เฉลย แบบฝ กห ด 12.2 เคม ม.6 เล ม 5

สารบัญ บทที่ หน้า เนื้อหา บทที่ 10 กรด-เบส 1 ผลการเรียนร ู้ 1 การวิเคราะห์ผลการเรียนร ู้ 2 ผังมโนทัศน์ 6 สาระสำ�คัญ 7 เวลาที่ใช ้ 7 เฉลยตรวจสอบความรู้ก่อนเรียน 8 10.1 ทฤษฎีกรด-เบส 10 เฉลยแบบฝึกหัด 10.1 14 10.2 คู่กรด-เบส 15 เฉลยแบบฝึกหัด 10.2 18 10.3 การแตกตัวของกรด เบส และน้ำ� 19 เฉลยแบบฝึกหัด 10.3 36 10.4 สมบัติกรด-เบสของเกลือ 44 เฉลยแบบฝึกหัด 10.4 48 10.5 pH ของสารละลายกรดและเบส 50 เฉลยแบบฝึกหัด 10.5 57 10.6 ปฏิกิริยาเคมีระหว่างกรดและเบส 62 เฉลยแบบฝึกหัด 10.6 63 10.7 การไทเทรตกรด-เบส 64 เฉลยแบบฝึกหัด 10.7 81 10.8 สารละลายบัฟเฟอร ์ 86 เฉลยแบบฝึกหัด 10.8 92 10.9 การประยุกต์ใช้ความรู้เกี่ยวกับกรด-เบส 94 เฉลยแบบฝึกหัดท้ายบท 97 10 กรด-เบส pH

Made with FlippingBook

RkJQdWJsaXNoZXIy NzMxODQ4

6. การระบคุ วามเปน็ กรด-เบสของสารละลายเกลือไดจ้ ากค่า Ka หรอื Kb ของไอออนทเี่ กิดปฏกิ ริ ยิ าไฮโดรลิซิส

ขอ้ ใดตอ่ ไปน้ถี ูกตอ้ ง ก. Ka > Kb สารละลายมสี มบตั ิเป็นกรด ข. Ka > Kb สารละลายมีสมบัติเปน็ เบส ค. Kb > Ka สารละลายมสี มบัตเิ ป็นกรด ง. Ka  Kb สารละลายมีสมบัตเิ ป็นเบส

7. สารละลายกรดชนดิ หนึ่ง มีความเข้มข้นของไฮโดรเนยี มไอออนเทา่ กับ 2 x 10-2 โมลตอ่ ลิตร สารละลาย

นมี้ ี pH เทา่ ใด

ก. 1.6 ข. 1.7

ค. 1.8 ง. 1.9

8. ปฏกิ ิรยิ าเคมีระหว่างสารละลายกรดและเบสทพี่ อดีกนั เรยี กวา่ อะไร

ก. ปฏกิ ริ ิยาสะเทิน ข. ปฏกิ ริ ยิ ารดี ักชนั

ค. ปฏิกริ ยิ าไฮโดรลิซิส ง. ปฏิกริ ิยาออกซเิ ดชัน

9. สารคูใ่ ดต่อไปน้ีเปน็ กรดแกแ่ ละเบสออ่ น

ก. HBr และ LiOH

ข. HNO2 และ NaOH ค. HNO3 และ NH3 ง. H2CO3 และ Ca(OH)2 10. จดุ สมมูล (equilibrium point) หมายถึงขอ้ ใด

ก. จุดทีส่ ารละลายกรดและเบสทาปฏกิ ริ ิยากนั พอดี

ข. จดุ ทข่ี ณะไทเทรตสารละลายกรดเบสท่มี ีอินดิเคเตอร์อยูใ่ นสารละลายเปลยี่ นสี

ค. กระบวนการหาปริมาณสารที่ทาปฏิกิริยาพอดีกัน โดยการเตมิ สารละลายชนดิ หน่ึงลงในสารละลาย

อีกชนดิ หน่ึงจนเกดิ ปฏิกริ ยิ าสมบรู ณ์

ง. ไมม่ ีขอ้ ใดถูก

แบบทดสอบกอ่ นเรยี น

11. สารละลาย HCl 20 ml นามาไทเทรตกบั สารละลายมาตรฐาน NaOH 0.4 M 40 ml ความเขม้ ข้น

