Acid_Base_2560 (1)

E-BOOK โดย ครูศิริลกั ษณ์ ค้ากายาน www.themegallery.com 1

กรด เบส เป็นเรื่องเก่ียวกบั สมดุลอยา่ งหน่ึง ที่เกิดจากสารจาพวกอิเลก็ โทรไลต์ 2

สารละลายอิเลก็ โทรไลตแ์ ละนอนอิเลก็ โทรไลต์ สารอเิ ลก็ โทรไลต์ คือ สารที่เมื่อละลายน้าจะแตกตวั เป็นไอออน บวกและไอออนลบในสารละลาย  อิเลก็ โทรไลตแ์ ก่  อิเลก็ โทรไลตอ์ ่อน สารนอนอเิ ลก็ โทรไลต์ คือ สารท่ีไม่แตกตวั เป็นไอออนเม่ือละลายน้า และเรียกสารละลายน้นั วา่ สารละลายนอนอิเลก็ โทรไลต์ 3

สาร 2 ชนิดมสี ตู ร AB และ CD เมอ่ื ละลายน้าจะเกดิ การเปลย่ี นแปลงดงั รปู a และ b ตามลาดบั สารใดน่าจะเป็นสารอเิ ลก็ โทรไลตเ์ พราะเหตุใด HH O OH O HH H H OH O www.themegallery.com + A-B - O O C+ H H H H H H D- O HH H HH HH O OO H a b 4

นิยามกรด-เบส ลกั ษณะความเป็นกรด เบสไดม้ ีนกั วทิ ยาศาสตร์หลายท่านให้ คานิยามไวแ้ ตกตา่ งกนั ไป คนแรกที่นิยามกรดและเบสกค็ ือ รอเบิร์ต บอยล์ ซ่ึงรอเบิร์ต บอยล์ (1680) ใหน้ ิยามกรดและ เบสวา่ กรดละลายสารไดห้ ลายชนิด เปล่ียนสียอ้ มของสียอ้ ม ธรรมชาติ และเมื่อทาปฏิกิริยากบั ด่าง (เบส) จะเสียสภาพ ความเป็ นกรด 5

นิยามของสวนั เต เอากสุ ต์ อาร์เรเนียส กรดเป็นสารอเิ ลก็ โทรไลตท์ ล่ี ะลายน้าแลว้ แตกตวั ใหไ้ ฮโดรเจนไอออนหรอื โปรตอน (H+) และเบสเป็นสารอเิ ลก็ โทรไลตท์ ล่ี ะลายน้าแลว้ แตกตวั ใหโ้ ฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) ข้อจำกดั ของอารเ์ รเนยี ส คอื สารทเ่ี ป็นกรดหรอื เบสจะตอ้ งละลายในน้าเทา่ นนั้ ถา้ ไมล่ ะลายในน้า หรอื ละลายในตวั ทาละลายอ่นื จะไมจ่ ดั วา่ เป็นกรดหรอื เบส และไมส่ ามารถอธบิ ายโมเลกุลทไ่ี มม่ ี H+ หรอื OH- ได้ 6

เมอ่ื กรดและเบสตามนยิ ามของอารเ์ รเนียสทาปฏกิ ริ ยิ ากนั เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าสะเทนิ ได้ ผลผลติ เป็นเกลอื และน้า โดยทเ่ี กลอื ทเ่ี กดิ ขน้ึ คอื สารประกอบไอออนท่ปี ระกอบดว้ ย ไอออนบวกและไอออนลบซง่ึ ไมใ่ ช่ H+ และ OH- HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2Oน้(าl) กรด เบส เกลือ 7

จากนิยามของอาร์เรเนียสจงจาแนกสารใดวา่ เป็นกรด เบสหรือเกลือ และหากเป็ นเกลือเกิดจากกรดและเบสใด HCN = …………………………………………… H2SO4 = …………………………………………. HNO3 = ………………………………………….. Ca(OH)2 = ………………………………………… CH3COONH4 = …………………………………………… KBr = …………………………………………… HF = …………………………………………… ZnI2 = …………………………………………… Li2SO4 = …………………………………………… CCHa(3NCOO3O)2H = …………………………………………… NaHSO4 = …………………………………………… = …………………………………………… 8

นิยามของ โยฮนั เนส นิโคเลาส์ เบรินสเตด และ ทอมสั มาร์ติน ลาวลี กรด คือสารท่ีใหโ้ ปรตอน เบส คือสารที่รับโปรตอน 9

