Upload
woravith-chansuvarn
View
61
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร
iamworavith Asst.Prof.Dr.Woravith Chansuvarn
Titrimetry: Acid-base titration
การไทเทรตปฏกรยากรด-เบส
Lasted update : May 2017
แผนการสอนและการเรยนร
จดประสงคการเรยนร บอกปฏกรยาสะเทน ค านวณคา pH ของปฏกรยาสะเทน อธบายกราฟการไทเทรตของปฏกรยาสะเทน
บทเรยน 5.1 การไทเทรตกรด-เบส
การวดผลการเรยนร กจกรรมและแบบฝกหด สอบยอยรายหนวย
2
ทบทวน
ทฤษฎกรด-เบส ความแรงของกรด-เบส คาคงทการแตกตวของกรด-เบส สตรค านวณคา pH ปฏกรยา hydrolysis สมการบฟเฟอร
3
กรดแก
เบสแก
กรดออน
เบสออน แตกตวได 100% แตกตวได <100%
[H+]ทแตกตว = [เรมตน]
[OH-]ทแตกตว = [เรมตน]
[H+]ทแตกตว =
[OH-]ทแตกตว =
pH = -log [H+]
pOH = -log [OH-] pH = 14 - pOH
KaCa
KbCb stron
g ele
ctroly
te weak electrolyte
4
ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส เรยกวา ปฏกรยาสะเทน (neutralization reaction)
ปฏกรยาสะเทนตามความแรงของกรด-เบส 1) ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสแก 2) ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสออน 3) ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสแก 4) ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสออน
5
ปฏกรยาสะเทน
1) ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสแก
6
HCl + NaOH NaCl + H2O
กรดแก แตกตวเปน H+ อยางสมบรณ เบสแก แตกตวเปน OH- อยางสมบรณ
เกลอทเกดจากกรดแกกบเบสแกไมท าปฏกรยากบน า ดงนน สารละลายทจดสมมลจะมสมบตเปนกลาง (pH=7)
H+ + Cl- Na+ + OH-
2) ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสแก
7
เกลอ CH3COONa เปนเกลอทเกดจากกรดออนกบเบสแก เมอการเกดแตกตวสามารถท าปฏกรยาน า เกดอนมล OH-
กรดออน แตกตวเปน H+ อยางไมสมบรณ เบสแก แตกตวเปน OH- อยางสมบรณ
CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O Na++ OH-
CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-
ดงนนทจดสมมลสารละลายเปนเบส
3) ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสออน
8
เกลอ NH4Cl เปนเกลอทเกดจากกรดแกกบเบสออน เมอเกดการแตกตวสามารถท าปฏกรยาน า เกดอนมล H+
กรดแก แตกตวเปน H+ อยางสมบรณ เบสออน แตกตวเปน OH- อยางไมสมบรณ
HCl + NH3 NH4Cl NH4
++ OH-
ดงนน ทจดสมมลสารละลายเปนกรด
H+ + Cl-
NH4+ + H2O NH3 + H3O
+
4) ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสออน
9
เกลอทง CH3COO- และ NH4+
สามารถท าปฏกรยาน าได เกดอนมล H+
กรดออน แตกตวเปน H+ อยางไมสมบรณ เบสออน แตกตวเปน OH- อยางไมสมบรณ
