Upload
others
View
9
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
กรด-เบส (Acids and Bases)
2
Out line
Electrolyte Solution & Non Electrolyte Solution
Acid-Base Theory
Conjugate Acid-Base Pair
Strong acid-base & Weak acid-base
pH & pOH
Acid-Base Titration
Buffer Solution
Acid-Base Reaction
3
Acid Base in Everyday Life
Acid and Base Properties
กรด เบส
เมอละลายน าน าไฟฟา เปลยนสกระดาษลตมสน าเงน→แดง เมอท าปฏกรยากบเบสจะเกดเกลอ
มรสเปรยว
เมอละลายน าน าไฟฟา เปลยนสกระดาษลตมสแดง→น าเงน เมอท าปฏกรยากบกรด จะเกดเกลอ
มรสฝาด
สารละลายกรดและเบสหลายชนดมสมดลเกดขน การเปลยนแปลงของสารทอยในภาวะสมดลจะมทงการเปลยนแปลงไปขางหนาและการเปลยนแปลงยอนกลบเกดขนตลอดเวลา
4
ตวอยางการทดลอง
เมอกดสวตซใหครบวงจรจะเกดอะไรขน โดยทสาร ละลายทใชในบกเกอรเปนสารชนดตาง ๆ ตามตาราง
สารละลาย
หลอดไฟ
ชนดของสารละลาย ผลการทดสอบ
น าบรสทธ
น าบรสทธทมน าตาลละลายอย
สารละลาย NaCl
สารละลายกรดไฮโดรคลอรก
สารละลายกรดอะซตก
สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด
5
1.Electrolyte Solution & Non Electrolyte Solution
สารละลายแบงตามสภาพการน าไฟฟาเปนเกณฑ
1.1 Non Electrolyte Solution
สารละลายทไมน าไฟฟาเพราะตวถกละลายไมสามารถแตกตวเปนไอออนในตวท าละลายได เชน สารละลายน าตาลกลโคส, น าบรสทธ, แอลกอฮอล
การละลายน าของน าตาลกลโคส
6
1.2 Electrolyte Solution
สารทเมอละลายในน าจะน าไฟฟาได เนองจากมไอออนซงเปนไอออนบวกและไอออนลบเคลอนทอยในสารละลาย สารละลายอเลกโทรไลตนอาจเปนสารละลายกรด เบสหรอเกลอ กได ตวอยางเชน สารละลายกรดไฮโดรคลอรก (HCl) สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) และสารละลายของเกลอ KNO3
H+ Cl-
การละลายน าของกรดไฮโดรคลอรก
7
สารละลายอเลกโทรไลตตางๆ น าไฟฟาไดไมเทากน อเลกโทรไลตทแตกตวเปนไอออนไดมากกวา กจะน าไฟฟาไดดกวาอเลกโทรไลตทแตกตวเปนไอออนไดนอยกวา
สารอเลกโทรไลตสามารถแบงไดเปน 2 ชนด
1. สารอเลกโทรไลตแก (Strong electrolyte)
สารอเลกโทรไลตทสามารถแตกตวเปนไอออนไดหมดหรอเกอบหมด (˜100%) ในน าหรอในสารละลายเจอจาง ท าใหในสารละลายนนมไอออนเปนจ านวนมาก จงน าไฟฟาไดด ไดแก เกลอทละลายน าได กรดแก และเบสแก
8
9
เขยนสมการแสดงการแตกตวของสารอเลกโทรไลตแก โดยใชลกศร →
HCl(aq) → H+(aq) + Cl-(aq)
NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq)
2. สารอเลกโทรไลตออน (weak electrolyte)
สารอเลกโทรไลตทแตกตวใหไอออนไดนอยหรอแตกตวไดไมหมดในสารละลายเจอจาง (<5%)โดยมสวนใหญยงคงอยเปนโมเลกล จงน าไฟฟาไดนอยไดแกกรดออน เบสออน
