กรดและเบส Acid and Base

1

กรดและเบสAcid and

Base

1. สารละลายอิ เล�กโทรไลต์�2. นิ ยามกรด-เบส ความแรงขอิงกรด การแต์กต์�ว3. การแต์กต์�วขอิงนิ��า4. พี�เอิช (pH)

5 .อิ นิด เคเต์อิร�6. ปฏิ ก ร ยาสะเท นิ ไฮโดรไลซิ ส

7.การไทเทรต์ การเข�ยนิกราฟ

8. สมด&ลไอิอิอินิขอิงเกล'อิท�( ละลายนิ��าได)นิ)อิย

9. สมด&ลไอิอิอินิเช งซิ)อินิ 10. สารละลายบ�ฟเฟอิร�

Acid and Base

2

1. strong electrolyte แต์กต์�วได)อิย*างสมบ+รณ์�ในินิ��า เช*นิ กรดแก* เบสแก* เกล'อิ ได)แก* HCl HNO3 NaOH KOH NH4Cl ฯลฯ

3

สารละลายอิ เล�กโทรไลต์� ค'อิ สารท�(ละลายนิ��าแล)วแต์กต์�วเป/นิไอิอิอินิแล)วนิ�าไฟฟ0าได) หร'อิสารท�(อิย+*ในิสภาพีหลอิมเหลวแล)วสามารถนิ�าไฟฟ0าได) แบ*งเป/นิ

สารละลายอิ เล�กโทรไลต์� (Electrolyte solution)

2. weak electrolyte แต์กต์�วได)นิ)อิยในินิ��า เช*นิ กรดอิ*อินิ เบสอิ*อินิ ได)แก* HNO2

HClO2 CH3COOH NH4OH3. Non electrolyte สารท�(ไม*แต์กต์�วในินิ��า และ ไม*นิ�าไฟฟ0า

เช*นิ กล+โคส ซิ+โครส

HCN(aq) H+(aq)

+ CN-(aq)

1. อิาร�เรเนิ�ยส (Arrhenius)

4

• เบส ค'อิ สารท�(ละลายนิ��าแล)วแต์กต์�ว ให) OH-

ความแรงข4�นิก�บการแต์กต์�วให)ไอิอิอินิ

นิ ยามขอิงกรดและเบส

• กรด ค'อิ สารท�(ละลายนิ��าแล)วแต์กต์�ว ให) H+HCl(aq) H+

(aq) + Cl-

(aq)

KOH(aq) K+(aq) + OH-

(aq)

5

ข)อิจำ�าก�ดขอิงอิาร�เรเนิ�ยส

NH3 + H2O NH4

+ + OH- NH4Cl NH4

+ + Cl-NH4+

+ H2O NH3 + H3O+

- สารจำะต์)อิงละลายในินิ��าเท*านิ��นิ- สารนิ��นิต์)อิงม� H+ หร'อิ OH- ในิโมเลก&ล

- สารนิ��นิท�าปฏิ ก ร ยาก�บนิ��าแล)วให) H+ หร'อิ OH- จำะไม* จำ�ดเป/นิกรดหร'อิเบส ต์ามนิ ยามขอิงอิาร�เรเนิ�ยส เช*นิ


6

กรด ค'อิ สารท�( ให) H+

ค+*กรด- เบส (conjugate acid-base pairs)

HA เป/นิค+*กรดขอิง A- และ A- เป/นิค+* เบสขอิง HABH+ เป/นิค+*กรดขอิง B และ B เป/นิค+* เบสขอิง BH+

2. บรอินิสเต์ด-ลาวร� (Bronsted-Lowry) เบส ค'อิ สารท�(

ร�บ H+


HF + H2O F- + H3O+กรด 1 กรด 2เบส 1เบส 2

กรด 1


NH4+

+ H2O NH3

+ H3O+เบส 2 กรด 2เบส 1

ค+*กรด-เบส ค'อิ HF ก�บ F-และ H3O+ ก�บ H2OHF เป/นิค+*กรดขอิง F- และ F-

เป/นิค+*เบสขอิง HF

ค+*กรด-เบส ค'อิ NH4+ ก�บ NH3และ H3O+ ก�บ H2O

NH4+ เป/นิค+*กรดขอิง NH3

และ NH3

เป/นิค+*เบสขอิง NH4+

7

ค+*กรด- เบส (conjugate acid-base pairs)HNO2 + H2O H3O+

+ NO2-

NH3 + H2O NH4+

+ OH-

กรด 1

เบส 2 กรด 2เบส 1

กรด 1

เบส 2 กรด 2เบส 1

ค+*กรด-เบส ค'อิ HNO2 ก�บ NO2-และ H3O+ ก�บ H2O

HNO2 เป/นิค+*กรดขอิง NO2- และ NO2

-

เป/นิค+*เบสขอิง HNO2

ค+*กรด-เบส ค'อิ NH4+ ก�บ NH3และ H2O ก�บ OH-

NH4+ เป/นิค+*กรดขอิง NH3

และ NH3

เป/นิค+*เบสขอิง NH4+

8

ข)อิส�งเกต์

นิ��าเป/นิได)ท��งกรดและเบส เร�ยกว*า amphoteric substance ต์�วอิย*างเช*นิ HSO4

-, HCO3-, HS-,

HPO42-

9

กรดแก* ม� ค+*เบสเป/นิเบสอิ*อินิ (HClO4 กรดแก* : ClO4

-

เบสอิ*อินิ) เบสแก* ม� ค+*กรดเป/นิกรดอิ*อินิ (NH- เบสแก* : CH3NH2 กรดอิ*อินิ)

