความหมาย ซึ่งก็คล้ายกับจำนวนสมการที่เป็นอิสระในวิชาเลขเชิงเส้น หรือเรียกอีกอย่างว่า “ระดับของเมทริกซ์” นั่นเองครับ.

จริงๆ แล้วโจทย์นี้ค่อนข้างง่าย เพราะปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นปฏิกิริยาในอัตราส่วนโมลที่เท่ากัน ดังนั้นปริมาณผลิตภัณฑ์จึงเท่ากับปริมาณสารตั้งต้น ส่วนปฏิกิริยาหลักคือการเปลี่ยนสารตั้งต้น 2 โมลให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ 1 โมล ดังนั้นปริมาณโมลของผลิตภัณฑ์รวมก็จะลดลงตามจำนวนโมลของอีเทนที่เปลี่ยนไป หากสมมติว่ามีสารตั้งต้น 100 โมล อัตราส่วนของโมลของอีเทนในผลิตภัณฑ์ก็คือ: 54.5 * (1 – 6%) / (100 – 54.5 * 6%) = 52.81% เป็นโจทย์ที่น่าสนใจมากเลยทีเดียว