ของสารละลาย HCl ทใี่ ช้ในการไทเทรตมีคา่ เทา่ ใด

ก. 0.7 M ข. 0.8 M

ค. 0.9 M ง. 0.10 M

12. ขอ้ ใดไมใ่ ชห่ ลักในการไทเทรต

ก. เลอื กอินดิเคเตอรท์ ี่เหมาะสมในการไทเทรต

ข. จดั เตรียมอุปกรณ์ เชน่ ขวดรปู กรวย ปิเปต บวิ เรต

ค. ไมจ่ าเป็นตอ้ งทราบสมบัติความเป็นกรดเบส

ง. ต้องมสี ารละลายมาตรฐานท่ที ราบความเขม้ ขน้ แน่นอน

13. สารละลายบัฟเฟอร์หมายถึงข้อใด

ก. สารละลายกรด

ข. สารละลายเบส

ค. สารละลายมาตรฐาน

ง. สารท่ีสามารถควบคุม pH ได้

14. บฟั เฟอร์ของ CH3COOH คือขอ้ ใด ก. NH4+ ข. NH4Cl ค. CH3COO- ง. CH3COOH

15. ขอ้ ใดคอื การแก้ปญั หาดินเปร้ียว

ก. เผาหนา้ ดนิ

ข. เพ่มิ น้าลงในดิน

ค. เผาหนา้ ดนิ ไถกลบหน้าดินใหม่

ง. โรยผงแคลเซยี มคารบ์ อเนต (CaCO3)

กระดาษคาตอบแบบทดสอบกอ่ นเรยี น เรื่อง กรด - เบส

ขอ้ ก ข ค ง

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

ใบความร้ทู ่ี 1 เรอื่ ง ทฤษฎีกรด-เบส

ทฤษฎกี รด-เบสอาร์เรเนียส

ในปี พ.ศ. 2430 อารเ์ รเนยี ส, สวันเต เอากสุ ต์ (Arrhenius, Svante Augus) และสตู รเคมีของสารที่แสดง สมบตั ิกรดและเบส และต้ังเปน็ ทฤษฎีทม่ี ชี ่ือว่า ทฤษฎีกรด-เบสอาร์เรเนยี ส (Arrhenius theory) ซง่ึ กาหนดว่า กรดคือ สารทล่ี ะลายน้าแลว้ แตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน (H+) เบสคอื สารทล่ี ะลายนา้ แลว้ แตกตัว ให้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) เขียนสมการเคมไี ด้ดังนี้

กรด สมการทว่ั ไป สมการทัว่ ไป BOH  B+ + OH- HA  H+ + A- ตัวอย่าง ตวั อย่าง NaOH(s)  Na+(aq) + OH-(aq) HCl(aq)  H+(aq) + Cl-(aq) Ca(OH)2(s)  Ca2+(aq) + 2OH-(aq) CH3COOH(aq) ⇌ CH3COO-(aq) + H+(aq)

ไฮโดรเจนไอออน (H+) ไมไ่ ด้อยู่เปน็ อิสระในน้า แตจ่ ะรวมตวั กับน้าเกิดเป็นไฮโดรเนยี มไอออน (H3O+) การแตกตัวเปน็ ไอออนของกรดในนา้ จึงสามารถเขยี นสมการเคมีได้

HA(aq) + H2O(l)  A-(aq) + H3O+(aq) ดงั นน้ั อาจกลา่ วได้ว่า กรดตามทฤษฎีกรด-เบสอาร์เรเนยี สคอื สารทีเ่ มื่อละลายน้าจะเพ่ิม ความเขม้ ข้นของ H3O+ ส่วนเบสคือสารท่เี ม่ือละลายน้าจะเพิม่ ความเขม้ ข้นของ OH- เนือ่ งจากทฤษฎกี รด-เบสอารเ์ รเนียสกาหนดว่า สารทเ่ี ปน็ กรดหรือเบสต้องเปน็ สารทลี่ ะลาย ในนา้ เทา่ น้ัน ดังนัน้ สารท่ไี มล่ ะลายน้าหรือปฏิกิรยิ าเคมีท่ีไมไ่ ด้เกดิ ข้ึนในน้า จะไม่สามารถระบไุ ดว้ ่า เปน็ กรดหรอื เบสตามทฤษฎี กรด-เบสอารเ์ รเนียส จงึ เกิดทฤษฎกี รด-เบสเบรนิ สเตด-ลาวรี ซง่ึ ใหน้ ิยาม กรดและเบสทก่ี ว้างขึ้นและไม่จาเปน็ ต้องมี นา้ เป็นตวั ทาละลาย

