กรด เบส เกลือ อินดิเคเตอร์

อนิ ดเิ คเตอร์สาหรับกรด-เบส สขี องอนิ ดเิ คเตอร์แตล่ ะชนิด จะเปลยี่ นในชว่ ง pH ทตี่ า่ งกนั ซง่ึ แสดงไดด้ งั ภาพ www.themegallery.com

อนิ ดเิ คเตอร์สาหรับกรด-เบส ❖อินดิเคเตอร์ชนิดหน่ึงๆ จะใชห้ าค่า pH ของสารละลายไดอ้ ยา่ งคร่าวๆ เท่าน้นั ❖เช่น เม่ือนาสารละลายมาเติม เมทิลออเรนจล์ งไป (ช่วง pH 3.0 - 4.4 และสีท่ีเปล่ียนช่วง สีแดง เหลือง) ❖ถา้ สารละลายมีสีเหลืองหลงั จากหยดเมทิลออเรนจ์ แสดงวา่ สารละลายน้ีมี pH ต้งั แต่ 4.4 ข้ึนไป ซ่ึงอาจมีฤทธ์ิเป็นกรด กลางหรือ เบส ❖การหาค่า pH ของสารละลายหน่ึงๆ อาจจะตอ้ งใชอ้ ินดิเคเตอร์หลายๆ ตวั แลว้ นาขอ้ มูล มาวเิ คราะห์ pH ของสารละลายร่วมกนั www.themegallery.com

อนิ ดเิ คเตอร์สาหรับกรด-เบส ตวั อย่าง การทดลองหาค่า pH ของสารละลายชนิดหน่ึง โดยใชอ้ ินดิเคเตอร์ 5 ชนิดดว้ ยกนั ผลการทดลองเป็นดงั น้ี ตัวอย่าง การทดลองหาค่า pH ของสารละลายชนิดหน่ึง โดยใชอ้ ินดิเคเตอร์ 5 ชนิดดว้ ยกนั ผลการทดลองเป็นดงั น้ี แนวคดิ ➢ จากอินดเิ คเตอร์ชนิดท่ี 1 แสดงวา่ pH ของสารละลาย > 4 ➢ จากอนิ ดิเคเตอร์ชนิดที่ 2 แสดงวา่ pH ของสารละลายอยรู่ ะหวา่ ง 4.4-6.2 ➢ จากอินดเิ คเตอร์ชนิดที่ 3 แสดงวา่ pH ของสารละลาย > 5.4 ➢ จากอนิ ดิเคเตอร์ชนิดท่ี 4 แสดงวา่ pH ของสารละลาย < 6 ➢ จากอนิ ดิเคเตอร์ชนิดที่ 5 แสดงวา่ pH ของสารละลาย < 8.0 สรุปได้ว่า สารละลายมี pH อยู่ระหว่าง 5.4 - 6 www.themegallery.com

อนิ ดเิ คเตอร์สาหรับกรด-เบส ❖ การหา pH ของสารละลายโดยใชอ้ ินดิเคเตอร์หลายๆ ชนิดน้ี ไม่สะดวกในการใช้ ❖ อินดิเคเตอร์ผสมน้ีเรียกวา่ ยนู ิเวอร์ซลั อินดิเคเตอร์ ซ่ึงสามารถเปล่ียนสีไดใ้ นสารละลายที่มี pH ต่างๆ กนั เกือบทุกค่า ❖ สูตรท่ี 1 เมทิลออเรนจ์ 0.05 กรัม (pH 3.0 - 4.4) เหลือง – สม้ เหลือง เมทิลเรด 0.15 กรัม (pH 4.4 - 6.2) แดง – เหลือง โบรโมไทมอลบลู 0.30 กรัม (pH 6.0 – 7.5) เหลือง – น้าเงิน ฟี นอลฟ์ ทาลีน 0.35 กรัม (pH 8.2 – 10.0) ไม่มีสี – แดงม่วง ท้งั หมดละลายใน 66% เอทานอล จานวน 1 ลิตร การเปล่ียนสีของสารละลาย เม่ือใชย้ นู ิเวอร์ซลั อินดิเคเตอร์ www.themegallery.com