กรดและเบสอิาจำอิย+*ในิร+ปโมเลก&ลหร'อิไอิอิอินิ


แบบฝึ8กห�ด

จำงบอิกค+*กรดขอิงเบสต์*อิไปนิ��1. HS- ………2. NH3 ………3. H2PO4

- ………4. CO3

2- ………

5. PO43-

………6. HSO4-

………7. HCO3-

………8. Cl- ………จำงบอิกค+*เบสขอิงกรดต์*อิไปนิ��

1. H2S ………2. NH4

+ ………3. HCOOH ………4. HCO3

- ………

5. HPO42-

………6. H2SO4 ………7. HCO3

- ………8. HCN ………

10

เบส

กรด

H+ + OH- HOH

กรด ค'อิ สารท�(สามารถร�บค+*อิ เล�กต์รอินิ

11

3. Lewis acid


เบส ค'อิ สารท�(สามารถให)ค+*อิ เล�กต์รอินิ

สารท�(เป/นิเบสต์าม Lewis (Lewis base)

1. แอินิไอิอิอินิ : OH-

123. สาร hydrocarbon (CH) ท�(ม�พี�นิธะค+*

สารท�(เป/นิกรดต์าม Lewis (Lewis acid)

1. แคต์ไอิอิอินิ : Na+ Be2+ Mg2+

Ag+

2. โมเลก&ลท�(อิะต์อิมกลางม�อิ เล�กต์รอินิ ไม*ครบแปด BF3

3. ม�พี�นิธะค+*ก�บอิะต์อิมท�(ม�ค*า EN ต์*าง ก�นิ SO3

2. อิะต์อิมกลางท�(ม�อิ เล�กต์รอินิค+*โดดเด�(ยว เช*นิ H2O NH3

Lewis acid - base

13

ความแรงขอิงค+*กรด-เบส

14

15

1. Hydrohalic acids ประกอิบด)วย H และ ธาต์&อิโลหะ

ความแรงขอิงกรด

PH3 H2S

HClNH3 H2O

HFอิโลหะหม+*เด�ยวก�นิ ความแรงกรดเพี (ม ต์ามแนิวโนิ)มขอิงพีล�งงานิในิการสลายพี�นิธะHF HCl HBr

HI

กรดม� 2 ชนิ ดใหญ่*ๆอิโลหะในิคาบเด�ยวก�นิถ)า ค*า EN ส+งความแรงกรดจำะเพี (ม

2. Oxo acid ประกอิบด)วย H อิโลหะ และ O

16

HClO HClO2 HClO3 HClO4

+1 +3 +5 +7

กรดอิอิกโซิท�(ม�อิะต์อิมชนิ ดเด�ยวก�นิ ความแรงจำะเพี (มต์ามจำ�านิวนิเลข ON ขอิงอิโลหะ

HlO4 HBrO4 HClO4

ความแรงขอิงกรด

กรดอิอิกโซิท�(ม�อิโลหะต์*างก�นิ ความแรงขอิงกรดเพี (มข4�นิเม'(อิอิ เล�กโต์รเนิกาต์ ว ต์� (EN) ขอิงอิโลหะเพี (มข4�นิ

1. ไฮดรอิกไซิด�ขอิงโลหะหม+* IA เป/นิเบสแก* โลหะ ขนิาดใหญ่*ข4�นิ ความแรงเบสเพี (ม : KOH > NaOH

17

2. ไอิอิอินิลบอิะต์อิมเด�(ยว

N3- O2- F- ในิหม+*เด�ยวก�นิ ค*า EN เพี (มความแรงเบสเพี (ม

: O2- > S2- ในิคาบเด�ยวก�นิค*า EN ลดลงจำากขวา

ไปซิ)าย ความแรงเบสเพี (ม

NH2- OH- F-

ความแรงขอิงเบส

จำ�านิวนิประจำ&ไอิอิอินิเพี (มความแรง เบสเพี (ม :

18

1. กรดแก*- เบสแก* แต์กต์�วได) 100%

0.5 mol/L0.5 mol/L2 x 0.5 mol/L

กรดแก* (Strong acids)

การแต์กต์�วขอิงกรด - เบส

Mg(OH)2 Mg2+ + 2OH-

1 mol/L1 mol/L1 mol/LHCl H+ + Cl-

HCl HBr HI HNO3 H2SO4 HClO4

เบสแก* (Strong base)

หม+* IA : LiOH, NaOH KOH etc.หม+* IIA : Ba(OH)2, Ca(OH)2 etc.

กรดอิ*อินิ- เบสอิ*อินิ แต์กต์�วนิ)อิยกว*า100 % ( เป/นิปฏิ ก ร ยาผั�นิกล�บ )HA(aq) + H2O(l)H3O+(aq) + OH-(aq)

Ka = ค*าคงท�(การแต์กต์�วขอิงกรดอิ*อินิ

การแต์กต์�วขอิงกรดอิ*อินิ

Ka =[H3O+] [OH-] [HA]

19

กรดโมโนิโปรต์ ก: กรด 1 โมเลก&ล แต์กต์�วให) H+ 1 ต์�วCH3COOH(aq) + H2O(l)

H3O+(aq) + CH3COO-(aq)Ka =[CH3COOH]

[H3O+] [CH3COO- ]


20

21

กรดโพีล โปรต์ ก: 1 โมเลก&ลแต์กต์�วให)H+ 1 ต์�ว เช*นิ H3PO4 H2CO3 H2S เป/นิต์)นิ

H3PO4 + 3H2O 3H3O+

+ PO43- KaKa = K1 x K2 x K3

H3PO4 + H2O H3O++ H2PO4

- K1 = 7.5 x 10-3 H2PO4- + H2O H3O++

HPO42- K2 = 6.2 x 10-8 HPO42- + H2O H3O++

PO43- K3 = 3.6 x 10-13

K1 > K2

> K3


[NH4+]

[OH- ]

[NH3]

