……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. 13 การคํานวณค่า pH ของการไทเทรตกรด-เบส 13.1 การไทเทรตกรดแก่-เบสแก่ เม่ือหยดสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.100 mol/ L จากบิวเรต ลงในสารละลาย HCl เข้มข้น 0.100 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL แล้ววัดหรือคํานวณ pH ของสารละลายจะได้ผลดังตารางท่ี 11 เม่ือเขียนกราฟ ระหวา่ งปริมาตรของ NaOH กบั pH จะได้กราฟดังรูปท่ี 10 ตารางท่ี 11 pH ของสารละลายเมอ่ื หยด NaOH เข้มข้น 0.100 mol/ L ลงในสารละลาย HCl เขม้ ขน้ 0.100 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL ปริมาตรของ NaOH (mL) pH ปรมิ าตรของ NaOH (mL) pH 0.00 1.00 49.99 5.00 10.00 1.18 50.00 7.00 20.00 ................ 50.01 10.00 30.00 1.60 51.00 ………….. 40.00 …………. 55.00 11.08 45.00 2.27 60.00 11.96 49.00 3.00 70.00 ……………… 49.90 ………….. 80.00 ………………… หมายเหตุ ชอ่ งวา่ งที่เวน้ ไวใ้ ห้นักเรียนลองคิดหาคาํ ตอบใหส้ มบรู ณ์ รปู ที่ 10 กราฟแสดงการไทเทรตสารละลาย HCl เข้มขน้ 0.100 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL กับ NaOH เขม้ ขน้ 0.100 mol/ L (ท่ีมา: ทบวงมหาวทิ ยาลัย, 2540) S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 50 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. ตวั อย่างการคาํ นวณกอ่ นถงึ จุดสมมูลของการไทเทรตกรดแกก่ บั เบสแก่ การคํานวณ pH ของสารละลายเม่ือหยด NaOH เข้มข้น 0.100 mol/L ปริมาตร 49.00 mL ลงใน สารละลาย HCl เข้มข้น 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 mL จากโจทยพ์ บว่าปรมิ าตร NaOH ทเ่ี ตมิ ลงไป 49.00 mL พบว่าเป็นปรมิ าตรท่ยี งั ไม่ถงึ จุดยุติ เพราะปรมิ าตรท่จี ุดยุติ คอื 50.00 mL NaOH + HCl NaCl + H2O M1V1 = M2V2 0.100 x 50.00 = 0.100 x V2 V2 = 50.0 mL หาจาํ นวนมิลลโิ มลของ H+ ก่อนทําปฏิกิรยิ า (เริม่ ตน้ ทีย่ งั ไม่เติม NaOH) สารละลาย HCl เขม้ ข้น 0.100 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL มจี าํ นวนมลิ ลิโมล 0.100mol = × 50.00mL = 5.00 mmol L หาจาํ นวนมลิ ลิโมลของ OH- ที่เตมิ ลงไป (ซึง่ เทา่ กบั จาํ นวน H+ ท่ีใช้ไป หรอื เท่ากบั จํานวน NaCl ที่เกิดข้นึ ) เมอื่ หยดสารละลาย NaOH เขม้ ข้น 0.100 mol/L ปรมิ าตร 49.00 mL มีจํานวนมิลลิโมล 0.100 mol = × 49.00mL = 4.90mmol L จํานวนของมิลลิโมลของ H+ ท่ีเหลือเท่ากับจํานวนมิลลิโมลของ H+ ก่อนทําปฏิกิริยา – จํานวนมิลลิโมลของ OH- ที่ เตมิ ลงไป = 5.00 - 4.90 mmol = 0.100 mmol ปรมิ าตรรวมของสารละลาย = 50.00 mL + 49.00 mL = 99.00 mL [ ]H+ 0.100 mmol = = 0.00100 mol/L 99.00mL pH = -log [H+] = -log 0.00100 = 3.00 S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 51 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. ตวั อย่างการคํานวณหลงั จดุ สมมูลของการไทเทรตกรดแกก่ ับเบสแก่ การคํานวณ pH ของสารละลายเม่ือหยด