acid base

1 สรุปบทเรียนกรด – เบส 1 ที่สาคญั และควรเข้าใจ 1. ความรู้ท่ัวไปเกยี่ วกบั กรด-เบส 2. การเรียกชอ่ื กรด-เบส 3. ทฤษฎกี รด-เบส 4. การแตกตวั ของกรด-เบส 4.1 การแตกตัวของกรดแก่-เบสแก่ 4.2 การแตกตัวของกรดออ่ น-เบสออ่ น และค่าคงทีก่ ารแตกตวั  การเปรยี บเทยี บความแรง(ความแก)่ ของกรด-เบส  การหารอ้ ยละของการแตกตวั ของกรดออ่ น-เบสอ่อน  การหาค่าคงท่กี ารแตกตัวของกรดอ่อน (คา่ Ka) และเบสอ่อน (ค่า Kb) 5. การแตกตวั ของนา้ บรสิ ุทธ์ิ 6. การหาความเขม้ ขน้ ของ H3O+ , OH- , pH และ pOH 7. อนิ ดเิ คเตอร์สา้ หรบั กรด-เบส 7.1 สมบัติและประโยชน์ของอนิ ดิเคเตอร์ 7.2 การเลอื กใช้อนิ ดิเคเตอรส์ ้าหรบั วดั ค่า pH ของกรด-เบส 1.ความรูท้ ่ัวไปเกี่ยวกบั กรด- เบส สารละลายนอน-อิเลก็ โทรไลต์ 1.1 สารละลายอเิ ล็กโทรไลต์ ละลายน้าแล้วไมแ่ ตกตวั เป็นไอออน ละลายดว้ ยการ สารละลายอเิ ลก็ โทรไลต์ เกดิ พันธะไฮโดรเจน หรอื ไดโพล-ไดโพล กับน้า น้าไฟฟา้ ได้ เพราะแตกตวั เปน็ ไอออนบวกและลบในน้า ตัวอย่างได้แก่ สารละลายกรด สารละลายเบส และ ตวั อย่างไดแ้ ก่ แอลกอฮอล์ นา้ ตาล เปน็ ต้น สารละลายเกลอื สารละลายอิเลก็ โทรไลตแ์ ก่ = แตกตวั 100% สารละลายอิเล็กโทรไลตอ์ ่อน = แตกตัวไดเ้ ล็กน้อย 1.2 คุณสมบัติท่ัวไปของสารละลายของกรด –เบส เบส 1. เปล่ียนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้า กรด 1. เปล่ยี นสกี ระดาษลติ มัสจากน้าเงนิ เป็นแดง เงิน 2. ทา้ ปฏกิ ริ ิยากบั โลหะบางชนดิ 2. ไมท่ ้าปฏกิ ริ ยิ ากับโลหะที่อณุ หภูมปิ กติ 3. ทา้ ปฏิกริ ิยากบั กรดไดเ้ กลือกับนา้ เชน่ Mg , Zn ได้ก๊าซ H2 4. ตม้ กับสารละลายแอมโมเนียมคลอไรด์ 3. ทา้ ปฏกิ ริ ิยากบั เบสได้เกลอื กบั น้า 4. ทา้ ปฏิกิริยากบั คาร์บอเนต( CaCO3 ) ( NH4Cl) จะได้กา๊ ซแอมโมเนยี (NH3) 5. น้าไฟฟ้าได้ หรือ โซเดียมไบคารบ์ อเนต( NaHCO3) จะไดก้ า๊ ซ CO2 5. น้าไฟฟ้าได้

2 1.3 ประเภทของกรด –เบส 1. กรดอนิ ทรีย์ หมายถึงกรดทีม่ หี มู่คาร์บอกซลิ ( COOH) หรอื ซัลโฟนิล ( -SO3H) เชน่ กรดฟอร์มิก( HCOOH) , กรดแอซิตกิ (CH3COOH) , กรดเบนซีลซลั โฟนกิ (C6H5SO3H) 2. กรดอนินทรีย์ หมายถึงกรดทเ่ี กดิ จากสิ่งไม่มีชวี ติ แบ่งได้ 2 ประเภท 2.1 กรดไฮโดร (Hydro acid ) คือ กรดทปี่ ระกอบด้วยธาตไุ ฮโดรเจนกบั อโลหะอื่นที่ไม่ใช่ออกซิเจน เช่น HF , HBr , HCl , HCN , H2S , HI 2.2 กรดออกซหี รือออกโซ(Oxy acid or Oxo acid) คือกรดทปี่ ระกอบดว้ ยธาตุไฮโดรเจน ออกซิเจนและ อโลหะอนื่ เช่น H2CO3, H2SO4, HNO3, H2PO4 ประเภทของเบส 1. อินทรีย์เบส คือเบสทไ่ี ด้จากส่ิงมชี วี ิต เช่น NH3 2. อนินทรีย์เบส คอื เบสทีไ่ ดจ้ ากสง่ิ ไมม่ ชี ีวติ ไดแ้ กเ่ บสทเี่ ป็นสารประกอบไฮดรอกไซด์ เชน่ KOH , NaOH 2. การเรยี กชอ่ื กรด-เบส ชื่อ ชอ่ื กรด HF HCl HBr H2CO3 HNO2 HClO HClO2 HClO3 HClO4 เบส NaOH Ba(OH)2 Ca(OH)2 Al(OH)3 NH4OH

3 3. ทฤษฎีกรด – เบส 3.1 ทฤษฎีกรด-เบสของอารเ์ รเนียส  กรดหมายถงึ สารท่ลี ะลายน้าแล้วแตกตัวใหไ้ ฮโดรเจนไอออน(H+) เชน่ HCl เพราะแตกตัวให้ H+  เบสหมายถงึ สารท่ีละลายนา้ แล้วแตกตัวใหไ้ ฮดรอกไซด์ (OH-) เชน่ NaOH เพราะะแตกตัวให้ OH- 3.2 ทฤษฎกี รด-เบสของลิวอสี กรดหมายถงึ สารท่สี ามารถรบั อิเล็กตรอนคโู่ ดดเด่ยี วจากสารอื่น เบสหมายถึง สารทสี่ ามารถใหอ้ ิเล็กตรอนคูโ่ ดดเดยี่ วกบั สารอืน่ 3.3 ทฤษฎกี รด-เบสของเบรินสเตต-ลาวรี  กรดหมายถงึ สารท่ใี หโ้ ปรตอน(H+) แกส่ ารอื่นได้ เชน่ CH3COOH เปน็ กรด เพราะเมอื่ ละลายน้าแล้วสามารถใหโ้ ปรตอนกบั H2O ได้ ดงั สมการ CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ กรด เบส เบส กรด *สารทจ่ี ะเปน็ กรดเบรนิ สเตต-ลาวรไี ด้จะต้องมี H ทแี่ ตกตัวง่าย คอื เปน็ สารที่ H เกดิ พนั ธะกับสารที่ EN สงู  เบสหมายถงึ สารทร่ี ับโปรตอน(H+) จากสารอ่ืนได้ NH3 + H2O NH4+ + OH- เบส กรด กรด เบส *สารที่จะเปน็ เบสเบรินสเตต-ลาวรีได้จะตอ้ งมอี เิ ลก็ ตรอนคโู่ ดดเด่ยี ว ไม่เปน็ บวก คกู่ รด – เบส คือสารท่ีมจี ้านวนโปรตอนตา่ งๆ กนั อยู่ 1 โปรตอน CH3COOH เปน็ คกู่ รดของ CH3COO- เชน่ คู่กรด - เบส H2O เป็นคเู่ บสของ H3O+ CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ กรด เบส คกู่ รด-เบส เบส กรด จงเขียนปฏกิ ิรยิ าระหวา่ งกรดกับเบส ตามทฤษฏีเบรนิ สเตต-ลาวรี และระบุคู่กรด คเู่ บส