Kb =

การแต์กต์�วขอิงเบสอิ*อินิ

Kb = ค*าคงท�(การแต์กต์�วขอิงเบสอิ*อินิ

NH3 + H2O NH4

++ OH-

22

การบอิกความสามารถในิการแต์กต์�ว

1. ระด�บข��นิการแต์กต์�ว ( )

23

=

จำ�านิวนิโมลท�(แต์กต์�วไปจำ�านิวนิโมลท��งหมด

เม'(อิเร (มต์)นิ2. % การแต์กต์�ว = x100

3. ค*าคงท�(การแต์กต์�ว Ka

% =

[H+]

[กรด]เร (

มต์)นิ

x 100

% =

[OH-][เบส]เร (

มต์)นิ

x 100

CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO-

=

[H3

O+][CH3COOH]% การแต์ก

ต์�ว =

[H3

O+][CH3COOH]

x 100

% การแต์กต์�วขอิงกรดอิ*อินิ

24

=

[OH- ][NH3]% การแต์ก

ต์�ว = x 100

[OH- ][NH3]

% การแต์กต์�วขอิงเบสอิ*อินิ

NH3 + H2O NH4

++ OH-

25

Ex 1. สารละลายกรด HCN 0.02 M แต์กต์�วให) [H3O+]

1.2 x10-5 M จำงหา % การแต์กต์�ว

26

HCN + H2O H3O++ CN-ว ธ�ท�า

=

[H3O+][HCN]

(1.2 x 10-5 M)(0.02 M)

=

% การแต์กต์�ว =

x 100(1.2 x 10-5 M)(0.0

2 M)= 0.06%

HCN + H2O H3O+ + CN-

ว ธ�ท�า

สมด&ล

-

4.0 x 10-34.0 x 10-3

Ka =[H3O+]

[CN- ] [HCN]

Ka =8.16x10-

5

0.2 - 4.0 x 10-3

Ex 2. สารละลายกรด HCN 0.2 M แต์กต์�วให) [H3O+]

4.0 x 10-3 M จำงหาค*า Ka

เร (มต์)นิ0.2 M

- -ปป. -

x+x +x

(0.004)(0.004) (0.196)

=

27

Ex 3. จำงหา [H+] ในิสารละลาย CH3COOH เข)มข)นิ 1.0 M ท�( 250C Ka = 1.8 x 10-5

Ka =[H3O+] [CH3COO-

]

[CH3COOH]


สมด&ล

1.0 - x

เร (มต์)นิ 1.0 M

- -ปป. -

x+x +x+x +x

28

1.8 x 10-5 =

(x) (x) (1.0 - x)

x2 + (1.8x10-5)x - 1.8x10-5 = 0

29

จำาก ax2 + bx + c = 0

แทนิค*า a = 1, b = 1.8x10-5, c = -1.8x10-5

[H+] = 4.2 x 10-3 mol dm-3 Ans

Ex 3. (ต์*อิ)

จำะได) x = -b b2 – 4ac 2a

จำะได) x = 4.2 x 10-3 mol dm-3

1.8 x 10-5 =

(x) (x) (1.0 - x)

=(x) (x) (1.0)

x2 = 1.8 x 10-5 x 1.0

% การแต์กต์�ว = 4.2 x 10-3 x 100

1

x = 18 x 10-6

0

= 4.2 x 10-3 mol dm-3

= 0.42

เนิ'(อิงจำาก [H+] ม�ค*านิ)อิยมากเม'(อิเท�ยบ ก�บความเข)มข)นิเร (มต์)นิ อิาจำต์�ดค*า x ในิ

เทอิม 1.00-x อิอิกได)

30

Ex 3. (ต์*อิ)

ถ)า สารม�การแต์กต์�วนิ)อิยกว*า 5% เม'(อิ เท�ยบก�บ ความเข)มข)นิเร (มต์)นิ หร'อิ Ka

< 10-4 ให) ต์�ดปร มาณ์การแต์กต์�ว(x) จำาก HA ได) หร'อิ x = 0

31


เร (มต์)นิ1.0 M

- -ท�(สมด&ล

x M x M (1.0 - x M)

1.0

หมายเหต์&

0

NH3 + H2O NH4+

+ OH-ว ธ�ท�า

เร (มต์)นิ0.1 Mสมด&ล

0.1 - x

Ex 4. สารละลายเบส NH3 0.10 M ม�ค*า Kb = 1.8 x 10-5 จำงหาร)อิยละการแต์กต์�ว

- -ปป. -

x+x +x+x +x [NH4

+] [OH- ]

[NH3]

Kb = (x)(x)

(0.1 - x)

1.8 x 10-5 = 0

32

x2 = 1.8 x 10-5 x 0.1x =

1.8 x 10-6

= 1.34 x 10-3 mol dm-3

= 1.34%

% การแต์กต์�ว =

[OH-][NH3

]

x 100

x 100(1.34 x 10-3 M)(0.1

0 M)

=

33

Ex 4.