ทฤษฎีกรด-เบสเบรนิ สเตด-ลาวรี

ทฤษฎีกรด-เบสเบรนิ สเตด-ลาวรี ในปี พ.ศ. 2466 เบรินสเตด, โยฮนั เนส นิโคเลาส์ (Bransted, Johannes Nicolaus) และ ลาวร,ี ทอมัส มารต์ ิน (Lowry, Thomas Martin) ได้เสนอ ทฤษฎกี รด-เบสเบรนิ สเตด-ลาวรี (Brensted - Lowry theory) โดยให้นิยามวา่ กรดคือสารทีใ่ ห้โปรตอน และเบสคอื สารที่รบั โปรตอน ทฤษฎนี ้ี พิจารณาความเปน็ กรดและเบสของสารจากการ ถา่ ยโอนโปรตอน เช่น ปฏิกิรยิ าของแก๊สไฮโดรเจนคลอไรดก์ ับแก๊ส แอมโมเนยี ซง่ึ เปน็ ปฏิกริ ิยาเคมีท่ไี ม่ได้เกดิ ขึน้ ในน้า สามารถเขยี นสมการเคมี ได้ดงั นี้

HCl(g) + NH3(g)  NH4CI(s) ในปฏกิ ริ ิยาน้ี HCI ให้โปรตอนกบั NH3 เกดิ เปน็ CI- และ NH4+ ซึง่ ยึดเหน่ียวกันดว้ ยพนั ธะไอออนิกเกดิ เป็น NH4CI ดังนนั้ HCI เป็นกรด และ NH3 เป็นเบสตามทฤษฎีกรด-เบสเบรนิ สเตด-ลาวรี นอกจากน้ีทฤษฎกี รด-เบสเบรินสเตด-ลาวรี ยงั สามารถใชพ้ ิจารณาความเปน็ กรด-เบสของสารทเ่ี กิดในน้าได้ด้วย เช่น HCl(g) + H2O(l)  H3O+(aq) + Cl-(aq) NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH-(aq) จากปฏกิ ิรยิ าขา้ งตน้ แสดงว่า HCl เปน็ กรด เพราะให้โปรตอนกบั H2O สว่ น NH3 เปน็ เบส เพราะรบั โปรตอน จาก H2O

ทฤษฎกี รด-เบสลวิ อสิ

ในปี พ.ศ. 2466 ลวิ อิส, กิลเบริ ต์ นิวตัน (Lewis, Gilbert Newton) ไดเ้ สนอทฤษฎกี รด-เบสลวิ อิส (Lewis theory) โดยให้นิยามวา่ กรดคอื สารท่ีรบั คู่อเิ ลก็ ตรอน และเบสคือสารทีใ่ ห้คอู่ ิเลก็ ตรอน ทฤษฎนี ี้พจิ ารณา ความเป็นกรดและเบสของสารจากการให้และรบั คอู่ ิเลก็ ตรอนในปฏกิ ริ ิยาท่ีเกดิ พันธะเคมี ขึ้นใหม่ เช่น ปฏิกิรยิ าระหว่าง แอมโมเนีย (NH3) กับโบรอนไตรฟลูออไรด์ (BF3)

NH3(g) + BF3(g)  H3N : BF3

ในปฏิกิรยิ าน้ี NH3 ใช้คอู่ เิ ลก็ ตรอนคโู่ ดดเด่ียวในการเกดิ พันธะเคมีร่วมกับ BF3 จงึ ถือวา่ NH3 ใหค้ ูอ่ เิ ลก็ ตรอน NH3 จงึ เปน็ เบส สว่ น BF3 รับคอู่ เิ ล็กตรอนจึงเป็นกรดตามทฤษฎีกรด-เบสลิวอิส

ใบงานท่ี 1 เรื่องทฤษฎกี รด-เบส

ผลการเรียนรู้

ระบุและอธบิ ายว่าสารเปน็ กรดหรือเบสโดยใช้ทฤษฎขี องอารเ์ รเนยี ส เบรินสเตด-ลาวรี และลวิ อิส

คาช้ีแจง : ให้นักเรยี นตอบคาถามต่อไปน้ีใหถ้ กู ต้อง

1. ทฤษฎกี รดเบสอาร์เรเนยี สให้นยิ ามของกรดและเบสวา่ อย่างไร ตอบ กรด คอื สารทล่ี ะลายน้าแล้วแตกตวั ให้ไฮโดรเจนไอออน (H+)

เบส คอื สารทล่ี ะลายนา้ แลว้ แตกตวั ใหไ้ ฮดรอกไซด์ไอออน (OH-)

