Acid Base Sarote Boonseng Department of Chemistry e-mail: [email protected]

LOGOwww.themegallery.com

Acid BaseSarote Boonseng

Department of Chemistrye-mail: [email protected]

Mahidol Wittayanusorn School 1

Mahidol Wittayanusorn School www.themegallery.com

Introduction

Mahidol Wittayanusorn School

กรด เบส เปนเรองเกยวกบสมดลอยางหนง

ทเกดจากสารจำาพวกอเลกโทรไลต

2


สารละลายอเลกโทรไลตและนอนอเลกโทรไลต


สารอเลกโทรไลต คอ สารทเมอละลายนำ&าจะแตกตวเปนไอออน บวกและไอออนลบในสารละลาย

สารนอนอเลกโทรไลต คอ สารทไมแตกตวเปนไอออนเมอละลายนำ&า และเรยกสารละลายน&นวาสารละลายนอนอเลกโทรไลต

อเลกโทรไลตแก อเลกโทรไลตออน

3

www.themegallery.comMahidol Wittayanusorn School

H

O

H H

O

H

HO

H

HO

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H+ A-B ‑ C+ D-

H

O

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

สาร 2 ชนดมสตร AB และ CD เมอละลายนำ&าจะเกดการเปลยนแปลงดงรป a และ b ตามลำาดบ สารใดนาจะเปนสารอเลกโทรไลตเพราะเหตใด

a b

4


นยามกรด-เบส


ลกษณะความเปนกรด เบสไดมนกวทยาศาสตรหลายทานใหคำานยามไวแตกตางกนไป คนแรกทนยามกรดและเบสกคอ รอเบรต บอยล ซงรอเบรต บอยล (1680) ใหนยามกรดและเบสวา กรดละลายสารไดหลายชนด เปลยนสยอมของสยอมธรรมชาต และเมอทำาปฏกรยากบดาง (เบส) จะเสยสภาพความเปนกรด

5


นยามของสวนเต เอากสต อารเรเนยส


กรดเปนสารอเลกโทรไลตทละลายนำ&าแลวแตกตวใหไฮโดรเจนไอออนหรอโปรตอน (H+) และเบสเปนสารอเลกโทรไลตทละลายนำ&าแลวแตกตวใหโฮดรอกไซดไอออน (OH-)

ขอจำากด ของอารเรเนยส คอสารทเปนกรดหรอเบสจะตองละลายในนำ&าเทาน&น ถาไมละลายในนำ&าหรอละลายในตวทำาละลายอนจะไมจดวาเปนกรดหรอเบส และไมสามารถอธบายโมเลกลทไมม H+ หรอ OH- ได

6

Mahidol Wittayanusorn School www.themegallery.comMahidol Wittayanusorn School

เมอกรดและเบสตามนยามของอารเรเนยสทำาปฏกรยากนเกดปฏกรยาสะเทนไดผลผลตเปนเกลอและนำ&า โดยทเกลอทเกดข&นคอสารประกอบไอออนทประกอบดวยไอออนบวกและไอออนลบซงไมใช H+ และ OH-

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l)กรด เบส เกลอ น ำ&า

7


จากนยามของอารเรเนยสจงจำาแนกสารใดวาเปนกรด เบสหรอเกลอและหากเปนเกลอเกดจากกรดและเบสใด

HCN = ……………………………………………H2SO4 = ………………………………………….HNO3 = …………………………………………..Ca(OH)2 = …………………………………………CH3COONH4= ……………………………………………KBr = ……………………………………………HF = ……………………………………………ZnI2 = ……………………………………………Li2SO4 = ……………………………………………CH3COOH = …………………………………………… Ca(NO3)2 = ……………………………………………NaHSO4 = ……………………………………………

8


นยามของ โยฮนเนส นโคเลาส เบรนสเตด และ ทอมส มารตน ลาวล


กรด คอสารทใหโปรตอน เบส คอสารทรบโปรตอน

9


คกรด-เบส





OH- วาเปนคเบสของ H2O H2O วาเปนคกรดของ OH-

NH4+ วาเปนคกรดของ NH3

NH3 เปนคเบส NH4+

11


ANS.





จงเขยนคเบสของ H2S HCN และ OH-

จงเขยนคกรดของ C5H5N CO32- และ Br-

หากโมเลกลดงกลาวไมมโปรตรอนจะรไดอยางไรวาเปนกรดหรอเบส?