เขยนสมการแสดงการแตกตวของสารอเลกโทรไลตออน โดยใชลกศร
CH3COOH(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CH3COO-(aq)
10
2. Acid-Base Theory and Conjugate Acid-Base Pair
2.1 ทฤษฎกรด-เบสของอารเรเนยส
กรด คอ สารประกอบทละลายน าแลวแตกตวให H+ หรอ H3O+
HClO4(l) → H+(aq) + ClO4-(aq)
H2O
HA → H+(aq) + A-(aq) H2O
เบส คอ สารประกอบทละลายน าแลวแตกตวให OH-
BOH → B+(aq) + OH-(aq) H2O
Ca(OH)2(s) → Ca2+(aq) + 2OH-(aq) H2O
ขอจ ากด จะเนนเฉพาะการแตกตวในน า ใหเปน H+ และ OH- ไมรวมถงตวท าละลายอนๆ
สารทจะเปนกรดไดตองม H+ อยในโมเลกล และสารทจะเปนเบสไดกตองม OH- อยในโมเลกล
11
2.2 ทฤษฎกรด-เบส ของเบรนสเตต-เลาร
กรด คอ สารทสามารถใหโปรตอนกบสารอน ได (Proton donor)
เบส คอ สารทสามารถรบโปรตอนจากสารอนได (Proton acceptor)
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+
กรด เบส กรด เบส
*สารทจะเปนกรดเบรนสเตต-เลารไดจะตองม H ทแตกตวงาย
CH3COOH เปนคกรดของ CH3COO-
H2O เปนคเบสของ H3O+
CH3COO- เปนคเบสของ CH3COOH
H3O+ เปนคกรดของ H2O
12
NH3 + H2O NH4+ + OH-
*สารทจะเปนเบสเบรนสเตต-ลาวรไดจะตองมอเลกตรอนคโดดเดยว ไมเปนบวก
กรด เบส กรด เบส
NH3 เปนคเบสของ NH4+ NH4
+ เปนคกรดของ NH3
H2O เปนคกรดของ OH- OH- เปนคเบสของ H2O
ขอจ ากด สารทจะท าหนาทเปนกรดจะตองมโปรตอนอยในสารนน (H+)
(จะเหนไดวา คกรด-เบสนนจะมจ านวนโปรตอน (H+) ตางกน 1 ตว)
13
สารทเปนไดทงกรดและเบส (Amphoteric)
สารทเปนแอมโฟเทอรก ถาท าปฏกรยากบสารทใหโปรตอนไดดกวา ตวมนเองจะรบโปรตอน (ท าหนาทเปนเบส) แตถาไปท าปฏกรยากบสารทใหโปรตอนไดไมด ตวมนเองจะเปนตวใหโปรตอนกบสารนน (ท าหนาเปนกรด)
H2O + NH3 NH4+ + OH –
NH4+ + H2O H3O
+ + NH3
กรด เบส
กรด เบส
ให H+
ให H+
รบ H+
รบ H+
14
2.3 ทฤษฎกรด-เบสของลวอส
กรด คอ สารทสามารถรบอเลคตรอนคโดดเดยว (Electron pair acceptor) จากสารอน
เบส คอ สารทสามารถใหอเลคตรอนคโดดเดยว (Electron pair donor) แกสารอน
รบคอเลกตรอน ใหคอเลกตรอน เกดพนธะโคเวเลนต
กรดรบอเลกตรอนเรยกวาเปน Electrophile และเบสใหอเลกตรอนเรยกวาเปน Nucleophile
กรด เบส
ขอด คอ สามารถจ าแนกกรด-เบส ทไมมทง H หรอ OH- ในสารนน สารอยในสถานะแกสกสามารถใชทฤษฎลวอสอธบายความเปนกรดเบสได
15
1.ใหเขยนคกรด-เบสของสารตอไปน ก. NH4
+ คเบสคอ
HClO คเบสคอ
H2PO4- คเบสคอ
HIO4 คเบสคอ
CH3COOH คเบสคอ
ข. HS- คกรดคอ HSO4
- คกรดคอ CO3
2- คกรดคอ HPO4
2- คกรดคอ PO4
3- คกรดคอ
2. จงระบคกรด-เบสในปฏกรยาตอไปน
CH3COO- + HCN CH3COOH + CN-
HCO3- + HCO3
- H2CO3 + CO32-
CO32- + H2O HCO3
- + OH-
HClO + CH3NH2 CH3NH3+ + ClO-
แบบฝกหด 1
16