NH4++ OH-
ดงนน ทจดสมมลเกดทง OH- และ H3O+ พอ ๆ กน สารละลายจงเปน กลาง หรอกรด หรอเบส ทออนมาก ขนกบชนดของกรดออนและเบสออน
H+ + CH3COO-
CH3COOH + NH3 CH3COO- + NH4+
CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- NH4
+ + H2O NH3 + H3O+
การค านวณ pH ปฏกรยาสะเทน
ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส
10
กรด – titrant เบส – analyte
เบส – titrant กรด – analyte
initial point - จดเรมตน pre-equivalent point - จดกอนจดสมมล equivalent point - จดสมมล post-equivalent - จดหลงจดสมมล
การค านวณคา pH แตละจด (ชวง) ขนกบชนดของกรดและเบส
จดสมมล คอจดทปรมาตรของไทแทรนตทเตมลงไป ท าปฏกรยาพอดกบจ านวนโมลของสารตวอยาง
mmol A = mmol B สามารถค านวณปรมาตรของไทแทรนตทจดสมมล
A B
MAVA = MBVB
VA = --------- MBVB MA
• ถาปรมาตรไทแทรนตทเตม < VA เปนจดกอนสมมล
• ถาปรมาตรไทแทรนตทเตม = VA เปนจดสมมล
• ถาปรมาตรไทแทรนตทเตม > VA เปนจดหลงสมมล
11
แนวคดการค านวณ pH ของการไทเทรตกรดแก-เบสแก
• เมอยงไมมการเตม ไทแทรนตลงไป
pH ค านวณอยางกรดแกเรมตน
V(เตม) < V(สมมล) Initial point
• เมอเตมไทแทรนตลงไป แตไมถงจดสมมล
pH ค านวณอยางกรดแกทเหลอ
V(เตม) < V(สมมล) pre-eq point
• เมอเตมไทแทรนตลงไปเทากบจดสมมล
pH ค านวณจากการแตกตวของน า
V(เตม) = V(สมมล) eq point
• เมอเตมไทแทรนตลงไปเกนจดสมมล
pH ค านวณจากเบสทเกน
V(เตม) > V(สมมล) post-eq point
12
แนวคดการค านวณ pH ของการไทเทรตเบสแก-กรดแก
• เมอยงไมมการเตม ไทแทรนตลงไป
pH ค านวณอยางเบสแกเรมตน
V(เตม) < V(สมมล) Initial point
• เมอเตมไทแทรนตลงไป แตไมถงจดสมมล
pH ค านวณอยางเบสแกทเหลอ
V(เตม) < V(สมมล) pre-eq point
• เมอเตมไทแทรนตลงไปเทากบจดสมมล
pH ค านวณจากการแตกตวของน า
V(เตม) = V(สมมล) eq point
• เมอเตมไทแทรนตลงไปเกนจดสมมล
pH ค านวณจากกรดทเกน
V(เตม) > V(สมมล) post-eq point
13
การไทเทรตกรดแก-เบสแก
14
HCl(aq) + NaOH(aq) H2O(aq) + NaCl(aq)
ค านวณปรมาตร NaOH ทจดสมมล 0.10 M NaOH
0.10 M HCl 25.00 mL
mmol NaOH = mmol HCl MNaOHVNaOH = MHClVHCl
VNaOH = -------------- MHClVHCl MNaOH
หมายเหต การค านวณปรมาตร NaOH ทจดสมมล เพอเปนแนวทางการค านวณคา pH เมอเตม NaOH ลงไป
VNaOH =0.10 Mx25.00 mL
0.10 M
= 25.00 mL
การไทเทรตกรดแก-เบสแก
15
HCl(aq) + NaOH(aq) H2O(aq) + NaCl(aq)
Initial point : ในสารละลายมเพยง 0.10 mol/L HCl อยางเดยว และ HCl เปนกรดแก
HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq) 0.10 M 0.10 M 0.10 M
pH = -log [H+] = -log(1.0x10-1) = 1.00
0.10 M NaOH 0 mL