13


นยามลวอส


กรดลวอสคอสารทรบคอเลกตรอน และเบสลวอสคอสารทใหคอเลกตรอน

NB

F

F F

B

F

NH3

F

F

H

H

H

14

Mahidol Wittayanusorn School www.themegallery.comMahidol Wittayanusorn School 15


จากนยามของลวอสจงจำาแนกกรดเบสตอไปน&AlCl3 = ……………………………………………I- = ……………………………………………Zn2+ = ……………………………………………

Zn2+ + 4NH3 Zn(NH3)42+

…… ……BF3 + F- BF4

-

....... .......

16


การแตกตวของกรดและเบส


สารละลายกรดและเบสเปนสารละลายอเลกโทรไลต กรดหรอเบสทเปนอเลกโทรไลตแกเรยกวา กรดแก

หรอเบสแก กรดหรอเบสทเปนอเลกโทรไลตออนเรยกวากรดออน

เบสออน

17


วธการพจารณากรดและเบส เปรยบเทยบจากรอยละการแตกตวเปนไอออนในตวทำาละลายชนดเดยวกน เปรยบเทยบจากโครงสรางโมเลกลของกรดและเบส คาคงท Ka, Kb

18


การแตกตวของกรดแกและเบสแก


กรดแกและเบสแกเปนสารอเลกโทรไลตแกทสามารถแตกตวเปนไอออนไดมากหรอแตกตวเปนไอออนไดอยางสมบรณ 100%

19


ความแรงของคกรดเบส



การคำานวณการแตกตว



การแตกตวของเบส Ca(OH)2 เขมขน 0.1 mol/dm3 ปรมาตร 100 cm3 จะม OH- กโมล ถาเตมนำ&าใหมปรมาตรเปน 400 cm3 ความเขมขนของ OH- จะเปนเทาใด

22


การแตกตวของกรดออนและเบสออน


เปนสารอเลกโทรไลตแบบออน

แตกตวจะเปนแบบผนกลบได HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

จำานวนโมลของกรดทแตกตวจำานวนโมลของกรดท&งหมด

รอยละการแตกตวของกรด = X 100

23


สารละลายกรด HB เขมขน 0.2 mol/dm3 แตกตวไดเพยง 0.05 mol/dm3 จงคำานวณหาปรมาณการแตกตวเปนรอยละ

24


การเปรยบเทยบความแรงของกรดออน

รอยละการแตกตว

รอยละการแตกตวมาก กรดทแรง รอยละการแตกตวนอย กรดทออน

25


จากเปอรเซนตการแตกตวของกรดเหลาน& จงเรยงลำาดบความแรงของกรดท&งสามชนด

HSO4-(aq) + H2O(l) SO4

2-(aq) + H3O+(aq) แตกตวเปนไอออน 29%HNO2(aq) + H2O(l) NO2

-(aq) + H3O+(aq) แตกตวเปนไอออน 6.5%CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O+(aq) แตกตวเปนไอออน 1.3%

26


ความแรงของกรดกบโครงสรางโมเลกล


เปรยบเทยบจากโครงสรางโมเลกล กรดไฮโดร สตรทวไป HX

พนธะ บอนดเอนทาลป

(kJ/mol)

ความแรงของกรด

H-F 568.2 ออนH-Cl 431.9 แกH-Br 366.1 แกH-I 298.3 แก

27


กรดออกซ คอ กรดทมสตทวไป OmE(OH)n กรดออกซทมอะตอมกลางตางกน แตเปนธาตในหมเดยวกนและมเลขออกซเดชนเทากน ความเปนกรดเพมข&นตามคาอเลกโทรเนกาตวตของอะตอมกลาง

28


กรดออกซทมอะตอมกลางเหมอนกนแตมกลมขางเคยงตางกน ความแรงของความเปนกรดข&นอยกบเลขออกซเดช&น

29


จงวาดรปโครงสรางโมเลกลของกรดตอไปน& HIO4, HBrO4, HClO4 และเปรยบเทยบวากรดชนดใดแรงกวากน

30


จงวาดโครงสรางของกรด H3PO4, H2SO4 และ HClO4 พรอมเรยงลำาดบความแรงของกรดพรอมอธบายเหตผล