NaOH เข้มข้น 0.100 mol/L ปริมาตร 60.00 mL ลงใน สารละลาย HCl เขม้ ขน้ 0.100 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL จากโจทย์พบว่าปรมิ าตร NaOH ท่เี ติมลงไป 60.00 mL พบว่าเป็นปรมิ าตรท่ยี งั ไม่ถงึ จุดยุติ เพราะปรมิ าตรท่จี ุดยุติ คอื 50.00 mL NaOH + HCl NaCl + H2O M1V1 = M2V2 0.100x 50.00 = 0.100 x V2 V2 = 50.0 mL หาจาํ นวนมลิ ลิโมลของ H+ ก่อนทาํ ปฏิกริ ยิ า (เรมิ่ ตน้ ท่ียงั ไมเ่ ติม NaOH) สารละลาย HCl เข้มขน้ 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 mL มจี าํ นวนมิลลโิ มล 0.100mol = × 50.00mL = 5.00 mmol L หาจาํ นวนมลิ ลิโมลของ OH- ทเ่ี ติมลงไป เม่อื หยดสารละลาย NaOH เขม้ ข้น 0.100 mol/ Lปริมาตร 60.00 mL มจี าํ นวนมิลลโิ มล 0.100mol = × 60.00mL = 6.00mmol L จํานวนของมิลลิโมลของ OH- ที่เกินมาเท่ากับจํานวนมิลลิโมลของ OH- ท่ีเติมลงไป– จํานวนมิลลิโมลของ H+ ก่อน ทําปฏิกริ ยิ า = 6.00 – 5.00 mmol = 1.00 mmol ปรมิ าตรรวมของสารละลาย = 50.00 mL + 60.00 mL = 110.00 mL [ ]OH = 1.00 mmol = 9.09 ×10-3 mol/L 110.00mL pH = 14.0-log [OH-] = 14.0-2.04 = 11.9 S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 52 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. 13.2 การไทเทรตกรดอ่อน-เบสแก่ เมื่อหยดสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.100 mol/ L จากบิวเรต ลงในสารละลาย CH3COOH เข้มข้น 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 mL แล้ววัดหรือคํานวณ pH ของสารละลายจะได้ผลดังตารางท่ี 12 เมื่อเขียนกราฟ ระหว่างปรมิ าตรของ NaOH กับ pH จะได้กราฟดังรปู ที่ 12 ตารางที่ 12 pH ของสารละลายเมอ่ื หยด NaOH เขม้ ข้น 0.100 mol/ L ลงในสารละลาย CH3COOH เขม้ ข้น 0.100 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL ใหน้ ักเรียนเติมคาํ ตอบลงในช่องวา่ งท่ีเวน้ ไวถ้ ูกต้อง ปริมาตรของ NaOH (mL) pH ปริมาตรของ NaOH (mL) pH 0.00 2.87 49.99 8.44 10.00 4.14 50.00 8.72 20.00 4.57 50.01 9.00 30.00 4.92 50.10 ………….. 40.00 …………. 51.00 11.00 45.00 5.70 55.00 11.68 49.00 6.44 60.00 ……………… 49.90 ………….. 80.00 ………………… รปู ที่ 12 กราฟแสดงการไทเทรตสารละลาย CH3COOH เขม้ ขน้ 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 mL กบั NaOH เข้มข้น 0.100 mol/ L (ทม่ี า: ทบวงมหาวทิ ยาลัย, 2541) S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 53 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. กราฟไทเทรชันของกรดอ่อนกับเบสแก่ ในการสรา้ งกราฟไทเทรชนั ของกรดอ่อนด้วยเบส แก่ จะตอ้ งมกี ารคํานวณ pH ของสารละลาย ณ ทจ่ี ุด ตา่ ง ๆ กนั ระหวา่ งการไทเทรต ไดด้ งั น้ี 1. จุดเรมิ่ ตน้ ทย่ี งั ไมเ่ ตมิ สารทเ่ี ป็นไท แทรนตจ์ ากบวิ เรต 2. จดุ ทเ่ี มอ่ื เตมิ สารละลายไทแทรนต์ จาํ นวนหน่ึงลงไป แตย่ งั ไมถ่ งึ จุดทส่ี ารทาํ ปฏกิ ริ ยิ า พอดกี นั (จุดสมมลู ) 3. จุดสมมลู 4. จดุ ทเ่ี