การไทเทรตกรด-เบส (Acid – base titration) การไทเทรตกรด-เบส = กระบวกการหาปริมาณสาร โดยวธิ ีใชส้ ารละลายมาตรฐานท่ีทราบค่าความเขม้ ขน้ แน่นอน ใหท้ าปฏิกิริยากบั สารตวั อยา่ ง โดยอาศยั หลกั การเกิดปฏิกิริยาระหวา่ งสารละลายกรด และเบสที่เขา้ ทาปฏิกิริยากนั พอดี ทาใหค้ านวณหาความเขม้ ขน้ ของสารตวั อยา่ งได้ www.themegallery.com

การไทเทรตกรด-เบส (Acid – base titration) ❖วธิ ีการไทเทรตกรด-เบส คือ การนาสารละลายกรดหรือ เบส มาทาการไทเทรตกบั สารละลายกรดหรือเบส มาตรฐานที่ทราบความเข้มข้นแน่นอน คือ เบส ◼ ถา้ สารละลายตวั อยา่ งเป็นกรด กต็ อ้ งใชส้ ารละลายมาตรฐาน เป็นเบส นามาทาไทเทรต แลว้ บนั ทึกปริมาณของสารละลาย มาตรฐานที่ใชใ้ นการทาปฏิกิริยาพอกนั คานวณหาปริมาณ สารตวั อยา่ งต่อไป ◼ ถา้ ใชส้ ารละลายตวั อยา่ งเป็นเบส กต็ อ้ งใชส้ ารละลาย กรด มาตรฐานเป็นกรด www.themegallery.com

การไทเทรตกรด-เบส (Acid – base titration) ตวั อย่างเช่น การหาค่าสารละลายกรด HCl วา่ มีความเขม้ ขน้ เท่าใด โดยใชส้ ารละลายมาตรฐาน NaOH เขม้ ขน้ 0.100 โมล/ลิตร มาทา การไทเทรตกบั สารละลายกรด HCl ตวั อยา่ งจานวนหน่ึง เม่ือทราบ ปริมาตรของ NaOH ทีใชใ้ นการทาปฏิกิริยาพอดีกบั HCl จานวน 50 cm3 น้ี โดยอินดิเคเตอร์เป็นตวั บอกจุดยุติ ทาใหส้ ามารถหาค่า ความเขม้ ขน้ ของได้ www.themegallery.com

Titration การไทเทรตเป็ นเทคนิคท่ีสามารถใช้วเิ คราะห์ความเข้มข้นของสารใน สารละลายได้อย่างถูกต้อง safety filler burette stand pipette conical beaker flask การไทเทรตมักจะดาเนินการโดยใช้ปฏิกริ ิยาการวางตวั เป็ นกลางระหว่างกรดและด่าง

การบนั ทกึ ข้อมูลและการคานวณจากการไทเทรต ผลของการไตเตรทใช้เพื่อคานวณความเข้มข้นของสารละลายกรดทีไ่ ม่รู้จกั ไทเทรต คร้ังที่ 1 คร้ังที่ 2 คร้ังที่ 3 ค่าปริมาตรสารใน บวิ เรต 0.0 0.0 19.9 เริ่มต้น (cm3) 19.9 40.0 ค่าปริมาตรสารใน บวิ เรต 20.0 19.9 20.1 สุดท้าย (cm3) ปริมาตรของ NaOH ท่เี ตมิ ลงไป 20.0 (cm3) (ปริมาตรสุดท้าย - เร่ิมต้น) ปริมาตรเฉล่ียของ NaOH = ������������. ������ + ������������. ������ + ������������. ������ ������ www.themegallery.com = 20.0 cm3