0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol
การไทเทรตกรดแก-เบสแก
16
HCl(aq) + NaOH(aq) H2O(aq) + NaCl(aq)
pre-eq. point : ในสารละลายม mmol NaOH นอยกวา mmol HCl
pH = -log (0.0428) = 1.37
0.10 M NaOH 10 mL
0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol
= 1.00 mmol mmol HCl(ทเหลอ) = mmol HCl – mmol NaOH
= 2.50 – 1.00 = 1.50 mmol
[HCl](ทเหลอ) = = = 0.0428 M 1.50 mmolVtotal
1.50 mmol35.00 mL
การไทเทรตกรดแก-เบสแก
17
HCl(aq) + NaOH(aq) H2O(aq) + NaCl(aq)
eq. point : ในสารละลายม mmol NaOH เทากบ mmol HCl
pH = -log (1.0x10-7) = 7.0
0.10 M NaOH 25.00 mL
0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol
= 2.50 mmol • กรดและเบสท าปฏกรยากนพอด ไมมกรดหรอเบสเหลอ แตจะเกดเปนเกลอกบน า • คา pH จะคดจากการแตกตวของน า (pH = 7)
2H2O H3O+ + OH-
Kw=[H3O+][OH-]=1.0x10-14
เมอก าหนดให [H3O+] = [OH-] = x ดงนน x2 = 1.0x10-14
x = 1.0x10-7
[H3O+] = [OH-] = 1.0x10-7
การไทเทรตกรดแก-เบสแก
18
HCl(aq) + NaOH(aq) H2O(aq) + NaCl(aq)
post-eq. point : ในสารละลายม mmol NaOH มากกวา mmol HCl
pOH = -log (0.002) = 2.71
0.10 M NaOH 26.00 mL
0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol
= 2.60 mmol mmol NaOH(ทเกน) = mmol NaOH – mmol HCl
= 2.60 – 2.50 = 0.10 mmol
[OH-](ทเกน) = = 0.002 M 0.10 mmol51.00 mL
pH = 14-pOH = 11.29
กราฟการไทเทรตกรดแก-เบสแก คา pH จากการไทเทรตระหวาง 25.00 mL ของ 0.10 M HCl ดวย 0.10 M NaOH ทปรมาตรตางๆ
19
0.10 M NaOH X mL
0.10 M HCl 25.00 mL = 2.50 mmol
= 0.10X mmol
20
0.02.04.06.08.010.012.014.0
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0
pH
ปรมาตร NaOH (mL)
methyl red pH 4.4-6.3
phenolphthalien pH 8.2-10.0
eq. point (pH=7.0)
กจกรรมเดยว (10 นาท)
จงค านวณคา pH จากการไทเทรตระหวาง 24.00 mL ของ 0.10 M HCl ดวย 0.15 M NaOH ทปรมาตร ตามเลขทนกศกษา
21
0.15 M NaOH X mL
0.10 M HCl 24.00 mL = 2.40 mmol
= 0.15X mmol
กจกรรมกลม (10 นาท)
จงค านวณคา pH จากการไทเทรตระหวาง 24.00 mL ของ 0.10 M NaOH ดวย 0.15 M HCl ทปรมาตร ตามเลขทนกศกษา
22
0.15 M HCl X mL
0.10 M NaOH 24.00 mL = 2.40 mmol
= 0.15X mmol
แนวคดการค านวณ pH ของการไทเทรตเบสออน-กรดแก
• เมอยงไมมการเตม ไทแทรนตลงไป
pH ค านวณอยางเบสออนเรมตน
V(เตม) < V(สมมล)
• เมอเตมไทแทรนตลงไป แตไมถงจดสมมล
pH ค านวณอยางบฟเฟอรเบส
V(เตม) < V(สมมล)
• เมอเตมไทแทรนตลงไปเทากบจดสมมล
pH ค านวณจากไฮโดรไลซส
V(เตม) = V(สมมล)