ลยบรเิ วณจุดทส่ี ารทงั้ สองทาํ ปฏกิ ริ ยิ าพอดกี นั (เลยจดุ สมมลู ) 1. ที่จุดเรม่ิ ต้นยงั ไม่เตมิ สารที่เป็นตวั ไทแทรนตจ์ ากบวิ เรต สารละลายจะประกอบด้วยกรดอ่อน อย่างเดียว pH ของสารละลายคํานวณหาได้จากความเข้มข้นเป็น โมลาร์ของกรดอ่อน และค่าคงที่ของการแตกตัว ของมนั 2. จุดทเี่ มอื่ เติมสารละลายไทแทรนต์จํานวนหนง่ึ ลงไป แต่ยงั ไม่ถึงจดุ ที่สารทําปฏกิ ิริยาพอดีกัน สารละลายจะประกอบด้วยเกลือท่ีเกิดจากกรดอ่อน และกรดอ่อนที่เหลือจากปฏิกิริยา สารละลายท่ีได้จึงเป็น สารละลายบัฟเฟอร์ pH ของสารละลาย คํานวณได้จากอัตราส่วนของความเข้มข้นเป็นโมลาร์ของสารที่เกิดเป็น ผลติ ภณั ฑ์ และสารที่เหลือของกรดออ่ น 3. จดุ ท่ีสารละลายท้งั สองทําปฏกิ ิริยาพอดีกัน (Equivalence point) สารละลายประกอบด้วยเกลอื ของกรดออ่ น 4. ทบี่ รเิ วณเลยจุดที่สารท้งั สองทําปฏิกริ ิยาพอดีกนั (จุดสมมลู ) สารละลายจะประกอบดว้ ยเบสแกท่ ่ี เตมิ ลงไปมากเกินพอและเกลอื ท่เี กดิ จากกรดและเบสทาํ ปฏกิ ริ ิยาพอดีกนั แตพ่ บว่าความแรงของเบสแก่ที่เกินมามีผล มากกว่า ซง่ึ จะเป็นสาเหตุให้สารละลายมีฤทธ์ิเป็นเบส pH ของสารละลายจะผันแปรตามปริมาณของเบสที่เติมลงไป มากเกินพอ จึงคิดเพียงการแตกตัวของเบสแก่ก็ได้ เพราะค่าที่ได้ไม่แตกต่างกันกับการที่คิดการแตกตัวของเบสท่ีเติม เกินมากบั เกลือทเ่ี กิดขนี้ S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 54 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. ตวั อย่างการคํานวณก่อนถึงจุดสมมูลของการไทเทรตกรดอ่อนกบั เบสแก่ การคํานวณ pH ของสารละลายเมื่อหยด NaOH เข้มข้น 0.100 mol/ L ปริมาตร 30.00 mL ลงใน สารละลาย CH3COOH เข้มข้น 0.100 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL (Ka ของ CH3COOH = 1.8×10-5) จากโจทยพ์ บวา่ ปรมิ าตร NaOH ทเ่ี ตมิ ลงไป 30.00 mL พบวา่ เป็นปริมาตรท่ียงั ไม่ถึงจุดยุติ เพราะปริมาตรท่ีจุดยุติคือ 50.00 mL NaOH + CH3COOH CH3COONa + H2O M1V1 = M2V2 0.100 x 50.00 = 0.100 x V2 V2 = 50.0 mL ตอนนี้ในขวดชมพู่จะมีท้ัง CH3COOH ท่ีเหลืออยู่ และเกลือ CH3COONa ท่ีเกิดขึ้น จึงได้เป็นสารละลายบัฟเฟอร์ การคาํ นวณจงึ ตอ้ งใช้สูตรบัฟเฟอร์ การคาํ นวนโดยใช้สตู รบฟั เฟอร์ = − log [CH 3 COOH] CH 3COO − [ ]pHpKa หาจาํ นวนมลิ ลโิ มลของ H+ กอ่ นทาํ ปฏกิ ิริยา (เรม่ิ ต้นท่ียงั ไม่เติม NaOH) สารละลาย CH3COOH เขม้ ข้น 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 mL มจี าํ นวนมิลลิโมล 0.100mol = × 50.00mL = 5.00 mmol L หาจาํ นวนมลิ ลิโมลของ OH- ทีเ่ ตมิ ลงไป (ซึ่งเท่ากบั จาํ นวน H+ ทใ่ี ช้ไป หรือเทา่ กบั จํานวน CH3COONa ทเ่ี กดิ ข้ึน) เมอ่ื หยดสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.100 mol/ Lปริมาตร 30.00 mL มีจาํ นวนมิลลิโมล 0.100 mol = × 30.00mL = 3.00mmol L จํานวนของมิลลิโมลของ H+ ท่ีเหลือเท่ากับจํานวนมิลลิโมลของ H+ ก่อนทําปฏิกิริยา – จํานวนมิลลิโมลของ OH- ท่ี เตมิ ลงไป = 5.00 – 3.00 