4 1. HCl(aq) + H2O(l) ...................................... + ........................................... ............... ............... ..................... ..................... 2. เมื่อ HN4Cl(s) ละลายน้าจะเกดิ ปฏิกิรยิ าดงั นี้ HN4Cl(s) H2O ..................... + ..................... NH4+(aq) ทีเ่ กดิ ข้ึนจะให้โปรตอนแกน่ ้าดังสมการ NH4+(aq) + H2O(l) ...................................... + ........................................... ............... .............. ..................... ..................... 3.NH3 + H2O(l) ................................... + ......................................... ............. .............. ..................... ..................... 4.เมอ่ื NaHCO3(s) ละลายนา้ จะเกิดปฏกิ ิรยิ าดงั น้ี NaHCO3(aq) H2O ..................... + ..................... HCO3-(aq) ทเ่ี กดิ ขึน้ จะรับโปรตอนจากน้าดังสมการ HCO3-(aq) + H2O(l) ...................................... + ........................................... ............... .............. ..................... ..................... สารที่เปน็ ได้ทัง้ กรดและเบส (แอมฟิโปรตกิ หรอื สารแอมโฟเทอรกิ ) เช่น H2O 4. การแตกตัวของกรด-เบส 4.1 การแตกตวั ของกรดแก่- เบสแก่ กรดแก่ เชน่ HCl , HNO3 , H2SO4 , HBr , HI , HClO4 เบสแก่ เชน่ LiOH , NaOH , KOH , Ca(OH)2 , Ba(OH)2 สอบเขยี น กรดแก่ – เบสแก่ 5 คะแนน

5 กรดแก่และเบสแก่แตกตัวได้ 100 % ตวั อย่างสมการการแตกตัวของกรด HCl เขม้ ขน้ 2 mol/l ไฮโดรเนียมไอออน HCl + H2O H3O+ + Cl-  จากสมการอธิบายได้ว่า HCl เขม้ ขน้ 2 mol/l แตกตวั ให้ เข้มข้น H3O+ 2 mol/l ตัวอยา่ งสมการการแตกตวั ของ NaOH เขม้ ข้น 3 mol/l ไฮดรอกไซดไ์ อออน NaOH Na+ + OH-  จากสมการอธิบายได้ว่า NaOH เข้มข้น 3 mol/l แตกตวั ให้ H3O+ เข้มขน้ 2 mol/l ประโยชน์ของกรด – เบสในชวี ติ ประจาวนั ไดแ้ ก่ ทา้ แบตเตอรี่, ทา้ ปุ๋ย, ท้าวตั ถรุ ะเบดิ นา้ ยาลา้ งห้องน้า, ท้าสบ,ู่ สีย้อม, การถลุงโลหะ ผลติ ผงชูรส, ใชล้ ้างท่อน้าอุดตนั , ทา้ สบู่ ยาลดกรดในกระเพาะอาหาร ดมแก้ลม วงิ เวียนศีรษะ ทา้ ปุย๋ , ท้าส,ี ผลิตพลาสติก, ท้าวัตถุระเบิด ตวั อย่างการคานวณเรือ่ งการแตกตัวของกรดแกเ่ บสแก่ 1. กรดไนตริก (HNO3) เป็นกรดแก่ ถ้ากรดน้ี 0.3 โมล ละลายในน้า 600 cm3 ความเขม้ ขน้ ของไฮโดรเนยี มไอออน (H3O+) เปน็ ก่โี มลต่อลกู บาศก์เดซเิ มตร วิธที า กรดแก่ แตกตัว 100% HNO3(l) + H2O(l) H3O+(aq) + NO3-(aq) จากสมการ HNO3 1 mol แตกตวั ให้ H3O+ = 1 mol ดงั น้นั HNO3 0.3 mol แตกตัวให้ H3O+ = 0.3 mol ………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………… …………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………… ……………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………… …………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………… …………………………..………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………… …………………..………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………… …………..………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………………………………… ……………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………

6 แบบทดสอบย่อย ข้อ 1 จงเขียนสมการแสดงการแตกตวั ในนา้ ของสารตอ่ ไปน้ี และบอกด้วยวา่ ในสารละลายมีไอออน และโมเลกุลชนิดใดบ้าง ก. กรด HClO เปน็ อเิ ลก็ โทรไลตอ์ ่อน ข. Ba(OH)2 เปน็ อเิ ล็กโทรไลต์แก่ ข้อ 2 สารตัง้ ต้นในสมการต่อไปนี้ สารใดเปน็ กรดและสารใดเป็นเบส ตามทฤษฏีกรด-เบสอารเ์ รเนียส และ หรอื ทฤษฏีกรด-เบสเบรินสเตต-ลาวรี ก. HF(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + F-(aq) ข. HSO4-(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + SO42-(aq) ข้อ 3 จงบอกคเู่ บสของ HIO4 ข้อ 4 ถ้านา NaOH จานวน 8 กรัม ละลายในนา้ กลนั่ จนไดป้ รมิ าตร 400 cm3 สารละลายมีความเข้มขน้ เทา่ ใด และถ้าเติมนา้ กลน่ั ลงไปอกี 100 cm3 สารละลายที่ไดใ้ หม่นีม้ ีไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) เขม้ ขน้ ก่ี โมล/ลิตร (กาหนด Na=23, O=16, H=1)

7 4.2 การแตกตัวของกรดอ่อน-เบสอ่อนและการหาคา่ คงท่ีการแตกตัว 4.2.1 การพจิ ารณาเปรียบเทยี บความแรงของกรดและเบส พิจารณาจาก 1. ร้อยละการแตกตัว การเปรียบเทียบร้อยละการแตกตวั ของสารจะตอ้ งเปรยี บเทียบท่ีอณุ หภมู เิ ดยี วกนั สารทเ่ี มือ่ ละลายน้า แล้วแตกตัวเป็นไอออนได้(นา้ ไฟฟา้ ได้) เรียกวา่ สารละลายอเิ ลก็ โทรไลต(์ Electrolyte) ถ้าแตกตวั ไดไ้ ด้ดเี รยี กวา่ อิเลก็ โทรไลต์แก่ (Strong Electrolyte) ทง้ั กรดและเบสต่างก็เป็น ถา้ แตกตวั ไดน้ อ้ ย เรยี กวา่ อเิ ล็กโทรไลตอ์ ่อน (weak Electrolyte) สารละลายอิเล็กโทรไลต์ กรด กรดที่มรี อ้ ยละการแตกตัวมากกวา่ จะเป็นกรดทมี่ ีความแรงมากกวา่ (เปน็ กรดทแ่ี กม่ ากกว่า) เบส เบสที่มรี ้อยละการแตกตัวมากกวา่ จะเปน็ เบสท่มี ีความแรงมากกว่า(เปน็ เบสทแี่ ก่มากกว่า) 2. คา่ Ka และค่า Kb กรด ถ้าค่า Ka มากจะเปน็ กรดทม่ี ีความแรงมากกวา่ หรอื เป็นกรดท่แี กม่ ากว่า เบส ถา้ ค่า Kb มากจะเปน็ เบสท่ีมคี วามแรงมากกวา่ หรือเปน็ เบสท่ีแก่มากกวา่ 3. ถา้ ไม่ทราบค่าร้อยละการแตกตวั และไมท่ ราบค่า Ka และ Kb กรดทสี่ ามารถให้ H+ ไดด้ จี ะเปน็ กรดที่แรงมากกวา่ 1. กรดไฮโดร เชน่ HF, HCl , HBr , HI ใหพ้ ิจารณาจากค่า EN ของอโลหะ จะเห็นได้ว่า ค่า EN ของ F > Cl > Br > I ดังนัน้ กรด HF จงึ เปน็ กรดทีใ่ ห้ H+ ไดน้ ้อยท่สี ดุ ดังนน้ั เมือ่ เปรียบเทียบความแรงของกรดจะเรียงล้าดบั ได้ดงั นี้ HI > HBr > HCl > HF 2. กรดออกโซ (H-O-Z) เมือ่ Z คืออโลหะ เช่น HOCl , HOBr , HOI ความแรงของกรดจะเพ่มิ ขนึ้ เม่อื ค่า EN อโลหะเพิ่มขึ้น ดังนน้ั HOCl > HOBr > HOI กรณที ่ีกรดออกโซมี Z เปน็ ธาตุชนดิ เดยี วกัน ความแรงของกรดจะเพ่มิ ขึ้นตามจานวนออกซเิ จน เช่น HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO 4.2.2 การหาร้อยละของการแตกตวั ของกรดอ่อนและเบสอ่อน 1. การหาเปอรเ์ ซน็ ต์การแตกตัว(%) กรณีท่ี 1 ถ้าโจทย์ก้าหนด คา่ pH หรอื pOH และความเขม้ ขน้ มาให้ สามารถหา % การแตกตัวได้จาก สาหรบั กรดออ่ น สาหรับเบสอ่อน - pH - pOH % การแตกตวั = 100x10 % การแตกตัว = 100x10 CC กรณีที่ 2 ถา้ โจทยก์ า้ หนดให้ คา่ Ka และความเขม้ ขน้ มาใหส้ ามารถหา % การแตกตวั ไดจ้ ากสูตร สาหรับกรดออ่ น สาหรับเบสอ่อน % การแตกตวั = 100 KaC % การแตกตัว = 100 KbC CC

