แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 13 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ภาคเรียนที่ 1/2566 รายวิชาเพิ่มเติม เคมี 4 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 หน่วยการเรียนรู้ที่ 11 เคมีไฟฟ้า เวลา 30 ชั่วโมง เรื่อง เลขออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดอกซ์ (1) เวลา 3 ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวประภัสสร ยุบุญไชย 1. สาระการเรียนรู้และผลการเรียนรู้ สาระที่ 5 สาระเคมี เข้าใจการเขียนและการดุลสมการเคมี ปริมาณสัมพันธ์ในปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สมดุลในปฏิกิริยาเคมี สมบัติและปฏิกิริยาของกรด-เบส ปฏิกิริยารีดอกซ์และเซลล์เคมีไฟฟ้า รวมทั้งการนำ ความรู้ไปใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ คำนวณเลขออกซิเดชัน และระบุปฏิกิริยาที่เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ 2. สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด เคมีไฟฟ้าเป็นการศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงระหว่างพลังงานไฟฟ้าและการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่มี การถ่ายโอนอิเล็กตรอนแล้วทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน ซึ่งเป็นเลขที่แสดงประจุไฟฟ้าหรือประจุ ไฟฟ้าสมมติของอะตอมธาตุเรียกปฏิกิริยาชนิดนี้ว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถอธิบายความหมายของปฏิกิริยารีดอกซ์ และระบุปฏิกิริยารีดอกซ์จากเลข ออกซิเดชันของสารในปฏิกิริยาได้(K) 2. นักเรียนสามารถคำนวณเลขออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบและไอออนต่าง ๆ ได้(K) 3. นักเรียนสามารถวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของสมการได้(P) 4. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่องานที่ได้รับมอบหมาย (A) 4. สาระการเรียนรู้ ปฏิกิริยาเคมีที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสารเรียกว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์(Redox reaction) เลขออกซิเดชัน เป็นค่าที่แสดงประจุไฟฟ้าสมมุติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ
5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. ใฝ่เรียนรู้ 2. มีความรับผิดชอบ 7. การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ขั้นสร้างความสนใจ (Engagement) 1. ครูให้นักเรียนทำแบบทดสอบก่อนเรียนในหนังสือเรียน 2. ครูกระตุ้นความสนใจนักเรียนโดยใช้คำถาม “ยกตัวอย่างแหล่งกำเนิดไฟฟ้าที่รู้จัก” (แนวคำตอบ: ถ่านไฟฉาย แบตเตอรี่รถยนต์เป็นต้น) ขั้นสำรวจและค้นหา (Exploration) 1. นักเรียนศึกษาเนื้อหาเกี่ยวกับความหมายของเคมีไฟฟ้า เคมีไฟฟ้า (Electrochemistry) คือ การเกิดปฏิกิริยาเคมีและไฟฟ้า เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งอาศัยพลังงาน กลเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า แบตเตอรี่ซึ่งอาศัยปฏิกิริยาเคมีเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า เป็นต้น 2. นักเรียนศึกษาความหมายของปฏิกิริยารีดอกซ์และเลขออกซิเดชัน ปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox reaction) หมายถึงปฏิกิริยาเคมีที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสารนั้นๆ เลขออกซิเดชัน เป็นเลขที่แสดงค่าประจุไฟฟ้าสมมติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ โดยมีข้อกำหนด ดังนี้ อะตอมของธาตุอิสระทุกชนิดที่อยู่ในรูปอะตอมหรือโมเลกุล เช่น Ca Fe O2 S8 อะตอมของธาตุ เหล่านี้มีเลข ออกซิเดชันเท่ากับ 0 ไอออนของธาตุมีเลขออกซิเดชันเท่ากับประจุของไอออนนั้น เช่น Na+ มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +1 Mg2+ มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +2 Clมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1 S 2- มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -2 ในสารประกอบเลขออกซิเดชันของธาตุหมู่หลักมีค่าดังนี้ ฟลูออรีน มีเลขออกซิเดชันเป็น -1 เสมอ ธาตุโลหะ IA (หมู่ 1) มีเลขออกซิเดชันเป็น +1 เสมอ ธาตุโลหะ IIA (หมู่ 2) มีเลขออกซิเดชันเป็น +2 เสมอ ธาตุโลหะ IIIA (หมู่ 3) มีเลขออกซิเดชันเป็น +3 เสมอ (ยกเว้น Tl มีเลขออกซิเดชันเป็น +3 หรือ +1 ก็ได้)
ไฮโดรเจนมีเลขออกซิเดชันเป็น +1 เมื่อเกิดพันธะกับธาตุอโลหะ เช่น NaOH และมีเลขออกซิเดชัน เป็น -1 เมื่อเกิดพันธะกับธาตุโลหะ เช่น NaH ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -2 ในสารประกอบส่วนใหญ่ สารประกอบมีผลรวมของเลข ออกซิเดชันเท่ากับ 0 เช่น NaOH HCl กลุ่มไอออนมีผลรวมของเลขออกซิเดชันเท่ากับประจุของกลุ่มไอออนนั้น เช่น PO4 3- 2. นักเรียนดูตัวอย่างการคำนวณเลขออกซิเดชันจากหนังสือเรียน ตัวอย่างที่ 1 และ 2 3. นักเรียนดูตารางเลขออกซิเดชันของสารประกอบบางชนิดที่มีหลายค่า ในหนังสือเรียน 4. นักเรียนศึกษาปฏิกิริยาที่เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ และไม่เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารละลายกรดไฮโดรคลอริกกับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) เลขออกซิเดชัน (+1) (-1) (+1) (-2) (+1) (+1) (-1) (+1) (-2) สรุปได้ว่า ปฏิกิริยานี้ไม่เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ เนื่องจากธาตุทุกชนิดในปฏิกิริยาเคมีไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลข ออกซิเดชัน ปฏิกิริยาเคมีระหว่างโลหะสังกะสีกับสารละลายคอปเปอร์(II)ซัลเฟต เลขออกซิเดชันลดลง Zn(s) + CuSO4 (aq) → ZnSO4 (aq) + Cu(s) เลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น เลขออกซิเดชัน (0) (+2) (+6) (-2) (+2) (+6) (-2) (0) สรุปได้ว่า ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ เนื่องจากมีธาตุที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน โดย Zn มีเลข ออกซิเดชันเพิ่มขึ้น ส่วน Cu มีเลขออกซิเดชันลดลง
ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป (Explanation) 1. นักเรียนร่วมกันตอบคำถาม “จากปฏิกิริยาเคมีระหว่างโลหะสังกะสีกับสารละลายคอปเปอร์(II) ซัลเฟตที่ครูยกตัวอย่างข้างต้น ทำให้นักเรียนทราบแล้วว่าปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดจากการเปลี่ยนแปลงเลข ออกซิเดชัน นอกว่าวิธีการดูเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน นักเรียนคิดว่ามีวิธีการอื่นหรือไม่ที่บอกได้ว่ามี ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้น” (แนวคำตอบ : ขึ้นอยู่กับผู้เรียน) 2. นักเรียนแบ่งกลุ่มให้ได้ 6 กลุ่ม จากนั้นนักเรียนแต่ละกลุ่มศึกษากิจกรรม 11.1 การทดลองการ เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ระหว่างโลหะกับไอออนของโลหะ 3. นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันปฏิบัติการทดลอง กิจกรรม 11.1 การทดลองการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ ระหว่างโลหะกับไอออนของโลหะ 4. นักเรียนแต่ละกลุ่มบันทึกผลการทดลองลงในแบบบันทึกผลการทดลอง ตัวอย่างผลการทดลอง การทดลอง การเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ สารละลาย แผ่นโลหะ ก่อนการทดลอง สารละลายมีสีฟ้า โลหะมีสีเทาเงิน หลังการทดลอง สารละลายสีฟ้าจางลง เมื่อตั้งทิ้งไว้เป็น เวลา 1–2 นาที มีของแข็งสีน้ำตาลแดงเกาะบนแผ่น โลหะส่วนที่จุ่มอยู่ในสารละลายเมื่อ เขี่ยของแข็งสีน้ำตาลแดงออก พบว่า ผิวโลหะกร่อนและบางลง 5. นักเรียนร่วมกันตอบคำถามท้ายการทดลอง “การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเป็นการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ของปฏิกิริยารีดอกซ์ระหว่างโลหะสังกะสีกับสารละลายคอปเปอร์(II)ซัลเฟตอย่างไร” โดยครูอธิบายการถ่าย โอนอิเล็กตรอน