1. ท�( 25oC สารละลายกรดแอิซิ ต์ ก (CH3COOH ) 0.1 M แต์กต์�วได) 1.34 %จำงหาค*า Ka ขอิงกรดแอิซิ ต์ ก2. จำงหาร)อิยละการแต์กต์�วขอิงกรดแอิซิ ต์ ก (CH3COOH ) 1.0 M ท�( 25oC (Ka = 1.8 x 10-5)3. จำงเปร�ยบเท�ยบร)อิยละการแต์กต์�วขอิงกรดไฮโดรไซิยานิ ก (HCN) เข)มข)นิ 0.1 M และ 0.001 M (Ka = 4.0 x 10-10)4. จำงหาเปอิร�เซิ�นิต์�การแต์กต์�วขอิงกรด H2SO3 0.01 M เม'(อิ [H3O+] = 1.5 x 10-4 M

34

5. จำงหาความเข)มข)นิขอิง OH- ในิสารละลาย Ba(OH)2 0.05 M

35

การแต์กต์�วขอิงนิ��า (Hydrolysis)

H2O H+

+ OH-H2O + H2O H3O+ + OH-

หร'อิ

K =[H3O+] [OH- ] [H2O] [H2O]

[H2O] = คงท�(K [H2O]2 =

[H3O+] [OH- ]Kw = [H3O+] [OH-

]

Kw = ค*าคงท�(ผัลค+ณ์ไอิอิอินิขอิงนิ��าKw = [H3O+] [OH- ] = 1.008 x 10-14 (mol dm-3)2 ท�( 250CKw = [H3O+] [OH- ] = 2.95 x 10-

14 (mol dm-3)2 ท�( 400C

36

ท�( 250C [H3O+] = [OH- ] = 1.0 x 10-7 mol dm-3 เป/นิกลาง สารละลายกรด [H3O+] > 10-7 mol dm-3

สารละลายเบส [H3O+] < 10-7 mol dm-3

[OH- ] < 10-7

mol dm-3

[OH- ] > 10-7

mol dm-3

มาต์รส*วนิ pH (pH scale)pH = - log [H3O+]

[H3O+] = 10-pH

นิ��าบร ส&ทธ = [H3O+] = [OH- ] = 1.0 x 10-7 mol dm-3

pH = - log (1.0 x 10-7 )pH = 7

pOH = - log [OH-]

[OH-] = 10-pOH

[H3O+] 10-7 mol dm-3 pH 7 เป/นิสารละลายกรด[H3O+] 10-7 mol dm-3 pH 7 เป/นิสารละลายเบส

พี�เอิช (pH)

(เป/นิกลาง)

37

pH ScaleShows the range of H+

concentrations

High H+ concentration

Low H+ concentration

pH = - log [H3O+]

ความส�มพี�นิธ�ขอิง pH และ pOH

Kw = [H3O+] [OH- ] = 1.0x10-14

= -(log10-14) - log [OH-]

pH = 14 - pOH

= - log1.0 x 10-14

[OH-]pH

39

ว ธ�ท�า pH = - log [H3O+]= - log (1.3 x 10-4)

= - log 1.3 + 4 log10 = 4 – log1.3= 4 - 0.11

= 3.89

Ex 5. สารละลาย CO2 อิ (มต์�วม� [H3O+] = 1.3 x 10-4 mol dm-3

จำง ค�านิวณ์ pH ขอิงสารละลาย

40

Ex 6. จำงหา pH ขอิงสารละลาย 0.2 M NH4OH Kb=1.8 x 10-5

ว ธ�ท�า

NH3 + H2O NH4+

+ OH- เร (มต์)นิ

0.2 M- -ปป. -

x+x +xสมด&

ล0.2 - x +x

+x

0

[NH4+]

[OH- ]Kb = [N

H3

] (x)(x)

1.8 x 10-5 =0.2 - x

41

pOH = - log [OH-]

Ex 6. (ต์*อิ) x2 = 1.8 x

10-5 x 0.2= 1.90 x 10-3 mol dm-3x = 3.6 x 10-6

= 0.36 x 10-5

[OH-] = 1.90 x 10-3 mol dm-3

= -log 1.90 x 10-3= 3 – log 1.90= 3 – 0.28= 2.72

pH + pOH = 14pH = 14 – 2.72

= 11.28 42

1. จำงหา [H3O+] ขอิงสารละลายท�( ม� pH = 4.4

(antilog 0.6 = 4 antilog 0.4 = 2.5)

3. จำงหา pH ขอิงสารละลาย 0.01 M NaOH4. จำงหา pH ขอิงสารละลาย 0.001 M HCl5. จำงหา pH ขอิงสารละลาย 0.2 MCH3COOH Ka=1.8x10-5

43

2. จำงค�านิวณ์ [H3O+] และ [OH-] ขอิงสารละลายท�(ม� pH = 4.5 (antilog 0.5 = 3.2)


44

อิ นิด เคเต์อิร�(Indicator) สารอิ นิทร�ย�ท�(ม�โครงสร)างซิ�บซิ)อินิและ

เปล�(ยนิส�ได)เม'(อิ pH ขอิงสารละลายเปล�(ยนิ Hin H+ + In

-

แดง นิ��าเง นิ[H+] [In-]

[HIn]KIn =

pH= pKIn - log[HIn] [In-]

ส�ขอิงสารละลายข4�นิก�บ [In-] / [HIn]

45

[In-

] [HIn]

=10 1

= [In-

] [HIn]

1 10

สารละลายส�นิ��าเง นิ

สารละลายส�แดง

การเปล�(ยนิส�ขอิงอิ นิด เคเต์อิร�

กระดาษล ต์ม�ส ช*วง pH 5 – 8 ส�แดง - ส�นิ��าเง นิ

46

pH 5 ม�ส�แดง pH 8 ม�ส�นิ��าเง นิpH 5 - 8 ม�ส�ผัสมระหว*างแดงก�บนิ��าเง นิ

[HIn] [In- ] 100 เท*า จำ4งม�ส�กรดเพี�ยงอิย*างเด�ยว[In- ] [HIn] 100 เท*า จำ4งม�ส�เบสเพี�ยงอิย*างเด�ยว

ต์�วอิย*างอิ นิด เคเต์อิร�

47

Indicator pH ส�ท�(เปล�(ยนิThymol blue

1.2-2.8

แดง-เหล'อิง

Bromphenol blue

3.0-4.6

เหล'อิง-นิ��าเง นิ

Congo red 3.0-5.0

นิ��าเง นิ-แดง

Methyl orange

3.1-4.4

แดง-เหล'อิง

Bromocresol green

3.8-5.4


Indicator pH ส�ท�(เปล�(ยนิMethyl red 4.2-

6.3แดง-เหล'อิง

Azolitmin (litmus)