31


ความแรงของกรดแกทแตกตวรอยเปอรเซนต


กรดแกแตกตวไดรอยเปอรเซนตในนำ&าเราจงไมสามารถเปรยบเทยบความเปนกรดของกรดแกไดเมอใชนำ&าเปนตวทำาละลาย

เปลยนตวทำาละลาย

ปรากฏการณทตวทำาละลายไมสามารถบอกความแตกตางของความแรงของกรดไดเรยกวา ปรากฏการณการปรบระดบ (leveling effect)

ตวทำาละลายตวน&นจะเรยกวาตวทำาละลายทใหปรากฏการณการปรบระดบ (leveling solvent)

32


HClO4 + H2O H3O+ + ClO4-

HNO3 + H2O H3O+ + NO3-

กรดใดแกกวากนเมออยในนำ&า…………………Leveling solvent คอ…………………….Leveling solvent ทำาหนาทเปน กรด หรอ เบส

Differentiating solvent คอ สารททำาหนาทแบงแยกความแตกตาง ระหวางความแรงของกรดหรอเบสได

33



จงบอกวธการทสามารถเปรยบเทยบความแรงของกรดตอไปน& HClO4, HCl, HNO3, H2SO4 และกรดตอไปน&กรดไดเปนกรดทแรงกวากนเมอใชวธดงกลาว

35


คาคงทการแตกตว


HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

O][HA][H]][AO[H

K2

3

ในสารละลายมนำ&าอยปรมาณมากเมอเปรยบเทยบกบปรมาณของตวละลาย จงถอวาความเขมขนของนำ&าคงท จดเปนรปใหมจะได

[HA]]][AO[H

O]K[HK 32a

36


POLYPROTIC ACIDS


การแตกตวของกรดบางชนดแตกตวไดหลายคร&งจงมคา Ka ไดหลายคาเชน Phosphoric acid (H3PO4) ซงมคาการแตกตวสามคา

คา Ka ซงจะบอกความสามารถของการแตกตวของกรด คา Ka มากแสดงวาเปนกรดแก คา Ka นอยแสดงวาเปนกรดออน

37


สารละลายกรด CH3COOH, HF, HClO และ HNO2 ความเขมขนเทากนและมคา Ka ตามลำาดบดงน& 1.75 x 10-5,

6.94 x 10-4, 2.81 x 10-8 และ 5.98 x 10-4

จงเรยงลำาดบจากคา Ka มากไปนอย ……………………………………………………กรดชนดใดมความเปนกรดสงใหเรยงลำาดบจากมากไปนอย……………………………เรยงลำาดบความเปนเบสจากมากไปนอย…………………………………………………

38


ประเภทของกรด


Monoprotic acid เชน HCl, HBr, CH3COOH เปนตน Diprotic acid เชน H2SO4, H2CO3 เปนตน Triprotic acid ตวอยางเชน H3PO4

39


หากพจารณาความเปนกรดเบสจากการแตกตวตามคกรดเบสตามนยามของเบรนสเตดและลาวลระหวาง HA กบ H2O ซงเขยนความสมพนธไดดงน&

HA + H2O H3O+ + A-

40


กำาหนดคา Ka ของปฏกรยากรดเบสตอไปน& HF + H2O H3O+ + F- Ka = 6.7 10-4

HCN + H2O H3O+ + CN- Ka = 4.0 10-10

CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO- Ka = 1.8 10-5

จงเปรยบเทยบลำาดบความแรงของกรดและความแรงของคเบสของกรดน&น

41


คาคงทสมดลของเบส

BOH(aq) B+(aq) + OH-(aq)

[BOH]]][OH[BK b

แบงประเภทตามจำานวน OH- เบสทม OH- หมเดยว ไดแก NaOH, LiOH, NH4OH เปนตน เบสทม OH- สองหม ไดแก Ca(OH)2, Mg(OH) 2 เปนตน เบสทม OH- สามหม ไดแก Al(OH)3, Fe(OH)3 เปนตน


สารแอมโฟเทอรก


สารททำาหนาทไดท&งกรดและเบส H3O+

H2OOH-

NH4+

NH3

NH2-

S2-

HS‑

H2S

43


การคำานวณการแตกตวของกรด-เบส (Ka และ Kb)