ก. ทันทีที่จุ่มแผ่นสังกะสี ข. ตั้งทิ้งไว้ 1-2 นาที ขั้นขยายความรู้ (Elaboration) 1. นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับผลการทดลอง พร้อมเปรียบเทียบความ เหมือนและความแตกต่างระหว่างผลการทำนายและผลการทดลอง 2. นักเรียนส่งตัวแทนกลุ่มนำเสนอผลการทดลองของกลุ่มตนเอง 3. นักเรียนร่วมกันแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับผลการทดลองและแลกเปลี่ยนความรู้ซึ่งกันและกัน จาก การสนทนาเกี่ยวกับผลการทดลองของแต่ละกลุ่ม โดยครูคอยให้คำแนะนำเพิ่มเติม 4. นักเรียนทำแบบตรวจสอบความเข้าใจในหนังสือเรียนหน้า ขั้นประเมิน (Evaluation) 1. นักเรียนตรวจสอบบันทึกผลการทดลอง 2. นักเรียนสรุปสิ่งที่ได้เรียนลงในสมุด 8. สื่อ/แหล่งการเรียนรู้ 1. หนังสือเรียนเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ เคมี 4 2. สไลด์สอน เรื่อง เลขออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดอกซ์ 3. กิจกรรม 11.1 การทดลองการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ระหว่างโลหะกับไอออนของโลหะ 9. การวัดผลและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด/เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1. ด้านความรู้ (K) 1. นักเรียนสามารถอธิบาย ความหมายของปฏิกิริยารีดอกซ์ และ ระบุปฏิกิริยารีดอกซ์จากเลข ออกซิเดชันของสารในปฏิกิริยาได้ 2. นักเรียนสามารถคำนวณเลข ออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบ และไอออนต่าง ๆ ได้ - การตอบคำถาม ในชั้นเรียน - ข้อคำถาม - แบบตรวจ สอบความเข้าใจ - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป
2. ด้านทักษะ/กระบวนการคิด (P) 1. นักเรียนสามารถวิเคราะห์การ เปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของ สมการได้ - ตรวจใบงาน - กิจกรรม 11.1 การทดลองการ เกิดปฏิกิริยารี ดอกซ์ระหว่าง โลหะกับไอออน ของโลหะ - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป 3. ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) 1. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่อ งานที่ได้รับมอบหมาย - การสังเกต - แบบประเมิน คุณลักษณะอัน พึงประสงค์ - ได้คะแนนใน ระดับ 3 (ดี) ขึ้นไป
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 14 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ภาคเรียนที่ 1/2566 รายวิชาเพิ่มเติม เคมี 4 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 หน่วยการเรียนรู้ที่ 11 เคมีไฟฟ้า เวลา 30 ชั่วโมง เรื่อง เลขออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดอกซ์ (2) เวลา 3 ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวประภัสสร ยุบุญไชย 1. สาระการเรียนรู้และผลการเรียนรู้ สาระที่ 5 สาระเคมี เข้าใจการเขียนและการดุลสมการเคมี ปริมาณสัมพันธ์ในปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สมดุลในปฏิกิริยาเคมี สมบัติและปฏิกิริยาของกรด-เบส ปฏิกิริยารีดอกซ์และเซลล์เคมีไฟฟ้า รวมทั้งการนำ ความรู้ไปใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ ทดลอง และเปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์หรือตัวออกซิไดส์และเขียนแสดงปฏิกิริยา รีดอกซ์ 2. สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด การเปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์หรือตัวออกซิไดส์สามารถพิจารณาได้จากผลการ ทดลองของปฏิกิริยารีดอกซ์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถเปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์ของโลหะได้ (K) 2. นักเรียนสามารถเปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวออกซิไดส์ของไอออนของโลหะได้(K) 3. นักเรียนสามารถทดลองปฏิกิริยารีดอกซ์ระหว่างโละหะและไอออนของโลหะคู่ต่าง ๆ ได้(P) 4. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่องานที่ได้รับมอบหมายและสามารถทำงานร่วมกันผู้อื่นได้(A) 4. สาระการเรียนรู้ ปฏิกิริยาเคมีที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสารเรียกว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์(Redox reaction) เลขออกซิเดชัน เป็นค่าที่แสดงประจุไฟฟ้าสมมุติของไอออนหรืออะตอมของธาตุ ในปฏิกิริยารีดอกซ์ สารที่มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากการให้อิเล็กตรอนเรียกว่า ตัวรีดิวซ์ (Reducing agent) ส่วนสารที่มีเลขออกซิเดชันลดลงซึ่งเกิดจากการรับอิเล็กตรอนเรียกว่า ตัวออกซิไดซ์ (Oxidizing agent)
ปฏิกิริยารีดอกซ์สามารถแบ่งได้สองครึ่งปฏิกิริยาคือ ปฏิกิริยาที่ให้อิเล็กตรอนเรียกว่า ครึ่งปฏิกิริยา ออกซิเดชัน (Oxidation half-reaction) และครึ่งปฏิกิริยาที่รับอิเล็กตรอนเรียกว่า ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction half-reaction) 5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. ใฝ่เรียนรู้ 2. มีความรับผิดชอบ 7. การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ใช้รูปแบบการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 5E ขั้นสร้างความสนใจ (Engagement) 1. ครูใช้คำถามกระตุ้นนักเรียนเพื่อทบทวนความรู้เดิม โดยใช้คำถามดังนี้ 1) ตัวรีดิวซ์ หมายถึงอะไร (สารที่มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น ซึ่งเกิดจากการให้อิเล็กตรอน) 2) ตัวออกซิไดส์ หมายถึงอะไร (สารที่มีเลขออกซิเดชันลดลง ซึ่งเกิดจากการรับอิเล็กตรอน) ขั้นสำรวจและค้นหา (Exploration) 1. นักเรียนแบ่งกลุ่ม 6 กลุ่ม (หรือใช้กลุ่มเดิมในการทำกิจกรรมที่แล้ว) จากนั้นแบ่งหน้าที่ในการทำ การทดลอง 2. ครูให้นักเรียนแต่ละกลุ่มศึกษาการทดลองกิจกรรม 11.2 การทดลองเปรียบเทียบความสามารถใน การเป็นตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดส์ของโลหะและไอออนของโลหะ 3. นักเรียนออกมารับอุปกรณ์และแบบบันทึกผลการทดลอง เรื่อง การทดลองเปรียบเทียบ ความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดส์ของโลหะและไอออนของโลหะ 4. นักเรียนศึกษาสารละลายที่ต้องใช้ในการทำกิจกรรม สารละลายคอปเปอร์(II)ซัลเฟต 0.10 mol/L สารละลายซิงค์ซัลเฟต 0.10 mol/L สารละลายแมกนีเซียมซัลเฟต 0.10 mol/L 5. นักเรียนทำนายผลการทดลอง จากสิ่งที่ได้จากการศึกษากิจกรรม โดยครูใช้คำถามดังนี้ 1) นักเรียนคิดว่าโลหะชนิดใดทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ได้ดีที่สุด (แนวคำตอบ: Mg > Zn > Cu)
2) นักเรียนคิดว่าไอออนของโลหะชนิดใดทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดส์ได้ดีมากที่สุด (แนว คำตอบ: Cu2+ > Zn2+ > Mg2+) 3) นักเรียนคิดว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในการทดลองทั้งหมด เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์หรือไม่ 6. นักเรียนแต่ละกลุ่มร่วมกันปฏิบัติการทดลอง กิจกรรมที่ 11.2 การทดลองเปรียบเทียบ ความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดส์ของโลหะและไอออนของโลหะ ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป (Explanation) 1. นักเรียนแต่ละกลุ่มบันทึกผลการทดลองลงในแบบบันทึกผลการทดลอง ตัวอย่างผลการทดลอง โลหะ สารละลาย Mg Zn Cu CuSO4 มีของแข็งสีน้ำตาลแดงเกาะบน แผ่นโลหะส่วนที่จุ่มอยู่ใน สารละลายเมื่อเขี่ยของแข็งสี น้ำตาลแดงออกพบว่าผิวโลหะมี ลักษณะขรุขระและสารละลายมีสี ฟ้าแกมเขียวเมื่อตั้งไว้เป็น เวลานานขึ้น มีของแข็งสีน้ำตาลแดงเกาะ บนแผ่นโลหะส่วนที่จุ่มอยู่ใน สารละลายเมื่อเขี่ยของแข็งสี น้ำตาลในออกพบว่าผิวโลหะ มีลักษณะขรุขระและ สารละลายสีฟ้าจางลงเมื่อตั้ง ทิ้งไว้เป็นเวลานานขึ้น -
