กรดและเบส Acid and Base
-
Upload
jordan-morales -
Category
Documents
-
view
542 -
download
6
description
Transcript of 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
นิ ยามขอิงกรดและเบส
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+
นิ ยามขอิงกรดและเบส
HF + H2O F- + H3O+กรด 1 กรด 2เบส 1เบส 2
กรด 1
ค+*กรด- เบส (conjugate acid-base pairs)
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
ค+*กรด- เบส (conjugate acid-base pairs)
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
นิ ยามขอิงกรดและเบส
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- ]
การแต์กต์�วขอิงกรดอิ*อินิ
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
การแต์กต์�วขอิงกรดอิ*อินิ
[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]
CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO-
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
CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO-
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.
แบบฝึ8กห�ด
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)
แบบฝึ8กห�ด
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
เหล'อิง-นิ��าเง นิ
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
เหล'อิง-นิ��าเง นิ
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.
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
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
CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO-
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
CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO-
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�
CH3COOH + H2O H3O++ CH3COO-
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
[CH3COOH] [CH3COO- ]
log
= antilog (-1 + 0.05) = 1.1 x 10-1
[CH3COOH] [CH3COO- ]
= -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