analchem_acid base titration

คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร

iamworavith Asst.Prof.Dr.Woravith Chansuvarn

Titrimetry: Acid-base titration

การไทเทรตปฏกรยากรด-เบส

Lasted update : May 2017

https://www.facebook.com/iamworavith

แผนการสอนและการเรยนร

จดประสงคการเรยนร บอกปฏกรยาสะเทน ค านวณคา pH ของปฏกรยาสะเทน อธบายกราฟการไทเทรตของปฏกรยาสะเทน

บทเรยน 5.1 การไทเทรตกรด-เบส

การวดผลการเรยนร กจกรรมและแบบฝกหด สอบยอยรายหนวย

2

ทบทวน

ทฤษฎกรด-เบส ความแรงของกรด-เบส คาคงทการแตกตวของกรด-เบส สตรค านวณคา pH ปฏกรยา hydrolysis สมการบฟเฟอร

3

กรดแก

เบสแก

กรดออน

เบสออน แตกตวได 100% แตกตวได <100%

[H+]ทแตกตว = [เรมตน]

[OH-]ทแตกตว = [เรมตน]

[H+]ทแตกตว =

[OH-]ทแตกตว =

pH = -log [H+]

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

KaCa

KbCb stron

g ele

ctroly

te weak electrolyte

4

ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส เรยกวา ปฏกรยาสะเทน (neutralization reaction)

ปฏกรยาสะเทนตามความแรงของกรด-เบส 1) ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสแก 2) ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสออน 3) ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสแก 4) ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสออน

5

ปฏกรยาสะเทน

1) ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสแก

6

HCl + NaOH NaCl + H2O

กรดแก แตกตวเปน H+ อยางสมบรณ เบสแก แตกตวเปน OH- อยางสมบรณ

เกลอทเกดจากกรดแกกบเบสแกไมท าปฏกรยากบน า ดงนน สารละลายทจดสมมลจะมสมบตเปนกลาง (pH=7)

H+ + Cl- Na+ + OH-

2) ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสแก

7

เกลอ CH3COONa เปนเกลอทเกดจากกรดออนกบเบสแก เมอการเกดแตกตวสามารถท าปฏกรยาน า เกดอนมล OH-

กรดออน แตกตวเปน H+ อยางไมสมบรณ เบสแก แตกตวเปน OH- อยางสมบรณ

CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O Na++ OH-

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-

ดงนนทจดสมมลสารละลายเปนเบส

3) ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสออน

8

เกลอ NH4Cl เปนเกลอทเกดจากกรดแกกบเบสออน เมอเกดการแตกตวสามารถท าปฏกรยาน า เกดอนมล H+

กรดแก แตกตวเปน H+ อยางสมบรณ เบสออน แตกตวเปน OH- อยางไมสมบรณ

HCl + NH3 NH4Cl NH4

++ OH-

ดงนน ทจดสมมลสารละลายเปนกรด

H+ + Cl-

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+

4) ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสออน

9

เกลอทง CH3COO- และ NH4+

สามารถท าปฏกรยาน าได เกดอนมล H+

กรดออน แตกตวเปน H+ อยางไมสมบรณ เบสออน แตกตวเปน OH- อยางไมสมบรณ

NH4++ OH-

ดงนน ทจดสมมลเกดทง OH- และ H3O+ พอ ๆ กน สารละลายจงเปน กลาง หรอกรด หรอเบส ทออนมาก ขนกบชนดของกรดออนและเบสออน

H+ + CH3COO-

CH3COOH + NH3 CH3COO- + NH4+

CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- NH4

+ + H2O NH3 + H3O+

การค านวณ pH ปฏกรยาสะเทน

ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส

10

กรด – titrant เบส – analyte

เบส – titrant กรด – analyte

initial point - จดเรมตน pre-equivalent point - จดกอนจดสมมล equivalent point - จดสมมล post-equivalent - จดหลงจดสมมล