ZnSO4 มีของแข็งสีดำเกาะบนแผ่นโลหะ ส่วนที่จุ่มอยู่ในสารละลายเมื่อเขี่ย ของแข็งสีดำออกพบว่าผิวโลหะมี ลักษณะขรุขระ - ไม่เห็นการเปลี่ยนแปลง ตัวอย่างผลการทดลอง (ต่อ) โลหะ สารละลาย Mg Zn Cu MgSO4 - ไม่เห็นการเปลี่ยนแปลง ไม่เห็นการเปลี่ยนแปลง 2. นักเรียนร่วมกันอภิปรายผลการทดลองที่เกิดขึ้น จากการทดลองเมื่อจุ่มแผ่นโลหะลงในสารละลายที่มีไอออนของโลหะบางคู่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงแสดงว่า มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นโดยโลหะและไอออนของโลหะที่เกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นดังนี้ โลหะ สารละลาย Mg Zn Cu
CuSO4 √ √ - ZnSO4 √ - × MgSO4 - × × ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนั้นเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ เขียนสมการแสดงปฏิกิริยารีดอกซ์ และระบุตัวรีดิวซ์และตัวออกซิ ไดส์ของแต่ละปฏิกิริยาได้ดังนี้ - โลหะ Mg ที่จุ่มใน CuSO4 Mg(s) + Cu2+(aq) → Mg2+(aq) + Cu(s) ตัวรีดิวซ์ คือ Mg(s) ตัวออกซิไดซ์ คือ Cu2+(aq) - โลหะ Zn ที่จุ่มใน CuSO4 Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) ตัวรีดิวซ์ คือ Zn(s) ตัวออกซิไดซ์ คือ Cu2+(aq) - โลหะ Mg ที่จุ่มใน ZnSO4 Mg(s) + Zn2+(aq) → Mg2+(aq) + Zn(s) ตัวรีดิวซ์ คือ Mg(s) ตัวออกซิไดซ์ คือ Zn2+(aq) 3. นักเรียนตอบคำถามท้ายการทดลอง ดังนี้ 1) โลหะและไอออนของโลหะคู่ใดที่เกิดปฏิกิริยาเคมี ทราบได้อย่างไร แนวคำตอบ: คู่ที่ 1 Mg(s) และ Cu2+(aq) คู่ที่ 2 Zn(s) และ Cu2+(aq) คู่ที่ 3 Mg(s) และ Zn2+(aq) 2) สารใดเป็นตัวรีดิวซ์และสารใดเป็นตัวออกซิไดส์แต่ละปฏิกิริยาในข้อ 1 แนวคำตอบ: คู่ที่ 1 Mg(s) ตัวรีดิวซ์และ Cu2+(aq) ตัวออกซิไดส์ คู่ที่ 2 Zn(s) ตัวรีดิวซ์และ Cu2+(aq) ตัวออกซิไดส์ คู่ที่ 3 Mg(s) ตัวรีดิวซ์และ Zn2+(aq) ตัวออกซิไดส์ 3) เขียนสมการเคมีของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นทั้งหมด แนวคำตอบ: Mg(s) + Cu2+(aq) → Mg2+(aq) + Cu(s) Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
Mg(s) + Zn2+(aq) → Mg2+(aq) + Zn(s) 4) เรียงลำดับความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์ของโลหะ แนวคำตอบ: Mg > Zn > Cu 5) เรียนลำดับความสามารถในการเป็นตัวออกซิไดส์ของไอออนของโลหะ แนวคำตอบ: Cu2+ > Zn2+ > Mg2+ ขั้นขยายความรู้ (Elaboration) 1. นักเรียนพิจารณาความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดส์จากกิจกรรม 11.2 ซึ่ง เปรียบเทียบกับตาราง 11.2 ในหนังสือเรียนว่าสอดคล้องกันหรือไม่ จากรูปตัวอย่างจะเห็นว่า ธาตุโลหะหมู่หลักเป็นตัวรีดิวซ์ที่ดีกว่าธาตุโลหะแทรนซิชัน ในขณะที่ไอออนของ โลหะแทรนซิชันเป็นตัวออกซิไดส์ที่ดีกว่าไอออนของธาตุโลหะหมู่หลัก 2. นักเรียนตอบคำถามเพิ่มเติม ดังนี้ 1) จากตาราง 11.2 โลหะใดบ้างเมื่อจุ่มลงในสารละลายกรดแล้วเกิดปฏิกิริยาให้แก๊ส ไฮโดรเจน (แนวคำตอบ: K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Pb เพราะ H + เป็นตัวออกซิไดส์ที่ดีกว่าไอออนของโลหะ เหล่านั้น) 2) ถ้าใส่สร้อยคอทองคำ (Au) ลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ทองคำจะเกิดการ ออกซิไดส์กลายเป็นไอออนหรือไม่ เพราะเหตุใด (แนวคำตอบ: ไม่เกิด เนื่องจากไอออนของ Au เป็นตัวออกซิ ไดส์ที่ดีกว่า H + ดังนั้น H + จึงไม่สามารถรับอิเล็กตรอนจาก Au ได้ ) 3) ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนชักถามในหัวข้อที่ยังไม่เข้าใจ ขั้นประเมิน (Evaluation) 1. ตรวจแบบบันทึกผลการทดลอง 2. นักเรียนทำแบบฝึกหัด 11.1 ในหนังสือเรียน 8. สื่อ/แหล่งการเรียนรู้ 1. หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ เคมี 4 2. แบบบันทึกผลการทดลองกิจกรรม 11.2 การทดลองเปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์ และตัวออกซิไดส์ของโลหะและไอออนของโลหะ 3. อุปกรณ์ในการทดลอง
9. การวัดผลและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด/เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1. ด้านความรู้ (K) 1. นักเรียนสามารถเปรียบเทียบ ความสามารถในการเป็นตัวรีดิวซ์ของ โลหะได้ 2. นักเรียนสามารถเปรียบเทียบ ความสามารถในการเป็นตัวออกซิไดส์ ของไอออนของโลหะได้ - การตอบคำถาม ในชั้นเรียน -แบบฝึกหัด11.1 - ข้อคำถาม - แบบฝึกหัด 11.1 - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป 2. ด้านทักษะ/กระบวนการคิด (P) 1. นักเรียนสามารถทดลองปฏิกิริยา รีดอกซ์ระหว่างโละหะและไอออนของ โลหะคู่ต่าง ๆ ได้ - ตรวจใบงาน - กิจกรรมการ ทดลอง - แบบบันทึกผลการ ทดลอง - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป 3. ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) 1. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่อ งานที่ได้รับมอบหมาย 2. นักเรียนสามารถทำงานร่วมกัน ผู้อื่นได้ - การสังเกต - แ บ บ ป ร ะ เ มิ น คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ - ได้คะแนนในระดับ 3 (ดี) ขึ้นไป
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 15 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ภาคเรียนที่ 1/2566 รายวิชาเพิ่มเติม เคมี 4 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 หน่วยการเรียนรู้ที่ 11 เคมีไฟฟ้า เวลา 30 ชั่วโมง เรื่อง การดุลสมการรีดอกซ์ (1) เวลา 3 ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวประภัสสร ยุบุญไชย 1. สาระการเรียนรู้และผลการเรียนรู้ สาระที่ 5 สาระเคมี เข้าใจการเขียนและการดุลสมการเคมี ปริมาณสัมพันธ์ในปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สมดุลในปฏิกิริยาเคมี สมบัติและปฏิกิริยาของกรด-เบส ปฏิกิริยารีดอกซ์และเซลล์เคมีไฟฟ้า รวมทั้งการนำ ความรู้ไปใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ ดุลสมการรีดอกซ์ด้วยการใช้เลขออกซิเดชันและวิธีครึ่งปฏิกิริยา 2. สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด ปฏิกิริยารีดอกซ์เขียนแทนได้ด้วยสมการรีดอกซ์ซึ่งการดุลสมการรีดอกซ์ทำได้โดยการใช้เลข ออกซิเดชันและวิธีครึ่งปฏิกิริยา 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันได้ (K) 2. นักเรียนสามารถคำนวณการดุลสมการโดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาได้(P) 3. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่องานที่ได้รับมอบหมาย (A) 4. สาระการเรียนรู้ ขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันมีดังนี้ 1. พิจารณาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง 2. ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากับเลขออกซิเดชันที่ลดลง 3. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน - ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H - ดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O และดุลอะตอม H โดยเติม H + - สำหรับปฏิกิริยาในภาวะเบส ให้เติม OHจำนวนเท่ากับ H + ทั้งสองด้านของสมการรวม H + กับ OHเป็น H2O และหักล้าง H2O ที่ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ
ขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยามีดังนี้ 1. ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าแต่ละครึ่งปฏิกิริยา - ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H - ดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O - ดุลจำนวนอะตอม H โดยการเติม H + - ดุลจำนวนแระจุไฟฟ้า โดยการเติม e - 2. ทำจำนวน e - ในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน 3. รวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน และหักล้างจำนวนอิเล็กตรอน โมเลกุล หรือไอออนที่เหมือนกันทั้ง สองด้านของสมการ สำหรับปฏิกิริยาในภาวะเบส ให้เติม OHจำนวนเท่ากับ H + ทั้งสองด้านของสมการ รวม H + กับ OHเป็น H2O และหักล้าง H2O ที่ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ 5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. ใฝ่เรียนรู้ 2. มีความรับผิดชอบ 7. การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ใช้รูปแบบการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ 5E ขั้นสร้างความสนใจ (Engagement) 1. นักเรียนทบทวนความรู้เกี่ยวกับการดุลสมการเคมีทั่วไป โดยการตอบคำถามดังนี้ จงดุลสมการของปฏิกิริยาต่อไปนี้ 1) BaCl2 + HNO3 → Ba(NO3 ) 2 +HCl 2) H2 + O2 → H2O ขั้นสำรวจและค้นหา (Exploration) 1. ครูให้นักเรียนศึกษาขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชัน ขั้นตอนการดุลสมการรี ดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันมีดังนี้ - พิจารณาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง
- ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากับเลขออกซิเดชันที่ลดลง - ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน - ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H - ดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O และดุลอะตอม H โดยเติม H + - สำหรับปฏิกิริยาในภาวะเบส ให้เติม OHจำนวนเท่ากับ H + ทั้งสองด้านของสมการรวม H + กับ OHเป็น H2O และหักล้าง H2O ที่ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ 2. นักเรียนศึกษาตัวอย่างการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชัน ตัวอย่างที่ 3 – 5 ในหนังสือ เรียน ตัวอย่างที่ 3 ดุลสมการรีดอกซ์ต่อไปนี้ Al(s) + Zn2+(aq) → Al3+(aq) + Zn(s) วิธีทำ ขั้นที่ 1 พิจารณาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง Al(s) + Zn2+(aq) → Al3+(aq) + Zn(s) เลขออกซิเดชัน 0 +2 +3 0 Al มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น 3 ส่วน Zn มีเลขออกซิเดชันลดลง 2 ขั้นที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันที่ลดลง โดยเติมเลขสัมประสิทธิ์หน้า สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ เพิ่มขึ้น 2 × 3 = 6 2Al(s) + 3Zn2+(aq) → 2Al3+(aq) + 3Zn(s) ลดลง 3 × 2 = 6 ขั้นที่ 3 ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ซึ่งในที่นี้ไม่มีธาตุที่ไม่เปลี่ยนเลข ออกซิเดชัน ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้าทางด้านซ้าย และด้านขวาของสมการ ซึ่งต้องนับได้จำนวนเท่ากัน 2Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn(s) จำนวน Al 2 2 จำนวน Zn 3 3 ผลรวมประจุไฟฟ้า 6 6 ดังนั้น สมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้วเป็นดังนี้ 2Al(s) + 3Zn2+(aq) → 2Al3+(aq) + 3Zn(s) ตัวอย่างที่ 4 ดุลสมการรีดอกซ์ต่อไปนี้ Au(s) + HNO3 (aq) + HCl(aq) → HAuCl4 (aq) + NO2 (g)
วิธีทำ ขั้นที่ 1 พิจารณาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง Au(s) + HNO3 (aq) + HCl (aq) → HAuCl4 (aq) + NO2 (g) เลขออกซิเดชัน 0 +5 +3 +4 Au มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น 3 ส่วน N มีเลขออกซิเดชันลดลง 1 ขั้นที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันที่ลดลง โดยเติมเลขสัมประสิทธิ์หน้า สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ เพิ่มขึ้น 1 × 3 = 3 Au(s) + 3HNO3 (aq) + HCl (aq) → HAuCl4 (aq) + 3NO2 (g) ลดลง 3 × 1 = 3 ขั้นที่ 3 ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน และไม่ใช่ O และ H ในที่นี้คือ Cl Au(s) + 3HNO3 (aq) + 4HCl (aq) → HAuCl4 (aq) + 3NO2 (g) ดุลจำนวนอะตอม O ด้วย H2O โดยการเติม 3H2O และดุลอะตอม H ซึ่งในที่นี้ค่าเท่ากันทั่งสองด้านของ สมการแล้ว เพื่อทำให้จำนวนอะตอมของ O เป็น 9 และ H เป็น 7 เท่ากันทั้งสองข้างของสมการ Au(s) + 3HNO3 (aq) + 4HCl (aq) → HAuCl4 (aq) + 3NO2 (g) + 3H2O ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำนวนอะตอมของธาตุแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้าทาง ด้านซ้ายแล้วขวาของสมการ ซึ่งต้องได้จำนวนเท่ากัน Au(s) + 3HNO3 (aq) + 4HCl (aq) HAuCl4 (aq) + 3NO2 (g) + 3H2O จำนวน Au 1 1 จำนวน N 3 3 จำนวน Cl 4 4 จำนวน O 9 9 จำนวน H 7 7 ผลรวมประจุไฟฟ้า 0 0 ดังนั้น สมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้ว เป็นดังนี้ Au(s) + 3HNO3 (aq) + 4HCl (aq) → HAuCl4 (aq) + 3NO2 (g) + 3H2O ตัวอย่างที่ 5 ดุลสมการรีดอกซ์ต่อไปนี้ Zn(s) + MnO4 - (aq) → Zn2+(aq) + MnO2 (s) (ในภาวะเบส) วิธีทำ ขั้นที่ 1 พิจารณาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง Zn(s) + MnO4 - (aq) → Zn2+(aq) + MnO2 (s)
เลขออกซิเดชัน 0 +7 +2 +4 Zn มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น 2 ส่วน Mn มีเลขออกซิเดชันลดลง 3 ขั้นที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันที่ลดลง โดยเติมเลขสัมประสิทธิ์หน้า สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ 3 × 2 = 6 3Zn(s) + 2MnO4 - (aq) → 3Zn2+(aq) + 2MnO2 (s) 2 × 3 = 6 ขั้นที่ 3 ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ซึ่งในที่นี้ต้องดุลจำนวนอะตอม O โดย การเติม 4H2O และดุลอะตอม H โดยการเติม 8H + เพื่อทำให้จำนวนอะตอมของ O เป็น 8 และ H เป็น 8 เท่ากันทั้งสองข้างของสมการ 3Zn(s) + 2MnO4 - (aq) + 8H +→ 3Zn2+(aq) + 2MnO2 (s) + 4H2O เนื่องจากปฏิกิริยานี้เกิดในภาวะเบส จึงเติม OHจำนวนเท่ากับ H + ซึ่งในที่นี้เติม 8OHทั้งสองด้านของ สมการ 3Zn(s) + 2MnO4 - (aq) + 8H + + 8OH- → 3Zn2+(aq) + 2MnO2 (s) + 4H2O + 8OHรวม OHกับ H + ให้เป็น H2O 3Zn(s) + 2MnO4 - (aq) + 8H2O → 3Zn2+(aq) + 2MnO2 (s) + 4H2O + 8OHหักล้าง H2O ในสองด้านของสมการ 3Zn(s) + 2MnO4 - (aq) + 4H2O → 3Zn2+(aq) + 2MnO2 (s) + 8OHตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้าทางด้ายซ้าย และด้านขวาของสมการ 3Zn(s) + 2MnO4 - (aq) + 4H2O 3Zn2+(aq) + 2MnO2 (s) + 8OHจำนวน Zn 3 3 จำนวน Mn 2 2 จำนวน O 12 12 จำนวน H 8 8 ผลรวมประจุไฟฟ้า 2- 2- ดังนั้นสมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้ว เป็นดังนี้ 3Zn(s) + 2MnO4 - (aq) + 4H2O → 3Zn2+(aq) + 2MnO2 (s) + 8OHขั้นอธิบายและลงข้อสรุป (Explanation) 1. นักเรียนพิจารณาตัวอย่างทั้งสามตัวอย่าง ดังนี้
ตัวอย่างที่ 3 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่มีเฉพาะธาตุที่เปลี่ยนแปลงออกซิเดชัน ตัวอย่างที่ 4 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ดุลในภาวะกรดและมีทั้งธาตุที่เปลี่ยนและไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ตัวอย่างที่ 5 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ดุลในภาวะเบสและมีทั้งธาตุที่เปลี่ยนและไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน 2. นักเรียนสรุปขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันเพิ่มเติม ขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันมีดังนี้ 1) พิจารณาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง 2) ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากับเลขออกซิเดชันที่ลดลง 3) ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน - ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H - ดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O และดุลอะตอม H โดยเติม H + - สำหรับปฏิกิริยาในภาวะเบส ให้เติม OHจำนวนเท่ากับ H + ทั้งสองด้านของสมการรวม H + กับ OHเป็น H2O และหักล้าง H2O ที่ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ โดยมีข้องสังเกตว่า การดุลสมการจะมีรายละเอียดในบางขั้นตอนเพิ่มขึ้นตามความซับซ้อนของ ปฏิกิริยารีดอกซ์ ขั้นขยายความรู้ (Elaboration) 1. นักเรียนทำแบบตรวจสอบความเข้าใจ ดังนี้ดุลสมการรีดอกซ์ต่อไปนี้โดยวิธีเลขออกซิเดชันทั้งใน ภาวะกรดและเบส 1) Cr2O7 2- (aq) + H2 S(aq) → Cr3+ (aq) +S(s) 2) MnO4 - (aq) + SO3 2- (aq) → MnO2 (aq) + SO4 2- (aq) ขั้นประเมิน (Evaluation) 1. ตรวจแบบตรวจสอบความเข้าใจ 8. สื่อ/แหล่งการเรียนรู้ 1. หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ เคมี 4 9. การวัดผลและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด/เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1. ด้านความรู้ (K) 1. นักเรียนสามารถดุลสมการรี ดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันได้ - การตอบคำถาม ในชั้นเรียน - แบบตรวจสอบ ความเข้าใจ - ข้อคำถาม - แบบตรวจสอ บ ความเข้าใจ - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป
2. ด้านทักษะ/กระบวนการคิด (P) 1. นักเรียนสามารถคำนวณการดุล สมการโดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาได้ - แบบตรวจสอบ ความเข้าใจ - แบบตรวจสอบ ความเข้าใจ - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป 3. ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) 1. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่องาน ที่ได้รับมอบหมาย - การสังเกต - แ บ บ ป ร ะ เ มิ น คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ - ได้คะแนนในระดับ 3 (ดี) ขึ้นไป
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 16 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ภาคเรียนที่ 1/2566 รายวิชาเพิ่มเติม เคมี ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 หน่วยการเรียนรู้ที่ 11 เคมีไฟฟ้า เวลา 30 ชั่วโมง เรื่อง การดุลสมการรีดอกซ์ (2) เวลา 3 ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวประภัสสร ยุบุญไชย 1. สาระการเรียนรู้และผลการเรียนรู้ สาระที่ 5 สาระเคมี เข้าใจการเขียนและการดุลสมการเคมี ปริมาณสัมพันธ์ในปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สมดุลในปฏิกิริยาเคมี สมบัติและปฏิกิริยาของกรด-เบส ปฏิกิริยารีดอกซ์และเซลล์เคมีไฟฟ้า รวมทั้งการนำ ความรู้ไปใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ ดุลสมการรีดอกซ์ด้วยการใช้เลขออกซิเดชันและวิธีครึ่งปฏิกิริยา 2. สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด ปฏิกิริยารีดอกซ์เขียนแทนได้ด้วยสมการรีดอกซ์ซึ่งการดุลสมการรีดอกซ์ทำได้โดยการใช้เลข ออกซิเดชันและวิธีครึ่งปฏิกิริยา 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาได้ (K) 2. นักเรียนสามารถคำนวณการดุลสมการโดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาได้(P) 3. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่องานที่ได้รับมอบหมาย (A) 4. สาระการเรียนรู้ ขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันมีดังนี้ 1. พิจารณาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง 2. ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากับเลขออกซิเดชันที่ลดลง 3. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน - ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H - ดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O และดุลอะตอม H โดยเติม H + - สำหรับปฏิกิริยาในภาวะเบส ให้เติม OHจำนวนเท่ากับ H + ทั้งสองด้านของสมการรวม H + กับ OHเป็น H2O และหักล้าง H2O ที่ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ
ขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยามีดังนี้ 1. ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าแต่ละครึ่งปฏิกิริยา - ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H - ดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O - ดุลจำนวนอะตอม H โดยการเติม H + - ดุลจำนวนแระจุไฟฟ้า โดยการเติม e - 2. ทำจำนวน e - ในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน 3. รวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน และหักล้างจำนวนอิเล็กตรอน โมเลกุล หรือไอออนที่เหมือนกัน ทั้งสองด้านของสมการ สำหรับปฏิกิริยาในภาวะเบส ให้เติม OHจำนวนเท่ากับ H + ทั้งสองด้านของ สมการ รวม H + กับ OHเป็น H2O และหักล้าง H2O ที่ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ 5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. ใฝ่เรียนรู้ 2. มีความรับผิดชอบ 7. การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ขั้นสร้างความสนใจ (Engagement) 1. นักเรียนทบทวนการดุลปฏิกิริยารีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชัน โดยตอบคำถามดังนี้ จงดุลสมการ MnO4 - (aq) + SO3 2- (aq) → MnO2 (aq) + SO4 2- (aq) โดยวิธีเลขออกซิเดชัน วิธีทำ ขั้นที่ 1 พิจารณาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง MnO4 - (aq) + SO3 2- (aq) → MnO2 (aq) + SO4 2- (aq) เลขออกซิเดชัน +7 +4 +4 +6 S มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น 2 ส่วน Mn มีเลขออกซิเดชันลดลง 3 ขั้นที่ 2 ดุลเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นให้เท่ากันกับเลขออกซิเดชันที่ลดลง โดยเติมเลขสัมประสิทธิ์หน้าสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์
เพิ่มขึ้น 3 × 2 = 6 2MnO4 - (aq) + 3SO3 2- (aq) → 2MnO2 (aq) + 3SO4 2- (aq) ลดลง 2 × 3 = 6 ขั้นที่ 3 ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่ไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ซึ่งในที่นี้ต้องดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O และดุลอะตอม H โดยการเติม 2H + เพื่อทำให้จำนวนอะตอมของ O เป็น 17 และ H เป็น 2 เท่ากันทั้ง สองข้างของสมการ 2MnO4 - (aq) + 3SO3 2- (aq) + 2H +→ 2MnO2 (aq) + 3SO4 2- (aq) + H2O ตรวจสอบความถูกต้อง โดยนับผลรวมของจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและประจุไฟฟ้าทางด้ายซ้าย และด้านขวาของสมการ ซึ่งต้องได้จำนวนเท่ากัน 2MnO4 - (aq) + 3SO3 2- (aq) + 2H + 2MnO2 (aq) + 3SO4 2- (aq) + H2O จำนวน Mn 2 2 จำนวน S 3 3 จำนวน O 17 17 จำนวน H 2 2 ผลรวมประจุไฟฟ้า 6- 6- ดังนั้น สมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้ว เป็นดังนี้ 2MnO4 - (aq) + 3SO3 2- (aq) + 2H +→ 2MnO2 (aq) + 3SO4 2- (aq) + H2O ขั้นสำรวจและค้นหา (Exploration) 1. นักเรียนศึกษาขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยา ขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยามีดังนี้ 1) ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าแต่ละครึ่งปฏิกิริยา - ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H - ดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O - ดุลจำนวนอะตอม H โดยการเติม H + - ดุลจำนวนแระจุไฟฟ้า โดยการเติม e - 2) ทำจำนวน e - ในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน
3) รวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน และหักล้างจำนวนอิเล็กตรอน โมเลกุล หรือไอออนที่เหมือนกัน ทั้งสองด้านของสมการ สำหรับปฏิกิริยาในภาวะเบส ให้เติม OHจำนวนเท่ากับ H + ทั้งสองด้านของสมการ รวม H + กับ OHเป็น H2O และหักล้าง H2O ที่ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ 2. นักเรียนศึกษาตัวอย่างการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยา ตัวอย่างที่ 6 – 8 ในหนังสือเรียน ตัวอย่างที่ 6 ดุลสมการรีดอกซ์ต่อไปนี้โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยา Cr2O7 2- (aq) + I - (aq) → Cr3+(aq) + I 2 (aq) (ในภาวะกรด) วิธีทำ พิจารณาการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของธาตุเพื่อกำหนดครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและ ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน Cr2O7 2- (aq) + I - (aq) → Cr3+(aq) + I 2 (aq) เลขออกซิเดชัน +6 -1 +3 0 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน I - (aq) → I 2 (aq) ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน Cr2O7 2- (aq) → Cr3+(aq) ขั้นที่ 1 ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมีลำดับดังนี้ ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H 2I - (aq) → I 2 (aq) ดุลจำนวนอะตอม O โดยเติม H2O - ดุลจำนวนอะตอม H โดยเติม H + - ดุลจำนวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e - 2I - (aq) → I 2 (aq) + 2e - ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H Cr2O7 2- (aq) → 2Cr3+(aq) ดุลจำนวนอะตอม O โดยเติม H2O Cr2O7 2- (aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O ดุลจำนวนอะตอม H โดยเติม H + Cr2O7 2- (aq) + 14H + → 2Cr3+(aq) + 7H2O ดุลจำนวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e - Cr2O7 2- (aq) + 14H + + 6e -→ 2Cr3+(aq) + 7H2O ขั้นที่ 2 ทำจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยเลขที่เหมาะสมซึ่งเป็นตัวเลขจำนวน เต็มที่น้อยที่สุด ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน × 3 เพื่อให้มี 6e -
6I - (aq) → 3I 2 (aq) + 6e - ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน Cr2O7 2- (aq) + 14H + + 6e -→ 2Cr3+(aq) + 7H2O ขั้นที่ 3 รวมสองปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน Cr2O7 2- (aq) + 14H + + 6I - (aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O + 3I 2 (aq) ตรวจสอบความถูกต้องโดยนับผลรวมจำนวนอะตอมและประจุไฟฟ้า Cr2O7 2- (aq) + 14H + + 6I - (aq) 2Cr3+(aq) + 7H2O + 3I 2 (aq) จำนวน Cr 2 2 จำนวน I 6 6 จำนวน O 7 7 จำนวน H 14 14 ผลรวมประจุไฟฟ้า +6 +6 ดังนั้น สมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้ว เป็นดังนี้Cr2O7 2- (aq) + 14H + + 6I - (aq) → 2Cr3+(aq) + 7H2O + 3I 2 (aq) ตัวอย่างที่ 7 ดุลสมการรีดอกซ์ต่อไปนี้โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยา MnO4 - (aq) + I - (aq) → MnO2 (aq) + I 2 (aq) (ในภาวะเบส) วิธีทำ พิจารณาการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของธาตุเพื่อกำหนดครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและ ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน MnO4 - (aq) + I - (aq) → MnO2 (aq) + I 2 (aq) เลขออกซิเดชัน +7 -1 +4 0 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน I - (aq) → I 2 (aq) ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน MnO4 - (aq) → MnO2 (s) ขั้นที่ 1 ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมีลำดับดังนี้ ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H 2I - (aq) → I 2 (aq) ดุลจำนวนอะตอม O โดยเติม H2O -
ดุลจำนวนอะตอม H โดยเติม H + - ดุลจำนวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e - 2I - (aq) → I 2 (aq) + 2e - ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H MnO4 - (aq) → MnO2 (s) ดุลจำนวนอะตอม O โดยเติม H2O MnO4 - (aq) → MnO2 (s) + 2H2O ดุลจำนวนอะตอม H โดยเติม H + MnO4 - (aq) + 4H + → MnO2 (s) + 2H2O ดุลจำนวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e - MnO4 - (aq) + 4H + + 3e -→ MnO2 (s) + 2H2O ขั้นที่ 2 ทำจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยเลขที่เหมาะสมซึ่งเป็นตัวเลขจำนวน เต็มที่น้อยที่สุด ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน × 3 เพื่อให้มี 6e - 6I - (aq) → 3I 2 (aq) + 6e - ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน × 2 เพื่อให้มี 6e - 2MnO4 - (aq) + 8H + + 6e -→ 2MnO2 (s) + 4H2O ขั้นที่ 3 รวมสองปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน 2MnO4 - (aq) + 8H + + 6I - (aq) → 2MnO2 (s) + 4H2O + 3I 2 (aq) เนื่องจากปฏิกิริยานี้เกิดในภาวะเบส จึ่งเติม OHจำนวนเท่ากับ H + ซึ่งในที่นี้เติม 8OHทั้งสองด้านของ สมการ จะได้ดังนี้ 2MnO4 - (aq) + 8H + + 6I - (aq) + 8OH-→ 2MnO2 (s) + 4H2O + 3I 2 (aq) + 8OHรวม OHกับ H + ให้เป็น H2O 2MnO4 - (aq) + 6I - (aq) + 8H2O → 2MnO2 (s) + 4H2O + 3I 2 (aq) + 8OHหักล้าง H2O ในสองด้านของสมการ 2MnO4 - (aq) + 6I - (aq) + 4H2O → 2MnO2 (s) + 3I 2 (aq) + 8OHตรวจสอบความถูกต้องโดยนับผลรวมจำนวนอะตอมและประจุไฟฟ้า 2MnO4 - (aq) + 6I - (aq) + 4H2O 2MnO2 (s) + 3I 2 (aq) + 8OHจำนวน I 6 6 จำนวน Mn 2 2
จำนวน O 12 12 จำนวน H 8 8 ผลรวมประจุไฟฟ้า -8 -8 ดังนั้น สมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้ว เป็นดังนี้ 2MnO4 - (aq) + 6I - (aq) + 4H2O → 2MnO2 (s) + 3I 2 (aq) + 8OHตัวอย่างที่ 8 เขียนและดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาเมื่อเปอร์แมงกาเนตไอออน (MnO4 - ) ทำ ปฏิกิริยากับออกซาเลตไอออน (C2O4 2- ) ในสารละลายเบส ได้แมงกานีส(IV)ออกไซด์ (MnO2 ) และคาร์บอเนต ไอออน (CO3 2- ) วิธีทำ จากโจทย์เขียนสมการได้ดังนี้ MnO4 - (aq) + C2O4 2- (aq) → MnO2 (s) + CO3 2- (aq) พิจารณาการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของธาตุเพื่อกำหนดครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน MnO4 - (aq) + C2O4 2- (aq) → MnO2 (s) + CO3 2- (aq) เลขออกซิเดชัน +7 +3 +4 +4 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน C2O4 2- (aq) → CO3 2- (aq) ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน MnO4 - (aq) → MnO2 (s) ขั้นที่ 1 ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยมีลำดับดังนี้ ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H C2O4 2- (aq) → 2CO3 2- (aq) ดุลจำนวนอะตอม O โดยเติม H2O C2O4 2- (aq) + 2H2O → 2CO3 2- (aq) ดุลจำนวนอะตอม H โดยเติม H + C2O4 2- (aq) + 2H2O → 2CO3 2- (aq) + 4H + ดุลจำนวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e - C2O4 2- (aq) + 2H2O → 2CO3 2- (aq) + 4H + + 2e - ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H MnO4 - (aq) → MnO2 (s) ดุลจำนวนอะตอม O โดยเติม H2O MnO4 - (aq) → MnO2 (s) + 2H2O ดุลจำนวนอะตอม H โดยเติม H + MnO4 - (aq) + 4H + → MnO2 (s) + 2H2O
ดุลจำนวนประจุไฟฟ้า โดยเติม e - MnO4 - (aq) + 4H + + 3e -→ MnO2 (s) + 2H2O ขั้นที่ 2 ทำจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยเลขที่เหมาะสมซึ่งเป็นตัวเลขจำนวน เต็มที่น้อยที่สุด ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน × 3 เพื่อให้มี 6e - 3C2O4 2- (aq) + 6H2O → 6CO3 2- (aq) + 12H + + 6e - ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน × 2 เพื่อให้มี 6e - 2MnO4 - (aq) + 8H + + 6e -→ 2MnO2 (s) + 4H2O ขั้นที่ 3 รวมสองปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน 2MnO4 - (aq) + 3C2O4 2- (aq) + 2H2O → 2MnO2 (s) + 6CO3 2- (aq) + 4H + เนื่องจากปฏิกิริยานี้เกิดในภาวะเบส จึ่งเติม OHจำนวนเท่ากับ H + ซึ่งในที่นี้เติม 4OHทั้งสองด้านของ สมการ จะได้ดังนี้ 2MnO4 - (aq) + 3C2O4 2- (aq) + 2H2O + 4OH- → 2MnO2 (s) + 6CO3 2- (aq) + 4H + + 4OHรวม OHกับ H + ให้เป็น H2O 2MnO4 - (aq) + 3C2O4 2- (aq) + 2H2O + 4OH- → 2MnO2 (s) + 6CO3 2- (aq) + 4H2O หักล้าง H2O ในสองด้านของสมการ 2MnO4 - (aq) + 3C2O4 2- (aq) + 4OH- → 2MnO2 (s) + 6CO3 2- (aq) + 2H2O ตรวจสอบความถูกต้องโดยนับผลรวมจำนวนอะตอมและประจุไฟฟ้า 2MnO4 - (aq) + 3C2O4 2- (aq) + 4OH2MnO2 (s) + 6CO3 2- (aq) + 2H2O จำนวน C 6 6 จำนวน Mn 2 2 จำนวน O 24 24 จำนวน H 4 4 ผลรวมประจุไฟฟ้า -12 -12 ดังนั้น สมการรีดอกซ์ที่ดุลแล้ว เป็นดังนี้ 2MnO4 - (aq) + 3C2O4 2- (aq) + 4OH- → 2MnO2 (s) + 6CO3 2- (aq) + 2H2O ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป (Explanation)