ตวอยางเชนมกรด HA H+ + A- ความเขมขน N mol/LHA H+ + A-

Initial (I): N - -

Change (C): X X X

Equilibrium (E): N-X X X

เราเขยนความสมพนธไดดงน& XNXK a

2][

Ca/Ka > 1000 หรอ รอยละการแตกตวนอยกวา 5 สามารถตด X ได

NXKa

2][จะได NKX a

44


กรดโมโนโปรตกชนดหนงแตกตวได 3.4% สารละลายกรดน&เขมขน 1 mol/dm3 จะมความเขมขนของ H+ เทาไร

45


กรดแอซตก (CH3COOH) แตกตวได 1.3% ทอณหภมปกต สารละลายกรดเขมขน 0.1 mol/dm3 จะแตกตวใหไฮโดรเนยมไอออนและแอซเตไอออนก mol/dm3 และมจำานวนโมลของกรดแอซตกทไมแตกตวอยในสารละลายกโมล

แตกตวให H+ และ CH3COO- = 1.3 x 10-3 molมจำานวน CH3COOH ทไมแตกตว = 9.9 x 10-2 mol

46


กรดฟอรมก (HCOOH) เขมขน 0.6 mol/dm3 แตกตวได 1.8% จงคำานวณหาความเขมขนของแตละสารทภาวะสมดล

แตกตวให H+ และ HCOO- = 0.011 mol/dm3

มจำานวน HCOOH ทไมแตกตว = 0.59 mol/dm3

47


จงคำานวณหาความเขมขนของ H3O+ ของสารละลายกรดแอซตกทมความเขมขน 0.5 mol/dm3 กำาหนดใหคา Ka ของกรดแอซตกเทากบ 1.8 10-5 mol/dm3

แตกตวให H3O+ = 3.0 10-3 mol/dm3

48


กรด HA เขมขน 0.01 mol/dm3 แตกตวไดรอยละ 2 คาคงทสมดลของกรดน&มคาเทาใด

Ka = 4.0 10-6

49


สารละลายแอมโมเนยทมความเขมขน 0.02 mol/dm3 มความเขมขนของ OH- เทาใด กำาหนด Kb ของ NH3 เทากบ 1.8 10-5

OH- = 6.0 10-4 mol/dm3

50


กรด CH3COOH เขมขน 0.5 mol/dm3 มคา Ka เทากบ 1.8 10-5 ม % การแตกตวเทาใด

มเปอรเซนตการแตกตว = 0.6%

51


ถาคาคงทไอออนไนเซชนของ NH4OH = 1.8 10-5

จงคำานวณหารอยละการแตกตวของ 0.2 mol/dm3 NH4OH

แตกตวให NH4OH = 0.95 %

52


สารละลายชนดหนงตดสลากไว 0.0200 M HNO2 จงหาความเขมขนของ H3O+, NO2

-, และ HNO2 ในสารละลายน&คาคงทของการแตกตวของกรดมคาเทากบ 4.5 x 10-4

แตกตวให H3O+ และ NO2- = 2.78 10-3 mol/dm3

HNO2 = 0.017 mol/dm3



การแตกตวหลายครง


เราสามารถแบงการแตกตวไดหลายคร&งเปน 2 กรณคอ1.Solutions of Weak Polyprotic Acid2.Solutions of Strong Polyprotic Acid

กรณท 1 ทเหนไดชดกคอการแตกตวของ H2S ซงมคา K1 = 1.0 x 10-7

และ K2 = 1.2 x 10-13 (ถาเรมตนดวยความเขมขน 0.1 M จะไดความเขมขนของ H+ และ S2- เทาไร)

H S H HSI .C x x xE . x x x

x

2

4

01

011 10

HS H S

I . .C y y y

E . y . y y

y .

[H ] .

2

4 4

4 4

13

4

10 10 10 10

10 10 10 1012 10

10 10

54


การแตกตวหลายครง


กรณท 2 ทเหนไดชดกคอการแตกตวของ H2SO4 ซงมคา K2 = 1.3x10-2 (ถาเรมตนดวยความเขมขน 0.01 M จะไดความเขมขนของโปรตอนเทาไร)H SO H HSO

I .F . .

2 4 4

001001 001

HSO H SOI . .C x x xE . x . x x

x .

[H ] .