8 ท่ีมาของสตู ร ขัน้ ที่ 1 ต้องหา [H3O+] [CH3COOH] [ CH3COO-] ท่ีสภาวะสมดลุ ถ้า [CH3COOH] เริ่มต้น = C mol/l จะหา H3O+(aq) + CH3COO-(aq) จาก CH3COOH (aq) + H2O(l) - [เริ่ม] C - - [เปลีย่ น] -X + X +X [สมดุล] C-X XX ดังน้นั ท่ีสมดุล [H3O+] = X mol/l; [CH3COOH] = C – X mol/l; [CH3COO-] = X mol/l นา้ [H3O+] [CH3COOH] [CH3COO-] ทส่ี มดุลไปแทนค่าในสมการ Ka = [H3O+][ CH3COO-] [CH3COOH] จะได้ Ka = X2 C–X ถา้ C > 1000 จะประมาณคา่ C-X  C ได้ (เพราะกรดออ่ นแตกตัวไดน้ อ้ ย ดังนั้นจึงตดั X ทิง้ ได้) Ka จะได้ Ka = X2 C จะได้ X = KaC หรอื ความเขม้ ข้นของ [H3O+] = KaC หมายเหตุ ถ้า C < 1000 จะประมาณค่า C-X  C ไมไ่ ด้ Ka ข้ันที่ 2 เทยี บบญั ญตั ิไตรยางศ์หาร้อยละการแตกตัว จาก CH3COOH เขม้ ข้น C mol/l แตกตวั ให้ [H3O+] = Ka C ถา้ CH3COOH เข้มข้น 100 mol/l จะแตกตัวให้ [H3O+] = 100 Ka C C ตวั อยา่ งที่ 1 สารละลายกรด CH3COOH เข้มขน้ 1.0 mol/l ปรมิ าตร 1 ลติ ร มคี า่ Ka = 1.8 x 10-5 จะแตกตัวได้ก่ี% จาก CH3COOH (aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CH3COO-(aq) วธิ ีที่ 1 ข้ันที่ 1 หา [H3O+] [CH3COO-] [CH3COOH] ที่สภาวะสมดุล สมมตุ ใิ ห้ CH3COOH แตกตวั ให้ H3O+ และ CH3COO- X โมล ดังน้ันท่ีสภาวะสมดลุ [H3O+] = X mol/l , [ CH3COO-] = X mol/l , CH3COOH = 1-X mol/l จากสูตร Ka = [H3O+][ CH3COO-] [CH3COOH] จะได้ 1.8 x 10-5 = (X) (X) (1-X)

9 1.8 x 10-5 = X2 เพราะว่า C/Ka > 1000 1 X2 = 1.8 x 10- 5 ดงั นัน้ X = 4.24 x 10- 3 ข้นั ที่ 2 หาร้อยละการแตกตัว กรด CH3COOH เข้มข้น 1.0 mol/l แตกตัวได้ 4.24 x 10-3 mol/l ถา้ กรด CH3COOH เข้มขน้ 100 mol/l จะแตกตัวได้ = 100 x (4.24 x 10-3) ดังนั้นกรด CH3COOHแตกตวั ได้รอ้ ยละ 0.424 วธิ ที ่ี 2 ใช้สูตร รอ้ ยละการแตกตัว (%) = 100 KaC C (1.8x 10 5 )x 1.0 = 100 1.0 = 0.424 ตวั อย่างที่ 2 สารละลายกรดอ่อนชนิดหน่งึ เขม้ ขน้ 0.15 M มคี ่าการแตกตวั เทา่ กบั 1.3 % จงหาคา่ Ka ………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………… …………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………… ……………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………….………………………………………… ……………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………. 4.2.3 การหาคา่ คงทีก่ ารแตกตัวของกรดออ่ น (Ka) และเบสอ่อน (Kb) 1. การหาค่า Ka กรดอ่อนแตกตวั ได้ไมห่ มด ดังน้ันจงึ เกิดการผนั กลบั หรอื เกิดสภาวะสมดุล เช่น CH3COOH (aq) + H2O (l) H3O+(aq) + CH3COO-(aq) Ka = [H3O+][ CH3COO-] [CH3COOH] หรอื [H3O+][CH3COO-] = Ka [CH3COOH] เมือ่ [H3O+] = [CH3COO-] จะได้ [H3O+]2 = Ka [CH3COOH] ดงั น้นั Ka = [H3O+]2 [CH3COOH]

10 หรอื [H3O+] = Ka C a เมอื่ โจทย์ก้าหนดค่าร้อยละการแตกตัวมาให้จะหาค่า Ka จากสตู ร Ka = %2C 104 ซง่ึ แปลงมาจากสูตร รอ้ ยละการแตกตัว (%) = 100 KaC C ตวั อยา่ ง การหาค่า Ka ถ้าค่ากรด CH3COOH เขม้ ขน้ 0.001 mol/l ปริมาตร 1 ลติ ร แตกตัวได้ 0.02 % จงค้านวณหาค่า Ka วธิ ีที่ 1 เทยี บหาความเข้มขน้ ของ[H3O+] , [ CH3COO-] และ [CH3COOH] ทส่ี ภาวะสมดลุ จากร้อยละการ แตกตวั ท่โี จทยก์ ้าหนดให้แลว้ แทนค่าในสมการสภาวะสมดลุ ข้ันท่ี 1 หา [H3O+] , [ CH3COO-] และ [CH3COOH] ที่สภาวะสมดลุ CH3COOH (aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CH3COO-(aq) - เร่มิ 0.001 - 2 x 10- 7 เปล่ียน 2 x 10- 7 2 x 10- 7 2 x 10- 7 สมดลุ 0.001 – (2 x 10-7) 2 x 10- 7 = 1 x 10- 3 *อนุโลมใหเ้ พราะแตกตวั น้อยมาก ขัน้ ที่ 2 แทนค่า [H3O+], [CH3COO-] และ [CH3COOH] ลงในสมการสภาวะสมดุลเพ่ือหาค่า Ka สมการสภาวะสมดุลคอื Ka = [H3O+][ CH3COO-] [CH3COOH] เมือ่ แทนคา่ จะได้ Ka = (2 x 10- 7)2 (1 x 10- 3) = 2.0 x 10- 11 วิธที ่ี 2 ใช้สูตร Ka = %2C จากสตู ร 104 แทนคา่ ในสูตรจะได้ Ka = (0.02)2 x 0.001 104 Ka = 2.0 x 10- 11

11 2. การหาคา่ Kb เบสอ่อนแตกตัวได้ไม่หมด ดังน้นั จึงเกดิ การผันกลบั หรือเกดิ สภาวะสมดุลได้ เช่น NH3 (aq) + H2O(aq) NH4OH(aq) + OH-(aq) จากสตู ร Kb = [NH4OH][ OH ] สูตร [NH3 ] Kb = [OH-] 2 จะได้ [NH4OH][OH-] = Kb [NH3] ; ถ้าให้ [OH-] =[NH4OH] Cb ดังน้ันจะได้ [OH-] 2 = Kb [NH3] Kb = [OH-] 2 Kb = %2C [NH3] 104 3. การคานวณหา Ka และ Kb โดยอาศยั Kw H3O+ (aq) + CH3COO-(aq) CH3COOH (aq) + H2O (l) Ka = [H3O+][ CH3COO-] [CH3COOH] CH3COO-(aq) + H2O (l) OH-(aq) + CH3COOH(aq) Kb = [CH3COOH] [OH-] [CH3COO-] ถา้ นา้ ค่า Ka คูณ Kb จะได้ Ka. Kb = [H3O+][ CH3COO-][CH3COOH] [OH-] [CH3COO-] [CH3COOH] จะได้ Ka. Kb = [H3O+] [OH-] โดยท่ี [H3O+] [OH-] = Kw จะได้ Ka. Kb = Kw 2. การแตกตัวของน้าบริสุทธ์ิ 1. คา่ Kw ของน้า H2O + H2O H3O+ + OH- Kw = [H3O+][OH-] คา่ Kw ท่ีอณุ หภูมหิ ้องของนา้ บรสิ ทุ ธเ์ิ ทา่ กับ 10 -14 หมายความว่า [H3O+][OH-] = 10 -14 แต่ [H3O+]=[OH-] ดงั นั้น [H3O+] = 10- 7 และ [OH-] = 10- 7