ปฏกิ ริ ิยาในการไทเทรตกรด-เบส ❖ ปฏิกริ ิยาที่เกย่ี วข้องในการไทเทรตกรด-เบสต่างได้แก่ ◼ ปฏิกิริยาระหวา่ งกรดแก่และเบสแก่ ◼ ปฏิกิริยาระหวา่ งกรดแก่และเบสอ่อน ◼ ปฏิกิริยาระหวา่ งกรดอ่อนและเบสแก่ ◼ ส่วน ปฏิกิริยาระหวา่ งกรดอ่อนและเบสอ่อน ไม่นิยมนามาใชใ้ นการไทเทรต เพราะจุดสมมูล หรือจุดท่ีกรด-เบสทาปฏิกิริยากนั พอดี ไม่ชดั เจน ❖ ปฏิกริ ิยาระหว่างกรด-เบส เขยี นแทนด้วย สมการ H2O(l) H+(aq) OH-(aq)

ปฏกิ ริ ิยาในการไทเทรตกรด-เบส ❖ ปฏกิ ริ ิยาระหว่างกรด-เบส เขียนแทนด้วย สมการ H+(aq) OH-(aq) H2O(l) จุดสมมูล หรือ จุดสะเทนิ (Equivalence point) • จุดท่ีกรดและเบสทาปฏิกิริยากนั พอดี • หรือ จุดที่ H3O+ ไอออน หรือ H+ ทาปฏิกิริยาพอดีกบั OH- ไอออน ดว้ ยจานวนโมลที่เท่ากนั จุดยุติ (End point) • ส่วนจุดท่ีอินดิเคเตอร์ (Indicator) เปลี่ยนสี ซ่ึงเป็นจุดที่เราจะยตุ ิการไทเทรต ➔ถา้ ใชอ้ ินดิเคเตอร์ท่ีเหมาะสมจะทาใหจ้ ุดยตุ ิตรงกบั จุดสมมูลหรือใกลเ้ คียงกบั จุดสมมูลมาก ➔แต่ถา้ เราใชอ้ ินดิเคเตอร์ไม่เหมาะสมอาจจะทาใหจ้ ุดยตุ ิอยหู่ ่างจากจุดสมมูลมาก ➔ทาใหผ้ ลการทดลองคลาดเคล่ือนได้ www.themegallery.com

❖จุดสิ้นสุดของการไตเตรทไม่ได้อยู่ท่ี pH 7 แต่การไตเตรททเ่ี กย่ี วข้องกบั กรดหรือด่างที่อ่อนอาจทาให้อนิ ดเิ คเตอร์เปลย่ี นสีท่ี pH อื่น กรด เบส pH ทจี่ ุดยุติ แก่ แก่ 7 แก่ อ่อน น้อยกว่า 7 อ่อน แก่ มากกว่า 7 อ่อน อ่อน 7 www.themegallery.com

การคานวณเกยี่ วกบั การไทเทรตกรด-เบส 1. การคานวณความเข้มข้นของกรดหรือเบสท่ีเข้าทาปฏิกริ ิยากนั พอดี ปริมาณของกรดหรือเบสจะคานวณได้จากปริมาณสัมพนั ธ์ในสมการของปฏิกริ ิยา ระหว่างกรดและเบส m กรด + n เบส p เกลือ + q นา้ จากปฏิกิริยาอตั ราส่วนระหวา่ งกรดและเบส เป็น จานวนโมลของกรด = ������ จานวนโมลของเบส ������ หรือ MaVa = ������������(MbVb) Ma, Mb = ความเขม้ ขน้ เป็น โมล/ลิตร ของกรดและเบส ตามลาดบั Va, Vb = ปริมาตรเป็น โมล/ลิตร ของกรดและเบส ตามลาดบั M, n = จานวนโมลของกรดและเบส ตามลาดบั www.themegallery.com