24 4

3

001 001

001 001

47 1000147

55


Calculate the concentrations of H3O+, H2PO4

-, HPO42- and PO4

3- present in 0.100 M H3PO4. (Ka1 = 7.5 10-3, Ka2 = 6.2 10-8 and Ka3 = 3.6 10-13)

56

H3O+ = 0.024H2PO4

- = 2.4 x 10-2 HPO4

2- = 6.2 x 10-8 PO4

3- = 9.3 x 10-19


การเจอจางสารมผลอะไรกบการแตกตว


กรด CH3COOH เขมขน 0.50 mol/dm3 มคา Ka เทากบ 1.8 10-5 ม % การแตกตวเทาใดและถาเจอจางสารดงกลาวใหมความเขมขน 0.10 mol/dm3 จะม % การแตกตวเทาใด

สรป ทำาการเจอจางกรดจะทำาใหเปอรเซนตการแตกตวมากข&นกวากรดทเขมขน

แตตองจำาไววาคา K ไมข&นกบความเขมขนแตข&นอยกบอณหภมทเปลยนไป

57


การแตกตวเปนไอออนของนำา


นำ&าเปนอเลกโทรไลตออนมาก คอ แตกตวไดนอยจงวดดวยเครองตรวจการนำาไฟฟาธรรมดาไมได นำ&าแตละชนดจะนำาไฟฟาไดตางกนเนองจากมสารอนเจอปนอยไมเทากน

ปรากฏการณทแตกตวไดเองน&จะเรยกวา autoprotolysis หรอ self-ionization H2O + H2O H3O+ + OH-

]][OHO[HK 3w

Kw เปนคาคงท ผลคณของไอออนของนำ&าและจากการทดลองพบวามคา 1.0 10-14

ความเขมขนของ [H3O+] และ [OH-] ในนำ&าบรสทธท 25 OC มคาเทาไร?

58


[H3O+][OH-] = Kw = 1.0 10-14 ท 25OC เสมอ


สารละลายหนงม H3O+ ไอออน 1.0 10-4 mol/dm3 จงหาความเขมขนของ OH- ไอออน

60


ถาละลายกาซ HCl 3.65 กรม ในนำ&าและสารละลายมปรมาตร 5 dm3 จงหาความเขมขนของ H3O+ ไอออนและ OH- ไอออนในสารละลาย (H = 1, Cl = 35.5)

61


Relation between Ka and Kb



จากปฏกรยาการแตกตวของกรดแอซตก (CH3COOH) คา Ka = 1.8 10-5 จงหาคา Kb ของคเบสของกรดน&

63


pH, pOH ของสารละลาย


ซอเรสซน นกชวเคมชาวสวเดนเสนอมาตราวดเพอสะดวกในการใชงานน&นกคอ pH ซงมความสมพนธดงน&

pH = -log[H+] หรอ pH = -log[H3O+]โดยท pH (percent of Hydrogen ion concentration) pH < 7 จะมความเปนกรด pH > 7 จะมความเปนเบส pH = 7 จงมสภาพเปนกลางเราจงมกใชคา pH เพอบอกสภาพความเปนกรด เบส หรอกลางของสารละลาย

64


สารละลายทมความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน 2.0 10-7 mol/dm3 จะม pH เทาไร

65


สารละลายเบสมความเขมขนของไฮดรอกไซดไอออน 1.0 10-6 mol/dm3 จะม pH เทาไร

66


จากกความสมพนธของ [H+] กบ pH ดงน&น [OH-] กบ pOH จงมความสมพนธดงน&

pOH = -log[OH-]ความสมพนธระหวาง pH กบ pOH จาก [H+][OH-] = 1.0 x 10-14

Take –log ท&งจะได; -log[H+] – log[OH-] = -log(1.0x10-14) จะได

pH + pOH = 14

67


ความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออนในสารละลายเปน 3.0 10-2 mol/dm3 จะม pH และ pOH เปนเทาใด

68 68


Ca(OH)2 เปนเบสแก นำ&าปนใสม Ca(OH)2 ละลายอย 0.37 g/100 cm3 จงหา pH ของสารละลายน&วามคาเทาไร (Ca = 40, O = 16, H = 1)

