การทดลองที่ 2

การทดลองท่ี 2 สมดลุ ของเกลอื ท่ีละลายนา้ ได้น้อยกบั ค่าคงทผี่ ลคณู การละลาย วตั ถุประสงค์ 1. เพ่ือศึกษาสมดุลของเกลอื ทล่ี ะลายน้าไดน้ อ้ ย เลด (II) ไทโอไซยาเนต [Pb(SCN)2] 2. เพอื่ หาค่าคงท่ีผลคูณการละลาย (Ksp) ของเกลอื ท่ีละลายน้าไดน้ อ้ ย โซเดียมออกซาเลต (Na2C2O4) ความรู้พนื้ ฐาน เกลือหลายชนิดละลายน้าไดด้ ี แต่บางชนิดละลายน้าได้น้อยมาก เช่น เลด (II) คลอไรด์ (PbCl2) ซิลเวอร์ (I) คลอไรด์ (AgCl) เลด (II) ไทโอไซยาเนต [Pb(SCN)2] และโซเดียมออกซาเลต (Na2C2O4) เกลอื ส่วนท่ลี ะลายไปแมจ้ ะมีอยูน่ อ้ ยก็แตกตวั เป็นไอออนไดห้ มด เมือ่ ทิ้งไวร้ ะยะหน่ึงจะ เกิดจากสมดลุ ไอออนทเ่ี กิดจากการแตกตวั ของเกลอื ส่วนทีล่ ะลายไปกบั เกลือส่วนท่ีไม่ละลาย สมมติให้ C2A3 เป็นเกลือชนิดหน่ึงที่ละลายน้าได้นอ้ ย สมดุลในสารละลายอิ่มตวั ของเกลือ C2A3 เขียนไดด้ งั น้ี C2A3 (s) 2C3+ (aq) + 3A2– (aq) ………. (1) คา่ คงท่ีสมดุล (K) = [C3+]2 [A2–]3 [C2A3 (s)] แต่ความเข้มข้นของของแข็งเป็ นค่าคงที่ เมื่อคูณกับ K จึงได้ค่าคงที่อีกค่าหน่ึงเรียกว่า คา่ คงท่ีผลคูณการละลาย (solubility product constant) ซ่ึงนิยมใชส้ ญั ลกั ษณ์วา่ Ksp ดงั น้นั K [C2A3 (s)] = [C3+]2 [A2–]3 Ksp = [C3+]2 [A2–]3 อาจกล่าวไดว้ ่า Ksp ในสารละลายของเกลือที่ละลายน้าได้นอ้ ยมคี ่าเท่ากับผลคณู ของความ เข้มขน้ ของไอออน (มีหน่วยเป็ น โมล/ลิตร) แต่ละชนิดยกกาลังด้วยสัมประสิทธ์ิบอกจานวน โมลของไอออนน้นั ในภาวะสมดุลของเกลอื ทีล่ ะลายน้าไดน้ อ้ ย อาจสรุปได้ 3 ขอ้ คือ 1. ในสารละลายท่ียงั ไม่อ่มิ ตวั (unsaturated solution) ผลคณู ของ [C3+]2 [A2–]3 มีคา่ นอ้ ยกว่า ค่า Ksp เมือ่ เติมเกลอื C2A3 จะละลายไดอ้ กี 2. ในสารละลายอ่ิมตวั (saturated solution) ผลคูณของ [C3+]2 [A2–]3 มีค่าเท่ากบั Ksp นนั่ คือ ถ้ามีของแข็ง C2A3 อยู่ด้วย จะมีสมดุลระหว่าง C2A3 ในสภาพของแข็งและในสภาพไอออนดัง สมการท่ี (1)