คูก่ รด-เบส 10

คูก่ รด-เบส  OH- วา่ เป็นคเู่ บสของ H2O  H2O วา่ เป็นคกู่ รดของ OH-  NH4+ วา่ เป็นคกู่ รดของ NH3  NH3 เป็นคเู่ บส NH4+ 11

ANS. 12

คูก่ รด-เบส จงเขียนคู่เบสของ H2S HCN และ OH- จงเขียนคูก่ รดของ C5H5N CO32- และ Br- หากโมเลกลุ ดงั กล่าวไม่มีโปรตรอนจะรู้ไดอ้ ยา่ งไรวา่ เป็นกรดหรือเบส? 13

นิยามลิวอิส กรดลิวอิสคือสารท่ีรับคูอ่ ิเลก็ ตรอน และเบสลิวอิสคือสารที่ใหค้ ูอ่ ิเลก็ ตรอน F H F F B NH3 B NH FF F H 14

15

จากนิยามของลิวอิสจงจาแนกกรดเบสต่อไปน้ี AlCl3 = …………………………………………… I- = …………………………………………… Zn2+ = …………………………………………… Zn2+ + 4NH3 Zn(NH3)42+ …… …… BF4- BF3 + F- ....... ....... Mahidol Wittayanusorn School www.themegallery.com 16

การสแาตรกลตะลวั าขยอกงรกดรแดลแะลเบะสเบเปส็นสารละลายอิเลก็ โทรไลต์ กรดหรือเบสท่ีเป็นอิเลก็ โทรไลตแ์ ก่เรียกวา่ กรดแก่หรือเบสแก่ กรดหรือเบสที่เป็นอิเลก็ โทรไลตอ์ อ่ นเรียกวา่ กรดออ่ นเบสออ่ น 17

วธิ ีการพจิ ารณากรดและเบส เปรียบเทียบจากร้อยละการแตกตวั เป็นไอออนในตวั ทาละลายชนิดเดียวกนั เปรียบเทียบจากโครงสร้างโมเลกุลของกรดและเบส คา่ คงท่ี Ka, Kb 18

การแตกตวั ของกรดแกแ่ ละเบสแก่ กรดแก่และเบสแก่เป็นสารอิเลก็ โทรไลตแ์ ก่ท่ีสามารถแตกตวั เป็นไอออนไดม้ ากหรือ แตกตวั เป็นไอออนไดอ้ ยา่ งสมบูรณ์ 100% 19

ความแรงของคูก่ รดเบส 20

การคานวณการแตกตวั 21

การแตกตวั ของเบส Ca(OH)2 เขม้ ขน้ 0.1 mol/dm3 ปริมาตร 100 cm3 จะมี OH- ก่ี โมล ถา้ เติมน้าใหม้ ีปริมาตรเป็น 400 cm3 ความเขม้ ขน้ ของ OH- จะเป็นเท่าใด 22

การแตกตวั ของกรดอ่อนและเบสอ่อน เป็นสารอิเลก็ โทรไลตแ์ บบอ่อน แตกตวั จะเป็นแบบผนั กลบั ได้ HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq) ร้อยละการแตกตวั ของกรด = จานวนโมลของกรดท่ีแตกตวั X 100 จานวนโมลของกรดท้งั หมด www.themegallery.com 23

สารละลายกรด HB เขม้ ขน้ 0.2 mol/dm3 แตกตวั ไดเ้ พยี ง 0.05 mol/dm3 จงคานวณหา ปริมาณการแตกตวั เป็นร้อยละ 24

การเปรียบเทียบความแรงของกรดอ่อน ร้อยละการแตกตวั  ร้อยละการแตกตวั มาก กรดที่แรง  ร้อยละการแตกตวั นอ้ ย กรดที่อ่อน 25

จากเปอร์เซ็นตก์ ารแตกตวั ของกรดเหล่าน้ี จงเรียงลาดบั ความแรงของกรดท้งั สามชนิด HSO4-(aq) + H2O(l) SO42-(aq) + H3O+(aq) แตกตวั เป็นไอออน 29% HNO2(aq) + H2O(l) NO2-(aq) + H3O+(aq) แตกตวั เป็นไอออน 6.5% CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O+(aq) แตกตวั เป็นไอออน 1.3% 26

คเปวราียมบแเทรงียขบอจงากกโรคดรกงบัสโรค้างรโงมสเลร้ากงลุ โมกเลรกดลุไฮโดร สูตรทว่ั ไป HX พนั ธะ บอนด์เอนทาลปี ความแรงของ (kJ/mol) กรด H-F 568.2 อ่อน H-Cl 431.9 แก่ H-Br 366.1 แก่ H-I 298.3 แก่ 27

