ข้อสอบดุลสมการ สอวน. เคมี แนวโจทย์จริง พร้อมวิธีดุลทีละขั้น

ข้อสอบดุลสมการใน สอวน. เคมี ค่าย 1 ไม่ค่อยถาม “ดุลสมการนี้ให้หน่อย” ตรง ๆ แต่ซ่อนอยู่เป็นขั้นแรกของโจทย์ปริมาณสารสัมพันธ์และรีดอกซ์แทบทุกข้อ จากข้อสอบคัดเลือกค่าย 1 ปี 2562 และ 2566 ที่พี่ปีโป้ไล่ดูทีละข้อ มีโจทย์ที่ต้องดุลสมการก่อนคำนวณราว 7 ถึง 15 ข้อจากทั้งหมด 75 ข้อ และสอบแบบห้ามใช้เครื่องคำนวณ วิธีที่ต้องใช้ให้คล่องมี 4 แบบ คือ ดุลโดยการตรวจดู ดุลด้วยพีชคณิต ดุลด้วยเลขออกซิเดชัน และดุลด้วยครึ่งปฏิกิริยาในกรดและเบส

น้อง ๆ หลายคนคิดว่าดุลสมการเป็นเรื่อง ม.4 ที่ผ่านมาแล้ว แต่ในห้องสอบจริง ข้อที่เสียคะแนนบ่อยที่สุดกลับเป็นข้อที่คำนวณถูกทุกขั้น แต่ดุลสมการผิดตั้งแต่บรรทัดแรก พปป. เลยสรุปให้ครบในหน้าเดียว ตั้งแต่ข้อสอบออกแนวไหน ใช้วิธีไหนกับสมการแบบไหน ไปจนถึงโจทย์ฝึกพร้อมเฉลย

ข้อสอบดุลสมการ สอวน. เคมี ออกแบบไหน

พี่ปีโป้ดูจากข้อสอบคัดเลือกเข้าค่าย 1 สอวน. วิชาเคมี 2 ชุด คือปี 2562 และปี 2566 ทั้งสองชุดมีโครงสร้างเหมือนกัน

ส่วนโจทย์ที่เกี่ยวกับการดุลสมการ แบ่งได้ 4 แนว

ข้อสังเกตสำคัญคือ ส่วนใหญ่ “ดุลแล้วต้องไปต่อ” ไม่ว่าจะเป็นหามวล หาผลได้ร้อยละ หาความดันแก๊ส ถ้าสัมประสิทธิ์ผิดตัวเดียว ทั้งข้อจะผิดตาม ข้อสอบแต่ละปีอาจปรับรูปแบบได้ น้องควรเช็กประกาศของศูนย์ที่จะสอบทุกครั้ง

หลักการดุลสมการที่ต้องแม่นก่อนทำข้อสอบ

ทุกวิธีที่พี่จะสอนต่อจากนี้ ยึดหลักเดียวกัน 3 ข้อ

1. จำนวนอะตอมของแต่ละธาตุต้องเท่ากันทั้งสองข้าง ตามกฎทรงมวล
2. ถ้ามีไอออน ผลรวมประจุทั้งสองข้างต้องเท่ากันด้วย
3. ปรับได้แค่สัมประสิทธิ์ด้านหน้า ห้ามแก้ตัวห้อยในสูตร เพราะจะเปลี่ยนเป็นสารคนละตัว

สัมประสิทธิ์สุดท้ายต้องเป็นจำนวนเต็มที่น้อยที่สุด ถ้าระหว่างทางได้เศษส่วน เช่น ½O₂ ให้คูณทั้งสมการด้วยตัวเลขที่ทำให้เป็นจำนวนเต็ม

วิธีที่ 1 ดุลโดยการตรวจดู ใช้กับสมการทั่วไป

วิธีนี้เร็วที่สุดสำหรับสมการที่ไม่ใช่รีดอกซ์ซับซ้อน พี่ปีโป้แนะนำลำดับนี้

1. ดุลธาตุที่ปรากฏในสารน้อยตัวที่สุดก่อน มักเป็นโลหะ
2. ดุลอโลหะอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ H และ O
3. ดุล H
4. ดุล O ไว้หลังสุด เพราะ O มักอยู่ในหลายสาร

ตัวอย่าง การเผาไหม้โพรเพน C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O

• ดุล C ได้ 3CO₂
• ดุล H ได้ 4H₂O
• นับ O ฝั่งขวา 6 + 4 = 10 อะตอม จึงต้องใช้ 5O₂

