การไทเทรตกรด เบส · 1)...

คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลพระนคร

ผู้ชว่ยศาสตราจารย์ ดร.วรวทิย์ จันทร์สุวรรณAsst.Prof.Woravith Chansuvarn, PhD.

http://web.rmutp.ac.th/[email protected]

การไทเทรตกรด-เบส

เอกสารประกอบการสอน

ชตูิมา ศรีวิบลูย์, เคมีวิเคราะห์ 1, กรุงเทพฯ: ส านกัพิมพ์มหาวิทยาลยัรามค าแหง, 2556.ดาวน์โหลด http://e-book.ram.edu/e-book/inside/html/dlbook.asp?code=CM233(47)

2

http://www.slideshare.net/woravith

http://web.rmutp.ac.th/woravithiamworavith

ต ำรำ/เอกสำรประกอบกำรสอน

หนังสือ

Skoog et al., Fundamental of Analytical Chemistry, 9th ed.,

http://e-book.ram.edu/e-book/inside/html/dlbook.asp?code=CM233(47)

ทบทวน

ทฤษฎีกรด-เบส ความแรงของกรด-เบส คา่คงที่การแตกตวัของกรด-เบส สตูรค านวณคา่ pH ปฏิกิริยา hydrolysis สมการบฟัเฟอร์

3

กรดแก่

เบสแก่

กรดอ่อน

เบสอ่อนแตกตวัได้ 100% แตกตวัได้ <100%

[H+]ที่แตกตวั = [เร่ิมต้น]

[OH-]ที่แตกตวั = [เร่ิมต้น]

[H+]ที่แตกตวั =

[OH-]ที่แตกตวั =

pH = -log [H+]

pOH = -log [OH-]pH = 14 - pOH

KaCa

KbCbstron

g ele

ctroly

te weak electrolyte

4

ปฏิกิริยาระหวา่งกรดกบัเบส เรียกวา่ ปฏกิิริยำสะเทนิ(neutralization reaction)

ปฏิกิริยาสะเทินตามความแรงของกรด-เบส1) ปฏิกิริยาระหวา่งกรดแก่กบัเบสแก่2) ปฏิกิริยาระหวา่งกรดแก่กบัเบสอ่อน3) ปฏิกิริยาระหวา่งกรดอ่อนกบัเบสแก่4) ปฏิกิริยาระหวา่งกรดอ่อนกบัเบสอ่อน

5

ปฏิกิริยาสะเทิน

1) ปฏกิิริยำระหว่ำงกรดแก่กับเบสแก่

6

HCl + NaOH NaCl + H2O

กรดแก่ แตกตวัเป็น H+ อยา่งสมบรูณ์เบสแก่ แตกตวัเป็น OH- อยา่งสมบรูณ์

เกลือท่ีเกิดจากกรดแก่กบัเบสแก่ไม่ท าปฏิกิริยากบัน า้ ดงันัน้ สารละลายท่ีจดุสมมลูจะมีสมบตัิเป็นกลาง (pH=7)

H+ + Cl- Na+ + OH-

2) ปฏกิิริยำระหว่ำงกรดอ่อนกับเบสแก่

7

เกลือ CH3COONa เป็นเกลือท่ีเกิดจากกรดออ่นกบัเบสแก่ เม่ือการเกิดแตกตวัสามารถท าปฏิกิริยาน า้ เกิดอนมุลู OH-

กรดอ่อน แตกตวัเป็น H+ อยา่งไมส่มบรูณ์เบสแก่ แตกตวัเป็น OH- อยา่งสมบรูณ์

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2ONa++ OH-

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-

ดงันัน้ท่ีจดุสมมลูสารละลายเป็นเบส

3) ปฏกิิริยำระหว่ำงกรดแก่กับเบสอ่อน

8

เกลือ NH4Cl เป็นเกลือท่ีเกิดจากกรดแก่กบัเบสอ่อน เม่ือเกิดการแตกตวัสามารถท าปฏิกิริยาน า้ เกิดอนมุลู H+