-9- 3. ในสารละลายอ่ิมตวั อย่างยิ่งยวด (supersaturated solution) ถา้ ผลคูณของ [C3+]2 [A2–]3 มี ค่ามากกว่า Ksp เกลือ C2A3 จะตกตะกอนลงมาก แต่ถา้ ลดค่าผลคูณของ [C3+]2 [A2–]3 ลงจนมีค่า เทา่ กบั Ksp การตกตะกอนจะไม่เกดิ อีกตอ่ ไป อุปกรณ์การทดลอง 6. ขวดรูปกรวยขนาด 250 cm3 7. กระบอกตวง 1. หลอดทดลองขนาด 1.515 cm 8. ขวดฉีดน้า 2. บกี เกอร์ขนาด 50 cm3 9. เทอร์โมมิเตอร์ 3. แทง่ แกว้ คน กรวยกรอง กระดาษกรอง 4. ที่ต้งั หลอดทดลอง 5. บิวเรตขนาด 50 cm3 สารเคมี เลดไนเตรต โปตสั เซียมไทโอไซยาเนต 1. 0.2 M Pb(NO3)2 โปตสั เซียมโครเมต 2. 1.0 M KSCN, 0.4 M KSCN, 0.1 M KSCN โซเดียมออกซาเลต กรดซลั ฟิ วริก 3. 3.0 M K2CrO4 โปตสั เซียมเปอร์แมงกาเนต 4. สารละลายอมิ่ ตวั ของ Na2C2O4 5. 3 M H2SO4 6. สารละลายมาตรฐาน 0.0200 M KMnO4 การทดลอง ตอนท่ี 1 สมดุลของเกลอื ท่ีละลายนา้ ได้น้อย เลด (II) ไทโอไซยาเนต เม่ือผสมสารละลาย Pb2+ ไอออน และสารละลาย SCN– ไอออนเขา้ ดว้ ยกนั จะเกิดตะกอน ขาวของ Pb(SCN)2 โดยทไี่ อออนท้งั สองจะตอ้ งมีความเขม้ ขน้ มากพอ ปฏกิ ริ ิยาท่ีเกดิ ข้ึน คือ Pb2+ (aq) + 2 SCN– (aq) Pb(SCN)2 (s) 1. นาหลอดทดลองที่สะอาดมา 3 หลอด ไขสารละลาย Pb(NO3)2 ความเขม้ ขน้ 0.2 M จาก บิวเรตลงไปหลอดละ 2.50 cm3 ในแตล่ ะหลอดเติมสารละลายเพิ่มเติมดงั ต่อไปน้ี หลอดที่ 1 เติมสารละลาย 0.1 M KSCN ปริมาตร 10 cm3 จากบิวเรต หลอดท่ี 2 เติมสารละลาย 0.4 M KSCN ปริมาตร 10 cm3 จากบวิ เรต หลอดท่ี 3 เตมิ สารละลาย 1.0 M KSCN ปริมาตร 10 cm3 จากบวิ เรต ผสมสารละลายในแต่ละหลอดให้เขา้ กนั โดยใชแ้ ท่งแก้วคน และเพื่อให้การตกตะกอน เกิดไดเ้ ร็วข้นึ ให้ใชแ้ ทง่ แกว้ ขดู ขา้ งในหลอดทดลองดว้ ย

- 10 - 2. นาหลอดทดลองที่สะอาดมา 3 หลอด กรองสารละลายในแต่ละหลอดจากขอ้ 1. ลงใน หลอดทดลองอนั ใหม่ ในการกรองแตล่ ะสารละลายตอ้ งเปลยี่ นกระดาษกรองทกุ คร้ัง และแต่ละคร้ัง ตอ้ งลา้ งกรวยกรองให้สะอาดและกล้วั ดว้ ยน้ากลน่ั ทกุ คร้ัง 3. ไขสารละลาย K2CrO4 เข้มข้น 3 M จากบิวเรตลงไปในสารละลายท่ีกรองได้ในขอ้ 2. หลอดละ 0.5 cm3 เขย่า และสังเกตตะกอนท่ีเกิดข้ึน ต้ังท้ิงไว้ เปรียบเทียบปริมาณของตะกอนท่ี เกดิ ข้ึนในแต่ละหลอด ตอนที่ 2 การหาค่า Ksp ของเกลอื ทีล่ ะลายน้าได้น้อย Na2C2O4 ปฏกิ ริ ิยาในสารละลายอ่ิมตวั Na2C2O4 คือ Na2C2O4 (s) 2Na+ (aq) + C2O42– (aq) Ksp = [Na+]2 [C2O42–] 1. ไขสารละลายอิ่มตัว Na2C2O4 จากบิวเรต ใส่ในขวดรู ปกรวย 2 ใบ ใบละ 5 cm3 (สารละลายอ่ิมตวั น้ีเตรียมโดยเติม Na2C2O4 (s) ลงในน้ากลน่ั จน Na2C2O4 (s) ไม่ละลายอีก เขย่า บอ่ ยๆ ต้งั ท้ิงไวค้ า้ งคืน เพื่อใหเ้ กิดสมดลุ กรองเอา Na2C2O4 ส่วนท่ไี ม่ละลายออกไป) 2. บรรจุสารละลายมาตรฐาน 0.020 M KMnO4 ลงในบิวเรต (ก่อนบรรจุต้องกล้วั บิวเรต ดว้ ยสารละลายมาตรฐาน KMnO4 เสียก่อน) 3. นาขวดแต่ละใบในขอ้ 1. มาเตมิ น้ากลนั่ ปริมาตร 20 cm3 และกรดซัลฟิ วริกเขม้ ขน้ 3 M 10 cm3 (ใชก้ ระบอกตวง) เขยา่ นาไปอุ่นให้อุณหภูมิประมาณ 80 – 90 C ระวงั อยา่ ให้เดือด เพราะ Na2C2O4 จะสลายตวั 4. นาขวดจากขอ้ 3. มาไทเทรตทนั ทีกบั สารละลายมาตรฐาน KMnO4 ค่อยๆ ไขสารละลาย KMnO4 ลงในขวดทีละหยด เขย่าจนสีบานเย็นหายไป จึงเติมหยดต่อไป ตอนแรกสีบานเย็นจะ หายไปอย่างช้าๆ และสีบานเย็นจะหายไปเร็วข้ึนในช่วงหลังของการไทเทรต เม่ือถึงจุดยุติ สารละลายจะมีสีบานเยน็ ถาวรอยู่ประมาณ 30 วินาที อ่านปริมาตรสารละลาย KMnO4 ท่ีใชท้ ้งั สอง ขวด บนั ทึกผล นาปริมาตรเฉล่ียไปคานวณหาความเขม้ ขน้ ของ C2O42– และคานวณหาค่า Ksp ของ Na2C2O4