คำตอบ C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

เทคนิคสำหรับสมการเผาไหม้ ถ้านับ O ฝั่งขวาได้เลขคี่ ให้เติม O₂ เป็นเศษส่วนก่อน แล้วคูณ 2 ทั้งสมการ เช่น การเผาไพไรต์ที่เคยออกสอบ ดุลแล้วได้ 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂

วิธีที่ 2 ดุลด้วยพีชคณิต เมื่อตรวจดูแล้วเริ่มวน

ถ้าลองตรวจดูแล้ววนไปวนมา ให้ตั้งตัวแปรแทนสัมประสิทธิ์ แล้วเขียนสมการของแต่ละธาตุ

ตัวอย่าง Cl₂ กับ NaOH ร้อน ซึ่งเคยอยู่ในข้อสอบปี 2562

a Cl₂ + b NaOH → c NaCl + d NaClO₃ + e H₂O

• Na: b = c + d
• Cl: 2a = c + d
• O: b = 3d + e
• H: b = 2e

ให้ d = 1 จะได้ b = 3 + b/2 จึงได้ b = 6, e = 3, c = 5 และ a = 3

คำตอบ 3Cl₂ + 6NaOH → 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O

ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาแบบ disproportionation คือ Cl ตัวเดียวกันทั้งถูกรีดิวซ์เป็น Cl⁻ และถูกออกซิไดซ์เป็น ClO₃⁻ ข้อสอบชอบถามอัตราส่วน NaCl ต่อ NaClO₃ ซึ่งคือ 5 ต่อ 1

วิธีที่ 3 ดุลด้วยเลขออกซิเดชัน เหมาะกับรีดอกซ์ที่เขียนเป็นโมเลกุล

ใช้เมื่อสมการเขียนเป็นสารเต็มตัว ไม่ได้แยกไอออน หลักคือ จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้ไปต้องเท่ากับที่รับมา

ตัวอย่าง Cu + HNO₃ (เจือจาง) → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

1. หาธาตุที่เลขออกซิเดชันเปลี่ยน Cu จาก 0 เป็น +2 เสียอิเล็กตรอน 2 ตัว ส่วน N จาก +5 เป็น +2 รับอิเล็กตรอน 3 ตัว
2. ทำให้อิเล็กตรอนเท่ากัน ค.ร.น. ของ 2 กับ 3 คือ 6 จึงได้ 3Cu และ 2NO
3. ดุลธาตุที่เหลือ Cu(NO₃)₂ 3 โมเลกุลใช้ N อีก 6 อะตอม รวม HNO₃ ทั้งหมด 8
4. ดุล H ด้วย H₂O ได้ 4H₂O แล้วนับ O ยืนยัน

คำตอบ 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

จุดที่น้องพลาดบ่อยคือ HNO₃ ทำหน้าที่สองอย่าง บางส่วนเป็นตัวออกซิไดซ์ บางส่วนแค่เป็นแหล่งของ NO₃⁻ ถ้าดุลแค่ส่วนที่รับอิเล็กตรอนจะได้ HNO₃ ขาดไป

วิธีที่ 4 ดุลด้วยครึ่งปฏิกิริยา ในสารละลายกรดและเบส

วิธีนี้สำคัญที่สุดสำหรับคนที่จะไปต่อค่าย 2 เพราะใช้ต่อในเคมีไฟฟ้าและการไทเทรตแบบรีดอกซ์

ขั้นตอนในสารละลายกรด

1. แยกเป็นครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชัน
2. ดุลธาตุที่ไม่ใช่ O และ H
3. ดุล O ด้วย H₂O
4. ดุล H ด้วย H⁺
5. ดุลประจุด้วย e⁻
6. คูณให้จำนวน e⁻ ทั้งสองครึ่งเท่ากัน แล้วรวมสมการ ตัดสิ่งที่ซ้ำกันออก

ตัวอย่าง MnO₄⁻ + Fe²⁺ → Mn²⁺ + Fe³⁺ ในกรด

• ครึ่งรีดักชัน MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O
• ครึ่งออกซิเดชัน Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ คูณ 5

คำตอบ MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5Fe²⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O

ตรวจประจุ ซ้าย −1 + 8 + 10 = +17 ขวา +2 + 15 = +17 เท่ากัน

ขั้นตอนในสารละลายเบส

ดุลเหมือนในกรดให้เสร็จก่อน แล้วเติม OH⁻ ทั้งสองข้างเท่ากับจำนวน H⁺ ที่มี H⁺ กับ OH⁻ ข้างเดียวกันรวมเป็น H₂O จากนั้นตัด H₂O ที่ซ้ำกันออก