12 2. การหาค่า pH และ pOH ของน้า 2.1 pH = -log [H3O+] จาก pH = -log [H3O+] เมือ่ [H3O+] ของน้า = 10- 7 จะได้ pH = -log(10- 7) ดงั น้ัน pH = 7 2.2pOH = -log[OH-] จาก pOH = -log[OH-] เมือ่ [OH-] = 10- 7 จะได้ pOH = -log(10-7) ดังนั้น pOH = 7 3. การหา [H3O+] , [OH- ] , pH และ pOH ของสารละลาย 1. หา [H3O+] และ [OH- ] เม่ือโจทย์กาหนดร้อยละการแตกตวั มาให้ จากสูตร Ka = %2C และจากสตู ร [H3O+] = Ka C a 104 แปลงสตู รจะได้ [H3O+] = %C สา้ หรับกรด 102 [OH-] = %C สา้ หรบั เบส 102 2. เม่อื โจทยก์ าหนดค่า Ka หรือ Kb หา [H3O+] และ [OH- ] ไดจ้ าก [H3O+] = Ka C a ส้าหรับกรด - Kb Cb ส้าหรบั เบส [OH ] =

13 3. การหา pH และ pOH pH = -log[H3O+] หรอื [H3O+] - pH = 10 pOH = -log[OH-] หรอื [OH-] = 10- pOH [H3O+][OH-] = 10- 14 pH + pOH = 14 ตัวอย่างที่ 1 ละลาย NaOH 0.40 กรมั ในนา้ 100 ลกู บาศกเ์ ซนตเิ มตร สารละลายทไี่ ดจ้ ะมคี ่า pH ประมาณ เทา่ ใด ตัวอย่างที่ 2 สารละลายกรด HCN เขม้ ข้น 2.5 x 10-1 mol/l จะมีคา่ pH เท่าใด( Ka = 4 x 10-10) ตัวอยา่ งที่ 3 กรด HA เข้มข้น 0.01 mol/dm3 แตกตัวไดร้ ้อยละ 2 คา่ คงทสี่ มดลุ ของกรดนม้ี ีคา่ เทา่ ใด ตวั อยา่ งท่ี 4 สารละลายแอมโมเนยี ที่มีความเขม้ ขน้ 0.02 mol/dm3 มคี วามเขม้ ขน้ ของ OH- เทา่ ใด ก้าหนด Kb ของ NH3 เทา่ กับ 1.8 x 10-5

14 4. อินดิเคเตอรส์ าหรับกรด – เบส 4.1สมบตั แิ ละประโยชน์ของอนิ ดเิ คเตอร์ ความหมายและสมบตั ิ อินดเิ คเตอร์ (Indicator) เป็นตวั ชี้วดั คา่ อะไรบางอยา่ ง เช่นเกยว์ ัดความ รอ้ นของรถเปน็ อินดเิ คเตอรบ์ อก ความ ร้อน ซงึ่ อนิ ดเิ คเตอร์สา้ หรบั กรดเบสเปน็ ตัวทค่ี อยบอกว่าสารทท่ี ดสอบนนั้ มคี า่ ความเปน็ กรด-เบสอยา่ งไร อินดิเคเตอร์ส่วนใหญจ่ ะเปน็ สารที่มสี ี ซงึ่ สีของอินดเิ คเตอร์จะเปล่ียนไปเมื่อคา่ pH ของสารเปลย่ี นไป อนิ ดเิ ค เตอรต์ ัวหนงึ่ ทีเ่ ราคุ้นเคยก็คือกระดาษลิตมัส ซึง่ ถ้าสารทีท่ ดสอบเปน็ กรดจะเปล่ียนจากกระดาษลิตมสั สนี ้าเงินเปน็ แดง เชน่ อนิ ดิเคเตอร์ชนดิ หนง่ึ pH = 1 – 5 มสี ีเหลอื ง , pH = 10 - 14 มีสีชมพู แสดงว่าเมื่อน้าอนิ ดิเคเตอร์ช นิดนไี้ ปทดสอบกับสารแล้วใหส้ ชี มพู แสดงวา่ สารน้นั มีค่า pH อย่รู ะหวา่ ง 10 – 14 นอกจากน้ียงั สามารถสกัดอนิ ดเิ คเตอรบ์ างชนดิ จากพืชด้วยนา้ เช่น ขมน้ิ ชัน , กะหล้่าสีม่วง , กหุ ลาบ , อัญชนั กระเจ๊ยี บ , ดาวเรือง ประโยชน์ 1. ใชบ้ อกค่า pH ของสารโดยการเทียบสวี า่ สีนต้ี รงกับค่า pH ช่วงใด 2. ใชบ้ อกจดุ ยตุ ิส้าหรับการไทเทรตกรด-เบส โดยจะดูจากการที่อนิ ดิเคเตอรเ์ ปล่ียนสี 4.2การเลือกใช้อินดิเคเตอร์สาหรบั วดั ค่า pH ของกรด – เบส อนิ ดเิ คเตอร์ ช่วง pH ของการเปลยี่ นสี สที ่เี ปล่ียน Thymol blue 1.2 – 2.8 แดง - เหลอื ง Methyl yellow 2.9 – 4.0 แดง - เหลือง Congo red 3.0 – 5.0 น้าเงนิ - แดง Methyl orange 3.1 - 4.4 แดง - เหลอื ง Bromocresol green 3.8 - 5.4 เหลอื ง - นา้ เงนิ Methyl red 4.2 – 6.2 แดง - เหลอื ง Litmus 5.0 – 8.0 แดง - น้าเงิน Bromocresol purple 5.2 – 6.8 เหลือง - มว่ ง Bromothymol blue 6.0 -7.6 เหลือง - น้าเงนิ Phenol red 6.8 – 8.4 เหลอื ง - แดง Cresol purple 7.3 – 9.0 เหลอื ง - มว่ ง Thymol biue 8.0 – 9.6 เหลือง - น้าเงิน Phenolphthalein 8.3 – 10.0 ไม่มีสี - แดง Thymolphthalein 9.3 – 10.5 ไม่มีสี - นา้ เงนิ Alizarin yellow 10.3 – 12.1 เหลือง - แดง จากตารางช่วงการเปลีย่ นสีของอินดเิ คเตอร์ เชน่ Phenolphthalein ช่วง pH 8.3 – 10.0 ชว่ งการเปลย่ี นสคี อื ไม่มสี ี – แดง อธบิ ายได้วา่ 1. ถา้ หยด Phenolphthalein ลงในสารละลายที่มี pH น้อยกว่า 8.3 จะสงั เกตเหน็ สขี องสารละลายไมม่ ีสี 2. ถา้ หยด Phenolphthalein ลงในสารละลายทม่ี ี pH มากกวา่ 10 จะสังเกตเหน็ สขี องสารละลายเป็นสแี ดง 3. ถ้าหยด Phenolphthalein ลงในสารละลายท่มี ี pH อยรู่ ะหว่าง 8.3 – 10 จะสงั เกตเหน็ สขี องสารละลายเป็นสี แดงจางๆ