3. จงเขยนสมการเมอสารตอไปนละลายน า พรอมบอกวาสารเหลานเปนกรดหรอเบส
3.1 HClO
3.2 HNO3
3.3 H2O
3.4 KOH
4.สารละลาย Ba(OH)2 เขมขน 0.1 mol/dm3 ปรมาตร 100 cm3 ถาเตมน าใหมปรมาตรเปน 400 cm3 ความเขมขนของ OH- จะเปนกโมลาร
5.ในภาชนะมสารละลายของกรดไนตรกปรมาตร 500 cm3 พบวามมความเขมขนของโปรตอน 0.5 mol/dm3 ถาหากน าสารละลายนมา 50 cm3 แลวปรบปรมาตรใหเปน 250 cm3 สารละลายจะมความเขมขนของกรดไนตรกเทาไร
3.5 CH3COOH
3.6 Ca(OH)2
17
3.Strong acid-base & Weak acid-base
3.1 การพจารณาความแรงของกรดและเบส
3.1.1 ดจากการแตกตวของกรด กรดและเบสทแตกตวได 100% จะเรยกวากรดแก และเบสแก แตถากรดและเบสนนแตกตวไดเพยงบางสวนกจะเรยกวา กรดออน หรอเบสออน
การแตกตวของกรดและเบสนนดไดจากคาคงทสมดลของการแตกตวของกรดหรอเบส (Ka หรอ Kb)
HClO2 Ka = 1.1 x 10-2
HF Ka = 6.8 x 10-4
CH3COOH Ka = 1.8 x 10-5 H2CO3 Ka = 4.4 x 10-7
จงเรยงล าดบความแรงของกรดจากมากไปหานอยตามคา Ka
18
3.1.2 ดจากการเรยงล าดบในตารางธาต
NH3 Kb = 1.76 x 10-5
N2H4 Kb = 9.5 x 10-7
C6H5NH2 Kb = 4.3 x 10-10
จงเรยงล าดบความแรงของเบสจากมากไปหานอยตามคา Kb
1.H2SO4 H2SeO4 H3PO4 H3AsO4
จงเรยงล าดบความแรงของกรดตอไปน
2.HClO HClO2 HClO3 HClO4
19
การแตกตวของกรดแกและเบสแก จะแตกตวไดหมด 100% เปนไอออนไดหมดในตวท าละลายซงสวนใหญเปนน า
3.2 การแตกตวของกรดแกและเบสแก
การแตกตวของกรดแกและเบสแกนน เขยนแทนดวยลกศร → ซงแสดงการเปลยนแปลงไปขางหนาเพยง อยางเดยว
HCl (aq) → H+(aq) + Cl- (aq)
1 โมล 1 โมล 1 โมล
[HCl] = [H+] = [Cl-] = 1 โมล/ลตร
NaOH (aq) → Na+ (aq) + OH- (aq)
0.1 โมล 0.1 โมล 0.1 โมล
[NaOH] = [Na+] = [OH-] = 0.1 โมล/ลตร
20
แบบฝกหด 2
1 จงค านวณหาความเขมขนของไอออนแตละชนดทเกดจากสารละลาย 0.015 M HNO3
2 ถาน าโพแทสเซยมไฮดรอกไซด 2.8 กรมละลายน า สารละลายมปรมาตร 2 dm3 ในสารละลายจะมไอออนใดบางอยางละก mol/dm3 (มวลอะตอม K=39, O=16, H=1)
3 สารละลายกรดแก (HA) 250 cm3 มปรมาณ H3O+ ไอออน 0.05 mol ถาเตมกรดนลงไปอก
0.2 mol โดยทสารละลายมปรมาตรคงเดม สารละลายทไดจะมความเขมขนเทาใด
4 จงหาความเขมขนของไอออนแตละชนด ทเกดจากการน า NaOH 10.0 กรม ละลายในน าท าเปนสารละลาย 0.2 dm3 (Na = 23, O = 16, H = 1)
5 ถาสารละลาย NaNO3 แตกตวไดอยางสมบรณ สารละลาย 0.01 M NaNO3 ปรมาตร 200 มลลลตร จะมไอออนชนดใดบางและอยางละกโมล
21
สารละลายกรดออน เชน กรดอะซตก (CH3COOH) เมอละลายน า จะน าไฟฟาไดไมด ทงน เพราะกรดอะซตกแตกตวเปนไอออนไดเพยงบางสวน เขยนแทนโดยสมการจะใชลกศร
3.2 การแตกตวของกรดออน
ปรมาณการแตกตวของกรดออน นยมบอกเปนรอยละ เชน กรด HA แตกตวไดรอยละ 10 ในน าหมายความวา?