1. นักเรียนพิจารณาตัวอย่างทั้งสามตัวอย่าง ดังนี้ตัวอย่างที่ 6 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ดุลในภาวะกรด และมีธาตุที่เปลี่ยนและไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชันส่วนตัวอย่างที่ 7 และ ตัวอย่างที่ 8 เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ดุล ในภาวะเบสและมีทั้งธาตุที่เปลี่ยนและไม่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน โดยอาจสังเกตว่า สมการที่ดุลแล้วอาจมี OHอยู่ทางด้านสารตั้งต้นหรือสารผลิตภัณฑ์ก็ได้ 2. นักเรียนเรียนรู้เพิ่มเติม ในการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาไม่จำเป็นต้องกำหนดครึ่ง ปฏิกิริยาตั้งแต่แรก เนื่องจากเมื่อทำการดุลประจุไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนในขั้นที่ 1 จะทำให้ทราบว่าปฏิกิริยาใด เป็นครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือครึ่งปฏิกิริยารีดักชันได้ 3. นักเรียนสรุปขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาเพิ่มเติม ขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยามีดังนี้ 1) ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าแต่ละครึ่งปฏิกิริยา - ดุลจำนวนอะตอมที่ไม่ใช่ O และ H - ดุลจำนวนอะตอม O โดยการเติม H2O - ดุลจำนวนอะตอม H โดยการเติม H + - ดุลจำนวนแระจุไฟฟ้า โดยการเติม e - 2) ทำจำนวน e - ในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน 3) รวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน และหักล้างจำนวนอิเล็กตรอน โมเลกุล หรือไอออนที่เหมือนกัน ทั้งสองด้านของสมการ สำหรับปฏิกิริยาในภาวะเบส ให้เติม OHจำนวนเท่ากับ H + ทั้งสองด้านของสมการ รวม H + กับ OHเป็น H2O และหักล้าง H2O ที่ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ ขั้นขยายความรู้ (Elaboration) 1. นักเรียนดุลสมการโดยใช้วิธีครึ่งปฏิกิริยาเพิ่มเติม ดังนี้ - Al(s) + Zn2+(aq) → Al3+(aq) + Zn(s) - Au(s) + HNO3 (aq) + HCl(aq) → HAuCl4 (aq) + NO2 (g) - Zn(s) + MnO4 - (aq) → Zn2+(aq) + MnO2 (s) (ในภาวะเบส) 2. ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนชักถามในเนื้อหาที่ยังไม่เข้าใจ 3. นักเรียนทำแบบฝึกหัด 11.2 ในหนังสือเรียนหน้า 106 7.5 ขั้นประเมิน (Evaluation) 1. นักเรียนสรุปขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาลงในสมุด 2. นักเรียนทำแบบฝึกหัด 8. สื่อ/แหล่งการเรียนรู้ 1. หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ เคมี 4
9. การวัดผลและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด/เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1. ด้านความรู้ (K) 1. นักเรียนสามารถดุลสมการรี ดอกซ์โดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาได้ - การตอบคำถาม ในชั้นเรียน - แบบฝึกหัด 11.2 - ข้อคำถาม - แบบฝึกหัด 11.2 - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป 2. ด้านทักษะ/กระบวนการคิด (P) 1. นักเรียนสามารถคำนวณการดุล สมการโดยวิธีครึ่งปฏิกิริยาได้ - แบบฝึกหัด 11.2 - แบบฝึกหัด 11.2 - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป 3. ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) 1. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่องาน ที่ได้รับมอบหมาย - การสังเกต - แบบประเมิน คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ - ได้คะแนนในระดับ 3 (ดี) ขึ้นไป
แผนการจัดการเรียนรู้ที่ 17 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ภาคเรียนที่ 1/2566 รายวิชาเพิ่มเติม เคมี 4 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6 หน่วยการเรียนรู้ที่ 11 เคมีไฟฟ้า เวลา 30 ชั่วโมง เรื่อง องค์ประกอบของเซลล์เคมีไฟฟ้า เวลา 3 ชั่วโมง ครูผู้สอน นางสาวประภัสสร ยุบุญไชย 1. สาระการเรียนรู้และผลการเรียนรู้ สาระที่ 5 สาระเคมี เข้าใจการเขียนและการดุลสมการเคมี ปริมาณสัมพันธ์ในปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สมดุลในปฏิกิริยาเคมี สมบัติและปฏิกิริยาของกรด-เบส ปฏิกิริยารีดอกซ์และเซลล์เคมีไฟฟ้า รวมทั้งการนำ ความรู้ไปใช้ประโยชน์ ผลการเรียนรู้ ระบุองค์ประกอบของเซลล์เคมีไฟฟ้า และเขียนสมการเคมีของปฏิกิริยาที่แอโนดและ แคโทด ปฏิกิริยารวม และแผนภาพเซลล์ 2. สาระสำคัญ/ความคิดรวบยอด เซลล์เคมีไฟฟ้าประกอบด้วยแอโนด แคโทด และ สารละลายอิเล็กโทรไลต์ซึ่งอาจเชื่อมต่อกันด้วย สะพานเกลือ โดยที่แอโนดเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน และแคโทดเกิดปฏิกิริยารีดักชัน ทำให้อิเล็กตรอน เคลื่อนที่ จากแอโนดไปแคโทด เซลล์เคมีไฟฟ้า สามารถเขียนแสดงได้ด้วยแผนภาพเซลล์ 3. จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. นักเรียนสามารถระบุองค์ประกอบของเซลล์เคมีไฟฟ้าได้(K) 2. นักเรียนสามารถเขียนสมการเคมีของปฏิกิริยาที่แอโนดและแคโทดได้(P) 3. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่องานที่ได้รับมอบหมาย (A) 4. สาระการเรียนรู้ เนื่องจากปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสาร ดังนั้นปฏิกิริยารีดอกซ์ จึงสามารถนำมาใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้โดยแยกให้ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าใน เซลล์เคมีไฟฟ้า (electrochemical cell) ทำให้การถ่ายโอนอิเล็กตรอนไม่ได้เกิดขึ้นโดย ตรงที่ผิวสัมผัสของคู่สารที่ทำปฏิกิริยารีดอกซ์ จึงสามารถนำอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น หลอดไฟฟ้า โวลต์มิเตอร์มาต่อ ระหว่างขั้วไฟฟ้าเพื่อใช้ประโยชน์จากกระแสไฟฟ้าหรือวัดค่าความต่างศักย์ได้ซึ่งปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับ พลังงานไฟฟ้าเรียกว่า ปฏิกิริยาเคมี(electrochemical reaction)
5. สมรรถนะสำคัญของผู้เรียน 1. ความสามารถในการสื่อสาร 2. ความสามารถในการคิด 3. ความสามารถในการใช้เทคโนโลยี 6. คุณลักษณะอันพึงประสงค์ 1. ใฝ่เรียนรู้ 2. มีความรับผิดชอบ 7. การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ ขั้นสร้างความสนใจ (Engagement) 1. ครูใช้คำถามเพื่อกระตุ้มความคิดของนักเรียน “กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไร” (แนวคำตอบ: เกิด จากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน) “นักเรียนคิดว่าการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสารในปฏิกิริยารีดอกซ์เกี่ยวข้องกับกระแสไฟฟ้า หรือไม่อย่างไร” 2. ครูนำรูปภามมาให้นักเรียนสังเกต พร้อมตอบคำถาม ดังนี้จากรูปภาพนักเรียนเห็นอะไรบ้างและ ทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเป็นอย่างไร ขั้นสำรวจและค้นหา (Exploration) 1. นักเรียนศึกษาองค์ประกอบของเซลล์เคมีไฟฟ้า ปฏิกิริยารีดอกซ์ระหว่างโลหะสังกะสี (Zn) กับสารละลายคอปเปอร์(II)ไอออน (Cu2+) สามารถทำให้ เป็นเซลล์เคมีไฟฟ้าได้ โดยการแยกครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของโลหะสังกะสีกับครึ่งปฏิกิริยารีดักชันของคอป เปอร์(II)ไอออนให้เกิดขึ้นที่ต่างขั้วไฟฟ้ากันใน 2 ครึ่งเซลล์ ดังรูป