ตวั อยา่ ง 15 อนิ ดิเคเตอร์ สีของอินดิเคเตอร์ เม่ือทดสอบกบั สารตา่ งๆ A BC D E pH = 2 pH = 5 pH = 8 pH = 11 pH = 9 Bromothymol blue Methyl orange Phenol red Bromocresol green Methyl red แบบฝึกหดั ทบทวน 1. จงหาความเข้มข้น ของ OH– ของสารละลาย (a) 0.45 M HBr [คาตอบ 2.2 × 10–14 M] (b) 0.0105 M HClO3 [คาตอบ 9.5 × 10–13 M] (c) 13.8 g HBr ในสารละลาย 675 mL [คาตอบ 4.0 × 10–14 M] 2. จงหาความเข้มข้น ของ OH– ของสารละลาย (a) 0.045 M KOH [คาตอบ 2.2 × 10–13 M] (b) 0.0105 M Sr(OH)2 [คาตอบ 4.76 × 10–13 M] (c) 0.2505 g Ba(OH)2 ในสารละลาย 100 mL [คาตอบ 8.55 × 10–13 M] 3. สารละลายของ HNO3 มี pH = 3.52 จงหาโมลารติ ขี องสารละลายน้ี [คาตอบ 3.0 × 10–4 M] 4. สารละลายของกรดหน่งึ โปรตอน ความเข้มขน้ 0.0750 M สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ 1.07% จงหา pH ของสารละลายและจงหา Ka ของกรดน้ี [คาตอบ pH = 3.096, Ka = 8.67 × 10–6] 5. จงหาค่า Ka ของสารละลายกรดบิวทาโนอิก (กรดหนง่ึ โปรตอน) มี pH = 0.025 M [คาตอบ Ka = 1.6 × 10–5] 6. จงหา pH ของสารละลาย HF (Ka = 7.2 × 10–4) ทม่ี ีความเข้มข้น 0.33 M [คาตอบ 1.82] 7. จงหาเปอร์เซ็นตก์ ารแตกตัวเปน็ ไอออนของสารละลายกรดฟอร์มกิ (HCOOH) ทมี่ ีความเข้มข้น 0.0425 M [คาตอบ 6.4%] 8. จงคานวณ [OH–], เปอร์เซ็นต์การแตกตวั เป็นไอออน และ pH ของ (a) 0.15 M NH3 (Kb = 1.8 × 10–5) [คาตอบ [OH–] = 1.6 × 10–3 M, 1.1%, pH = 11.20] (b) 0.15 M CH3NH2 (Kb = 5.0 × 10–4) [คาตอบ [OH–] = 8.4 × 10–3 M, 5.9%, pH = 11.92] 9. จงคานวณ H3O+, OH–, HSeO4– และ SeO42– ในสารละลาย 0.15 M H2SeO4 [คาตอบ [H3O+] = 0.16 M, [OH–] = 6.2 × 10–14 M, [HSeO4–] = 0.14 M, [SeO42–] = 0.01 M]

16 10. เกลอื ในข้อใดท่ีเกดิ จากเบสแก่กบั กรดแก่ (a) Na3PO4 (b) K2CO3 (c) LiF (d) BaSO4 (e) NaClO3 [คาตอบ (d), (e)] 11 จากคาถามขอ้ 10 เมื่อนาเกลอื แต่ละชนดิ ไปละลายน้า จงบอกว่าสารละลายมีฤทธ์ิเป็นกรด กลาง หรอื เบส

17

18

19 สรปุ บทเรียนกรด – เบส 2 ท่สี าคัญและควรเข้าใจ 8. ปฏิกริ ิยาของกรดและเบส 8.1 ปฏกิ ิริยาระหว่างกรดกับเบส 8.2 ปฏิกิริยาของกรดหรอื เบสกับสารบางชนดิ 8.3 ปฏิกริ ยิ าไฮโดรลซิ ิส 8.4 ประโยชนข์ องเกลอื 9. การไทเทรตกรด-เบส 9.1 การค้านวณหาความเขม้ ขน้ ของสารละลายกรดและสารละลายเบสโดยอาศยั ขอ้ มูลจากการไทเทรต 9.2 การหาจดุ สมมลู ของการไทเทรตจากกราฟของการไทเทรตกรด-เบส 9.3 อนิ ดิเคเตอร์กับการไทเทรตกรด-เบส 9.4 การหาปรมิ าณของสารด้วยวิธีการไทเทรต 10. สารละลายบฟั เฟอร์ 10.1 การเตรยี มสารละลายบัฟเฟอร์ 10.2 สมบัติของสารละลายบัฟเฟอร์ 10.3 การคา้ นวณหา pH ของสารละลายบัฟเฟอรท์ ปี่ ระกอบด้วยกรดอ่อนและเกลอื ของกรดน้นั 10.4 การคา้ นวณหา pH ของสารละลายบฟั เฟอร์ท่ีประกอบดว้ ยเบสออ่ นและเกลือของเบสนนั้ 10.5 การเตรียมสารละลายบัฟเฟอรท์ ีท่ ราบคา่ pH 10.6 ตวั อย่างสารละลายบฟั เฟอรใ์ นธรรมชาติ 11. แนวขอ้ สอบเร่ือง กรด-เบส __________________________________________________________________________ 8. ปฏกิ ิริยาของกรดและเบส 8.1 ปฏกิ ริ ยิ าระหวา่ งกรดกับเบส จะเกดิ การให้และรับโปรตอนระหว่างกัน โดยกรดกับเบสท้าปฏิกิรยิ ากนั จะไดผ้ ลติ ภณั ฑเ์ ปน็ เกลือกบั น้า HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) ในบางคร้ังอาจไมม่ นี า้ เกิดขึ้น แตไ่ ดเ้ กลอื เพียงอย่างเดียว ไม่เกิดน้า เชน่ NH3(aq) + HCl(aq) NH4Cl(aq) ** ปฏกิ ิรยิ าที่ H+ รวมกับ OH- เกดิ เปน็ น้าเรยี กว่า “ปฏิกิรยิ าสะเทิน” ในการทาปฏิกริ ยิ าระหวา่ งกรดกับเบสได้เกลอื เกลือนนั้ อาจละลายน้าไดด้ ี หรอื ละลายนา้ ได้ยาก ถ้าหาก ละลายน้าไดย้ ากก็จะทาใหน้ าไฟฟ้าไดน้ อ้ ยลง คาถาม? ทาไมเมื่อได้เกลอื ทไ่ี ม่ละลายนาจึงทาใหน้ าไฟฟ้าได้น้อยลง ...................................................................................................................... .......................................................................... ............................................................................................................................. ........................................................ ...........

20 8.2 ปฏิกิริยาของกรดหรือเบสกบั สารบางชนิด  กรดสามารถทาปฏกิ ริ ิยากับโลหะท่วี ่องไว ได้ เกลือ และ แกส๊ ไฮโดรเจน H2SO4(aq) + Na ………………. + ………………  กรดทาปฏิกิริยากบั สารประกอบคารบ์ อเนตหรอื ไฮโดรเจนคารบ์ อเนตได้เกลอื น้า และแกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ HCl(aq) + CaCO3(aq) ………………… + ………………… + ………………. **** นักเรยี นทาแบบฝกึ หัด 8.6 หนา้ 180 การตดั ดว้ ยนา้ 8.3 ปฏิกริ ิยาไฮโดรลิซสิ หมายถงึ ปฏิกิริยาระหว่างสารใด ๆ กบั น้าแล้วเกดิ สารใหม่  ปฏิกริ ิยาไฮโดรลิซิสของเกลอื เมอ่ื ละลายน้าจะได้ HCl เม่อื ละลายน้าจะได้ NaOH NaCl เมอ่ื เกลอื ละลายในนา้ จะมสี มบตั เิ ปน็ กรด หรอื เบส หรอื เป็นกลางได้ ดังน้ี ชนิดของเกลอื เกดิ จาก มีคณุ สมบัตเิ ป็น กรด เกลอื กรด กรดแก่ กบั เบสออ่ น เบส เช่น NH4Cl, NH4Br กรดอ่อน กับ เบสแก่ เกลอื เบส กลาง เชน่ NaCN, Na2CO3, K2S, CH3COONa กรดแก่ กับ เบสแก่ เกลอื กลาง เชน่ NaCl, KNO3, BaCl2, NaClO4  เกลอื กลาง ไม่เกิดปฏกิ ริ ิยาไฮโดรลิซสิ เพราะไอออนจากเกลือไม่ทาปฏกิ ิริยากบั น้า (แตกตวั 100%) ดังนน้ั ปรมิ าณ H+ และ OH- ที่เกดิ จากการแตกตวั ของน้ายงั คงเทา่ เดิม จึงมีสมบัติเป็นกลาง ตวั อยา่ ง ผสมสารละลาย NaOH เขม้ ข้น 0.25 mol/dm3 จานวน 250 cm3 กบั สารละลาย HNO3 เขม้ ขน้ 0.5 mol/dm3 จานวน 200 cm3 ในสารละลายผสมมเี กลือเข้มขน้ เทา่ ใด และสารละลายผสมมี pH เทา่ ใด วิธที า สารละลาย NaOH 1,000 cm3 มเี น้อื สาร NaOH อยู่ = 0.25 mol สารละลาย NaOH 250 cm3 มเี นือ้ สาร NaOH อยู่ = 0.0625 mol สารละลาย HNO3 1,000 cm3 มีเนอ้ื สาร HNO3 อยู่ = 0.5 mol สารละลาย HNO3 200 cm3 มีเนือ้ สาร HNO3 อยู่ = 0.1 mol NaOH(aq) + HNO3(aq) NaNO3(aq) + H2O(l)