2. จงเขียนสมการการแตกตวั ของกรดและเบสตามทฤษฎกี รด-เบสอาร์เรเนียสอยา่ งละ 2 สมการ

ตอบ ตวั อยา่ งกรด HCl(aq)  H+(aq) + Cl-(aq) ตัวอย่างเบส CH3COOH(aq) ⇌ CH3COO-(aq) + H+(aq) NaOH(aq)  Na+(aq) + OH-(aq) 3. จงเตมิ ข้อมลู ในช่องวา่ งใหส้ มบูรณ์ Ca(OH)2(s)  Ca2+(aq) + 2OH-(aq)

สมการเคมี กรด/เบส กรด HCIO4(aq)  ClO4-..(aq) + H+..(aq) เบส LiOH(aq)  Li+..(aq) + OH- .(aq) กรด เบส H2SO4(aq) + H2O(l)  HSO4-(aq) + H3O+(aq) กรด Sr(OH)2..(aq)  Sr2+(aq) + 2OH-(aq) HNO3(aq) + H2O(l)  NO3-(aq) + H3O+(aq)

4. ทฤษฎีกรดเบสเบรนิ สเตด-ลาวรใี ห้นิยามของกรดและเบสวา่ อยา่ งไร ตอบ กรด คอื สารทีใ่ ห้โปรตอน

เบส คือ สารท่รี ับโปรตอน 5. จากปฏิกิรยิ าทีก่ าหนดให้ จงระบุวา่ สารตงั้ ต้นเป็นกรดหรอื เปน็ เบสตามทฤษฎกี รด-เบส เบรินสเตด-ลาวรี พรอ้ มให้ เหตุผลประกอบ

5.1 CH3COOH(aq) + OH-(aq) ⇌ CH3COO-(aq) + H2O(l) ตอบ CH3COOH เป็นกรด เพราะให้ H+ แก่ OH-

OH- เปน็ เบส เพราะรับ H+ จาก CH3COOH

5.2 H2PO4-(aq) + OH-(aq) ⇌ HPO42-(aq) + H2O(l) ตอบ H2PO4- เป็นกรด เพราะให้ H+ แก่ OH-

OH- เปน็ เบส เพราะรบั H+ จาก H2PO4-

5.3 H2PO4-(aq) + H3O+(aq) ⇌ H3PO4(aq) + H2O(l) ตอบ H3O+ เป็นกรด เพราะให้ H+ แก่ H2PO4-

H2PO4- เปน็ เบส เพราะรับ H+ จาก H3O+

5.4 HCN(aq) + OH-(aq) ⇌ CN-(aq) + H2O(l) ตอบ HCN เปน็ กรด เพราะให้ H+ แก่ OH-

OH- เป็นเบส เพราะรบั H+ จาก HCN

6. ทฤษฎีกรดเบสลวิ อิสให้นยิ ามของกรดและเบสว่าอยา่ งไร ตอบ กรด คอื สารท่รี ับค่อู เิ ล็กตรอน

เบส คือ สารทีใ่ หค้ ู่อิเล็กตรอน 7. จากปฏิกริ ยิ าทก่ี าหนดให้ จงระบุว่าสารต้ังตน้ เป็นกรดหรอื เบสตามทฤษฎีกรด-เบสลิวอสิ พร้อมให้เหตผุ ลประกอบ

7.1 O2-(aq) + CO2(aq) ⇌ CO32-(aq) ตอบ CO2 เป็นกรด เพราะรับอเิ ล็กตรอนคโู่ ดดเด่ียว สว่ น O2- เป็นเบส เพราะมอี ิเลก็ ตรอนคู่โดดเดี่ยว

7.2 Fe3+(aq) + 6H2O(aq) ⇌ Fe(H2O)63+(aq) ตอบ Fe3+ เปน็ กรด เพราะรบั อิเล็กตรอนคโู่ ดดเด่ยี ว ส่วน H2O เป็นเบส เพราะมีอิเลก็ ตรอนคู่โดดเด่ียว

7.3 Ag+(aq) + 2NH3(aq) ⇌ Ag(NH3)22+(aq) ตอบ Ag+ เปน็ กรด เพราะรบั อเิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดี่ยว ส่วน NH3 เปน็ เบส เพราะมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดีย่ ว

7.4 Fe3+(aq) + 6CN-(aq) ⇌ Fe(CN)63-(aq) ตอบ Fe3+ เปน็ กรด เพราะรับอเิ ลก็ ตรอนคู่โดดเด่ยี ว ส่วน CN- เปน็ เบส เพราะมอี เิ ล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว

ใบความร้ทู ่ี 2 เรือ่ ง เรือ่ ง คูก่ รด-เบส

คกู่ รด-เบส

ตามทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตด-ลาวรี เม่อื สารทาปฏกิ ิรยิ ากันจะมีการถ่ายโอนโปรตอนให้กัน สารต้ังต้นชนิด หนึ่งทาหน้าท่ีเป็นกรด อีกชนิดหนึ่งทาหน้าที่เป็นเบสเกิดผลิตภัณฑ์ซึ่งเป็นโมเลกุลหรือไอออนท่ีเป็น คู่กรด-เบส (conjugate acid-base pairs) ของสารต้ังต้นน้ัน การระบุ คู่กรด-เบสของสารท่ีทาปฏิกิริยากันพิจารณาได้จาก ตวั อย่างปฏิกริ ยิ าของกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) ในน้า ดงั น้ี

คกู่ รด-เบส

HF(aq) + H2O(l) ⇌ F -(aq) + H3O+(aq)

กรด เบส เบส กรด

คกู่ รด-เบส

ในปฏิกริ ยิ าไปข้างหน้า HF เป็นกรดเพราะให้โปรตอนกับน้า เกิดเป็น F - โดยจะเรียก F - ว่าเป็นคู่เบสของ กรด HF ส่วนปฏิกิรยิ ายอ้ นกลบั F - เป็นเบส เพราะรับโปรตอนจาก H3O+ เกิดเป็น HF โดยเรียก HF ว่าเป็นคู่กรด ของเบส F - ดงั นั้น HF กับ F - จึงเป็นคู่กรด-เบสกัน สาหรับคูกรด-เบส ของ H2O กับ H3O+ ก็สามารถ อธิบายไดใ้ นทานองเดียวกัน ตวั อยา่ งการระบคุ ่กู รด-เบสของ อื่น ๆ ดังแสดง

คกู่ รด-เบส

CH3CเOบOส-(aq) + Hก2รOด(l) ⇌ CH3COOH(aq) + OH-(aq) กรด เบส

คู่กรด-เบส

คกู่ รด-เบส

NH3(g) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH-(aq) เบส กรด กรด เบส

คู่กรด-เบส

ความรู้เพมิ่ เติม

กรดมอนอโปรตกิ (monoprotic acid) คอื กรดท่ีแตกตวั ให้ 1 โปรตอนต่อโมเลกุล เช่น HF HCOOH กรดพอลโิ ปรตกิ (polyprotic acid) คือกรดทแี่ ตกตัวใหโ้ ปรตอนมากกวา่ 1 โปรตอนต่อโมเลกุล เชน่ H2S H3PO4

สมการสารบางชนิดสามารถให้หรือรับโปรตอนได้มากกว่า 1 โปรตอนต่อ 1 โมเลกุล ในแต่ละขั้น ของปฏิกิริยาการแตกตัวจะมีคู่กรด-เบสเกิดข้ึน เช่น กรดฟอสฟอริก (H3PO4) แตกตัวให้ 3 โปรตอน การระบคุ ู่กรด-เบสในแตล่ ะขั้น แสดงดังสมการเคมี

คู่กรด-เบส

H3PO4(aq) + H2O(l) ⇌ H2PO4-(aq) + H3O+(aq)

กรด เบส เบส กรด

คกู่ รด-เบส

คู่กรด-เบส

H2PO4-(aq) + H2O(l) ⇌ HPO42-(aq) + H3O+(aq)

กรด เบส เบส กรด

คกู่ รด-เบส

ค่กู รด-เบส

HPO42-(aq) + H2O(l) ⇌ PO43-(aq) + H3O+(aq)

กรด เบส เบส กรด

คูก่ รด-เบส

ซลั ไฟดไ์ อออน (S2-) รับโปรตอนจากนา้ ได้ 2 โปรตอน การระบุคู่กรด-เบสในแต่ละขน้ั แสดงดงั สมการเคมี

คู่กรด-เบส

S2-(aq) + H2O(l) ⇌ HS-(aq) + OH-(aq)

เบส กรด กรด เบส

คู่กรด-เบส

HS-(aq) + H2O(l) ⇌ H2S(aq) + OH-(aq)

เบส กรด กรด เบส

คกู่ รด-เบส

จากปฏกิ ริ ยิ าท่กี ลา่ วมาข้างตน้ จะเห็นว่าสารท่ีเป็นคกู่ รด-เบสกันจะมีโปรตอนต่างกัน 1 โปรตอน โดยคูก่ รดมีโปรตอนมากกว่าเบส 1 โปรตอน และคเู่ บสมโี ปรตอนนอ้ ยกวา่ กรด 1 โปรตอน