การคานวณเกยี่ วกบั การไทเทรตกรด-เบส ตวั อย่าง สารละลาย H2SO4 ตวั อยา่ งจานวน 20 cm3 นามาไทเทรตกบั สารละลาย NaOH ปรากฏวา่ ตอ้ งใชส้ ารละลาย NaOH 0.1 M (โมล/ลิตร) จานวน 30 cm3 จงหาความเขม้ ขน้ ของ สารละลาย H2SO4 (H=1, S=32, O=16, Na=23) 2NaOH(aq)H2SO4(aq) Na2SO4(aq)2H2O(l) 0.1 โมล/ลติ ร จานวน 30 cm3 หมายความว่า สารละลาย 1000 cm3 จะมีเน้ือ NaOH = 0.1 โมล สารละลาย 30 cm3 จะมีเน้ือ NaOH = 0.1������30 โมล = 0.1000300โมล จากสมการ NaOH 2 โมล ทาปฏิกริ ิยาพอดกี บั H2SO4 = 1 โมล 0.003������1 ถา้ สารละลายNaOH 0.003 โมล ทาปฏิกิริยาพอดีกบั H2SO4 = = 0.00215 โมล ดงั น้นั สารละลาย 20 cm3 จะมีเน้ือ H2SO4 = 0.0015 โมล สารละลาย 1000 cm3 จะมีเน้ือ H2SO4 = 0.0015������1000 = 0.075 โ2ม0ล/ลติ ร ความเข้มข้นของสารละลาย H2SO4 = 0.075 โมล/ลติ ร

การคานวณเกยี่ วกบั การไทเทรตกรด-เบส ตวั อย่าง สารละลาย H2SO4 ตวั อยา่ งจานวน 20 cm3 นามาไทเทรตกบั สารละลาย NaOH ปรากฏวา่ ตอ้ งใชส้ ารละลาย NaOH 0.1 M (โมล/ลิตร) จานวน 30 cm3 จงหาความเขม้ ขน้ ของ สารละลาย H2SO4 (H=1, S=32, O=16, Na=23) 2NaOH(aq)H2SO4(aq) Na2SO4(aq)2H2O(l) หรืออกี วธิ ี MaVa = ������������(MbVb) MH2SO4 x ������������ = ������ (0.1 x ������������ ) ������������������������ ������ ������������������������ MH2SO4 = ������ x 0.1 x ������������ = ������. ������������������ โมล/ลิตร ������ ������������

การคานวณกยี่ วกบั pH ของสารละลายและการสร้างกราฟของการไทเทรต กราฟของการไทเทรต ◼ กราฟที่ไดจ้ ากการเขียนระหวา่ ง pH ของสารละลายท่ีเปลี่ยนไปขณะ ไทเทรต กบั ปริมาตรของสารละลายมาตรฐาน ◼ รูปร่างของกราฟท่ีเปลี่ยนแปลงไป ➢ ข้ึนอยกู่ บั ความแรงของกรด และเบสที่เกี่ยวขอ้ งในการไทเทรต ➢ ความเขม้ ขน้ ของกรดและเบส ➢ สภาวะท่ีเกิดเป็นบฟั เฟอร์ ➢ การเกิดไฮโดรไลซีสของเกลือ ◼ จุดประสงคข์ องการเขียนกราฟ เพื่อศึกษาวา่ การไทเทรตกรด-เบสคู่น้นั จะทาไดห้ รือไม่ได้ ◼ กราฟแบ่งได้ 3 ช่วง คือ ➢ ก่อนถึงจุดสมมูล ➢ ท่ีจุดสมมูล จานวนโมลของกรดจะทาปฏิกิริยาพอดีกบั เบส ➢ หลงั จุดสมมูล www.themegallery.com

1. การไทเทรตระหว่างกรดแก่กบั เบสแก่ ❖ ท้งั กรดแก่และเบสแก่ต่างแตกตวั ได้หมด ◼ จุดสมมูลของสารละลายจะมี pH= 7 ◼ เช่นการไทเทรต HCl เขม้ ขน้ 0.10 โมล/ลิตร กบั ปริมาตร 25 cm3 กบั NaOH เขม้ ขน้ 0.10 โมล/ ลิตร ซ่ึงจะไดก้ ราฟของการไทเทรตดงั น้ี www.themegallery.com