กรดออกซี คือ กรดท่ีมีสูตทวั่ ไป OmE(OH)n  กรดออกซีท่ีมีอะตอมกลางต่างกนั แตเ่ ป็นธาตุในหมู่เดียวกนั และมีเลขออกซิเดชนั เท่ากนั ความเป็นกรดเพิ่มข้ึนตามคา่ อิเลก็ โทรเนกาตีวติ ีของอะตอมกลาง 28

 กรดออกซีท่ีมีอะตอมกลางเหมือนกนั แต่มีกลุ่มขา้ งเคียงตา่ งกนั ความแรงของ ความเป็นกรดข้ึนอยกู่ บั เลขออกซิเดช้นั 29

จงวาดรูปโครงสร้างโมเลกลุ ของกรดต่อไปน้ี HIO4, HBrO4, HClO4 และเปรียบเทียบวา่ กรดชนิดใดแรงกวา่ กนั 30

จงวาดโครงสร้างของกรด H3PO4, H2SO4 และ HClO4 พร้อมเรียงลาดบั ความแรงของกรดพร้อมอธิบายเหตุผล 31

ความแรงของกรดแกท่ แ่ี ตกตวั รอ้ ยเปอรเ์ ซน็ ต์ กรดแก่แตกตวั ไดร้ ้อยเปอร์เซ็นตใ์ นน้าเราจึงไม่สามารถเปรียบเทียบความ เป็นกรดของกรดแก่ไดเ้ ม่ือใชน้ ้าเป็นตวั ทาละลาย เปล่ียนตวั ทาละลาย ปรากฏการณ์ที่ตวั ทาละลายไม่สามารถบอกความแตกต่างของความแรงของกรด ไดเ้ รียกวา่ ปรากฏการณ์การปรับระดบั (leveling effect) ตวั ทาละลายตวั น้นั จะเรียกวา่ ตวั ทาละลายท่ีใหป้ รากฏการณ์การปรับระดบั (leveling solvent) 32

HClO4 + H2O H3O+ + ClO4- HNO3 + H2O H3O+ + NO3- กรดใดแก่กวา่ กนั เมื่ออยใู่ นน้า………………… Leveling solvent คือ……………………. Leveling solvent ทาหนา้ ที่เป็น กรด หรือ เบส Differentiating solvent คือ สารที่ทาหนา้ ท่ีแบ่งแยกความแตกต่าง ระหวา่ งความแรงของกรดหรือเบสได้ 33

34

จงบอกวธิ ีการที่สามารถเปรียบเทียบความแรงของกรดตอ่ ไปน้ี HClO4, HCl, HNO3, H2SO4 และกรดตอ่ ไปน้ีกรดไดเ้ ป็นกรดที่แรงกวา่ กนั เมื่อใชว้ ธิ ีดงั กล่าว 35

คา่ คงท่ีการแตกตวั HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq) K  [H3O ][A ] [HA][H2O] ในสารละลายมีน้าอยปู่ ริมาณมากเม่ือเปรียบเทียบกบั ปริมาณของตวั ละลาย จึงถือวา่ ความเขม้ ขน้ ของน้าคงที่ จดั เป็นรูปใหม่จะได้ Ka  K[H2O]  [H3O ][A ] [HA] 36

POLกาYรPแตRกตOวั ขTอIงCกรAดบCางIชDนิดSแตกตวั ไดห้ ลายคร้ังจึงมีค่า Ka ไดห้ ลายคา่ เช่น Phosphoric acid (H3PO4) ซ่ึงมีคา่ การแตกตวั สามค่า คา่ Ka ซ่ึงจะบอกความสามารถของการแตกตวั ของกรด คา่ Ka มากแสดงวา่ เป็นกรดแก่ ค่า Ka นอ้ ยแสดงวา่ เป็นกรดอ่อน 37

สารละลายกรด CH3COOH, HF, HClO และ HNO2 ความเขม้ ขน้ เท่ากนั และมีคา่ Ka ตามลาดบั ดงั น้ี 1.75 x 10-5, 6.94 x 10-4, 2.81 x 10-8 และ 5.98 x 10-4 จงเรียงลาดบั จากค่า Ka มากไปนอ้ ย …………………………………………………… กรดชนิดใดมีความเป็นกรดสูงใหเ้ รียงลาดบั จากมากไปนอ้ ย…………………………… เรียงลาดบั ความเป็นเบสจากมากไปนอ้ ย………………………………………………… 38