5.0-8.0

แดง-นิ��าเง นิ

Bromocresol purple

5.2-6.8

เหล'อิง-ม*วง

Bromthymol blue

6.0-7.6


Phenol red 6.8-8.4

เหล'อิง - แดง

Phenolphthalein

8.3-10.0

ไม*ม�ส�-ชมพี+

ต์�วอิย*างอิ นิด เคเต์อิร� (ต์*อิ)

48

Reactions between acids and bases

When and acid and a base react with each other, the characteristic properties of both are destroyed. This is called neutralization.

http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/animations/HClandNaOHtgV8.html

Reactions between acids and bases

General formula for acid base reaction:

Acid + Base → H2O +Salt

“Salt” means any ionic compound formed from an acid/base reaction

NOT JUST NaCl !!

Neutralization Reaction Animation

http://www.marymount.k12.ny.us/marynet/06stwbwrk/06hchem/mgFlash/mgreaction.html

Neutralization

HCl + NaOH → H2O + NaCl acid base water salt

NeutralizationAnother Example

HNO3 + KOH → H2O + KNO3

H OHKNO3

acid base water salt

53

การแยกสลายด)วยนิ��า (Hydrolysis)

ไอิอิอินิขอิงเกล'อิท�าปฏิ ก ร ยาก�บนิ��า ได)สารละลายท�(ม�ความเป/นิ กรด, เบส

หร'อิ กลาง เกล'อิท�(เก ด

Hydrolysis ได) ค'อิ1. เกล'อิท�(เก ดจำากกรดอิ*อินิ-เบสแก* เช*นิ CH3COONa, KCN, NaHCO3 เป/นิต์)นิ

เบส

2. เกล'อิท�(เก ดจำากกรดแก*-เบสอิ*อินิ เช*นิ NH4Cl

กรด

3. เกล'อิท�(เก ดจำากกรดอิ*อินิ-เบสอิ*อินิ เช*นิ CH3COONH

4

Ka > Kb กรด Kb > Ka เบส

การไทเทรต์ เป/นิการว เคราะห�หาปร มาณ์สารหร'อิความเข)มข)นิ ขอิงสารละลาย โดย

การนิ�าสารละลายท�(ต์)อิงการ ว เคราะห� มาท�าปฏิ ก ร ยาก�บสารท�(ทราบความ เข)มข)นิท�(แนิ*นินิอินิ

สารท�(ทราบความเข)มข)นิท�( แนิ*นิอินิ เร�ยกว*า

สารละลายมาต์รฐานิ(Standard solution)

การไทเทรต์(Titrametric analysis)

54

สารละลายมาต์รฐานิ (standard solution)

titrant

สารละลายต์�วอิย*าง (sample solution)

titrand

ทราบ ความเข)มข)นิ , ปร มาต์ร

ทราบปร มาต์ร

55

การไทเทรต์(Titrametric analysis)

การไทเทรต์ระหว*างกรด-เบส เม'(อิกรด- เบสท�าปฏิ ก ร ยาก�นิสมม+ลพีอิด� เร�ยก

ปฏิ ก ร ยาสะเท นิระหว*างกรด-เบส จำ&ดท�(สาร 2 ชนิ ดท�าปฏิ ก ร ยาก�นิพีอิด�เร�ยกว*า จำ&ดสมม+ล (equivalent point)

หา pH ขอิงสารละลายระหว*างการไทเทรต์จำาก- การว�ดด)วย pH meter

- การค�านิวณ์- Titration curve

ระหว*าง pH ก�บ ปร มาต์ร

จำ&ดท�(สารละลายเปล�(ยนิส� ( เก ดจำากindicator) เร�ยกว*า: จำ&ดย&ต์ (end point)

56

1. การไทเทรต์ระหว*างกรดแก*-เบสแก*(1.0 M HCl 25 mL+ 1.0 M NaOH) ณ์ จำ&ดสมม+ล pH =7

pH range 5-9

• Phenol red 6.8-8.4 (yellow- red)• Bromthylmol blue 6.0-7.6 (yellow – blue)

57

1.0 M NaOH

1.0 M HCl 25 mLอิ นิด เคเต์อิร�ท�(เหมาะสม

0.1 M CH3COOH 25 mL + 0.1 M NaOH ณ์ จำ&ดสมม+ล pH = 9

pH range 8-10

Phenolphthalein 8.3-10.0 (no color – pink)

2. การไทเทรต์ระหว*างกรดอิ*อินิ-เบสแก*

58

1.0 M NaOH

1.0 M CH3COOH 25 mLอิ นิด เคเต์อิร�ท�(เหมาะสม

1.0 M NH3 40 mL + 1.0 M HCl ณ์ จำ&ดสมม+ล pH 5pH range 4-7

• Methyl red 4.2-6.3 red-yellow• Bromocresol green 3.8-5.4 yellow-blue

3. การไทเทรต์ระหว*างกรดแก*-เบสอิ*อินิ

59

1.0 M HCl

1.0 M NH3 40 mLอิ นิด เคเต์อิร�ท�(เหมาะสม

ค�านิวณ์การไทเทรต์

HCl + NaOH NaCl + H2O

mol HCl 1

mol NaOH 1=

CaVa

1000=

CbVb

1000

CaVa = CbVb

60

ค�านิวณ์การไทเทรต์

H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O

mol H2SO4

1mol NaOH 2=

CaVa

1000=CbVb

2 x 1000

61

CaVa = CbVb

2

62

Ex 11. จำงค�านิวณ์หาความเข)มข)นิขอิงกรดอิะซิ ต์ กในินิ��าส)มสายช+ เม'(อินิ�านิ��าส)มสายช+มา 25.00 mL มาไทเทรต์ก�บ 0.01 M NaOH พีบว*าใช) NaOH ไป 30.50 mL