จากปฏกิ ิริยาเคมีของ H3PO4 และ S2- ในนา้ จะเห็นวา่ สารบางชนิด เช่น H2PO4- HS- สามารถ เป็นได้ทั้งกรดและเบสข้ึนอยู่กับปฏิกิริยา เรียกสารประเภทน้ีว่า สารแอมโฟเทอริก (amphoteric substances) ซึง่ สารแอมโฟเทอริกมีทงั้ คู่กรดและคเู่ บส

ใบงานที่ 2 เรื่อง ค่กู รด-เบส

ผลการเรียนรู้

ระบุค่กู รดเบส ตามทฤษฎีของเบรินสเตด-ลาวรี

คาชีแ้ จง : ใหน้ ักเรยี นตอบคาถามต่อไปนีใ้ หถ้ กู ต้อง

1. จงระบุคูก่ รด-เบสของสารในปฏิกิริยาต่อไปน้ี

ตอบ1.11.1 HHNNOO33((aaqq)) HH22OO((l)l) คกู่ รHดH3-3OOเ+บ+((สaaqq)) NNOO33-- HNO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + NO3-(aq) กรด เบส กรด เบส

คกู่ รด-เบส

1.2 HN2-(aq) + H2O(l) NคH่กู 3ร(ดa-qเ)บส+ OH-(aq) NเHบ3ส(aq) + OH-(aq) ตอบ กรด

HN2-(aq) + H2O(l) เบส กรด

คกู่ รด-เบส

1.3 HCOOH(aq) + H2O(l) ⇌ HCOO-(aq) + H3O+(aq)

ตอบ คกู่ รด-เบส

HCOOH(aq) + Hเ2บOส(l) ⇌ HCOO-(aq) + Hก3รOด+(aq) กรด เบส

คกู่ รด-เบส 1.4 CH3NH2(g) + H2O(l) ⇌ CH3NH3+(aq) + OH-(aq)

ตอบ คู่กรด-เบส

เCบHส3NH2(g) + Hกร2ดO(l) ⇌ กCรHด3NH3+(aq) + OH-(aq) เบส

คู่กรด-เบส 15

2. จากตัวอยา่ งปฏกิ ิริยาการแตกตวั ของ H3PO4 และ S2- ในน้า จงระบุค่กู รดและค่เู บสของสารต่อไปน้ี

คู่กรด สาร คู่เบส - H3PO4 H2PO4- H3PO4 H2PO4- HPO42- - H2S HS- H2S HS- S2-

3. จงระบคุ ู่เบสทีก่ าหนดให้

กรด คเู่ บส OH- O2- HS- S2- H2O OH- NH4+ NH3 H3O+ H2O HCl Cl- H3PO4 H2PO4- HCO3- CO32- HIO4 IO4- HSO3- SO32- H2SO4 HSO3- H2S HS-

4. จงระบุคู่กรดทกี่ าหนดให้

เบส คกู่ รด Br- HBr HS- H2S CN- HCN OH- H2O H3O+ H2O NH4+ NH3 HClO4 ClO4- H2CO3 H2SO4 AHCO3- OH-

HSO4- ค่เู บส O2- ซลั เฟตไอออน 5. เตมิ คาในตารางต่อไปน้ีให้สมบูรณ์ สตู รของ แอซเี ตตไอออน สตู รของ คู่กรด ไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน ค่เู บส คู่กรด ซัลไฟด์ไอออน HSO4- SO42- ไฮโดรเจนซลั เฟตไอออน CH3COOH CH3COO- กรดแอซีตกิ H2PO4- HPO42-

ไดไฮโดรเจนฟอสเฟสไอออน HS- S2- ไฮโดรเจนซลั ไฟดไ์ อออน

ใบความรู้ที่ 3 เรอ่ื ง การแตกตัวของกรดและเบส

การแตกตวั ของกรดแกแ่ ละเบสแก่

เนอ่ื งจากกรดแก่และเบสแก่เป็นอเิ ล็กโทรไลต์แกท่ ่ีแตกตวั เป็นไอออนได้มากหรือแตกตัวเปน็ ไอออนไดอ้ ย่างสมบรู ณ์ จึงเกิดปฏกิ ิริยาไปข้างหนา้ เพียงอยา่ งเดยี ว ถ้าทราบความเขม้ ข้นของกรดแกห่ รือเบสแกจ่ ะสามารถบอกความเขม้ ขน้ ของ ไฮโดรเนียมไอออนหรือไฮดรอกไซด์ไอออนในสารละลายได้ เช่น กรดแก่ HX เม่อื แตกตัวเปน็ ไอออนในสารละลายจะมี H+ และ X- โดยไมม่ ี HX เหลอื อย่ซู ่งึ สามารถเขยี นสมการเคมีในรูปท่วั ไปไดด้ ังนี้