ประเภทของกรด  Monoprotic acid เช่น HCl, HBr, CH3COOH เป็นตน้  Diprotic acid เช่น H2SO4, H2CO3 เป็นตน้  Triprotic acid ตวั อยา่ งเช่น H3PO4 39

หากพจิ ารณาความเป็นกรดเบสจากการแตกตวั ตามคูก่ รดเบสตามนิยาม ของเบรินสเตดและลาวลีระหวา่ ง HA กบั H2O ซ่ึงเขียนความสัมพนั ธ์ไดด้ งั น้ี HA + H2O H3O+ + A- 40

กาหนดค่า Ka ของปฏิกิริยากรดเบสต่อไปน้ี 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 จงเปรียบเทียบลาดบั ความแรงของกรดและความแรงของคูเ่ บสของกรดน้นั 41

คา่ คงท่ีสมดุลของเบส BOH(aq) B+(aq) + OH-(aq) Kb  [B ][OH ] [BOH] แบ่งประเภทตามจานวน OH-  เบสท่ีมี OH- หมู่เด่ียว ไดแ้ ก่ NaOH, LiOH, NH4OH เป็นตน้  เบสท่ีมี OH- สองหมู่ ไดแ้ ก่ Ca(OH)2, Mg(OH)2 เป็นตน้  เบสที่มี OH- สามหมู่ ไดแ้ ก่ Al(OH)3, Fe(OH)3 เป็นตน้

สารแอมโฟเทอริก H3O+ OH- สารท่ีทาหนา้ ที่ไดท้ ้งั กรดและเบส NH4+ NH2- H2O S2- NH3 H2S HS- 43

การคตาวั นอวยณา่ งกเชา่นรมแีตกรกดตวั HขAองกรด-เบสH(+K+A แAล- คะวKามB)เขม้ ขน้ N mol/L HA H+ + A- Initial (I): N -- Change (C): X XX Equilibrium (E): N-X XX เราเขียนความสมั พนั ธ์ไดด้ งั น้ี Ka  [X ]2 NX Ca/Ka > 1000 หรือ ร้อยละการแตกตวั นอ้ ยกวา่ 5 สามารถตดั X ได้ จะได้ Ka  [ X ]2 X  KaN N 44

กรดโมโนโปรติกชนิดหน่ึงแตกตวั ได้ 3.4% สารละลายกรดน้ีเขม้ ขน้ 1 mol/dm3 จะมีความเขม้ ขน้ ของ H+ เท่าไร 45

กรดแอซิติก (CH3COOH) แตกตวั ได้ 1.3% ท่ีอุณหภูมิปกติ สารละลายกรด เขม้ ขน้ 0.1 mol/dm3 จะแตกตวั ใหไ้ ฮโดรเนียมไอออนและแอซิเตไอออนก่ี mol/dm3 และมีจานวนโมลของกรดแอซิติกที่ไม่แตกตวั อยใู่ นสารละลายกี่โมล แตกตวั ให้ H+ และ CH3COO- = 1.3 x 10-3 mol มีจานวน CH3COOH ที่ไม่แตกตวั = 9.9 x 10-2 mol 46

กรดฟอร์มิก (HCOOH) เขม้ ขน้ 0.6 mol/dm3 แตกตวั ได้ 1.8% จงคานวณหา ความเขม้ ขน้ ของแต่ละสารท่ีภาวะสมดุล แตกตวั ให้ H+ และ HCOO- = 0.011 mol/dm3 มีจานวน HCOOH ท่ีไม่แตกตวั = 0.59 mol/dm3 47

จงคานวณหาความเขม้ ขน้ ของ H3O+ ของสารละลายกรดแอซิติกที่มีความเขม้ ขน้ 0.5 mol/dm3 กาหนดใหค้ ่า Ka ของกรดแอซิติกเท่ากบั 1.8  10-5 mol/dm3 แตกตวั ให้ H3O+ = 3.0  10-3 mol/dm3 48

กรด HA เขม้ ขน้ 0.01 mol/dm3 แตกตวั ไดร้ ้อยละ 2 ค่าคงท่ีสมดุลของกรดน้ีมีคา่ เท่าใด Ka = 4.0  10-6 49

สารละลายแอมโมเนียท่ีมีความเขม้ ขน้ 0.02 mol/dm3 มีความเขม้ ขน้ ของ OH- เท่าใด กาหนด Kb ของ NH3 เท่ากบั 1.8  10-5 OH- = 6.0  10-4 mol/dm3 50