จากรูป แต่ละครึ่งเซลล์ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ ในที่นี้โลหะสังกะสี (Zn) ทำหน้าที่เป็น ขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกว่า แอโนด (anode) โดยมีสารละลายซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4 ) เป็นอิเล็กโทรไลต์ ส่วนโลหะทองแดง (Cu) ทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เรียกว่า แคโทด (Cathode) โดยมีสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO4 ) เป็นอิเล็กโทรไลต์ ในขณะที่ปฏิกิริยารีดอกซ์ของ Zn และ Cu2+ดำเนินไป ความเข้มข้นของ Zn2+ ในครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชันจะเพิ่มขึ้น ส่วนความเข้มข้นของ Cu2+ ในครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันจะลดลง ทำให้ปริมาณ ไอออนบวกและไอออนลบในแต่ละครึ่งเซลล์ไม่สมดุลกัน ส่งผลให้ความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาในแต่ละครึ่ง เซลล์ลดลงอย่างรวดเร็ว จึงมีการใช้วัสดุที่มีอิเล็กโทรไลต์เข้มข้นเชื่อมต่อระหว่างครึ่งเซลล์เรียกว่า สะพานเกลือ (salt bridge) หรือใช้เยื่อ (membrane) ที่ยอมให้ไอออนแพร่ผ่านได้ คั่นระหว่างอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งการ เคลื่อนที่ของไอออนจากสะพานเกลือหรือผ่านเยื่อคั่น สามารถช่วยรักษาสมดุลระหว่างไอออนบวกกับไอออน ลบในแต่ละครึ่งเซลล์ได้ ดังนั้น องค์ประกอบสำคัญของเซลล์เคมีไฟฟ้าคือ ขัวไฟฟ้าที่เป็นแอโนดและแคโทด อิเล็กโทรไลต์และ อาจเชื่อมต่อกันด้วยสะพานเกลือหรือเยื่อคั่น โดยที่แอโนดเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน และแคโทดเกิดปฏิกิริยา รีดักชัน ซึ่งเมื่อทำให้ครบวงจร อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากแอโนดไปยังแคโทด 2. นักเรียนทำแบบตรวจสอบความเข้าใจในหนังสือเรียน หน้า 109 โดยมีคำถามดังนี้จากเซลล์ เคมีไฟฟ้าในรูป จงตอบคำถามต่อไปนี้ 1) โลหะใดทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าที่ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี และโลหะใดทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าที่ เกิดปฏิกิริยาเคมีด้วย 2) ไอออนใดเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี และไอออนในเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เกิดปฏิกิริยาเคมี ด้วย 3) เมื่อเวลาผ่านไปขั้วโลหะใดกร่อน และขั้วโลหะใดหนาขึ้น 4) เขียนสมการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้น 5) เมื่อต่อเซลล์เคมีไฟฟ้าครบวงจร โดยใช้สะพานเกลือที่มีสารละลายโพแทสเซียมไนเทรต (KNO3 ) เข้มข้น จงระบุว่าไอออนแต่ละชนิดในสะพานเกลือมีทิศทางการเคลื่อนที่อย่างไร เพราะเหตุใดพร้อมวาดรูป ประกอบ 6) เมื่อต่อเซลล์เคมีไฟฟ้าครบวงจร ไอออนใดจะทำหน้าที่รักษาสมดุลของประจุไฟฟ้าในสารละลาย และมีทิศทางการเคลื่อนที่ผ่านเยื่อคั่นเซลล์อย่างไร พร้อมวาดรูปประกอบ 7) เพราะเหตุใดเมื่อต่อเซลล์เคมีไฟฟ้าครบวงจรเป็นเวลานานกระแสไฟฟ้าจึงลดลง ขั้นอธิบายและลงข้อสรุป (Explanation) 1. ครูให้นักเรียนศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับประเภทของเซลล์
เซลล์เคมีไฟฟ้าที่ให้พลังงานไฟฟ้าเรียกว่า เซลล์กัลวานิก (galvanic cell) หรือเซลล์โวลทาอิก (voltaic cell) โดยมีแอโนดเป็นขั้วลบ แคโทดเป็นขั้วบวก และอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านวงจรภายนอกเซลล์ จากแอโนดไปยังแคโทด ปฏิกิริยาเคมีในเซลล์กัลวานิกเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้เอง (spontaneous reaction) นอกจากเซลล์กัลวานิกแล้วยังมีเซลล์เคมีไฟฟ้าอีกประเภทหนึ่งเรียกว่า เซลล์อิเล็กโทรไลติก (electrolytic cell) ซึ่งเป็นเซลล์ที่ต้องให้กระแสไฟฟ้าหรือให้พลังงานไฟฟ้าเพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีเนื่องจากเป็นปฏิกิริยาที่ ไม่สามารถเกิดขึ้นเองได้ (non spontaneous reaction) และปฏิกิริยารีดอกที่เกิดขึ้นในเซลล์อิเล็กโทรไลติก จะเป็นปฏิกิริยาย้อนกลับของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิก 2. นักเรียนทำแบบตรวจสอบความเข้าใจในหนังสือเรียนจากรูปภาพ จงตอบคำถามต่อไปนี้ 1) เปรียบเทียบความเหมือนและความแตกต่างระหว่างเซลล์กัลวานิกและเซล์อิเล็กโทรไลติก 2) จากรูป หากสลับให้ขั้วบวกของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าต่อเข้ากับโลหะสังกะสี และขั้วลบต่อเข้ากับ โลหะทองแดง จะมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ขั้วโลหะทั้งสองหรือไม่ อย่างไร ขั้นขยายความรู้ (Elaboration) 1. นักเรียนทำแบบฝึกหัด 11.3 ในหนังสือเรียนโดยมีคำถามดังนี้ 1) เพราะเหตุใดจึงไม่ทำเซลล์กัลวานิกโดยการจุ่มขั้วโลหะทองแดง (Cu) และสังกะสี (Zn) ลงใน สารละลายผสมของคอปเปอร์(II)ซัลเฟต (CuSO4 ) และซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4 ) ในภาชนะเดียวกัน (แนวคำตอบ: เนื่องจาก Cu2+ เป็นตัวออกซิไดส์ที่ดีกว่า Zn2+ ดังนั้นถ้าใช้สารละลายคอปเปอร์(II) ซัลเฟต (CuSO4 ) และซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4 ) ในภาชนะเดียวกันจะทำให้ Cu2+ รับอิเล็กตรอนโดยตรงจากโลหะสังกะสี (Zn) เกิดเป็นโลหะทองแดง (Cu) เคลือบบนผิวของโลหะสังกะสีจนทำให้ไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาต่อได้) 2) ระบุว่าครึ่งเซลล์ใดเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ครึ่งเซลล์ใดเกิดปฏิกิริยารีดักชัน พร้อมทั้งเขียนสมการ แสดงปฏิกิริยา และปฏิกิริยารวมของเซลล์จากเซลล์เคมีไฟฟ้าที่กำหนดให้ต่อไปนี้ 2.1) แนวคำตอบ : ครึ่งเซลล์ที่มีโลหะเหล็ก (Fe) เป็นขั้วไฟฟ้า เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันดังสมการ Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e - ครึ่งเซลล์ที่มีโลหะเงิน (Ag) เป็นขั้วไฟฟ้า เป็นปฏิกิริยารีดักชันดังสมการ Ag+ (aq) + e - → Ag(s) ปฏิกิริยารวมของเซลล์ เขียนแสดงได้ดังนี้ Fe(s) + 2Ag+ (aq) → Fe2+(aq) + 2Ag(s)
2.2) แนวคำตอบ : ครึ่งเซลล์ที่มีโลหะทองแดง (Cu) เป็นขั้วไฟฟ้า เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันดังสมการ Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e - ครึ่งเซลล์ที่มีโลหะแคดเมียม (Cd) เป็นขั้วไฟฟ้า เป็นปฏิกิริยารีดักชันดังสมการ Cd2+(aq) + 2e - → Cd(s) ปฏิกิริยารวมของเซลล์ เขียนแสดงได้ดังนี้ Cu(s) + Cd2+(aq) → Cu2+(aq) + Cd(s) 3. ครูเปิดโอกาสให้นักเรียนสอบถามในเนื้อหาที่ยังไม่เข้าใจ ขั้นประเมิน (Evaluation) 1. นักเรียนทำแบบตรวจสอบความเข้าใจ 2. นักเรียนทำแบบฝึกหัด 11.3 8. สื่อ/แหล่งการเรียนรู้ 1. หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ เคมี 2. สไลด์การสอน เรื่อง องค์ประกอบของแผนภาพเซลล์ 9. การวัดผลและประเมินผล จุดประสงค์ วิธีการวัด/เครื่องมือวัด เกณฑ์การประเมิน 1. ด้านความรู้ (K) 1. นักเรียนสามารถระบุองค์ ประกอบของเซลล์เคมีไฟฟ้าได้ - การตอบคำถาม ในชั้นเรียน -แบบฝึกหัด 11.3 - แบบตรวจสอบ ความเข้าใจ - ข้อคำถาม - แบบฝึกหัด 11.3 - แบบตรวจสอ บ ความเข้าใจ - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป 2. ด้านทักษะ/กระบวนการคิด (P) 1. นักเรียนสามารถเขียนสมการเคมี ของปฏิกิริยาที่แอโนดและแคโทดได้ -แบบฝึกหัด 11.3 - แบบตรวจสอบ ความเข้าใจ - แบบฝึกหัด 11.3 - แบบตรวจสอบ ความเข้าใจ - ได้คะแนนร้อยละ 70 ขึ้นไป
3. ด้านคุณลักษณะอันพึงประสงค์ (A) 1. นักเรียนมีความรับผิดชอบต่องาน ที่ได้รับมอบหมาย - การสังเกต - แ บ บ ป ร ะ เ มิ น คุณลักษณะอันพึง ประสงค์ - ได้คะแนนในระดับ 3 (ดี) ขึ้นไป