การค านวณคา pH แตละจด (ชวง) ขนกบชนดของกรดและเบส

จดสมมล คอจดทปรมาตรของไทแทรนตทเตมลงไป ท าปฏกรยาพอดกบจ านวนโมลของสารตวอยาง

mmol A = mmol B สามารถค านวณปรมาตรของไทแทรนตทจดสมมล

A B

MAVA = MBVB

VA = --------- MBVB MA

• ถาปรมาตรไทแทรนตทเตม < VA เปนจดกอนสมมล

• ถาปรมาตรไทแทรนตทเตม = VA เปนจดสมมล

• ถาปรมาตรไทแทรนตทเตม > VA เปนจดหลงสมมล

11

แนวคดการค านวณ pH ของการไทเทรตกรดแก-เบสแก

• เมอยงไมมการเตม ไทแทรนตลงไป

pH ค านวณอยางกรดแกเรมตน

V(เตม) < V(สมมล) Initial point

• เมอเตมไทแทรนตลงไป แตไมถงจดสมมล

pH ค านวณอยางกรดแกทเหลอ

V(เตม) < V(สมมล) pre-eq point

• เมอเตมไทแทรนตลงไปเทากบจดสมมล

pH ค านวณจากการแตกตวของน า

V(เตม) = V(สมมล) eq point

• เมอเตมไทแทรนตลงไปเกนจดสมมล

pH ค านวณจากเบสทเกน

V(เตม) > V(สมมล) post-eq point

12

แนวคดการค านวณ pH ของการไทเทรตเบสแก-กรดแก


pH ค านวณอยางเบสแกเรมตน

V(เตม) < V(สมมล) Initial point


pH ค านวณอยางเบสแกทเหลอ

V(เตม) < V(สมมล) pre-eq point


pH ค านวณจากการแตกตวของน า

V(เตม) = V(สมมล) eq point


pH ค านวณจากกรดทเกน

V(เตม) > V(สมมล) post-eq point

13

การไทเทรตกรดแก-เบสแก

14

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

ค านวณปรมาตร NaOH ทจดสมมล 0.10 M NaOH

0.10 M HCl 25.00 mL

mmol NaOH = mmol HCl MNaOHVNaOH = MHClVHCl

VNaOH = -------------- MHClVHCl MNaOH

หมายเหต การค านวณปรมาตร NaOH ทจดสมมล เพอเปนแนวทางการค านวณคา pH เมอเตม NaOH ลงไป

VNaOH =0.10 Mx25.00 mL

0.10 M

= 25.00 mL


15


Initial point : ในสารละลายมเพยง 0.10 mol/L HCl อยางเดยว และ HCl เปนกรดแก

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 NaOH 0 mL

0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol


16


pre-eq. point : ในสารละลายม mmol NaOH นอยกวา mmol HCl

pH = -log (0.0428) = 1.37

0.10 M NaOH 10 mL

0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol

= 1.00 mmol mmol HCl(ทเหลอ) = mmol HCl – mmol NaOH

= 2.50 – 1.00 = 1.50 mmol

[HCl](ทเหลอ) = = = 0.0428 M 1.50 mmolVtotal

1.50 mmol35.00 mL


17


eq. point : ในสารละลายม mmol NaOH เทากบ mmol HCl

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

0.10 M NaOH 25.00 mL

0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol

= 2.50 mmol • กรดและเบสท าปฏกรยากนพอด ไมมกรดหรอเบสเหลอ แตจะเกดเปนเกลอกบน า • คา pH จะคดจากการแตกตวของน า (pH = 7)

2H2O H3O+ + OH-

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

เมอก าหนดให [H3O+] = [OH-] = x ดงนน x2 = 1.0x10-14

x = 1.0x10-7

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


18


post-eq. point : ในสารละลายม mmol NaOH มากกวา mmol HCl

pOH = -log (0.002) = 2.71

0.10 M NaOH 26.00 mL

0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol

= 2.60 mmol mmol NaOH(ทเกน) = mmol NaOH – mmol HCl

= 2.60 – 2.50 = 0.10 mmol

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

pH = 14-pOH = 11.29

กราฟการไทเทรตกรดแก-เบสแก คา pH จากการไทเทรตระหวาง 25.00 mL ของ 0.10 M HCl ดวย 0.10 M NaOH ทปรมาตรตางๆ