• เมอเตมไทแทรนตลงไปเกนจดสมมล
pH ค านวณจากกรดแกทเกน
V(เตม) > V(สมมล)
23
การไทเทรตเบสออน-กรดแก
24
HCl(aq) + NH3(aq) NH4Cl(aq)
ค านวณปรมาตร HฉCl ทจดสมมล 0.10 M HCl
0.10 M NH3 25.00 mL
mmol HCl = mmol NH3
MHClVHCl = MNH3VNH3
VHCl = -------------- MNH3
VNH3 MHCl
หมายเหต การค านวณปรมาตร HCl ทจดสมมล เพอเปนแนวทางการค านวณคา pH เมอเตม HCl ลงไป
VHCl =0.10 Mx25.00 mL
0.10 M
= 25.00 mL
การไทเทรตเบสออน-กรดแก
25
HCl(aq) + NH3(aq) NH4Cl(aq)
Initial point : ในสารละลายมเพยง 0.10 mol/L NH3 อยางเดยว และ NH3 เปนเบสออน
NH3 + H2O NH4+ + OH-
0.10 M << 0.10 M ตองพจารณาคา Kb =1.8x10-5
0.10 M HCl 0 mL
0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol
26
0.10 M HCl 10 mL
0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol
= 1.00 mmol
HCl(aq) + NH3(aq) NH4Cl(aq)
pre-eq. point : ในสารละลายม mmol HCl < mmol NH3 ชวงนจะเกดเกลอ NH4Cl ขน แตยงม NH3 เหลออยดวย เปนบฟเฟอรเบส
-4
b3
[NH Cl][OH ]K = [NH ]- 3
b4
[NH ][OH ] = K [NH Cl]4
b3
[NH Cl]pOH = pK + log [NH ]
mmolNH3(ทเหลอ)= MNH3VNH3
- MHClVHCl
mmolNH4Cl(ทเกดขน)= mmolHCl(ทเตม) = MHClVHCl
27
4b
3
[NH Cl]pOH = pK + log [NH ]mmolNH4Cl(ทเกดขน)= mmolHCl(ทเตม) = MHClVHCl = 0.10 x 10 = 1.00 mmol
mmolNH3(ทเหลอ) = MNH3VNH3
- MHClVHCl = 2.50 – 1.00 = 1.50 mmol b
1.0035.00
pOH = pK + log1.5035.00
pOH = 4.58 pH = 14 – 4.58 = 9.42
28
0.10 M HCl 25.00 mL
0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol
= 2.50 mmol
HCl(aq) + NH3(aq) NH4Cl(aq)
eq. point : ในสารละลายม mmol HCl = mmol NH3 ชวงนเกดเกลอ NH4Cl ขนอยางสมบรณ แตเกลอ NH4Cl สามารถท าปฏกรยาตอกบน า
NH4+ NH3 + H+
3a
4
[NH ][H ]K
[NH ]
3a
4
[NH ][H ][OH ]K
[NH ][OH ]
3a w
4
[NH ]K K
[NH ][OH ]
wa
b
KK
K
W 3
b 4
K [NH ][H ]
K [NH ]
W 4
b
K [NH ][H ]
K
เมอ [H+]=[NH3]
29
W 4
b
K [NH ][H ]
K
mmolNH4Cl(ทสมมล)= mmolHCl(ทสมมล) = 0.10x25.00 = 2.50 mmol
14
5
2.50(1.0x10 )
50.00[H ]
1.8x10
= 3.54x10-6
pH = -log(3.54x10-6) = 5.27
30
0.10 M HCl 50.00 mL
0.10 M NH3 25.00 mL = 2.50 mmol
= 5.00 mmol
HCl(aq) + NH3(aq) NH4Cl(aq)
post-eq. point : ในสารละลายม mmol HCl มากกวา mmol NH3
mmol HCl(ทเกน) = mmol HCl – mmol NH3 = 5.00 – 2.50 = 2.50 mmol
[H+](ทเกน) = = 0.033 M 2.5075.00
pH = 1.48
แนวคดการค านวณ pH ของการไทเทรตกรดออน-เบสแก
• เมอยงไมมการเตม ไทแทรนตลงไป
pH ค านวณอยางกรดออนเรมตน