mmol = 2.00 mmol ปริมาตรรวมของสารละลาย = 50.00 mL + 30.00 mL = 80.00 mL S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 55 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. [ ] 2.00mmol CH 3 COOH = = 0.0250mol/L 80.00mL [ ]CH3COO- 3.00mmol = = 0.0375mol/L 80.00mL = pKa − log [CH 3 COOH] CH 3COO − [ ]pH แทนค่า [0.0250] [0.0375] pH = - log(1.8 × 10 −5 ) − log pH = 4.75-0.30+0.47 pH = 4.92 ตัวอย่างการคาํ นวณจุดสมมลู ของการไทเทรตกรดอ่อนกับเบสแก่ การคํานวณ pH ของสารละลายเมื่อหยด NaOH เข้มข้น 0.100 mol/ Lปริมาตร 50.00 mL ลงใน สารละลาย CH3COOH เข้มข้น 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 mL (Ka ของ CH3COOH = 1.8×10-5) จากโจทยพ์ บวา่ ปรมิ าตร NaOH ทเ่ี ตมิ ลงไป 50.00 mL พบวา่ เป็นปรมิ าตรจดุ ยตุ ิ เพราะปรมิ าตรทจ่ี ดุ ยตุ คิ อื 50.00 mL NaOH + CH3COOH CH3COONa + H2O M1V1 = M2V2 0.100x 50.00 = 0.100x V2 V2 = 50.0 mL ตอนนใี้ นขวดชมพจู่ ะมีเกลือ CH3COONa อย่างเดียว จาํ นวนมิลลิโมลของ CH3COONa ทีเกิดขน้ึ จะเท่ากบั จาํ นวนมิลลโิ มลของเบสท่เี ติมลงไปซึ่งมีค่า = 50.00x0.100 = 5.00 mmol ปริมาตรรวมของสารละลาย เทา่ กับ 50.00+50.00 = 100.00 mL ดงั นั้น ความเขม้ ข้นของ CH3COONa = 5.0x10-2 M CH3COONa จะเกดิ ปฏกิ ริ ิยาไฮโดรไลซสี กับนา้ํ ไดส้ ารละลายมีสมบัตเิ ปน็ เบส S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 56 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. CH3COONa (s) CH3COO- (aq) + Na+ (aq) 5.0x10-2 M 5.0x10-2 M 5.0x10-2 M CH3COO- (aq) + H2O (l) CH3COOH (aq) + OH- (aq Inital 5.0x10-2 M Change -X 0.0 M 0.0 M Eq =(5.0x10-2-X) +X +X XX Kh = [ CH3COOH ] [ OH- ] [ CH3COO- ] Kh = Kw = [ CH3COOH ] [ OH- ] Ka = X2 [ CH3COO- ] [OH-] = ( )K w 5x10 -2 Ka = 0.53X10-5 M pOH = -log (0.53x10-5) =5.28 pH = 14-5.28 = 8.72 S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 57 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. ตัวอยา่ งการคํานวณหลังถึงจุดสมมูลของการไทเทรตกรดอ่อนกับเบสแก่ การคํานวณ pH ของสารละลายเมื่อหยด NaOH เข้มข้น 0.100 mol/Lปริมาตร 51.00 mL ลงใน สารละลาย CH3COOH เข้มข้น 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 mL (Ka ของ CH3COOH = 1.8×10-5) จากโจทยพ์ บวา่ ปรมิ าตร NaOH ทเ่ี ตมิ ลงไป 51.00 mL พบวา่ เป็นปรมิ าตรทย่ี งั เกนิ จุดยุติ เพราะปรมิ าตรทจ่ี ุดยตุ คิ อื 50.00 mL NaOH + CH3COOH CH3COONa + H2O M1V1 = M2V2 0.100x 50.00 = 0.100 x V2 V2 = 50.0 mL ตอนนใี้ นขวดชมพ่จู ะมที งั้ NaOH ทเี่ กินมา และเกลือที่เกิดขึ้น แต่เราคิดเพียงเบสที่เกินมาอย่างเดียวก็ได้ค่า pH ไม่ แตกตา่ ง (ปรมิ าตรรวมของสารละลายเทา่ กับ 101.00 cm3) จํานวนโมลของ NaOH ทีเกดิ ขน้ึ = (51.00 - 50.00)(0.100) 1000 = 1.00X10-4 mol ปริมาตรรวมของสารละลาย เทา่ กับ 50.00+51.00 = 