HX(aq)  H+(aq) + X-(aq) หรอื HX(aq) + H2O(l)  H3O+(aq) + X-(aq)

ตัวอยา่ งการแตกตัวเปน็ ไอออนของกรดแก่ เช่น สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ (HCI) 1.0 mol/L แตกตวั ให้คลอไรดไ์ อออน (CI-) 1.0 mol/L ไฮโดรเจนไอออน (H+) 1.0 mol/L

ความเขม้ ขน้ (mol/L) HCl(aq) H+(aq) + CI-(aq) เรมิ่ ตน้ 1.0 0.0 0.0 สดุ ทา้ ย 0.0 1.0 1.0

เบสแก่ (BOH) สามารถแตกตัวเปน็ ไอออนในนา้ ไดม้ ากจนถอื ว่าสมบูรณเ์ ช่นเดยี วกบั กรดแก่ ในสารละลายจะมี B+ และ OH- โดยไม่มี BOH เหลืออยู่ ซึง่ สามารถเขยี นสมการเคมใี นรปู ทัว่ ไปได้ดงั น้ี

BOH  B+(aq) + OH-(aq)

ตวั อย่างการแตกตัวเป็นไอออนของเบสแก่ เช่น สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด์ (NaOH) 0.1 mol/L แตกตัวใหโ้ ซเดียมไอออน (Na+) 0.1 mol/L และไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) 0.1 mol/L ดงั นี้

ความเข้มขน้ (mol/L) NaOH(aq) Na+(aq) + OH-(aq) เริ่มต้น 1.0 0.0 0.0 สุดทา้ ย 0.0 1.0 1.0

กรดแก่ เบสแก่

HCl HBr HI LiOH NaOH KOH HNO3 HCIO4 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2

เน่ืองจากกรดแก่และเบสแก่แตกตัวเป็นไอออนในน้าได้มากจนถือว่าสมบูรณ์ จึงสามารถคานวณ ความเขม้ ขน้ ของสารชนดิ ตา่ งๆ ทเ่ี ก่ียวข้องได้ ดัง ตวั อยา่ งตอ่ ไปน้ี

ตัวอยา่ งที่ 1

ถ้าต้องการสารละลายที่มีความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (H+) และโบรไมด์ไอออน (Br-) ชนิดละ

0.60 โมลตอ่ ลิตร จะตอ้ งใช้แก๊สไฮโดรเจนโบรไมด์ (HBr) กโ่ี มล ละลายในน้าจนได้สารละลาย ปริมาตร

2.0 ลิตร

วิธีทา

เมอ่ื นา HBr ซ่งึ เป็นกรดแกม่ าละลายในนา้ จะแตกตวั เป็นไอออนไดส้ มบรู ณ์ ดังสมการเคมี

HBr(g) + H2O(l)  Br-(aq) + H3O+(aq) ถ้าต้องการสารละลายท่ีมีความเข้มข้นของ H+ และ Br- ชนิดละ 0.60 mol/L แสดงว่า ความ

เข้มข้นเริ่มต้นของแก๊ส HBr จะเท่ากับ 0.60 mol/L ด้วย จานวนโมลของ HBr ในสารละลาย 2

L คานวนได้ดงั นี้ 0.60 mol HBr 1L จานวนโมลของ HBr = x 2.0 L

\= 1.2 mol HBr ดงั นน้ั ต้องใชแ้ กส๊ ไฮโดรเจนโบรไมด์ 1.2 โมล

ตวั อยา่ งท่ี 2

สารละลายสตรอนเซยี มไฮดรอกไซด์ (Sr(OH)2 ปริมาตร 0.40 ลติ ร มีความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) 1.0 โมลตอ่ ลิตร ถ้าเติมน้าลงไปจนไดส้ ารละลายปรมิ าตร 2.00 ลิตร จงคานวณจานวนโมลและความเข้มขน้ ของ สตรอนเชียมไอออน (Sr2+) และไฮดรอกไซดไ์ อออน (OH-)