1. การไทเทรตระหว่างกรดแก่กบั เบสแก่ ❖ ตวั อย่าง ในการไทเทรต 25.0 cm3 ของ HCl 0.100 โมล/ลติ ร ด้วย 0.100 โมล/ลติ ร ของ NaOH ให้คานวณหา pH ของสารละลาย เม่ือเตมิ NaOH ลงไป เท่ากบั ◼ ก. 20.0 cm3 (ก่อนถึงจุดสมมูล) ◼ ข. 25.0 cm3 (จุดสมมูล) HCl(aq)NaOH(aq) NaCl(aq)H2O(l) ◼ ค. 25.10 cm3 (หลงั จุดสมมูล) วธิ ีทา pH = -log[H3O+] ก. 20.0 cm3 (ก่อนถงึ จุดสมมูล) = -log(0.0111) = 1.95 จานวนโมลของ NaOH = 20 x 0.100 = 0.002 โมล 1000 จานวนโมลของ HCl = 25 x 0.100 = 0.0025 โมล ดงั น้นั มี HCl เหลือ 0.00251–000.0002 = 0.0005 โมล HCl แตกตวั ได้ 100% ความเขม้ ขนของ H3O+ = 0.0005 x 1000 = 0.0111 โมล/ลิตร 20+25 www.themegallery.com

1. การไทเทรตระหว่างกรดแก่กบั เบสแก่ HCl(aq)NaOH(aq) NaCl(aq)H2O(l) ข. NaOH 25.0 cm3 (จุดสมมูล) จานวนโมลของ NaOH = 25 x 0.100 = 0.0025 โมล 1000 จานวนโมลของ HCl = 25 x 0.100 = 0.0025 โมล 1000 ดงั น้นั ไม่มี NaOH หรือ มีแต่ NaCl แสดงอยทู่ ี่จุดสมมูลสารละลาย มี pH = 7 HCl เหลือ ค. NaOH 25.10 cm3 (หลงั จุดสมมูล) pOH = -log[OH-] จานวนโมลของ NaOH = 25.1 x 0.100 = 0.00251 โมล = -log (1.8 x 10-4) = 3.74 1000 pH = 14.0 - 3.74 จานวนโมลของ HCl = 25 x 0.100 = 0.0025 โมล มี NaOH เหลือ = 0.00251 –100.00025 = 0.00001 โมล HCl แตกตวั ได้ 100 % = 10.26 ความเขม้ ขนของ H3O+ = 0.00001 x 1000 = 2.0 x 10-4 โมล/ลิตร 25.1+25

2. การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกบั เบสแก่ ❖ การไทเทรตกรดอ่อนกบั เบสแก่ เช่น กรดแอซิติก (CH3COOH) กบั โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เม่ือถึงจุดสมมูล สารละลายที่ไดจ้ ะมีโซเดียมแอซิเตต ซ่ึงเกิดไฮโดรไลซีสได้ และ สารละลายจะมี pH > 7 ➢ แบ่งออกเป็น 3 ช่วงคือ ก่อนถึงจุดสมมูล ที่จุดสมมูล และหลงั จุดสมมูล ➢ ค่า pH ของจุดเริ่มตน้ ไทเทรตของของ กรดแอซิติก กบั NaOH จะมีคา่ pH ≈ 3 ในขณะท่ีจุดเริ่มตน้ ของการไทเทรตของ กรด HCl กบั NaOH มีค่าประมาณ 1.0 ➢ จุดสมมูลของกรดแอซิติกจะมีการ เปล่ียนแปลง pH ไม่มาก ➢ กรดแอซิตกิ เม่ือไทเทรตกบั NaOH และ pH ≈ 9 www.themegallery.com

2. การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกบั เบสแก่ ❖ตวั อย่าง ให้คานวณหา pH ของสารละลายทีเ่ กดิ จากการ ไทเทรตระหว่าง 0.1000 M กรดแอซิตกิ 50.00 cm3 และ 0.100 M NaOH เมื่อเติมNaOH ◼ ก. 10.00 cm3 (ก่อนจุดสมมูล) ◼ ข. 50.00 cm3 (ท่ีจุดสมมูล) ◼ ค. 50.10 cm3 (หลงั จุดสมมูล) www.themegallery.com

2. การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกบั เบสแก่ วธิ ีทา ก. 10.0 cm3 (ก่อนจุดสมมูล) จานวนโมลของ NaOH = 10 x 0.100 = 0.001 โมล 1000 = 50 x 0.100 = 0.005 โมล จานวนโมลของ CH3COOH จากปฏิกิริยาที่เกิดข้ึน 1000 NaOH(aq) CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) H2O(l) เร่ิมต้น 0.001 โมล 0.005 โมล 0.001 โมล จานวนโมลท่ีใช้ 0.001 โมล เหลือ 0.001 โมล 0.001 โมล 0.00 0.005-0.001= 0.004 โมล ดงั น้นั ความเขม้ ขน้ ของ CH3COOH ที่เหลือ 0.004 x 1000 = 0.0666 โมลต่อลิตร และจานวนของ CH3COONa ท่ีเกิดข้ึน 0.06001 โมล ดงั น้นั ความเขม้ ขน้ ของ CH3COONa ท่ีเกิดข้ึน 0.001 x 1000 = 0.0166 โมลต่อลิตร แต่ CH3COONa แตกตวั ให้ CH3COO-(aq) และ Na+(aq) 6ด0งั สมการ CH3COONa(aq) CH3COO-(aq) Na+(aq) 0.0166 0.0166 โมล/ลิตร www.themegallery.com

2. การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกบั เบสแก่ วธิ ีทา(ต่อ) ก. 10.0 cm3 (ก่อนจุดสมมูล) เม่ือคานวณหาความเขม้ ขน้ ของ CH3COO- ท้งั หมดท่ีเหลือและไดจ้ ากการแตกตวั ของ CH3COONa จะไดด้ งั น้ี CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) H+(aq) ความเขม้ ขน้ เริ่มตน้ 0.0666 00 ความเขม้ ขน้ เปล่ียนแปลง -x +x +x +0.0166 (ไดจ้ าก CH3COONa) โมล/ลิตร ความเขม้ ขน้ ท่ีภาวะสมดุล 0.0666-x x+0.0166 x โมล/ลิตร −+ ������������3������������������ [������ ] Ka = [������������3������������������������] pH = -log [H3O+] = -log (7.22 x 10-5) = (������+0.0166)(������) = 4.14 (0.0666−������) ดงั น้นั x + 0.0166 ≈ 0.0666 (x มีค่านอ้ ยมากเมื่อเทียบกบั 0.0666) Ka= (0.0166������) = 1.80 x 10-5 (0.0666) X = [H3O+] = 7.22 x 10-5 www.themegallery.com

2. การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกบั เบสแก่ ❖ ตัวอย่าง ให้คานวณหา pH ของสารละลายทเี่ กดิ จากการไทเทรตระหว่าง 0.1000 M กรดแอซิ ตกิ 50.00 cm3 และ 0.100 M NaOH เม่ือเติมNaOH ◼ ก. 10.00 cm3 (ก่อนจุดสมมูล) ◼ ข. 50.00 cm3 (ท่ีจุดสมมูล) ◼ ค. 50.10 cm3 (หลงั จุดสมมูล) www.themegallery.com

3. การไทเทรตระหว่างกรดแก่กบั เบสอ่อน ❖ การไทเทรตกรดแก่กบั เบสอ่อน เช่น กรด HCl กบั NH3 จะไดเ้ กลือ NH4Cl ซ่ึงเกิด ไฮโดรไลซีสได้ สารละลายที่เป็นกรดที่มี pH < 7 Titration Data Titration of a Weak Base With a Strong Acid HCl added pH pH14.0 (mL) 12.0 11.24 10.0 equivalence point 0.00 9.91 10.00 9.47 8.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 20.00 8.93 6.0 30.00 8.61 4.0 40.00 8.30 2.0 45.00 7.92 0.0 47.00 7.70 48.00 7.47 0.0 49.00 5.85 50.00 3.34 Volume of 0.100 M HCl added 51.00 (mL) www.themegallery.com