101.00 mL ความเขม้ ขน้ ของ NaOH = [OH-] = 1.0x10-4 = 10-3 M 101.00 pOH = -log 10-3 = 3 pH = 14 -3 = 11 S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 58 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. กราฟไทเทรชันของเบสอ่อนด้วยกรดแก่ ในการสร้างกราฟไทเทรชนั ของเบสแก่ด้วยกรด อ่อน จะต้องมกี ารคํานวณ pH ของสารละลาย ณ ท่ี จดุ ตา่ ง ๆ กนั ระหวา่ งการไทเทรต ไดด้ งั น้ี 1. จดุ เรมิ่ ตน้ ทย่ี งั ไมเ่ ตมิ สารทเ่ี ป็นไท แทรนตจ์ ากบวิ เรต 2. จุดท่ีเม่ือเติมสารละลายไทแทรนต์ จํานวนหน่ึงลงไป แต่ยงั ไม่ถึงจุดท่ีสารทําปฏิกิรยิ า พอดกี นั (จุดสมมลู ) 3. จดุ สมมลู 4. จุดท่ีเลยบริเวณจุดท่ีสารทัง้ สองทํา ปฏกิ ริ ยิ าพอดกี นั (เลยจดุ สมมลู ) 1. ทจี่ ดุ เรมิ่ ตน้ ยังไมเ่ ติมสารทีเ่ ป็นตวั ไทแทรนตจ์ ากบวิ เรต สารละลายจะประกอบดว้ ยเบสออ่ น อยา่ งเดียว pH ของสารละลายคํานวณหาไดจ้ ากความเข้มข้นเป็น โมลาร์ของเบสออ่ นและค่าคงท่ีการแตกตวั ของมนั 2. จุดทเี่ ม่อื เติมสารละลายไทแทรนต์จํานวนหนึง่ ลงไป แตย่ งั ไม่ถึงจุดท่สี ารทําปฏิกิริยาพอดีกนั สารละลายจะประกอบด้วยเกลือท่ีเกิดจากเบสอ่อน และเบสอ่อนที่เหลือจากปฏิกิริยา สารละลายท่ีได้จึงเป็น สารละลายบัฟเฟอร์ pH ของสารละลาย คํานวณได้จากอัตราส่วนของความเข้มข้นเป็นโมลาร์ของสารที่เกิดเป็น ผลติ ภัณฑ์ และสารที่เหลอื ของเบสอ่อน 3. จดุ ท่สี ารละลายท้งั สองทําปฏิกริ ิยาพอดีกนั (Equivalence point) สารละลายประกอบดว้ ยเกลือ ของเบสออ่ น 4. ทีบ่ ริเวณเลยจดุ ทีส่ ารทั้งสองทาํ ปฏิกิริยาพอดีกัน สารละลายจะประกอบด้วยกรดแกท่ ีเ่ ติมลง ไปมากเกนิ พอและเกดิ เกลอื ดว้ ย แตใ่ ห้คดิ แต่กรดแก่ท่ีเติมเกินมากพ็ อเพราะกรดแกแ่ ตกตวั ได้ดีกว่า ดังน้ันสารละลาย จึงมฤี ทธเ์ิ ป็นกรด ซ่ึง pH ของสารละลายจะผันแปรตามปรมิ าณของกรดที่เติมลงไปมากเกินพอ S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 59 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. 13.3 การไทเทรตเบสอ่อนกบั กรดแก่ ตวั อยา่ งการคํานวณ จงหา pH ของสารละลายเมื่อหยด HCl เข้มขน้ 0.100 mol/ L ลงในสารละลาย NH3 เขม้ ข้น 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 cm3 ก. เมอ่ื หยด HCl 0.00 cm3 ข. เมือ่ หยด HCl 10.00 cm3 ค. เมือ่ หยด HCl 50.00 cm3 ง. เมอ่ื หยด HCl 60.00 cm3 (Kb ของ NH3 = 1.0x10-5 ) ก. เม่อื หยด HCl 0.00 cm3 ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ข. เม่ือหยด HCl 10.00 cm3 ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................... ค. เม่ือหยด HCl 50.00 cm3 ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................................... ง. เม่ือหยด HCl 60.00 cm3 ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 60 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. เมอ่ื หยดสารละลาย HCl เขม้ ข้น 0.100 mol/ L จากบิวเรต ลงในสารละลาย NH3 เข้มข้น 0.100 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL แล้ววัดหรือคาํ นวณ pH ของสารละลายจะได้ผลดังตารางที่ 13 ตารางที่ 13 pH ของสารละลายเมื่อหยด HCl เขม้ ขน้ 0.1000 mol/ L ลงในสารละลาย NH3 เข้มข้น 0.1000 mol/ L ปริมาตร 50.00 mL นกั เรยี นจงเตมิ คําตอบลงในชอ่ งวา่ งที่เวน้ ให้ถูกต้อง พร้อมท้ังเขียนกราฟ ปริมาตรของ HCl (mL) pH ปรมิ าตรของ HCl (mL) pH 0.00 …………. 