21 จากสมการ NaOH ทาปฏกิ ิริยากับ HNO3 ในอัตราสว่ น 1:1 ดงั นั้นจะมี HNO3 เหลืออยู่ และ NaOH ถูกใช้หมด ไป ในการคานวณหาเกลอื จึงใช้ NaOH เปน็ ตวั เทยี บ เพราะ NaOH เป็นสารกาหนดปรมิ าณ ถ้าใช้ NaOH 1 mol จะเกิดเกลอื NaNO3 = 1 mol ถ้าใช้ NaOH 0.0625 mol จะเกิดเกลอื NaNO3 = 0.0625 mol คดิ เปน็ ความเข้มข้น = 0.0625 mol x 1000 = 0.139 mol/dm3 (200 + 250) cm3 คานวณหา pH ของสารละลายผสม HNO3 เหลอื จากปฏกิ ิริยา = 0.1 – 0.0625 = 0.0375 mol คิดเปน็ ความเขม้ ขน้ = 0.0375 mol x 1000 = 0.083 mol/dm3 (200 + 250) cm3 pH = -log[H3O+] = 2 – log 8.3 = 2 – 0.92 = 1.08  เกลือเบส เมอ่ื ละลายน้า จะแตกตวั ออกเปน็ ไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนลบที่มาจากกรดออ่ นจะรับ โปรตอนจากน้า เกดิ เปน็ OH- จงึ แสดงสมบัตเิ ป็นเบส CH3COONa(s) CH3COO-(aq) + Na+(aq) CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH-(aq) เนื่องจาก CH3COO- มสี มบตั ิเป็นเบส จงึ ใช้คา่ Ka ของ CH3COOH ไมไ่ ด้ ตอ้ งใชค้ ่า Kh ซึง่ หาได้จาก Kh = Kw / Ka ตัวอย่าง 1 สารละลาย KCN จานวน 32.55 g ในนา้ กลนั่ จนครบ 250 cm3 สารละลายท่ีได้มี pH เท่าใด (กาหนด K=39.1, C=12, N=14 และ HCN มคี า่ Ka=4.9 x 10-10 mol/dm3)

22 ตวั อยา่ ง 2 ผสมสารละลาย CH3COOH เขม้ ขน้ 0.02 mol/dm3 จา้ นวน 500 cm3 กับสารละลาย NaOH เขม้ ข้น 0.05 mol/dm3 จา้ นวน 250 cm3 ในสารละลายผสมทไี่ ด้มีเกลือเขม้ ข้นเทา่ ใด และสารละลายมี pH เท่าใด วธิ ีทา สารละลาย CH3COOH เขม้ ข้น 0.02 mol/dm3 จา้ นวน 500 cm3 มเี นื้อสารอยู่ = 0.01 mol สารละลาย NaOH เขม้ ข้น 0.05 mol/dm3 จา้ นวน 250 cm3 มีเนื้อสารอยู่ = 0.0125 mol CH3COOH(aq) + NaOH(aq) CH3COONa(aq) + H2O(l) เมอื่ ท้าปฏกิ ริ ิยากนั ในอตั ราสว่ น 1:1 ดังนั้น CH3COOH ถูกใชห้ มดไป สว่ น NaOH เหลือ = 0.0125-0.01 = 0.0025 mol ดังนั้น CH3COONa ทเี่ กดิ ข้ึน มี 0.01 mol คิดเปน็ ความเข้มขน้ = 0.01 mol x 1000 = 0.013 mol/dm3 (500 + 250) cm3 หาค่า pH ของสารละลาย ในสารละลายผสม 750 cm3 มี NaOH เหลือ = 0.0025 mol คิดเป็นความเขม้ ขน้ = 0.0025 mol x 1000 = 0.0033 mol/dm3 (500 + 250) cm3 เนือ่ งจาก NaOH เปน็ เบสแก่ แตกตัว 100% และ OH- ทีเ่ กดิ จากเกลือ CH3COONa ทา้ ปฏิกิรยิ ากบั นา้ มคี ่านอ้ ย มาก ๆ pOH = -log[OH-] = 3 – log 3.3 = 2 – 0.92 = 2.48 ดังนน้ั pH = 14 – pOH = 11.52  เกลือกรด เกลอื ประเภทน้ีจะแตกตัวออกเปน็ ไอออนบวกและไอออนลบ ไอออนบวกซ่งึ มาจากเบสออ่ นจะ ใหโ้ ปรตอนกบั นา้ เกดิ เป็น H3O+ มสี มบตั ิเปน็ กรด NH4+(aq) + Cl-(aq) NH3(aq) + H3O+(aq) NH4Cl(s) NH4+(aq) + H2O(l) เนอ่ื งจาก NH4+ มีสมบัตเิ ป็นกรด จึงใชค้ ่า Kb ของ NH3 ไม่ได้ ตอ้ งใช้คา่ Kh ซึ่งหาไดจ้ าก Kh = Kw / Kb ตัวอย่าง สารละลาย NH4Cl เข้มขน้ 0.01 mol/dm3 จงค้านวณหา [H3O+], [OH-] และ pH ของสารละลาย (Kb ของ NH3 ท่ี 25C = 1.8 x 10-5 mol/dm3)

23 ตวั อย่าง ถา้ pH ของสารละลาย NH4Cl เขม้ ขน้ 0.70 mol/dm3 คอื 4.70 จงค้านวณหา Ka ของ NH4+ pH = -log[H3O+] log[H3O+] = -4.70 = -4 - 0.7 + 1 – 1 = -5 + 0.3 = log 10-5 + log 2.0 = log 2.0 x 10-5  [H3O+] = 2.0 x 10-5 mol/dm3 หาค่า Ka  เกลือทีเ่ กิดจากกรดออ่ นกบั เบสอ่อน เช่น CH3COONH4, NH4CN เกลอื ประเภทน้เี มือ่ ละลายน้า ท้ังไอออน บวกและไอออนลบจะเกดิ ไฮโดรลซิ ิส แต่สารละลายจะเป็นกรด หรอื เบสน้ันขนึ้ อยู่กบั ความแรงของกรดและเบส ซ่งึ พิจารณาได้จากค่า Ka และ Kb Ka > Kb สารละลายเปน็ กรด Kb > Ka สารละลายเป็นเบส Ka = Kb สารละลายเปน็ กลาง ตัวอย่างเชน่ การละลายน้าของ NH4NO3 NH4NO3(aq) NH4+(aq) + NO2-(aq) NH4+(aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O+(aq) [เกิดไฮโดรลซิ ิส] NO2-(aq) + H2O(l) HNO2(aq) + OH-(aq) [เกดิ ไฮโดรลิซิส] ทงั้ NH4+(aq) และ NO2-(aq) ต่างก็เกิดไฮโดรลิซสิ จึงได้ทง้ั H3O+(aq) และ OH-(aq) เกดิ ขึ้น แต่สารละลายมสี มบตั ิเปน็ กรด เพราะ Ka ของ HNO2 มากกว่า Kb ของ NH3 ปฏกิ ิรยิ าไฮโดรลิซสิ เปน็ ปฏิกริ ิยาผนั กลบั ของปฏิกริ ิยาสะเทนิ  ประโยชนข์ องเกลอื NaCl เปน็ วัตถดุ ิบในการผลติ โซดาไฟ (NaOH) โซดาแอช (NaCO3) ใช้ในการผลิตแก้ว, สบ,ู่ กระดาษ, ผงซกั ฟอก  ใช้เปน็ ปยุ๋ เชน่ แอมโมเนยี มไนเตรต (NH4NO3) แอมโมเนยี มซลั เฟต ((NH4)2SO4)  ใช้ในทางการแพทย์ เช่น NaHCO3 และ CaCO3 ใช้เปน็ ยาลดกรดในกระเพาะ, MgSO4 และ MgCO3 ใช้เป็นยา ถา่ ย KI ใชร้ กั ษาโรคคอพอก เปน็ ต้น  เป็นประโยชน์ตอ่ ร่างกาย เชน่ เกลอื แคลเซยี มฟอสเฟตช่วยสรา้ งกระดูกและฟัน เกลือของเหล็กใชส้ รา้ ง ฮีโมโกลบิน เกลอื โพแทสเซียมใช้ควบคุมการทา้ งานของกล้ามเนื้อและระบบประสาท  KNO3 ใชท้ ้าดนิ ปืน, โพแทสเซียมอะลูมิเนยี มซัลเฟต (สารสม้ )ใช้ทา้ น้าขุ่นใหใ้ ส ท้าใหส้ ียอ้ มติดเสน้ ใยทนนาน