19

0.10 M NaOH X mL

0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol

= 0.10X mmol

20

0.02.04.06.08.010.012.014.0

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

pH

ปรมาตร NaOH (mL)

methyl red pH 4.4-6.3

phenolphthalien pH 8.2-10.0

eq. point (pH=7.0)

กจกรรมเดยว (10 นาท)

จงค านวณคา pH จากการไทเทรตระหวาง 24.00 mL ของ 0.10 M HCl ดวย 0.15 M NaOH ทปรมาตร ตามเลขทนกศกษา

21

0.15 M NaOH X mL

0.10 M HCl 24.00 mL = 2.40 mmol

= 0.15X mmol

กจกรรมกลม (10 นาท)

จงค านวณคา pH จากการไทเทรตระหวาง 24.00 mL ของ 0.10 M NaOH ดวย 0.15 M HCl ทปรมาตร ตามเลขทนกศกษา

22

0.15 M HCl X mL

0.10 M NaOH 24.00 mL = 2.40 mmol

= 0.15X mmol

แนวคดการค านวณ pH ของการไทเทรตเบสออน-กรดแก


pH ค านวณอยางเบสออนเรมตน

V(เตม) < V(สมมล)


pH ค านวณอยางบฟเฟอรเบส



pH ค านวณจากไฮโดรไลซส

V(เตม) = V(สมมล)


pH ค านวณจากกรดแกทเกน

V(เตม) > V(สมมล)

23

การไทเทรตเบสออน-กรดแก

24

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

ค านวณปรมาตร HฉCl ทจดสมมล 0.10 M HCl

0.10 M NH3 25.00 mL

mmol HCl = mmol NH3

MHClVHCl = MNH3VNH3

VHCl = -------------- MNH3

VNH3 MHCl

หมายเหต การค านวณปรมาตร HCl ทจดสมมล เพอเปนแนวทางการค านวณคา pH เมอเตม HCl ลงไป

VHCl =0.10 Mx25.00 mL

0.10 M

= 25.00 mL

การไทเทรตเบสออน-กรดแก

25


Initial point : ในสารละลายมเพยง 0.10 mol/L NH3 อยางเดยว และ NH3 เปนเบสออน

NH3 + H2O NH4+ + OH-

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

0.10 M HCl 0 mL

0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol

26

0.10 M HCl 10 mL

0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol

= 1.00 mmol


pre-eq. point : ในสารละลายม mmol HCl < mmol NH3 ชวงนจะเกดเกลอ NH4Cl ขน แตยงม NH3 เหลออยดวย เปนบฟเฟอรเบส

-4

b3

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

b4

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

b3

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

mmolNH3(ทเหลอ)= MNH3VNH3

- MHClVHCl

mmolNH4Cl(ทเกดขน)= mmolHCl(ทเตม) = MHClVHCl

27

4b

3

[NH Cl]pOH = pK + log [NH ]mmolNH4Cl(ทเกดขน)= mmolHCl(ทเตม) = MHClVHCl = 0.10 x 10 = 1.00 mmol

mmolNH3(ทเหลอ) = MNH3VNH3

- MHClVHCl = 2.50 – 1.00 = 1.50 mmol b

1.0035.00

pOH = pK + log1.5035.00

pOH = 4.58 pH = 14 – 4.58 = 9.42

28

0.10 M HCl 25.00 mL

0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol

= 2.50 mmol


eq. point : ในสารละลายม mmol HCl = mmol NH3 ชวงนเกดเกลอ NH4Cl ขนอยางสมบรณ แตเกลอ NH4Cl สามารถท าปฏกรยาตอกบน า

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

เมอ [H+]=[NH3]

29

W 4

b

K [NH ][H ]

K

mmolNH4Cl(ทสมมล)= mmolHCl(ทสมมล) = 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 HCl 50.00 mL