V(เตม) < V(สมมล)
• เมอเตมไทแทรนตลงไป แตไมถงจดสมมล
pH ค านวณอยางบฟเฟอรกรด
V(เตม) < V(สมมล)
• เมอเตมไทแทรนตลงไปเทากบจดสมมล
pH ค านวณจากไฮโดรไลซส
V(เตม) = V(สมมล)
• เมอเตมไทแทรนตลงไปเกนจดสมมล
pH ค านวณจากเบสแกทเกน
V(เตม) > V(สมมล)
33
การไทเทรตกรดออน-เบสแก
34
HOAc + NaOH NaOAc + H2O
ค านวณปรมาตร NaOH ทจดสมมล 0.10 M NaOH
0.10 M HOAc 25.00 mL
mmol NaOH = mmol HOAc
MNaOHVNaOH = MHOAcVHOAc
VNaOH = ----------------- MHOAcVHOAc
MNaOH
หมายเหต การค านวณปรมาตร NaOH ทจดสมมล เพอเปนแนวทางการค านวณคา pH เมอเตม NaOHl ลงไป
VNaOH =0.10 Mx25.00 mL
0.10 M
= 25.00 mL
การไทเทรตกรดออน-เบสแก
35
HOAc + NaOH NaOAc + H2O
Initial point : ในสารละลายมเพยง 0.10 mol/L HOAc อยางเดยว และ HOAc เปนกรดออน
HOAc OAc- + H+ 0.10 M << 0.10 M ตองพจารณาคา Ka =1.8x10-5
0.10 M NaOH 0 mL
0.10 M HOAc 25.00 mL = 2.50 mmol
36
0.10 M NaOH 10 mL
0.10 M HOAc 25.00 mL = 2.50 mmol
= 1.00 mmol
HOAc + NaOH NaOAc + H2O
pre-eq. point : ในสารละลายม mmolNaOH < mmol HOAc ชวงนจะเกดเกลอ NaOAc ขน แตยงม HOAc เหลออยดวย เปนสารละลายบฟเฟอรเบส +
a[NaOAc][H ]K = [HOAc]
+a
[HOAc][H ] = K [NaOAc]
a[NaOAc]pH = pK + log [HOAc]
mmolHOAc(ทเหลอ)= mmolHOAc - mmolNaOHl
mmolNaOAc(เกดขน)=mmolNaOH(เตม)
= MNaOHVNaOH
37
a[NaOAc]pH = pK + log [HOAc]
mmolNaOAc(ทเกดขน)=mmolNaOH(ทเตม)=MHClVHCl = 0.10 x 10 = 1.00 mmol
mmolHOAc(ทเหลอ) = MHOAcVHOAc- MNaOHVNaOH = 2.50 – 1.00 = 1.50 mmol a
1.0035.00
pH = pK + log1.5035.00
pH = 4.58
38
0.10 M NaOH 25.00 mL
0.10 M HOAc 25.00 mL = 2.50 mmol
= 2.50 mmol
HOAc + NaOH NaOAc + H2O
eq. point : ในสารละลายม mmolNaOH = mmolHOAc ชวงนเกดเกลอ NaOAc ขนอยางสมบรณ แตเกลอ NaOAc สามารถท าปฏกรยาตอกบน า
OAc- + H2O HOAc + OH-
b
[HOAc][OH ]K
[OAc ]
b
[HOAc][OH ][H ]K
[OAc ][H ]
a w
[HOAc]K K
[OAc ][H ]
wb
a
KK
K
W
a
K [OAc ][OH ]
K
เมอ [OH-]=[HOAc]
w
b
K [HOAc][OH ]
K [OAc ]
39
W
a
K [OAc ][OH ]
K
mmolNaOAc(ทสมมล)= mmolNaOH(ทสมมล) = 0.10x25.00 = 2.50 mmol
14
5
2.50(1.0x10 )
50.00[OH ]
1.8x10
= 3.54x10-6
pOH = -log(3.54x10-6) pH = 14 - 5.27 = 8.72
40
0.10 M NaOH 50.00 mL
0.10 M HOAc 25.00 mL = 2.50 mmol
= 5.00 mmol
HOAc + NaOH NaOAc + H2O
post-eq. point : ในสารละลายม mmol NaOH มากกวา mmol HOAc
mmol NaOH(ทเกน) = mmol NaOH – mmol HOAc = 5.00 – 2.50 = 2.50 mmol
[OH-](ทเกน) = = 0.033 M 2.5075.00
pOH = 1.48 pH = 14 – 1.48 = 12.52