24 9. การไทเทรตกรด-เบส เป็นกระบวนการวเิ คราะหห์ าปรมิ าณของกรดหรือเบส โดยให้สารละลายกรดหรอื เบสทา้ ปฏกิ ิรยิ าพอดีกับ สารละลายมาตรฐาน เบสหรือกรดซ่งึ ทราบความเข้มข้นทแี่ น่นอน และใชอ้ นิ ดเิ คเตอร์เปน็ สารทบี่ อกจุดยตุ ิ ดว้ ยการ สังเกตจากสที ่ีเปล่ยี น ขณะไทเทรต pH จะเปล่ยี นไป ถา้ เลอื กใชอ้ นิ ดเิ คเตอร์เหมาะสม จะบอกจุดยุตใิ กลเ้ คยี งกับจุด สมมูล จดุ สมมลู (จุดสะเทนิ = Equivalence point) คือจุดท่ีกรดและเบสท้าปฏิกิริยาพอดีกนั จุดสมมูลจะมี pH เปน็ อย่างไร น้ันขึ้นอยูก่ ับชนิดของกรดและเบสท่นี า้ มาไทเทรตกนั และขนึ้ อยกู่ บั ความเข้มขน้ ของกรดและเบส จุดยตุ ิ (End point) คอื จุดทีอ่ ินดิเคเตอร์เปลยี่ นสี ขณะไทเทรตกรด- เบสอยู่ จุดยุติจะใกล้เคียงกบั จดุ สมมูลไดน้ ั้น จะ ตอ้ งเลอื กอินดเิ คเตอรเ์ หมาะสม ในทางปฏิบัตถิ ือว่าจุดยุติ เป็นจดุ เดียวกบั จุดสมมลู การทจี่ ะทราบวา่ ปฏกิ ริ ิยาการไทเทรตถึงจดุ สมมูลหรือยงั นั้น จะตอ้ งมีวธิ กี ารทีจ่ ะหาจุดสมมูล วิธกี ารหน่ึง คือ การใช้อินดิเคเตอร์ โดยอินดเิ คเตอร์จะตอ้ งเปลีย่ นสีทีจ่ ุดที่พอดีหรือใกล้เคยี งกบั จดุ สมมลู นนั่ คอื จุดท่อี นิ ดิเคเตอรเ์ ปลี่ยนสี จะเรียกว่า จดุ ยุติ  กรดแก่ กับ เบสแก่ จุดสมมูลมี pH เท่ากบั 7  กรดแก่ กบั เบสออ่ น จุดสมมลู มี pH นอ้ ยกว่า 7  กรดออ่ น กับ เบสแก่ จุดสมมูลมี pH มากกว่า 7 การไทเทรตระหวา่ งกรดกับเบส เราไมท่ ราบวา่ ถึงจดุ สมมูลแล้วหรือยงั จึงมีวธิ หี าจุดยตุ ิหลายวิธี เช่น 1) การเปลี่ยนสขี องอนิ ดิเคเตอร์ 2) ใช้การน้าไฟฟ้าของสารละลาย เม่ือท้าการไทเทรตจะทา้ ให้ปริมาณสารที่สามารถแตกตวั เปน็ อิเลก็ โทรไลตไ์ ด้ น้อยลง ซง่ึ เมือ่ ดกู ารเปล่ียนแปลงการนา้ ไฟฟ้าเราก็สามารถท่จี ะหาจดุ ยุติของการไทเทรตได้ ในการไทเทรตเราต้องทราบความเขม้ ข้นอยา่ งแนน่ อน ซ่ึงเราเรยี กสารละลายน้ันว่า สารละลาย มาตรฐาน และสารละลายทต่ี ้องการทราบความเข้มข้น หรือเรยี กว่าสารละลายตัวอยา่ ง ตัวอย่าง ถ้าหลอดหยดอันหนง่ึ มีปรมิ าตรของหยดเป็น 25 หยดต่อ 1 cm3 ถ้าใช้สารละลาย HCl 0.2 mol/dm3 10 หยด ทา้ ปฏิกิรยิ าสะเทินกบั สารละลาย NaOH 15 หยด จงหาความเข้มขน้ ของ NaOH

25 9.1 การคานวณความเขม้ ข้นของสารละลายกรดและสารละลายเบสโดยอาศัยข้อมลู จากการไทเทรต 1) คา้ นวณโดยใชส้ มการเคมี 2) ค้านวณจากสตู ร xCaVa = yCbVb เมื่อ CaVa เปน็ ความเขม้ ข้น (mol/dm3) และปรมิ าตรของสารละลายกรด CbVb เปน็ ความเขม้ ข้น (mol/dm3) และปริมาตรของสารละลายเบส X = จ้านวนไฮโดรเจนอะตอมใน 1 โมเลกุลของกรดที่แตกตวั เป็นโปรตอนได้ Y = จ้านวนไฮดรอกไซด์ไอออนในหน่งึ โมเลกลุ ของเบส *** สูตรลดั นใี้ ชเ้ มื่อสารละลายกรดและสารละลายเบสท้าปฏกิ ิริยาพอดีกัน หรือการไทเทรตถงึ จดุ ยุติ ตัวอย่าง ในการไทเทรตสารละลายกรดไฮโดรคลอริก (HCl) 20 cm3 กบั สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด์ (NaOH) เขม้ ขน้ 0.1 mol/dm3 ปรากฏวา่ ใช้ NaOH ไป 35 cm3 สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ มคี วามเข้มขน้ เทา่ ใด ตวั อย่าง เม่ือไทเทรตสารละลาย HCl ทไ่ี มท่ ราบความเขม้ ข้นกบั สารละลาย NaOH 0.1 Molar 25 cm3 ปรากฏวา่ ใช้ สารละลาย HCl ไป 27.0 cm3 อยากทราบว่าสารละลาย HCl ทใ่ี ชม้ ีความเข้มข้นเท่าใด ตวั อย่าง จะต้องใช้ NaOH กโี่ มลเพอ่ื เติมลงในสารละลาย HCl 0.1 mol/l จา้ นวน 200 cm3 เพ่ือให้สารละลายมี pH 7

26 9.3 การหาจุดสมมูลของการไทเทรตจากกราฟของการไทเทรต กรด-เบส 9.3.1 การไทเทรตกรดแก่ กบั เบสแก่ จุดสมมลู อยทู่ ี่ pH ประมาณ 7 ในการเลอื กใชอ้ ินดเิ คเตอรน์ น้ั ควรเลือกอนิ ดิเคเตอรท์ ่มี กี าร เปลยี่ นแปลง pH ทปี่ ระมาณ 7 หรอื พิจารณาจากช่วงของการเปลย่ี น pH ตรงสว่ นที่มคี วามชนั ที่สดุ ของกราฟ จดุ สมมลู pH7 จากกราฟช่วงท่ีชนั ทสี่ ดุ มีค่า pH 3-11 เราจึงสามารถเลือกอินดเิ คเตอรท์ เ่ี ปลีย่ นสีในช่วงนไี้ ด้หลายชนดิ เช่น โบรโมไทมอลบลู ซึ่งเปลี่ยนสีในชว่ ง 6.0-7.6 หรือ ฟนี อลฟ์ ทาลนี เปลี่ยนสีในช่วง pH 8.3-10.0 9.3.2 การไทเทรตกรดอ่อนกบั เบสแก่ จดุ สมมลู ที่ไดจ้ ะมี pH มากกว่า 7

27 9.3.3 การไทเทรตกรดแก่กับเบสออ่ น ตัวอยา่ ง ก้าหนดช่วง pH ของอินดิเคเตอร์ใหด้ งั นี้ จงเลอื กอนิ ดิเคเตอร์ท่ีเหมาะสมทส่ี ดุ ในการไทเทรตสารละลาย 0.1 M HCN จ้านวน 50 cm3 กบั 0.1 M NaOH 50 cm3 ก้าหนดให้ Ka ของ HCN = 7.2 x 10-10 และ log 8.4 = 0.92