49.99 …………. 10.00 …………. 50.00 …………. 20.00 …………. 50.01 …………. 30.00 …………. 50.10 …………. 40.00 …………. 51.00 …………. 45.00 …………. 55.00 …………. 49.00 …………. 60.00 …………. 49.90 …………. 80.00 …………. จากข้อมูลในตารางที่ 13 เม่ือนํามาเขยี นกราฟระหวา่ งปริมาตรของ HCl กบั pH จะได้กราฟดังรูปที่ 13 รูปท่ี 13 กราฟแสดงการไทเทรตสารละลาย NH3 เขม้ ข้น 0.100 mol/ L ปรมิ าตร 50.00 mL กับ HCl เขม้ ข้น 0.100 mol/ L แบบฝกึ หัด 1. ผสมสารละลาย HCl เข้มข้น 0.200 โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร ปริมาตร 10.00 ลูกบาศก์เซนติเมตร กับ สารละลาย NH3 เขม้ ข้น 0.200 โมลต่อลกู บาศกเ์ ดซิเมตร ปริมาตร 20.00 ลูกบาศก์เซนติเมตร สารละลายใหม่ที่ได้มี pH เทา่ ไร (Kb ของ NH3 = 10-15) ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 61 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. 2. ผสมสารละลาย HCl เข้มข้น 0.200 โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร ปริมาตร 20.00 ลูกบาศก์เซนติเมตร กับ CH3COONa เข้มข้น 0.200 โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร ปริมาตร 60.00 ลูกบาศก์เซนติเมตร สารละลายใหม่ท่ีได้มี pH เทา่ ไร (Ka ของ CH3COOH = 10-5) ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... 3. นาํ Ca(OH)2 หนกั 1.48 กรมั ผสมกับสารละลาย HCl 0.0200 โมลตอ่ ลูกบาศกเ์ ดซิเมตร ปริมาตร 1.00 ลูกบาศก์ เดซิเมตร เมอ่ื ปฏิกริ ิยาสิน้ สุด สารละลายจะมี pH เท่าไร (กําหนด log 2 = 0.30) ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................... 4. เมื่อเติมของแข็ง Zn(OH)2 ลงไปในสารละลาย HBr เข้มข้น 0.500 โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร ปริมาตร 40.00 ลูกบาศก์เซนติเมตร พบว่าสารละลายท่ีได้ยังเป็นกรดอยู่ นําสารละลายที่ได้น้ีไปไทเทรตกับสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.500 โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร ต้องใช้ปริมาตร 16.50 cm3 จึงสะเทินพอดี นํ้าหนักของ Zn(OH)2 ท่ีใส่ไป ครัง้ แรกมกี ่ีกรัม .................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................... 14.