- 11 - การหาความเข้มข้น (โมล/ลิตร) ของ Na+ ไอออน และ C2O42– ไอออนในสารละลายอ่ิมตวั Na2C2O4 เม่อื ไทเทรต C2O42– ไอออน กบั MnO4– ไอออน ปฏิกริ ิยาเกดิ ดงั สมการ 5C2O42– (aq) + 2MnO4– (aq) + 16H+ 2Mn2+ + 8H2O + 10CO2 …. (2) จานวนโมลของ C2O42– = 5 จานวนโมลของ MnO4– 2 จานวนโมลของ C2O42– = 5  จานวนโมลของ MnO4– 2  จานวนโมลของ C2O42– ในสารละลายอ่ิมตวั Na2C2O4 ปริมาตร 5 cm3 = 5  ความเขม้ ขน้ ของ M1,0n0O04–  ปริมาตร MnO4– 2 = A โมล (สมมุต)ิ ความเขม้ ขน้ (โมล/ลติ ร) ของ C2O42– ในสารละลายอมิ่ ตวั ของ Na2C2O4 = 5  ความเขม้ ขน้ ของ MnO14,–000ปริม5าตร MnO4–  1,000 2 = B โมล/ลติ ร (สมมตุ ิ) จากสมการ Na2C2O4 (s) 2Na+ (aq) + C2O42– (aq) จานวนโมลของ Na+ = 2 จานวนโมลของ C2O42– 1 จานวนโมลของ Na+ = 2  จานวนโมลของ C2O42–  จานวนโมลของ Na+ ในสารละลายอิ่มตวั Na2C2O4 ปริมาตร 5 cm3 = 2A ความเขม้ ขน้ (โมล/ลติ ร) ของ Na+ ในสารละลายอม่ิ ตวั Na2C2O4 = 2A  1,000 5 = 2B จาก Ksp = [Na+]2 [C2O42–]  Ksp = (2B)2 (B)

- 12 - รายงานผลการทดลองเร่ือง สมดุลของเกลือท่ลี ะลายน้าได้น้อยกับค่าคงท่ผี ลคูณการละลาย นักศึกษาทที่ าการทดลอง .................................................... รหสั ......................... หมเู่ รียน .............. ผ้รู ่วมงาน 1................................................................ รหัส ............................ 2................................................................ รหสั ............................ 3................................................................ รหสั ............................ 4................................................................ รหัส ............................ วนั เดือน ปี ท่ีทดลอง ........................................................ กลมุ่ ท่ี ................... ตอนที่ 1 การศกึ ษาสมดลุ ของ Pb(SCN)2 1. จงคานวณหาจานวนโมล/ลติ รของ Pb2+, SCN– และผลคณู ไอออน [Pb2+] [SCN–] ในแต่ ละหลอด หลงั จากทผ่ี สมสารละลายเขา้ ดว้ ยกนั หลอดที่ [Pb2+] [SCN–] [Pb2+] [SCN–]2 1 2 3 2. หลอดใดบา้ งท่ีมีตะกอน เพราะเหตุใด กาหนดให้ Ksp ของ Pb(SCN)2 ที่ 25 C มีค่า 3.2  10–8 ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3. จงเรียงลาดบั ปริมาณตะกอนที่เกดิ ข้นึ ในหลอดท้งั สามจากมากไปหานอ้ ย ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. 4. หลงั จากเกดิ ตะกอนสมบรู ณ์ และมีสมดุลเกิดข้นึ แตล่ ะหลอดจะมีค่าผลคณู ไอออน [Pb2+] [SCN–] เป็นเท่าใด ............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................