28 9.4 การหาปรมิ าณของสารด้วยวธิ ีการไทเทรต ตัวอยา่ งท่ี 1 ในการวิเคราะห์หาปริมาณ CaCO3 ในยาลดกรดประเภทคารบ์ อเนตมวี ิธีการและผลการทดลอง ดงั นี้ ใช้ยาลดกรด 1.25 กรมั บดจนละเอียด ละลายในน้า 20 cm3 เติมสารละลาย HCl เข้มขน้ 0.5 mol/dm3ลงไป ปรากฏวา่ มฟี องแกส๊ เกิดขน้ึ เมอื่ เตมิ สารละลาย HCl จนไม่มฟี องแก๊สปรากฏว่าใช้สารละลาย HCl 29 cm3 จากนั้นเติม สารละลาย HCl เพมิ่ อีก 1 cm3 เขย่า นา้ สารละลายไปอนุ่ ให้ร้อน กรองตะกอนออก แบง่ ของเหลวทก่ี รองได้มา 10 cm3 ไทเทรตด้วยสารละลาย NaOH 0.1 M โดยใชเ้ มทลิ ออเรนจเ์ ปน็ อินดิเคเตอร์ ปรากฏวา่ ใชส้ ารละลาย NaOH 10 cm3 จึงถงึ จดุ ยตุ ิ จงหารอ้ ยละโดยมวลของ CaCO3 ในยาลดกรดนี้ (C=12, Ca=40, O=16)

29 ตัวอย่างท่ี 2 น้าส้มสายชูประกอบดว้ ยกรดแอซิติกและสารอื่น ๆ ที่ไมท่ า้ ปฏิกริ ยิ ากับสารละลายเบส เม่อื นา้ น้าสม้ สายชูจา้ นวน 10 กรัม ไทเทรตกับสารละลาย KOH เข้มขน้ 0.1 M โดยใช้ฟีนอล์ฟทาลนี เป็นอนิ ดเิ คเตอร์ ปรากฏวา่ เมอื่ ถงึ จุดยตุ ใิ ชส้ ารละลาย KOH 85 cm3 จงหาร้อยละโดยมวลของกรดแอซิติกในน้าส้มสายชู (C=12, H=1, O=16) ตวั อยา่ งที่ 3 ในยาลดกรดชนดิ หนึ่งประกอบดว้ ย Mg(OH)2 และแป้ง เมื่อนา้ ยาลดกรดชนิดนจ้ี ้านวน 0.2 g บดจน ละเอียดผสมกับน้าจ้านวน 25 cm3 เมื่อไทเทรตด้วยสารละลาย HCl 5 cm3 ถา้ ตอ้ งการใช้ยาลดกรดชนดิ นท้ี า้ ลาย กรด HBr จา้ นวน 1.5 mol ตอ้ งใช้ยากกี่ รัม (Mg=24, O=16, H=1)

30 10. สารละลายบฟั เฟอร์ เปน็ สารละลายท่ปี ระกอบด้วยกรดออ่ นกบั เกลือของกรดน้นั (บฟั เฟอรก์ รด) หรอื ประกอบด้วยเบสอ่อนกับ เกลอื ของเบสนัน้ (บัฟเฟอร์เบส) หน้าทส่ี า้ คญั คอื เป็นสารละลายท่ใี ช้ในการควบคุมความเป็นกรดเปน็ เบส (pH) ของ สารละลาย บัฟเฟอรก์ รด บฟั เฟอร์เบส กรดออ่ น กับเกลอื ของกรดอ่อนน้ัน เบสอ่อน กับ เกลือของเบสออ่ นน้ัน CH3COOH กบั CH3COONa NH3 กบั NH4Cl HCN กบั KCN 10.1 การเตรียมสารละลายบฟั เฟอร์ 1. ผสมสารละลายกรดหรือเบสอ่อนกบั เกลอื ของกรดหรือเบสอ่อนนั้นโดยตรง 2. ผสมสารละลายกรดออ่ นกบั เบสแก่ ให้ท้าปฏิกิริยากนั โดยใหก้ รดออ่ นเหลือ 3. ผสมสารละลายกรดแกก่ ับเบสออ่ น โดยใหเ้ บสอ่อนเหลือ 10.2 สมบตั ขิ องสารละลายบฟั เฟอร์

31 10.3 การคานวณหา pH ของสารละลายบัฟเฟอรท์ ี่ประกอบด้วยกรดอ่อนและเกลือของกรดนนั้ สารละลายบฟั เฟอร์ประเภทนจ้ี ะมี pH ต่้ากวา่ 7 อาจหาคา่ pH โดย ตัวอยา่ ง จงค้านวณคา่ pH ของสารละลายบัฟเฟอรซ์ ่งึ ไดจ้ ากการผสมระหวา่ งสารละลายกรดฟอร์มกิ (HCOOH) เข้มขน้ 2.0 mol/dm3 จา้ นวน 100 cm3 กบั สารละลาย HCOONa เขม้ ขน้ 0.2 mol/dm3 จา้ นวน 100 cm3 (Ka ของ HCOOH = 1.7 x 10-4mol/dm3) 10.4 การคานวณหา pH ของสารละลายบฟั เฟอร์ท่ปี ระกอบดว้ ยเบสอ่อนและเกลอื ของเบสนน้ั pH = -logKb – log [เบส] [เกลือ] ตวั อย่าง เมอ่ื ผสมสารละลาย NH3 เขม้ ข้น 0.1 mol/dm3 จ้านวน 150 cm3 กับสารละลาย HCl เขม้ ขน้ 0.1 mol/dm3 จา้ นวน 50 cm3 สารละลายผสมมี pH เท่าใด (Kb ของ NH3 = 1.8 x 10-5 mol/dm3)

32 10.5 การเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์ท่ีทราบค่า pH 1. เม่ือต้องการเตรยี มสารละลายบัฟเฟอรท์ เ่ี ป็นกรด ถา้ ต้องการให้มี pH เท่าใดกค็ า้ นวณหา [H3O+] ที่ pH นั้น แล้วเลอื กกรดทมี่ ี Ka ใกลเ้ คยี งกบั [H3O+] จากนน้ั กค็ ้านวณหาอตั ราสว่ นของ [กรด]/[เกลอื ] ทเี่ หมาะสม 2. เม่ือต้องการเตรยี มสารละลายบัฟเฟอร์ที่เป็นเบส ถา้ ต้องการให้มี pH เทา่ ใดก็ค้านวณหา [OH-] ท่ี pH นั้น แล้วเลอื กเบสกรดที่มี Kb ใกลเ้ คยี งกบั [OH-] จากนน้ั ก็คา้ นวณหาอตั ราส่วนของ [เบส]/[เกลือ] ท่เี หมาะสม ตวั อยา่ งการเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์ Ka ของ CH3COOH = 1.8 x 10-5 จากคู่บัฟเฟอรท์ ี่ก้าหนดใหต้ ่อไปนี้ 1. CH3COOH + CH3COONa Ka ของ HCN = 4.8 x 10-10 2. HCN + NaCN 3. HCOOH + HCOOK Ka ของ HCOOH = 1.7 x 10-4 จงเลอื กค่บู ฟั เฟอร์ท่เี หมาะสมในการเตรยี มสารละลายบัฟเฟอร์ทมี่ ี pH 4 พรอ้ มทั้งบอกวธิ ีการเตรยี มด้วย กรดนั้น ก้าหนดใหค้ วามเขม้ ขน้ ชองสารละลายกรดและเกลอื เทา่ กัน คือ 0.10 mol/dm3 วิธีทา. pH = -log[H3O+] log[H3O+] = -4 = log 10-4  [H3O+] = 1.0 x 10-4 mol/dm3 เนอ่ื งจาก [H3O+] ใกล้เคียง Ka ของ HCOOH มากทีส่ ุด ดังนนั้ จงึ ควรเลอื ก HCOOH + HCOOK สา้ หรับเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์ดงั กล่าว [H3O+] = [กรด] x Ka [เกลือ] [กรด] = [H3O+] = 1.0 x 10-4 = 0.59 [เกลอื ] Ka 1.7 x 10-4  ในการเตรียมบัฟเฟอรด์ ังกลา่ วจะตอ้ งผสม HCOOH และ HCOOK ในอตั ราส่วน 0.59:1 จงึ จะไดส้ ารทมี่ ี pH=4