70


Reaction of acid and base


เมอเรานำาสารละลายทมความเปนกรดและเบสผสมกนจะทำาใหปรมาณไฮโดรเนยมไอออนและไฮดรอกไซดไอออนเปลยนไป ดงน&นทำาใหความเปนกรดเบสเปลยนไป ข&นอยกบปรมาณของไฮโดรเนยมหรอไฮดรอกไซดไอออนทเปลยนไป ปรมาณไฮโดรเนยมไอออน > ไฮดรอกไซดไอออน กรด ปรมาณไฮดรอกไซดไอออน > ไฮโดรเนยมไอออน เบส

72

ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส

Acid + Base salt + H2O


เมอหยด 0.10 mol/dm3 NaOH จำานวน 49 cm3 ลงในสารละลาย 0.10 mol/dm3 HCl จำานวน 50 cm3 สารละลายทไดจะม pH เทาใด

73


ในการเตรยมสารละลายชนดหนงทำาโดยผสมสารละลายกรดแกท pH = 3 จำานวน 2 cm3 ลงในสารละลายเบสแกทม pH = 10 จำานวน 3 cm3 สารละลายทเตรยมไดจะม pH เทาใด

74


SOLVOLYSIS


Solvolysis is the reaction of a substance with the solvent in which it is dissolved.

They occur in aqueous solutions so they are called hydrolysis reactions.

we can identify four different kinds of salts.


SOLVOLYSIS


1. SALTS OF STRONG BASES AND STRONG ACIDS


SOLVOLYSIS


2. SALTS OF STRONG BASES AND WEAK ACIDS

The equilibrium constant for this reaction is called a (base) hydrolysis constantหนงสอบางเลมใช Kh เราสามารถหาคาคงทดงกลาวไดดงน&


SOLVOLYSIS


3. SALTS OF WEAK BASES AND STRONG ACIDS


SOLVOLYSIS


4. SALTS OF WEAK BASES AND WEAK ACIDS4.1 Salts of Weak Bases and Weak Acids for Which Kb = Ka

4.2 Salts of Weak Bases and Weak Acids for Which Kb > KaEx. NH4CN


SOLVOLYSIS


4. SALTS OF WEAK BASES AND WEAK ACIDS4.3 Salts of Weak Bases and Weak Acids for Which Kb < Ka


จงคำานวณหา pH ของเกลอ CH3COONa ทมความเขมขน 0.1 M กำาหนดใหKa ของ CH3COOH เทากบ 1.8x10-5

ANSWER = 8.88


จงคำานวณหาความเขมขนของสารละลาย NaOAc ทตองเตมลงไป ทจะทำาใหแอซเตตไอออน ถกไฮโดรไลซ 0.015% กำาหนดใหคาคงทการแตกตวของHOAc เทากบ 1.8x10-5

ANSWER = 2.5x10-2


จะตองใช NH4Cl กกรมละลายในนำ&า 0.200 ลตร จงทำาใหสารละลายม pH = 4.75กำาหนดให Kh ของ NH4Cl = 5.52 x 10-10 (H = 1 N = 14 และ Cl = 35.5)

ANSWER = 6.3


เมอทำาการชงเกลอ CNNH4 นำ&าหนก 44.0 กรม มาละลายนำ&า จากน&นทำาการปรบปรมาตรใหเปน 1.00 ลตร เมอนำาสารละลายดงกลาวมาวดความเปนกรด-เบส (pH) จะไดสารละลายทม pH เทาใด

กำาหนดให นำ&าหนกโมเลกลของ CNNH4 เทากบ 44.0 g/mol คาคงท Kb ของ NH3 เทากบ 1.80x10-5

คาคงท Ka ของ HCN เทากบ 6.20x10-10

84

11.6


วธวด pH สารละลาย


วธเทยบส ไมตองการความละเอยด–

วธวดความตางศกยไฟฟา เปนวธทละเอยดโดยใชเครอง – pH meter

85


ชวงของสอนดเคเตอร


HIn(q) + H2O(l) H3O+(q) + In-(aq) รปกรด รปเบส

86


หลกการทำางานของอนดเคเตอร


Bromthymol blue: KI = 7.9 x 10-8

ข&นอยกบ H3O+


การประมาณชวงการทำางานของ pH


จาก pKa = -log Ka จะได pKI = -log KIHIn(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + In-(aq)

I

I

I

I

[H O ][In ]K[HIn]

[HIn][H O ] K[In ]