สารละลายบัฟเฟอร์ (Buffer solution) สารละลายบัฟเฟอร์ (Buffer solution) คือ สารละลายท่ีสามารถควบคุมค่า pH ไว้ได้เกือบคงท่ี เมื่อ เติมกรด หรอื เบสลงไปเล็กนอ้ ย ประเภทของสารละลายบัฟเฟอร์ สามารถแบง่ ได้ดังน้ี 1. สารละลายบัฟเฟอร์ของกรดอ่อนกับเกลือของกรดออ่ น สารละลายบัฟเฟอรข์ องกรดออ่ นกบั เกลอื ของกรดออ่ น สารละลายบัฟเฟอร์พวกน้ี pH 〈 7 มีคณุ สมบตั ิ เป็นกรดเชน่ กรดออ่ น เกลอื ของกรดอ่อน สารละลายบฟั เฟอร์ CH3COOH CH3COONa CH3COOH+ CH3COONa HF KF HF + KF H2CO3 NaHCO3 H2CO3 + NaHCO3 ข. สารละลายบัฟเฟอร์ของเบสออ่ นกับเกลือของเบสอ่อน สารละลายบัฟเฟอรข์ องเบสออ่ นกับเกลือของเบสออ่ น สารละลายบัฟเฟอร์พวกน้ี pH 〉 7 มีคณุ สมบัติ เป็นเบสเช่น S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 62 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. เบสออ่ น เกลอื ของเบสอ่อน สารละลายบัฟเฟอร์ NH3 (aq) NH4Cl NH3 (aq) + NH4Cl NH4OH NH4NO3 NH4OH+ NH4NO3 Fe(OH)2 FeCl2 Fe(OH)2 + FeCl2 N2H4 (aq) N2H4 (aq) + N2H5+ (aq) N2H5+ (aq) การคํานวน pH ของสารละลายบฟั เฟอร์ pH = pKa − log [acid] (หลงั จากการเติม) [salt] ผลของการเตมิ กรดและเบสลงไปในสารละลายบฟั เฟอร์ ตัวถูกละลายที่สําคัญในสารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารหนึ่งทําหน้าที่เป็นกรดอ่อนและอีกสารหนึ่งทําหน้าท่ี เป็นเบสอ่อน ดังน้ันสารละลายบัฟเฟอร์ส่วนมากจะประกอบด้วยกรดอ่อนและคู่เบสของมันหรือไม่ก็เบสอ่อนและคู่ กรดของมันละลายปนกันอยู่ในสารละลาย ในกรณีที่สารละลายบัฟเฟอร์ประกอบด้วยกรดอ่อนและคู่เบสของมันเช่น สารละลายทม่ี ี HA ละลายปนอยกู่ บั NaA สมดุลเคมีทีเ่ กดิ ขนึ้ ในสารละลายจะเป็น HA + H2O H3O+ + A- HA จะทําหนา้ ท่ีละลาย OH- ท่มี าจากเบสที่เตมิ เข้าไปในสารละลาย HA + OH- H2O + A- ผลของการทําลายครัง้ นี่จะทําใหป้ รมิ าณของ HA ลดน้อย และ A- มีปริมาณมากขึ้น ส่วน A- ในสารละลาย จะทาํ หน้าที่กําจดั H3O+ จากกรดที่ถูกเตมิ เขา้ ไปในระบบ A- + H3O+ H2O + HA ผลทาํ ใหป้ รมิ าณของ A- ในสารละลายลดน้อยลง และ HA มีปริมาณมากข้ึน แต่อย่างไรก็ดี ถ้าปริมาณของ กรดหรือเบสท่ีถูกเพ่ิมลงไปในระบบไม่มากนัก ก็จะมีผลทําให้อัตราส่วนของ M*HA ยังมีค่าคงที่อยู่ pH ของ M*A− สารละลายในระบบกจ็ ะคงที่ หมายเหตุ *M คือ ความเข้มขน้ ตวั อย่าง จงหาคา่ pH ของสารละลายที่เปลี่ยนแปลงไปเนอื่ งจากเติม 100 cm3 ของสารละลาย ก. 0.050 M NaOH ข. 0.050 M HCl ลงในสารละลาย 400 cm3 ของสารละลายชนดิ หนึง่ ซง่ึ ประกอบด้วย 0.200 M HOAc และ 0.300 M NaOAc (Ka ของ HOAc = 1.75×10-5 ) วธิ ีคิด -หาปริมาณ pH ของสารละลายบฟั เฟอร์เร่ิมต้น [OAc-] = M NaOAc = 0.300 [HOAc] = M HOAc = 0.200 HOAc + H2O H3O+ + OAc- [ ][ ]Ka = H3O+ OAc− [HOAc] S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 63 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. [ ]H3O+ = Ka [HOAc] [OAc− ] =1.75×10-5× 0.200 0.300 =1.16×10-5 pH = 4.94 ก. เม่อื เตมิ 100 cm3 0.050 M NaOH ลงไป ความเขม้ ข้นของ HOAc = ⎜⎛ 0.200x400 − 0.050x100 ⎟⎞x 1000 ⎝ 1000 1000 ⎠ 100 + 400 = 0.150 M ความเขม้ ข้นของ NaOAc = ⎛⎜ 0.300x400 + 0.050x100 ⎞⎟x 1000 ⎝ 1000 1000 ⎠ 100 + 400 = 0.250 M [ ]H3O+ = Ka [HOAc] [OAc− ] =1.75×10-5× 0.150 0.250 =1.05×10-5 