กรดแก่ แตกตวัเป็น H+ อยา่งสมบรูณ์ เบสออ่น แตกตวัเป็น OH- อยา่งไมส่มบรูณ์

HCl + NH3 NH4ClNH4

++ OH-

ดงันัน้ ท่ีจดุสมมลูสารละลายเป็นกรด

H+ + Cl-

NH4+ + H2O NH3 + H3O+

4) ปฏกิิริยำระหว่ำงกรดอ่อนกับเบสอ่อน

9

เกลือทัง้ CH3COO- และ NH4+

สามารถท าปฏิกิริยาน า้ได้ เกิดอนมุลู H+

กรดอ่อน แตกตวัเป็น H+ อยา่งไมส่มบรูณ์เบสออ่น แตกตวัเป็น OH- อยา่งไมส่มบรูณ์

NH4++ OH-

ดงันัน้ ท่ีจดุสมมลูเกิดทัง้ OH- และ H3O+ พอ ๆ กนั สารละลายจึงเป็น กลาง หรือกรด หรือเบส ท่ีออ่นมาก ขึน้กบัชนิดของกรดออ่นและเบสออ่น

H+ + CH3COO-

CH3COOH + NH3 CH3COO- + NH4+

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-

NH4+ + H2O NH3 + H3O+

การค านวณ pH ปฏิกิริยาสะเทิน

ปฏิกิริยาระหวา่งกรดกบัเบส

10

กรด – titrantเบส – analyte

เบส – titrantกรด – analyte

initial point - จดุเร่ิมต้น pre-equivalent point - จดุก่อนจดุสมมลู equivalent point - จดุสมมลู post-equivalent - จดุหลงัจดุสมมลู

การค านวณคา่ pH แตล่ะจดุ (ช่วง) ขึน้กบัชนิดของกรดและเบส

จุดสมมูล คือจดุท่ีปริมาตรของไทแทรนต์ท่ีเติมลงไป ท าปฏิกิริยาพอดีกบัจ านวนโมลของสารท่ีสนใจ (analyte)

mmol A = mmol Bสามารถค านวณปริมาตรของไทแทรนต์ท่ีจดุสมมลู

A

B

MAVA = MBVB • ถ้าปริมาตรไทแทรนต์ท่ีเติม < VAแสดงวา่เป็นจุดก่อนสมมูล

• ถ้าปริมาตรไทแทรนต์ท่ีเติม = VAแสดงวา่เป็นจุดสมมูล

• ถ้าปริมาตรไทแทรนต์ท่ีเติม > VAแสดงวา่เป็นจุดหลังสมมูล

11

VA =MBVB

MA

แนวคิดการค านวณ pH ของการไทเทรตกรดแก-่เบสแก่

เม่ือยงัไมมี่การเตมิไทแทรนต์ลงไป

pH ค านวณอยา่งกรดแก่เร่ิมต้น

V(เติม) < V(สมมลู) initial point

• เม่ือเติมไทแทรนต์ลงไป แตไ่มถ่งึจดุสมมลู

pH ค านวณอยา่งกรดแก่ท่ีเหลอื

V(เติม) < V(สมมลู) pre-eq point

• เม่ือเติมไทแทรนต์ลงไปเทา่กบัจดุสมมลู

pH ค านวณจากการแตกตวัของน า้

V(เติม) = V(สมมลู) eq point

• เม่ือเติมไทแทรนต์ลงไปเกินจดุสมมลู

pH ค านวณจากเบสท่ีเกิน

V(เติม) > V(สมมลู) post-eq point

12

แนวคิดการค านวณ pH ของการไทเทรตเบสแก่-กรดแก่

เม่ือยงัไมมี่การเตมิ ไทแทรนต์ลงไป

pH ค านวณอยา่งเบสแกเ่ร่ิมต้น

V(เติม) < V(สมมลู) initial point


pH ค านวณอยา่งเบสแก่ท่ีเหลือ

V(เติม) < V(สมมลู) pre-eq point


pH ค านวณจากการแตกตวัของน า้

V(เติม) = V(สมมลู) eq point


pH ค านวณจากกรดท่ีเกิน

V(เติม) > V(สมมลู) post-eq point

13

การไทเทรตกรดแก่-เบสแก่

14

HCl(aq) + NaOH(aq) H2O(aq) + NaCl(aq)

ค านวณปริมาตร NaOH ท่ีจดุสมมลู0.10 M NaOH

0.10 M HCl25.00 mL

mmol NaOH = mmol HClMNaOHVNaOH = MHClVHCl

VNaOH = --------------MHClVHClMNaOH

หมายเหตุ การค านวณปริมาตร NaOH ท่ีจดุสมมลู เพ่ือเป็นแนวทางการค านวณคา่ pH เม่ือเติม NaOH ลงไป