63

Ex 12. จำงค�านิวณ์หาความเข)มข)นิขอิงกรดซิ�ลฟ@วร ก เม'(อินิ�ากรดซิ�ลฟ@วร กมา 20.00 mL มาไทเทรต์ก�บ 0.50 M NaOH พีบว*าใช) NaOH ไป 25.35 mL

Ex 13. จำงค�านิวณ์ pH ขอิงสารละลาย เม'(อิหยด 0.10 M NaOH 49 cm3

ลงในิ 0.1 M HCl 50 cm3

64

65

สมด&ลขอิงเกล'อิท�(ละลายนิ��าได)นิ)อิย

เช*นิ AgCl, BaSO4, Ag2SO4

AgCl ละลายในินิ��าAgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)K =

[Ag+] [Cl-] [AgCl(s)]

Ksp = [Ag+] [Cl-] Ksp : ค*าคงท�(ผัลค+ณ์การ

ละลายได)[Ag+][Cl-] : ผัลค+ณ์ไอิอิอินิ (ion product)

ion product < Ksp สามารถเก ดการละลายได)อิ�กion product = Ksp สมด&ล (สารละลายอิ (มต์�ว)

ion product > Ksp เก ดต์ะกอินิข4�นิในิสารละลาย

66

ประโยชนิ�ขอิง Ksp ใช)ในิการแยกไอิอิอินิอิอิกจำากก�นิ

สารม�ค*า Ksp ต์�(า จำะต์กต์ะกอินิได)ง*าย สารม�ค*า Ksp ส+ง จำะละลายได)มากหร'อิต์ก

ต์ะกอินิได)ยาก

สมด&ลขอิงเกล'อิท�(ละลายนิ��าได)นิ)อิย

CaSO4 ละลายนิ��าไ ด) BaSO4 นิ�(นิค'อิ ถ)าในิสารละลายม� [Ba2+ ] =

[Ca2+ ] เม'(อิเต์ ม SO42- จำะเก ดต์ะกอินิ

ขอิง BaSO4 ก*อินิ และถ)าใช) [SO42-] ท�(

เหมาะสมจำะแยก BaSO4 ได)หมด

67

Ksp BaSO4 = 1.1 x 10-10

Ksp CaSO4 = 1.1 x 10-5

Ex 14. AgCl ม�ค*า Ksp = 2.80 x 10-10 จำงค�านิวณ์หาค*าการละลายขอิง AgClAgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)Ksp = [Ag+] [Cl-] = 2.8 x 10-10

[Ag+] = [Cl-][Ag+]2 = 2.8 x 10-10

[Ag+] = (2.8 x 10-10)1/2= 1.67

x 10-5เกล'อิ AgCl ละลายได) 1.67 x 10-5 mol dm-3

68

69

ผัลขอิงไอิอิอินิร*วม(Commom ion effect)

ค'อิ การเปล�(ยนิแปลงท�(เก ดข4�นิเม'(อิเต์ มไอิอิอินิท�(ม�อิย+*ในิระบบ เช*นิ เต์ ม NaCl ในิสารละลาย อิ (มต์�ว AgCl AgCl(s) Ag+(aq) + Cl- (aq) NaCl(s)

Na+(aq) + Cl- (aq)

[ Cl- ] เพี (มข4�นิ [ Ag+ ] [ Cl- ] Ksp ท�าให)สมด&ลเล'(อินิทางซิ)าย[ Ag+ ] ลดลงจำนิ [ Ag+ ] [ Cl- ] = Ksp

ไอิอิอินิร*วมเต์ ม

Ex 15. ในิสารละลายซิ4(งประกอิบด)วย Cl- 0.10 mol dm-3 และ CrO4

2- 0.10 mol dm-3 ถ)าค*อิยๆ เต์ ม AgNO3 ลงไปในิสารละลาย อิยากทราบว*า AgCl หร'อิ Ag2CrO4 จำะต์กต์ะกอินิอิอิกมาก*อินิ (Ksp ขอิง AgCl = 1.8 x 10-10, Ksp ขอิง Ag2CrO4 = 1.9 x 10-12)

สารเร (มต์กต์ะกอินิเม'(อิ ion product > Ksp ด�งนิ��นิต์)อิงค�านิวณ์ [Ag+] ท�(ท�าให) AgCl และ Ag2CrO4 ต์กต์ะกอินิAgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq)

Ksp = [Ag+][Cl-] = 1.8 x 10-10

[Ag+](0.1) = 1.8 x 10-10

[Ag+] = 1.8 x 10-9 mol/dm3

70

Ag2CrO4(s) 2Ag+(aq) + CrO42-(aq)

Ksp = [Ag+]2[CrO42-] = 1.9 x 10-12

[Ag+]2(0.1) = 1.9 x 10-12

[Ag+]2 = 1.9 x 10-11 = 19 x 10-12

Ex 15. (ต์*อิ)

[Ag+] = 4.36 x 10-6 mol/dm3

แสดงว*า AgCl เร (มต์กต์ะกอินิเม'(อิม� Ag+ อิย+*ในิสารละลาย 18. x 10-9 M ส*วนิ Ag2CrO4 จำะเร (มต์กต์ะกอินิเม'(อิม� Ag+ อิย+*ในิสารละลาย 4 .3 6 x 10-6 Mด�งนิ��นิ AgCl ต์กต์ะกอินิ