pH = 4.98 Δ pH= 4.98-4.94 = 0.04 ข. เม่ือเตมิ 100 cm3 0.050 M HCl ลงไป ความเข้มขน้ ของ HOAc = ⎛⎜ 0.200x400 + 0.050x100 ⎟⎞x 1000 ⎝ 1000 1000 ⎠ 100 + 400 = 0.170 M ความเข้มขน้ ของ NaOAc = ⎛⎜ 0.300x400 − 0.050x100 ⎟⎞x 1000 ⎝ 1000 1000 ⎠ 100 + 400 = 0.230 M [ ]H3O+ = Ka [HOAc] [OAc− ] =1.75×10-5× 0.170 0.230 =1.29×10-5 pH = 4.89 S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 64 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. Δ pH = 4.89-4.94 = -0.05 จากตัวอย่างข้างต้น จะเห็นว่าต้องเติมสารละลาย 0.050 M ของกรดหรือของเบสมีปริมาตรถึง 100 cm3 จึงทําให้ pH ของสารละลายเปล่ียนแปลงไป 0.050 หน่วย แต่ถ้าเราเติมกรดแก่หรือเบสแก่ท่ีมีจํานวนเล็กน้อย เช่น 1.00 cm3 0.050 M HCl จะทาํ ให้ pH ของสารละลายเปลี่ยนแปลงไปนอ้ ยมากหรือแทบจะไมเ่ ปล่ียนแปลงเลย S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 65 -
……..สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ องคก์ ารมหาชน………….. เอกสารอา้ งอิง ทบวงมหาวิทยาลัย. (2541). เคมี 1. กรุงเทพฯ:อกั ษรเจรญิ ทศั น์. พมิ พค์ รั้งท่ี 11. หน้าที่ 398-452. สดุ จติ สงวนเรอื ง, จุนเจือ โลหส์ วุ รรณ และ นนั ธมน คูณแสง. (2548). เคมีทว่ั ไป เล่ม3 ทฤษฎี แบบฝึกหัด และเฉลย. มหาวทิ ยาลัยเกษตรศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ ภาควิชาเคมี กรงุ เทพฯ. หน้าท่ี 130-217. ชัยยทุ ธ ช่างสาร และ เลศิ ณรงค์ ศรีพนม (2545). เคมีสําหรับวศิ วกร. กรุงเทพ ฯ : เพช็ ร สกุลจาํ กดั รานี สวุ รรณพฎษษ์. (2545). เคมที ั่วไป 1. กรงุ เทพ ฯ : โอ.เอส.พริ้นติง้ เฮา้ ส์. สถาบนั สง่ เสริมการสอนวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยี (2545). คูม่ ือครูวชิ าเคมีโครงสรา้ ง 3 เล่ม 3 ว 037. กรงุ เทพ ฯ : โรงพมิ พค์ รุ ุสภา. สถาบันสง่ เสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (2545). หนงั สือเรียนวชิ าเคมีโครง สร้าง 3 เล่ม 3 ว 037. กรงุ เทพ ฯ : โรงพมิ พ์คุรุสภา. สุธาทพิ ย์ ศิริไฟศาลพพิ ฒั น์ และคณะ. (2542). เคมีวิทยาศาสตร.์ กรุงเทพ ฯ : โอ.เอส. พร้นิ ติง้ เฮา้ ส.์ สาโรจน์ บญุ เส็ง. (2552). เอกสารประกอบการสอนเรื่องกรด-เบส สาขาวิชาเคมี โรงเรยี นมหิดลวิทยานุสรณ์ จงั หวัดนครปฐม Brady, J.E. (1990)., Genneral Chemistry. John Wiley and Sons, New York Brady J.E. and Holum J.R., (1993). Chemistry : The Study of Matter and Its Changes, John Wiley and Sons, New York Goldberg D.E.., (1989). Schaum’ s 3000 Solved Problems in Chemistry, Mc Graw-Hill Petrucci R.H. and Harwood W.S.., (1993). General Chemistry. Priciples and Modern Applications, 6th ed., Macmillan, New York Roberts R.M., Gilbert J.C. and Martin S.F., (1993). Experimental Organic Chemistry, Saumders S c i 3 0 2 3 2 จ ล น ศ า ส ต ร์ เ ค มี แ ล ะ ส ม ดุ ล เ ค มี ; ก ร ด - เ บ ส หน้า - 66 -
Search