VNaOH =0.10 Mx25.00 mL

0.10 M= 25.00 mL


15


Initial point : ในสารละลายมีเพียง 0.10 mol/L HClอยา่งเดียว และ HCl เป็นกรดแก่

HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq)0.10 M 0.10 M 0.10 M

pH = -log [H+] = -log(1.0x10-1) = 1.00

0.10 M NaOH0 mL

0.10 M HCl25.00 mL = 2.50 mmol


16


pre-eq. point : ในสารละลายมี mmol NaOH น้อยกวา่ mmol HCl

pH = -log (0.0428) = 1.37

0.10 M NaOH10 mL

0.10 M HCl25.00 mL= 2.50 mmol

= 1.00 mmolmmol HCl(ที่เหลือ) = mmol HCl – mmol NaOH

= 2.50 – 1.00 = 1.50 mmol

[HCl](ที่เหลือ) = = = 0.0428 M 1.50 mmol

Vtotal

1.50 mmol35.00 mL


17


eq. point : ในสารละลายมี mmol NaOH เท่ากบั mmol HCl

pH = -log (1.0x10-7) = 7.0

0.10 M NaOH25.00 mL

0.10 M HCl25.00 mL= 2.50 mmol

= 2.50 mmol• กรดและเบสท าปฏิกิริยากนัพอดี ไมมี่กรดหรือเบสเหลือ แตจ่ะเกิดเป็นเกลือกบัน ำ้• คา่ pH จะคิดจากการแตกตวัของน า้ (pH = 7)

2H2O H3O+ + OH-

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

เม่ือก าหนดให้[H3O+] = [OH-] = x

ดงันัน้ x2 = 1.0x10-14

x = 1.0x10-7

[H3O+] = [OH-] = 1.0x10-7


18


post-eq. point : ในสารละลายมี mmol NaOHมากกวา่ mmol HCl

pOH = -log (0.002) = 2.71

0.10 M NaOH26.00 mL

0.10 M HCl25.00 mL= 2.50 mmol

= 2.60 mmolmmol NaOH(ที่เกิน) = mmol NaOH – mmol HCl

= 2.60 – 2.50 = 0.10 mmol

[OH-](ที่เกิน) = = 0.002 M 0.10 mmol51.00 mL

pH = 14-pOH = 11.29

กราฟการไทเทรตกรดแก่-เบสแก่คา่ pH จากการไทเทรตระหวา่ง 25.00 mL ของ 0.10 M HCl ด้วย 0.10 M NaOH ท่ีปริมาตรตา่งๆ

19

0.10 M NaOHX mL

0.10 M HCl25.00 mL= 2.50 mmol

= 0.10X mmol

20

0.02.04.06.08.0

10.012.014.0

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

pH

ปริมาตร NaOH (mL)

methyl redpH 4.4-6.3

phenolphthalienpH 8.2-10.0

eq. point (pH=7.0)

ค่า pH เปลี่ยนแปลงรวดเร็วตัง้แตค่่า pH 4-10 ดงันัน้ อินดิเคเตอร์ท่ีมีช่วง pH ของการเปลี่ยนแปลงสีระหวา่ง 4 ถึง 10 สามารถน ามาใช้ได้ เช่น เมทิลเรด (4.4-6.2), โบรโมไทมอลบล ู(6.0-7.5), ฟีนอล์ฟทำลีน (8.2-10.0)

กิจกรรมเดี่ยว (10 นาท)ี

จงค านวณคา่ pH จากการไทเทรตระหวา่ง 25.00 mL ของ 0.10 M HCl ด้วย 0.12 M NaOH ท่ีปริมาตร ตำมเลขที่นักศึกษำ

21

0.12 M NaOHX mL

0.10 M HCl25.00 mL= 2.50 mmol

= 0.12X mmol

กิจกรรมกลุ่ม (10 นาท)ี

จงค านวณคา่ pH จากการไทเทรตระหวา่ง 25.00 mL ของ 0.10 M NaOH ด้วย 0.10 M HCl ท่ีปริมาตร ตำมเลขที่นักศึกษำ

22

0.10 M HClX mL

0.10 M NaOH25.00 mL= 2.50 mmol

= 0.10x(X) mmol

แนวคิดการค านวณ pH ของการไทเทรตเบสอ่อน-กรดแก่


pH ค านวณอยา่งเบสอ่อนเร่ิมต้น

V(เติม) < V(สมมลู)


pH ค านวณอยา่งบฟัเฟอร์เบส



pH ค านวณจากไฮโดรไลซีส

V(เติม) = V(สมมลู)


pH ค านวณจากกรดแก่ท่ีเกิน

V(เติม) > V(สมมลู)

23

การไทเทรตเบสอ่อน-กรดแก่

24

HCl(aq) + NH3(aq) NH4Cl(aq)