[HIn]pH pK log[In ]

pK

3

3

1

การเปลยนสเกดจากรปกรดหรอรปของอนดเคเตอรวาใครมมากกวากนชวง pH


การประมาณชวงการทำางานของ pH


กำาหนดตารางของอนดเคเตอร ชวง pH และการเปลยนสดงน&อนดเคเตอร ชวง pH การเปลยนสA 3.1 – 4.4 แดง เหลอง–B 4.4 – 6.0 แดง นำ&าเงน–C 6.0 – 7.6 เหลอง –

นำ&าเงนD 8.3 – 10.0 ไมมส สชมพ–นำาสารละลายชนดหนงมาเตมอนเคเตอรตางๆ ไดผลดงน& หยด A ไดสารละลายส

เหลอง หยด B ไดส นำ&าเงน หยด C ไดส นำ&าเงน หยด D ไมมส จงหาวาสารละลายน&เปนกรดหรอเบส มชวง pH เปนเทาใด


อนดเคเตอรชนดหนงมคาคงทการแตกตวเทากบ 1.0 x 10–4 และมชวงของการเปลยนสจากสแดงเปนสนำ&าเงน ถานำาอนดเคเตอรน&มาใชตรวจสอบสารละลาย A ทม pH เทากบ 1.0, 3.5, 4.4, 6.0 และ 9.0 สารละลาย A จะปรากฏสใดบาง

ท pH เทากบ 1.0 สารละลาย A จะปรากฏเปนส…………..……..…………… ท pH เทากบ 3.5 สารละลาย A จะปรากฏเปนส………………………………..ท pH เทากบ 4.4 สารละลาย A จะปรากฏเปนส………………………………ท pH เทากบ 6.0 สารละลาย A จะปรากฏเปนส…………………………………ท pH เทากบ 9.0 สารละลาย A จะปรากฏเปนส………………………………….

90


การหาปรมาณสารดวยวธไทเทรต


อปกรณทตองรจก

จดยต คอจดทสารละลายกรดกบสารละลายเบสทำาปฏกรยากนจนอนดเคเตอรเปลยนส

จดสะเทน คอจดทเน&อสารทำาปฏกรยากนพอด




ในการไทเทรตหาปรมาณกรด CH3COOH โดยใช NaOH 0.50 M ปรมาตร 20.00 cm3 ทำาปฏกรยาพอดกบกรดปรมาตร 10.00 cm3 จงหาความเขมขนของกรด CH3COOH




จงหาวาจะตองใชสารละลาย NaOH ความเขมขน 0.100 M กลกบาศกเซนตเมตร ในการไทเทรตกบสาละลายกรด H2SO4 0.040 M ปรมาตร 50.00 cm3

ANSWER = 40


The Common-Ion Effect ละลาย 0.10 mol acetic acid กบ 0.10 mol sodium

acetate ในปรมาตรรวม 1 ลตรสารละลายประกอบดวยสารตอไปน&

กลไกทเกดข&น

www.themegallery.com94Mahidol Wittayanusorn School 94


The Common-Ion Effect

แทนคาลงในความสมพนธ

ถาเปนกรดแอซตก 0.10 M จะได pH

www.themegallery.com95Mahidol Wittayanusorn School

ได pH = 2.89

พบวา pH มความแตกตางกน

95


The Common-Ion Effect

กรณทเปนเบส 0.15 M NH3 0.45 M NH4Cl


จะเหนไดวาการแตกตวนอยลงเมอผสมกบเกลอ96


Buffer Solutions

www.themegallery.com97

เปนการประยกตใชผลของไอออน Buffer solution เปนสารละลายทเปลยนแปลง pH เลกนอยเมอเตมกรด หรอ เบสลงไป


หากพจารณาสาละลายกรดออนกบเกลอของกรดออนดงตวอยาง โดยผสม 0.10 M acetic Acid กบ 0.10 Sodium acetate ปรมาตรรวม 1 ลตร acid buffer solution


หากเตม OH- ลงไปในสารละลายขางตน จะเกดปฏกรยากบ CH3COOH ข&น

ซงจะสงผลตอปรมาณ CH3COOH ดงน&พจารณาเมอเตม 0.01 mol OH- ลงไป (เมอการเตมไม

สงผลตอปรมาตรหรอปรมาตรเปลยนแปลงเลกนอย)