- 13 - 5. ในหลอดทดลองท่ี 1 ถงึ หลอดที่ 3 ความเขม้ ขน้ ของ SCN– จะเพ่มิ ข้ึนตามลาดบั เม่อื ถงึ ภาวะสมดลุ จงเรียงลาดบั ความเขม้ ขน้ ของ Pb2+ ในแตล่ ะหลอด ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. จงใหเ้ หตุผลทางทฤษฎเี พื่อใชส้ นบั สนุนคาตอบของท่าน ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. 6. ในการทดลองขอ้ 2. ทาไมจึงตอ้ งลา้ งกรวยกรองใหส้ ะอาด แลว้ ตอ้ งกล้วั ดว้ ยน้ากลน่ั ทกุ คร้ งั ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. 7. จากผลการทดลองขอ้ 3. ตะกอนสีเหลืองท่เี กิดข้นึ คอื สารใด ............................................................................................................................................................. จงเขยี นสมการแสดงปฏกิ ริ ิยาการเกดิ ตะกอนสีเหลือง ............................................................................................................................................................. จงเรียงลาดบั ปริมาณตะกอนสีเหลืองทีเ่ กดิ ข้นึ ในหลอดทดลองท้งั สาม ............................................................................................................................................................. ผลของการเรียงลาดบั ปริมาณตะกอนสอดคลอ้ งกบั เหตุผลทางทฤษฎี ท่ีตอบมาในขอ้ 5. หรือไม่ อยา่ งไร ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................

- 14 - ตอนท่ี 2 การคานวณหาค่า Ksp ของ Na2C2O4 คร้งั ที่ 1 คร้ังท่ี 2 1. ปริมาตร Na2C2O4 ท่ีอิ่มตวั (cm3) 2. ปริมาตร 0.020 M KMnO4 (cm3) ที่ใช้ 3. จานวนโมลของ KMnO4 ทีใ่ ช้ 4. จานวนโมลของ C2O42– ทีท่ าปฏิกริ ิยาพอดีกบั KMnO4 5. จานวนโมล/ลิตรของ C2O42– ทที่ าปฏิกิริยาพอดีกบั KMnO4 6. จานวนโมล/ลิตรของ C2O42– ในสารละลายอ่ิมตวั Na2C2O4 (มีคา่ เทา่ กบั ในขอ้ 5.) 7. จานวนโมล/ลติ รของ Na+ ในสารละลายอิ่มตวั Na2C2O4 8. Ksp ของ Na2C2O4 เพราะเหตุใดขณะไทเทรต สีบานเยน็ ของ KMnO4 จึงหายไปช้าในตอนแรก แต่ตอนหลัง สีบานเยน็ ของ KMnO4 หายไปเร็ว ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. วธิ ีคานวณ ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................

- 15 - แบบฝึ กหัด 1. ที่อณุ หภูมิ 25 C เกลือ CaF2 0.0273 กรัม ละลายได้สารละลายอ่มิ ตวั ในน้า 1 dm3 จงหา ค่า Ksp ของเกลือ CaF2 2. จงหาปริมาณการละลาย AgCN ใน 0.1 โมล/ลิตร KCN (Ksp ของ AgCN = 1.2  10–16) 3. ถ้าค่อยๆ เติมสารละลาย NaF ลงในสารละลายท่ีประกอบด้วย Ba2+ และ Ca2+ เขม้ ข้น อย่างละ 0.1 โมล/ลติ ร สารใดจะตกตะกอนออกมาก่อน กาหนดให้ Ksp ของ BaF2 และ CaF2 เท่ากับ 1.73  10–6 และ 3.95  10–11 ตามลาดบั