ค านวณปริมาตร HCl ท่ีจดุสมมลู0.10 M HCl

0.10 M NH325.00 mL

mmol HCl = mmol NH3

MHClVHCl = MNH3VNH3

VHCl = --------------MNH3VNH3

MHCl

หมายเหตุ การค านวณปริมาตร HCl ท่ีจดุสมมลู เพื่อเป็นแนวทางการค านวณคา่ pH เม่ือเติม HCl ลงไป

VHCl =0.10 Mx25.00 mL

0.10 M= 25.00 mL

การไทเทรตเบสอ่อน-กรดแก่

25


Initial point : ในสารละลายมีเพียง 0.10 mol/L NH3อยา่งเดียว และ NH3 เป็นเบสออ่น

NH3 + H2O NH4+ + OH-

0.10 M << 0.10 Mตอ้งพิจารณาค่า Kb =1.8x10-5

0.10 M HCl0 mL

0.10 M NH325.00 mL = 2.50 mmol

26

0.10 M HCl10 mL

0.10 M NH325.00 mL = 2.50 mmol

= 1.00 mmol


pre-eq. point : ในสารละลายมี mmol HCl < mmol NH3 ช่วงนีจ้ะเกิดเกลือ NH4Cl ขึน้ แตย่งัมี NH3 เหลืออยูด้่วย เป็นบฟัเฟอร์เบส

-4

b3

[NH Cl][OH ]K = [NH ]- 3

b4

[NH ][OH ] = K [NH Cl]4

b3

[NH Cl]pOH = pK + log [NH ]

mmolNH3(ท่ีเหลือ)= MNH3VNH3

- MHClVHCl

mmolNH4Cl(ท่ีเกิดขึน้)= mmolHCl(ท่ีเตมิ)

= MHClVHCl

27

4b

3

[NH Cl]pOH = pK + log [NH ]mmolNH4Cl(ที่เกิดขึน้)= mmolHCl(ที่เติม) = MHClVHCl

= 0.10 x 10 = 1.00 mmol

mmolNH3(ที่เหลอื) = MNH3VNH3

- MHClVHCl= 2.50 – 1.00 = 1.50 mmolb

1.0035.00

pOH = pK + log1.5035.00

pOH = 4.58pH = 14 – 4.58 = 9.42

28

0.10 M HCl25.00 mL

0.10 M NH325.00 mL = 2.50 mmol

= 2.50 mmol


eq. point : ในสารละลายมี mmol HCl = mmol NH3 ช่วงนีเ้กิดเกลือ NH4Cl ขึน้อยา่งสมบรูณ์ แตเ่กลือ NH4Cl สามารถท าปฏิกิริยาตอ่กบัน า้

NH4+ NH3 + H+

3a

4

[NH ][H ]K

[NH ]

3a

4

[NH ][H ][OH ]K

[NH ][OH ]

3a w

4

[NH ]K K

[NH ][OH ]

wa

b

KK

K

W 3

b 4

K [NH ][H ]

K [NH ]

W 4

b

K [NH ][H ]

K

เม่ือ [H+]=[NH3]

29

W 4

b

K [NH ][H ]

K

mmolNH4Cl(ที่สมมลู)= mmolHCl(ที่สมมลู)= 0.10x25.00 = 2.50 mmol

14

5

2.50(1.0x10 )

50.00[H ]

1.8x10

= 3.54x10-6

pH = -log(3.54x10-6)= 5.27

30

0.10 M HCl50.00 mL

0.10 M NH325.00 mL = 2.50 mmol

= 5.00 mmol


post-eq. point : ในสารละลายมี mmol HCl มากกวา่ mmol NH3

mmol HCl(ที่เกิน) = mmol HCl – mmol NH3= 5.00 – 2.50 = 2.50 mmol

[H+](ที่เกิน) = = 0.033 M2.5075.00

pH = 1.48

31

0.10 M HCl

0.10 M NH325.00 mL = 2.50 mmol

กราฟการไทเทรตกเบสอ่อน-กรดแก่

แนวคิดการค านวณ pH ของการไทเทรตกรดอ่อน-เบสแก่


pH ค านวณอยา่งกรดออ่นเร่ิมต้น



pH ค านวณอยา่งบฟัเฟอร์กรด



pH ค านวณจากไฮโดรไลซีส

V(เติม) = V(สมมลู)


pH ค านวณจากเบสแก่ท่ีเกิน

V(เติม) > V(สมมลู)