Buffer Solutions

98


หากเตม 0.01 H+ ลงไปในสารละลายขางตน จะเกดปฏกรยาดงน&


Buffer Solutions

99


The Henderson–Hasselbalch Equation

100

Buffer Solutions

Mahidol Wittayanusorn School www.themegallery.com101

Buffer Solutions


Basic buffer solution


Henderson–Hasselbalch equation of base

www.themegallery.com

Buffer Solutions



pH Titration Curves


Strong Acid–Strong Base Titrations: ไทเทรตระหวาง 0.100M HCl ปรมาตร 40 mL กบ 0.100 M NaOH ทปรมาตรตางๆ



pH Titration Curves


Strong Acid–Strong Base Titrations: ไทเทรตระหวาง 0.100M HCl ปรมาตร 40 mL กบ 0.100 M NaOH เมอพจารณาท pH จดตางๆ


กอนเตม NaOH: pH = 1เตม NaOH 10 mL

ทจดสมมล pH = 7 เพราะในสารละลายมเฉพาะนำ&า เตม NaOH 60 mL

104


Weak Acid–Strong Base Titrations: 100.0 mL of 0.100 M acetic acid with 0.100 M NaOH


pH Titration Curves


กอนเตม NaOH: pH = 2.89เตม NaOH 20 mL


ทจดสมมล

ทจดสมมลเกด hydrolysis จงทำาใหเปน pH ชวง เบสpH ของ 0.0500 M solution CH3COONa คอ 8.72

pH Titration Curves



pH Titration Curves



ชนดของอนดเคเตอร

ชวง pH ของการเปลยนส

สทเปลยน

W 4.4-6.2 แดง-เหลองX 6.0-7.2 เหลอง-นำาเงนY 6.9-8.2 เหลอง-แดงZ 8.3-10.0 ไมมส-ชมพ

108

ตารางแสดงชวง pH ของอนดเคเตอร เปนดงน& นกเรยนไดทำาการศกษาหาชนดของอนดเคเตอรทเหมาะสมทสดสำาหรบใชในการไทเทรตระหวางกรดและเบสชนดตาง ๆ โดยนำาคา pH และปรมาตรของสารทเตมลงไป มาเขยนกราฟจำานวน 4 กราฟ คอ กราฟ A, B, C และ D ดงน&

จงเลอกชนดของอนดเคเตอร (W, X, Y หรอ Z) และรปของกราฟ (A, B, C หรอ D) ทสอดคลองและเหมาะสมทสดกบการไทเทรตระหวางกรดและเบส

การไทเทรตระหวาง

อนดเคเตอรทเลอกใชในการ

ไทเทรต

รปกราฟการไทเทรต

สารทบรรจในบวเรต

18.1

KOH กบ HF

18.2

NH3 กบ CH3COOH

18.3

NaOH กบ HBr

18.4

NH4OH กบ HNO3


Conductivity of titration curve



ในการวเคราะหหาความเขมขนของสารละลายกรดหรอเบส สามารถทำาการทดลองโดยใชวธการไทเทรตโดยตรง วธน&สามารถตดตามการทำาปฏกรยากนระหวางกรดและเบสไดโดยการสงเกตสของอนดเคเตอร หรอสงเกตจากคาการนำาไฟฟา แตมบางปฏกรยาสามารถตดตามการเกดปฏกรยาดวยการวดอณหภมทเปลยนแปลงไป เชนถานำาสารละลายโพแทสเซยมไฮดรอกไซดเขมขน 0.250 M มาบรรจในขวดรปชมพ ปรมาตร 25.00 cm3 แลวทำาการไทเทรตกบสารละลายกรดซลฟวรก ตดตามปฏกรยาโดยการวดอณหภม โดยเรมวดอณหภมภายในขวดรปชมพเมอปรมาตรรวมของสารละลายกรดและเบสภายในขวดรปชมพมคาเทากบ 47.3 cm3 นำาขอมลมาเขยนกราฟ โดยแกน Y คออณหภมทเกดข&นภายในขวดรปชมพ และแกน X คอปรมาตรรวมของสารละลาย จะไดกราฟดงน&

110

จงแสดงวธการคำานวณหาความเขมขนของสารละลายกรดซลฟวรกวาม

ความเขมขนกโมลตอลตร

LOGOwww.themegallery.com111


Documents

Acid Base Sarote Boonseng Department of Chemistry e-mail: [email protected]