0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol

= 5.00 mmol


post-eq. point : ในสารละลายม mmol HCl มากกวา mmol NH3

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

[H+](ทเกน) = = 0.033 M 2.5075.00

pH = 1.48

31

0.10 M HCl

0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol

32

กราฟการไทเทรตกเบสออน-กรดแก

แนวคดการค านวณ pH ของการไทเทรตกรดออน-เบสแก


pH ค านวณอยางกรดออนเรมตน



pH ค านวณอยางบฟเฟอรกรด



pH ค านวณจากไฮโดรไลซส

V(เตม) = V(สมมล)


pH ค านวณจากเบสแกทเกน

V(เตม) > V(สมมล)

33

การไทเทรตกรดออน-เบสแก

34

HOAc + NaOH NaOAc + H2O

ค านวณปรมาตร NaOH ทจดสมมล 0.10 M NaOH

0.10 M HOAc 25.00 mL

mmol NaOH = mmol HOAc

MNaOHVNaOH = MHOAcVHOAc

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

MNaOH

หมายเหต การค านวณปรมาตร NaOH ทจดสมมล เพอเปนแนวทางการค านวณคา pH เมอเตม NaOHl ลงไป

VNaOH =0.10 Mx25.00 mL

0.10 M

= 25.00 mL

การไทเทรตกรดออน-เบสแก

35


Initial point : ในสารละลายมเพยง 0.10 mol/L HOAc อยางเดยว และ HOAc เปนกรดออน

HOAc OAc- + H+ 0.10 M << 0.10 M ตองพจารณาคา Ka =1.8x10-5

0.10 M NaOH 0 mL

0.10 M HOAc 25.00 mL = 2.50 mmol

36

0.10 M NaOH 10 mL

0.10 M HOAc 25.00 mL = 2.50 mmol

= 1.00 mmol


pre-eq. point : ในสารละลายม mmolNaOH < mmol HOAc ชวงนจะเกดเกลอ NaOAc ขน แตยงม HOAc เหลออยดวย เปนสารละลายบฟเฟอรเบส +

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

+a

[HOAc][H ] = K [NaOAc]

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

mmolHOAc(ทเหลอ)= mmolHOAc - mmolNaOHl

mmolNaOAc(เกดขน)=mmolNaOH(เตม)

= MNaOHVNaOH

37

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

mmolNaOAc(ทเกดขน)=mmolNaOH(ทเตม)=MHClVHCl = 0.10 x 10 = 1.00 mmol

mmolHOAc(ทเหลอ) = MHOAcVHOAc- MNaOHVNaOH = 2.50 – 1.00 = 1.50 mmol a

1.0035.00

pH = pK + log1.5035.00

pH = 4.58

38

0.10 M NaOH 25.00 mL

0.10 M HOAc 25.00 mL = 2.50 mmol

= 2.50 mmol


eq. point : ในสารละลายม mmolNaOH = mmolHOAc ชวงนเกดเกลอ NaOAc ขนอยางสมบรณ แตเกลอ NaOAc สามารถท าปฏกรยาตอกบน า

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

เมอ [OH-]=[HOAc]

w

b

K [HOAc][OH ]

K [OAc ]

39

W

a

K [OAc ][OH ]

K

mmolNaOAc(ทสมมล)= mmolNaOH(ทสมมล) = 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 NaOH 50.00 mL

0.10 M HOAc 25.00 mL = 2.50 mmol

= 5.00 mmol


post-eq. point : ในสารละลายม mmol NaOH มากกวา mmol HOAc

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

[OH-](ทเกน) = = 0.033 M 2.5075.00

pOH = 1.48 pH = 14 – 1.48 = 12.52

42

กราฟการไทเทรตกรดออน-เบสแก

กจกรรมเดยว (10 นาท)

จงค านวณคา pH จากการไทเทรตระหวาง 25 mL ของ 0.15 mol/L NH3 ดวย 0.10 M HCl ทปรมาตร ตามเลขทนกศกษา

43

25 mL 0.15 mol/L NH3

0.10 M HCl

analchem_acid base titration

Education