33

การไทเทรตกรดอ่อน-เบสแก่

34

HOAc + NaOH NaOAc + H2O

ค านวณปริมาตร NaOH ท่ีจดุสมมลู0.10 M NaOH

0.10 M HOAc25.00 mL

mmol NaOH = mmol HOAcMNaOHVNaOH = MHOAcVHOAc

VNaOH = -----------------MHOAcVHOAc

MNaOH

หมายเหตุ การค านวณปริมาตร NaOH ท่ีจดุสมมลู เพ่ือเป็นแนวทางการค านวณคา่ pH เม่ือเติม NaOHl ลงไป

VNaOH =0.10 Mx25.00 mL

0.10 M= 25.00 mL

การไทเทรตกรดอ่อน-เบสแก่

35


Initial point : ในสารละลายมีเพียง 0.10 mol/L HOAcอยา่งเดียว และ HOAc เป็นกรดอ่อน

HOAc OAc- + H+

0.10 M << 0.10 Mตอ้งพิจารณาค่า Ka =1.8x10-5

0.10 M NaOH0 mL

0.10 M HOAc25.00 mL = 2.50 mmol

36

0.10 M NaOH10 mL

0.10 M HOAc25.00 mL = 2.50 mmol

= 1.00 mmol


pre-eq. point : ในสารละลายมี mmolNaOH < mmolHOAcช่วงนีจ้ะเกิดเกลือ NaOAc ขึน้ แต่ยงัมี HOAc เหลืออยูด้่วย เป็นสารละลายบฟัเฟอร์เบส +

a[NaOAc][H ]K = [HOAc]

+a

[HOAc][H ] = K [NaOAc]

a[NaOAc]pH = pK + log [HOAc]

mmolHOAc(ท่ีเหลือ)= mmolHOAc -mmolNaOHl

mmolNaOAc(เกิดขึน้)=mmolNaOH(เตมิ)

= MNaOHVNaOH

37

a[NaOAc]pH = pK + log [HOAc]

mmolNaOAc(ที่เกิดขึน้)=mmolNaOH(ที่เติม)=MHClVHCl= 0.10 x 10 = 1.00 mmol

mmolHOAc(ที่เหลอื) = MHOAcVHOAc- MNaOHVNaOH= 2.50 – 1.00 = 1.50 mmola

1.0035.00

pH = pK + log1.5035.00

pH = 4.58

38

0.10 M NaOH25.00 mL

0.10 M HOAc25.00 mL = 2.50 mmol

= 2.50 mmol


eq. point : ในสารละลายมี mmolNaOH = mmolHOAcช่วงนีเ้กิดเกลือ NaOAc ขึน้อยา่งสมบรูณ์ แต่เกลือ NaOAc สามารถท าปฏิกิริยาตอ่กบัน า้

OAc- + H2O HOAc + OH-

b

[HOAc][OH ]K

[OAc ]

b

[HOAc][OH ][H ]K

[OAc ][H ]

a w

[HOAc]K K

[OAc ][H ]

wb

a

KK

K

W

a

K [OAc ][OH ]

K

เม่ือ [OH-]=[HOAc]

w

b

K [HOAc][OH ]

K [OAc ]

39

W

a

K [OAc ][OH ]

K

mmolNaOAc(ที่สมมลู)= mmolNaOH(ที่สมมลู)= 0.10x25.00 = 2.50 mmol

14

5

2.50(1.0x10 )

50.00[OH ]

1.8x10

= 3.54x10-6

pOH = -log(3.54x10-6)pH = 14 - 5.27 = 8.72

40

0.10 M NaOH50.00 mL

0.10 M HOAc25.00 mL = 2.50 mmol

= 5.00 mmol


post-eq. point : ในสารละลายมี mmol NaOHมากกวา่ mmol HOAc

mmol NaOH(ที่เกิน) = mmol NaOH – mmol HOAc= 5.00 – 2.50 = 2.50 mmol

[OH-](ที่เกิน) = = 0.033 M2.5075.00

pOH = 1.48pH = 14 – 1.48 = 12.52

42

กราฟการไทเทรตกรดอ่อน-เบสแก่

http://philschatz.com/chemistry-book/contents/m51124.html

กิจกรรมเดี่ยว (10 นาท)ีจงค านวณคา่ pH จากการไทเทรตระหวา่ง 25.00 mL ของ 0.12 mol/L NH3 ด้วย 0.10 M HCl ที่ปริมาตร ตำมเลขที่นักศึกษำ

44

25 mL 0.12 mol/L NH3

0.10 M HCl

การไทเทรตกรด เบส · 1)...

Documents