ก*อินิ Ag2CrO471

ไอิอิอินิขอิงโลหะท�(อิย+*ในิสารละลายม�กไม*อิย+*อิย*างอิ สระ แต์*จำะรวมต์�วก�บไอิอิอินิหร'อิโมเลก&ลอิ'(นิๆ ท�(เร�ยกว*า ล แกนิด� (Ligand) เพี'(อิให)ไอิอิอินิขอิงโลหะนิ��นิๆ เสถ�ยรย (งข4�นิในิสารละลาย ไอิอิอินิขอิงโลหะท�(รวมอิย+*ก�บล แกนิด� เร�ยกว*า ไอิอิอินิเช งซิ)อินิ (complex ion)

M

L

L

L

L

พี�นิธะโคอิอิด เนิต์โคเวเลนิต์�

M = อิะต์อิมกลาง (โลหะแทรนิซิ ช�นิ) เช*นิ Fe3+, Cu2+, Ag+, Zn2+,Co2+

L = ล แกนิด� ได)แก* - ไอิอิอินิลบ เช*นิ Cl-, F-, CN-

- กลาง เช*นิ NH3, H2O, CO

สมด&ลขอิงไอิอิอินิเช งซิ)อินิ

72

[Ag

(NH3)2]+[Ag+][NH3]2

ต์�วอิย*าง AgCl ละลายนิ��าได)นิ)อิยมาก ถ)าหยดสารละลาย NH3 มากเก นิพีอิลงไป จำะท�าให) AgCl ละลายได)มากข4�นิ ท��งนิ��เนิ'(อิงจำากเก ดไอิอิอินิเช งซิ)อินิในิสารละลายAgCl(s) + 2NH3 [Ag

(NH3)2]+ + Cl-(aq)ไอิอิอินิเช งซิ)อินิไอิอิอินิเช งซิ)อินิท�(เก ดข4�นิจำะม�สมบ�ต์ คล)าย

เล�กโทรไลต์�อิ*อินิ ค'อิ แต์กต์�วได)บ)างเล�กนิ)อิย และแต์กต์�วแล)วจำะม�สมด&ลเก ดข4�นิ ด)วยด�งปฏิ ก ร ยา Ag+ + 2NH3 [Ag

(NH3)2]+Kf

=73

ค*าคงท�(สมด&ลนิ�� เร�ยกว*า ค*าคงท�(การเก ดขอิงไอิอิอินิเช งซิ)อินิ (formation constant, Kf) บางท�(เร�ยกว*า ค*าคงท�(ความเสถ�ยร (Stability constant, Kstab)ถ)า Kf มาก แสดงว*า เก ดไอิอิอินิเช งซิ)อินิได)ด�มาก ค*าคงท�(สมด&ลอิ�กค*าหนิ4(งท�(นิ ยมใช)ก�บไอิอิอินิเช งซิ)อินิก�ค'อิ ค*าคงท�(การแต์กต์�วขอิงไอิอิอินิเช งซิ)อินิ (dissociation constant, Kd) บางท�(เร�ยกว*า ค*าคงท�(ความไม*เสถ�ยร (instability constant) ซิ4(งม�ค*าเป/นิส*วนิกล�บขอิง Kf

Kd

=

1Kf

74

75

สารละลายท�( pH ไม*เปล�(ยนิแปลงเม'(อิเต์ มกรดแก* หร'อิ เบสแก*ลงไปเล�กนิ)อิยหร'อิเจำ'อิจำาง สารละลายบ�ฟเฟอิร� เต์ร�ยม

ได)จำาก1.กรดอิ*อินิ+ เกล'อิขอิงกรดอิ*อินินิ��นิเช*นิ

2. เบสอิ*อินิ+เกล'อิขอิงเบสอิ*อินิ นิ��นิ เช*นิ

สารละลายบ�ฟเฟอิร�(Buffer solution)

CH3COOH + CH3COONa, H3PO4 + NaH2PO4

NH3 + NH4Cl

76

กรดอิ*อินิ (HA) + เกล'อิขอิงกรดอิ*อินิ (NaA)

HA + H2O H3O+ + A-

ท�(สภาวะสมด&ล

[H3O+] = Ka

[HA] [A-

]

NaA Na+

+ A-

H3O+ A-

Na+ HA A-

1. สารละลายบ�ฟเฟอิร�กรด

A- + H2O HA + OH-

[H3O+] [A- ]

Ka = [HA]

-log [H3O+] = -log Ka

[HA] [A-

]

= -log Ka - log

[HA] [A-

] หร'อิ

[acid] [salt ]

pH= pKa - log

pH ขอิงสารละลายบ�ฟเฟอิร�กรด

[salt]

[acid]

pH= pKa + log77

H3O+ A-

Na+ HA A-

78

เบสอิ*อินิ (B) + เกล'อิขอิงเบสอิ*อินิ (BH+)

B + H2O BH++ OH-

[OH- ] = Kb

[B] [BH+

]

[base] [salt]

pOH= pKb - log

[BH+] [OH- ]Kb = [B]

[salt] [base]

pOH= pKb + log

2. สารละลายบ�ฟเฟอิร�เบส

pH ไม*เปล�(ยนิแปลงหร'อิเปล�(ยนิเล�กนิ)อิย

สารละลายบ�ฟเฟอิร� 1 ล ต์ร ม�CH3COOH 0.1 mol และCH3COONa 0 .1 mol

79

การเต์ มกรดแก*-เบสแก*ในิบ�ฟเฟอิร�

pH = pKa – log [CH3COOH]

[CH3COONa]

pH = 4.745 – log (0.1/0.1)

pH = 4.745

ว ธ�ค ด HCl 1.0 M 1 cm3 ม�จำ�านิว นิโมล = 0.001 mol


H+ + CH3COO- CH3COOH0.001 mol ลด 0.001 mol เพี (ม 0.001 mol

HCl H++ Cl-

80

ถ)าเต์ ม HCl 1.0 M ปร มาต์ร 1 cm3 จำะท�าให)