ปรมาณการแตกตวของกรดออน นยมบอกเปนรอยละ
รอยละการแตกตวของกรดออน = [H
3O+]
C x 100
C = ความเขมขนเรมตนของกรดออน หนวย mol/ dm3
[H3O+] = ความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน ทภาวะสมดล หนวย mol/dm3
22
ตวอยาง 1 สารละลายกรด HB เขมขน 0.2 mol/dm3 เมอละลายน ามปรมาณ H3O+ ไอออน
0.05 mol จงค านวณหาปรมาณการแตกตวเปนรอยละ
การแตกตวของกรดออนชนดเดยวกน จะเพมขนเมอสารละลายมความเจอจางมากขน
CH3COOH 1.0 M แตกตวได 0.42 % CH3COOH 0.10 M แตกตวได 1.30 % CH3COOH 0.010 M แตกตวได 4.20 %
23
ตวอยาง 2 สารละลายกรด HCN 0.02 M แตกตวให [H3O+] 1.2x10-5 M จงหา %การแตกตว
24
ชนดของกรดตามความสามารถในการใหโปรตรอน
1.กรดมอนอโปรตก (monoprotic acid dissociation)
กรดทแตกตวให H+ ไดเพยง 1 ตว
CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq)
2.กรดโพลโปรตก (polyprotic acid dissociation)
กรดทมโปรตอนมากกวา 1 ตว และสามารถแตกตวให H+ ไดมากกวา 1 ตว
Diprotic แตกตวให 2โปรตอน
H2CO3 H+ + HCO3
-
HCO3- H+ + CO3
2-
triprotic แตกตวให 3โปรตอน
H3PO4 H+ + H2PO4
-
H2PO4- H+ + HPO4
2-
HPO42- H+ + PO4
3-
25
คาคงทสมดลของกรดออน (Acid Ionization Constant, Ka)
กรดออนแตกตวไดเพยงบางสวน ปฏกรยาการแตกตวไปขางหนา และปฏกรยายอนกลบเกดขนไดพรอมกน และปฏกรยาการแตกตวของกรดออนนจะอยใน ภาวะสมดล
HA (aq) + H2O (l) H3O+(aq) + A-(aq)
Ka = [H3O+] [A-]
[HA]
Ka คอ คาคงทสมดลของกรดออน (HA) และถอวา [H2O] มคาคงท
ถาคา Ka มคามากแสดงวากรดมความแรงมาก แตกตวไดด ถาคา Ka นอยแสดงวากรดแตกตวไดนอย มความแรงนอย ส าหรบกรดทแตกตวได 100% จะไมมคา Ka
26
กรณกรดไดโปรตก
Ka1 = = 1.1 x 10-7
H2S (aq) + H2O(l) H3O+ (aq) + HS- (aq)
HS- (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + S2- (aq)
Ka2 = = 1.10 x 10-14
[H3O+] [HS-]
[H2S]
[H3O+] [S2-]
[HS-]
จะเหนวาคา Ka1 > Ka2 หมายความวา ?