ตัวอย่าง MnO₄⁻ + I⁻ → MnO₂ + I₂ ในเบส

• ดุลแบบกรดได้ 2MnO₄⁻ + 6I⁻ + 8H⁺ → 2MnO₂ + 3I₂ + 4H₂O
• เติม 8OH⁻ ทั้งสองข้าง ฝั่งซ้ายได้ 8H₂O
• ตัด H₂O ออก 4 โมเลกุลทั้งสองข้าง

คำตอบ 2MnO₄⁻ + 6I⁻ + 4H₂O → 2MnO₂ + 3I₂ + 8OH⁻

สังเกตว่า MnO₄⁻ ในกรดจะได้ Mn²⁺ แต่ในเบสหรือกลางจะได้ MnO₂ เป็นเรื่องที่ข้อสอบชอบใช้หลอก

เลือกวิธีให้ถูกกับโจทย์ ประหยัดเวลาในห้องสอบ

เทคนิคทำข้อสอบดุลสมการให้ทันเวลา

ข้อสอบ 75 ข้อใน 3 ชั่วโมง เฉลี่ยข้อละไม่ถึง 2 นาทีครึ่ง และห้ามใช้เครื่องคำนวณ พี่ปีโป้แนะนำแบบนี้

• ข้อปรนัยที่ถามผลรวมสัมประสิทธิ์ ดุลเสร็จแล้วบวกทุกตัว รวมตัวที่เป็น 1 ด้วย ตัวลวงในตัวเลือกมักเป็นผลรวมที่ลืมนับเลข 1
• ข้อที่ให้เลือกสมการที่มี H₂O มากที่สุด ไม่ต้องดุลทุกตัวเลือกจนจบ ดุลเฉพาะส่วนที่บอกจำนวน H₂O ก็พอ
• ถ้ามีไอออน ตรวจประจุก่อนตอบเสมอ ใช้เวลาไม่ถึง 10 วินาที แต่จับผิดได้เกือบทุกครั้ง
• จำครึ่งปฏิกิริยาที่ออกบ่อยให้ขึ้นใจ เช่น MnO₄⁻ → Mn²⁺ รับ 5e⁻ และ Cr₂O₇²⁻ → 2Cr³⁺ รับ 6e⁻ จะดุลรีดอกซ์ได้เร็วขึ้นมาก
• ข้ออัตนัยที่ให้เขียนสมการ อย่าลืมระบุสถานะ (s), (l), (g), (aq) ถ้าโจทย์สั่ง เพราะข้อสอบปี 2566 มีข้อที่สั่งให้ระบุสถานะของสารด้วย

โจทย์ฝึกดุลสมการแนว สอวน. พร้อมเฉลย

ลองทำเองก่อนแล้วค่อยดูเฉลย จับเวลาข้อละไม่เกิน 3 นาที

ข้อ 1 ผลรวมสัมประสิทธิ์ที่เป็นจำนวนเต็มน้อยที่สุดของ FeS₂ + O₂ → Fe₂O₃ + SO₂ เท่ากับเท่าไร

ข้อ 2 เมื่อ Cu ทำปฏิกิริยากับ HNO₃ เข้มข้น ได้ Cu(NO₃)₂, NO₂ และ H₂O สัมประสิทธิ์ของ HNO₃ เท่ากับเท่าไร

ข้อ 3 ดุลสมการ MnO₄⁻ + C₂O₄²⁻ → Mn²⁺ + CO₂ ในสารละลายกรด สัมประสิทธิ์ของ H⁺ เท่ากับเท่าไร

ข้อ 4 ดุลสมการ Zn + [Au(CN)₂]⁻ → [Zn(CN)₄]²⁻ + Au

ข้อ 5 ดุลสมการ Cr₂O₇²⁻ + Fe²⁺ → Cr³⁺ + Fe³⁺ ในสารละลายกรด

เฉลย

1. 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂ ผลรวมเท่ากับ 25
2. Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O สัมประสิทธิ์ของ HNO₃ เท่ากับ 4 สังเกตว่ากรดเข้มข้นได้ NO₂ ส่วนกรดเจือจางได้ NO
3. 2MnO₄⁻ + 5C₂O₄²⁻ + 16H⁺ → 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O สัมประสิทธิ์ของ H⁺ เท่ากับ 16
4. Zn + 2[Au(CN)₂]⁻ → [Zn(CN)₄]²⁻ + 2Au ตรวจประจุ ซ้าย −2 ขวา −2
5. Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6Fe²⁺ → 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