สารละลายม� pH เท*าไร

จำาก [CH3COOH] [CH3COO- ]

pH= pKa - log

= 4.745 - log

(0.101) (0.099)

= 4.745 - 0.009 = 4.736 8

1

เม'(อิเต์ ม HCl แล)วต์)อิงค ดความเข)มข)นิใหม*[CH3COOH] = (0.1 + 0.001) mol/ 1001mL = 0.101 M [CH3COO-] = (0.1 - 0.001) mol/ 1001mL = 0.099 M

(pH ใกล้�เคี�ยงเดิ�ม)

ถ)าเต์ ม NaOH 1.0 M ปร มาต์ร1 cm3 จำะท�าให) สารละลายม� pH เท*าไร

0.001 mol


เม'(อิเต์ ม NaOH แล)วความเข)มข)นิขอิงสารเปล�(ยนิไป

NaOH Na++ OH-

82

จำ�านิวนิโมลขอิง NaOH ท�(เต์ ม =

OH- + CH3COOH CH3COO- + H+

[CH3COOH] = (0.1 - 0.001) mol/ 1001mL = 0.099 M [CH3COO-] = (0.1 + 0.001) mol/ 1001mL = 0.101 M

OH- + CH3COOH CH3COO - + H2O 0.001mol ลด 0.001mol เพี (ม 0.001mol

(0.099) (0.101)

pH= pKa - log

= 4.749

83

(pH ใกล้�เคี�ยงเดิ�ม)

การเต์ มนิ��าในิสารละลายบ�ฟเฟอิร�


H2O H++ OH-

เต์ มนิ��าCH3COO- + H+ CH3COOHCH3COOH + OH- H2O + CH3COO-

ความเข)มข)นิขอิงไอิอิอินิต์*าง ๆ คง เด ม pH จำ4งคงท�(

84

85

การเต์ร�ยมสารละลายบ�ฟเฟอิร�

เล'อิกกรด หร'อิเบสท�(ม� pKa หร'อิpKb ใกล)เค�ยงก�บ pH หร'อิ pOH ท�(ต์)อิงการ หร'อิอิย+*ในิ ช*วง pKa 1

หร'อิ pKb 1 เช*นิ

[กรด] [เกล'อิ]

หร'อิ [เบส] [เกล'อิ]

1 10

10 1

-

[HA]

[A-

]

pH= pKa - log

Ex 7. จำงหาอิ�ต์ราส*วนิจำ�านิวนิโมลขอิงกรดอิะซิ ต์ ก(CH3COOH) และโซิ

เด�ยมอิะซิ เต์ด (CH3COONa) เพี'(อิ เต์ร�ยมบ�ฟเฟอิร�ท�(ม� pH = 5.7 (Ka

= 1.8 x 10-5) [CH3COOH] [CH3COO- ]

pH= pKa - log

[CH3COOH] [CH3COO- ]

5.7= pKa - log

= - log 1.8 x 10-5 -[CH3COOH] [CH3COO- ]

log5.7

86

= - log 1.8 x 10-5 -[CH3COOH] [CH3COO- ]

log5.7

= 4.75 [CH3COOH] [CH3COO- ]

- log5.7

= 4.75 - 5.7


log

= antilog (-1 + 0.05) = 1.1 x 10-1


= -0.95

= antilog (-0.95)

= 10-

0.95= 0.11

Ex 7. (ต์*อิ)

87

ว ธ�ท�า [CH3COOH] [CH3COO- ]

pH= pKa - log

(0.4) (0.4)

= - log Ka - log

= - log 1.8 x 10-5

= - log 1.8 – log 10-5

= 5 - 0.25

Ex 8. จำงค�านิวณ์ pH ขอิงบ�ฟเฟอิร�0.4 M CH3COOH + 0.4 M CH3COONa (Ka =1.8 x 10-5)

= 5 - log 1.8

= 4.75 88

= 0.8 8

0.2 x 400 1000

1000 800x

Ex 9. จำงค�านิวณ์ pH ขอิงบ�ฟเฟอิร� ระหว*าง 0.1 M NH3 400 cm3 และ

0.2 M NH4NO3 400 cm3 (Kb=1.8 x 10-5)

89

0.1 M NH3 400 cm3

ม�จำ�านิวนิโมล =0.2 M NH4NO3 400 cm3 ม�จำ�านิวนิโมล = ปร มาต์รรวม = 400 + 400 = 800 cm3

[NH3] =0.1 x 400 1000

1000 800x

[NH4NO3] =

=0.4 8

0.1 x 400 mol 10000.2 x

400 mol 1000=

0.05 M= 0.1 M

= 5 – 0.25 + 0.30

= 8.95 90

pH = 14 - pOH

= 14.00 - 5.05

= - log (1.8 x 10-5) – log (0.05/0.1)

pOH= pKb - log[NH3][NH4

+

]= 5 – log 1.8 – log 0.5

= 5.05

Ex 9. (ต์*อิ)

Ex 10. จำงหา pH ขอิงสารละลายบ�ฟเฟอิร�ท�(ม� 0.50 M CH3COOH ผัสมก�บ 0.25 M CH3COONa Ka=1.80 x 10-5

pH = -log 3.6 x 10-5

[H3O+]= Ka[acid][salt]

(1.8 x 10-5)(0.50) 0.25

=

= 3.6 x 10-5

= 5 - log 3.6

= 5 – 0.56=

4.44

91

ขอขอบคี�ณ

92

สาขาว ชาว ทยาศาสต์ร�คณ์ะว ทยาศาสต์ร�และว ศวกรรมศาสต์ร�มหาว ทยาล�ย

เกษต์รศาสต์ร� ว ทยาเขต์เฉล มพีระเก�ยรต์ จำ�งหว�ดสกลนิคร

Documents

กรดและเบส Acid and Base