27
กรณกรดไตรโปรตก
Ka1 = = 5.9 x 10-3
H3PO4(aq) + H2O(l) H3O+ (aq) + H2PO4
- (aq)
H2PO4-(aq) + H2O(l) H3O
+ (aq) + HPO42- (aq)
Ka2 = = 6.2 x 10-8
[H3O+] [H2PO4
-]
[H3PO4]
[H3O+] [HPO4
2-]
[H2PO4-]
HPO42-(aq) + H2O(l) H3O
+ (aq) + PO43- (aq)
Ka3 = = 4.8 x 10-13 [H3O
+] [PO43-]
[HPO42-]
28
การค านวณ ทภาวะสมดล โดยใชคา Ka และ Kb และรอยละการแตกตวของกรดออนและเบสออน
กรดออน C เปนความเขมขนเรมตนของกรดออน (mol/ dm3)
X เปนความเขมขนของกรดออนทแตกตวได
HA (aq) + H2O (l) H3O+(aq) + A-(aq) จงเขยนสมการแสดงคา Ka
29
กรณท 1 ≥ 1000 Ka C
(C-[H+]) ≈ C ก าหนดให
กรณท 2 < 1000 Ka C
(C-[H+]) จะมคาแตกตางกบคา C มาก
30
เบสออน C เปนความเขมขนเรมตนของเบสออน (mol/ dm3)
X เปนความเขมขนของเบสออนทแตกตวได
B (aq) + H2O (l) BH+(aq) + OH-(aq) จงเขยนสมการแสดงคา Kb
31
กรณท 1 ≥ 1000 Kb C
(C-[OH-]) ≈ C ก าหนดให
กรณท 2 < 1000 Kb C
(C-[OH-]) จะมคาแตกตางกบคา C มาก
32
สรปสตรการแตกตวของกรดออนและเบสออน
กรดออน เบสออน
≥ 1000 Ka C กรณท
[H3O+] = [คเบสของกรดออน] = √KaC
รอยละการแตกตว = [H3O+]
C X 100
= √KaC C
X 100
≥ 1000 Kb C กรณท
[OH-] = [คกรดของเบสออน] = √KbC
รอยละการแตกตว = [OH+] C
X 100
= √KbC C
X 100
33
ตวอยาง 3 สารละลายเบส NH3 เขมขน 2.0 M จะมความเขมขนของ OH- เทาใด ก าหนด Kb ของเบสนเทากบ 1.8×10-5
34
ตวอยาง 4 สารละลายกรด HA มคา Ka เปน 6.8 x 10-4 สารละลายกรดนมความเขมขน 1 mol/dm3 สารละลายกรดนจะมความเขมขนของ H3O
+ เทาใด
35
ตวอยาง 5 แอมโมเนยจ านวน 0.106 mol ละลายในน า 1 dm3 ทภาวะสมดลแตกตวให NH4+ และ
OH- เทากน คอ 1.38 x10-3 mol จงหาคาคงทของการ แตกตวของ NH3
36
ตวอยาง 6 จงเรยงล าดบความแรงของกรดจากขอมลตอไปน
กรด ความเขมขน M รอยละการแตกตว HA 0.1 2
HB 0.2 4
HC 0.3 1
37
ตวอยาง 7 ท 25 0C กรดอะซตก (CH3COOH) เขมขน 0.1 mol/dm3 แตกตวได 1.34 % จงค านวณ หาความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน อะซเตตไอออน และ Ka
38
ตวอยาง 8 จงค านวณหาความเขมขนของ H+, SO42- และ HSO4
- ของสารละลายกรด H2SO4 เขมขน 0.5 mol/dm3 ก าหนดคา Ka2 = 1.26 x 10-2
39
ตวอยาง 9 จากการศกษาพบวาสารละลาย NH3 0.10 mol/dm3 แตกตวให NH4+ และ OH- เทากบ
1.88 x 10-3 mol/dm3 ถาใชสารละลาย NH3 เขมขน 0.20 mol/dm3 จะแตกตวไดกเปอรเซนต