จุดที่น้อง ๆ มักพลาด

• แก้ตัวห้อยในสูตรเพื่อให้ดุลง่าย เช่น เปลี่ยน H₂O เป็น H₂O₂
• ดุลอะตอมครบแต่ลืมดุลประจุในสมการไอออน
• ดุลรีดอกซ์ในเบสแล้วยังมี H⁺ ค้างอยู่ในคำตอบ
• ไม่ทำให้สัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็มน้อยที่สุด เช่น ตอบ 6, 12, 10, 2, 6 ทั้งที่หารด้วย 2 ได้
• ใช้ผลิตภัณฑ์ผิด เช่น MnO₄⁻ ในเบสตอบเป็น Mn²⁺ หรือ HNO₃ เข้มข้นตอบเป็น NO

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับข้อสอบดุลสมการ สอวน. เคมี

ข้อสอบ สอวน. เคมี ค่าย 1 ออกดุลสมการเยอะไหม

ข้อที่ถามดุลสมการตรง ๆ มีไม่มาก แต่จากข้อสอบปี 2562 และ 2566 มีโจทย์ที่ต้องดุลสมการก่อนคำนวณราว 7 ถึง 15 ข้อจาก 75 ข้อ ทั้งในส่วนปรนัยและอัตนัย ดุลสมการจึงเป็นพื้นฐานที่ต้องแม่นมาก

ดุลสมการรีดอกซ์ควรใช้วิธีไหน

ถ้าสมการเขียนเป็นสารเต็มโมเลกุล ใช้วิธีเลขออกซิเดชันจะเร็ว ถ้าเขียนเป็นไอออนหรือโจทย์ระบุว่าอยู่ในกรดหรือเบส ใช้วิธีครึ่งปฏิกิริยาจะเป็นระบบและผิดน้อยกว่า

ดุลสมการในสารละลายเบสต่างจากกรดอย่างไร

ให้ดุลแบบกรดก่อน แล้วเติม OH⁻ ทั้งสองข้างเท่ากับจำนวน H⁺ ให้ H⁺ กับ OH⁻ รวมกันเป็น H₂O แล้วตัด H₂O ที่ซ้ำกันออก คำตอบสุดท้ายในเบสต้องไม่มี H⁺

สอบ สอวน. เคมี ใช้เครื่องคิดเลขได้ไหม

ข้อสอบคัดเลือกค่าย 1 ปี 2562 และ 2566 ระบุว่าห้ามใช้เครื่องคำนวณ น้องจึงควรฝึกดุลสมการและคำนวณด้วยมือให้คล่อง

ฝึกดุลสมการเพื่อสอบ สอวน. ควรเริ่มจากอะไร

เริ่มจากดุลโดยการตรวจดูให้คล่องก่อน ต่อด้วยการหาเลขออกซิเดชัน แล้วค่อยฝึกครึ่งปฏิกิริยาในกรดและเบส จากนั้นทำข้อสอบเก่าจริงแบบจับเวลา

สรุป

ข้อสอบดุลสมการ สอวน. เคมี ไม่ได้ยากเพราะสมการซับซ้อน แต่ยากเพราะมันซ่อนอยู่ในโจทย์คำนวณเกือบทุกแนว และต้องทำด้วยมือภายในเวลาจำกัด ถ้าน้องเลือกวิธีให้ถูกกับสมการ ตรวจดูสำหรับสมการทั่วไป พีชคณิตเมื่อเริ่มวน เลขออกซิเดชันสำหรับรีดอกซ์แบบโมเลกุล และครึ่งปฏิกิริยาสำหรับรีดอกซ์แบบไอออนในกรดหรือเบส แล้วตรวจอะตอมกับประจุทุกครั้งก่อนตอบ คะแนนส่วนนี้จะเป็นคะแนนที่เก็บได้แน่นอน

พี่ปีโป้แนะนำให้โหลดข้อสอบเก่าค่าย 1 มาทำแบบจับเวลา แล้ววงทุกข้อที่ต้องดุลสมการ น้องจะเห็นเองว่าเรื่องเล็ก ๆ นี้มีผลกับคะแนนรวมมากแค่ไหน