วธิ ีทา คานวณจานวนโมลของ Sr2+ และ OH-

Sr(OH)2 แตกตวั ให้ Sr2+ และ OH- ดงั นี้ Sr(OH)2(aq)  Sr2+ (aq) + 2OH-(aq) จากความเขม้ ข้นของ OH- สามารถนาไปคานวณจานวนโมลเริม่ ต้นของ Sr(OH)2 ได้ดงั นี้ จานวนโมลของ OH− x 1.02mmololSrO(HO−H)2 Sr(OH)2 = 1.0 mol x 0.40 L 1L \= 0.20 mol Sr(OH)2

นั่นคอื ในสารละลายปรมิ าตร 0.40 ลิตร มี Sr(OH)2 0.20 โมล จากสมการเคมีจะเห็นว่า Sr(OH)2 1 โมล แตกตัวให้ Sr2+ 1 โมล และ OH- 2 โมล ดังน้ัน Sr(OH)2 0.20 โมล จะแตกตัวให้ Sr2+ 0.20 โมล และ OH- 0.40 โมล คานวณความเข้มข้นของ Sr2+ และ OH- จากทที่ ราบแล้วว่าสารละลายปริมาตร 0.40 ลิตร มี Sr2+ 0.20 โมล และ OH- 0.40 โมล และ เม่ือเติมน้าลงไปจนได้สารละลายปริมาตรรวมเป็น 2.00 ลิตร แต่จานวนโมลของไอออนแต่ละชนิด ยังคงเท่าเดิม ดงั นัน้ ความเข้มข้นของ Sr2+ และ OH- คานวณได้ดงั น้ี

ความเข้มขน้ ของ Sr2+ = 0.2 mol Sr2+ = 0.10 mol Sr2+/L ความเขม้ ขน้ ของ OH- = 2.00 OL H− = 0.20 mol OH-/L L 0.40 mol 2.00

ดังนั้น ในสารละลายปริมาตร 2.00 ลิตร มีความเข้มข้นของสตรอนเชียมไอออน 0.10 โมล ต่อลิตร

และไฮดรอกไซด์ไอออน 0.20 โมลตอ่ ลติ ร

การแตกตวั ของกรดออ่ น กรดออ่ นเม่อื ละลายน้าจะแตกตวั เป็นไอออนไดบ้ างสว่ น ถ้า HA เปน็ กรดออ่ น เมือ่ HA แตกตัวในสารละลาย จะมี H+ และ A- โดยยังมี HA เหลืออยู่และมภี าวะสมดุลเกดิ ขนึ้ ซง่ึ สามารถเขียนสมการการแตกตวั ในรปู ท่ัวไปได้ดังน้ี

HA(aq) ⇌ A-(aq) + H+(aq) หรอื HA(aq) + H2O(l) ⇌ A(aq) + H3O+(aq) เนือ่ งจากกรดอ่อนแตกตัวเปน็ ไอออนได้เพียงบางสว่ น การคานวณความเข้มขน้ ของไอออนในสารละลายจึงตอ้ ง ทราบปรมิ าณของกรดที่แตกตวั เชน่ สารละลายกรดออ่ น HA เข้มขน้ 1.00 mol/L แตกตัวไดร้ ้อยละ 5 หมายความวา่ ใน สารละลายปรมิ าตร 1 L มกี รด HA อยู่ 1.00 mol เม่อื แตกตัวแลว้ ท่ีสมดลุ จะมี A- และ H+ อย่างละ 0.05 mol นอกจากนี้ ยังมี HA เหลอื อยู่ 0.95 mol ในทางกลับกันถา้ ทราบจานวนโมลของกรดอ่อนท่แี ตกตวั หรอื ทราบจานวนโมลของไอออนทีเ่ กิดขน้ึ ก็สามารถ คานวณรอ้ ยละการแตกตวั ของกรดอ่อนได้ ดังตวั อย่าง

ตัวอย่างท่ี 3 สารละลายกรดไฮโดรฟลออริก (HF) 0.5 โมลตอ่ ลติ ร แตกตัวใหไ้ ฮโดรเนยี มไอออน (H3O+) 0.02 โมลต่อลติ ร

จงคานวณรอ้ ยละการแตกตวั ของกรด HF

วิธที า สมการเคมแี สดงการแตกตัวของ HF เป็นดังน้ี

\=HF(0a0q.0).52+mmHol2o/lO/L(Ll) ⇌ F-(aq) + H3O+(aq) x 100 ร้อยละการแตกตัวของ HF

\=4

ดังน้ัน กรดไฮโดรฟลอู อรกิ แตกตวั ร้อยละ 4

เนอ่ื งจากการแตกตวั ของกรดอ่อนในนา้ มีสมดลุ เกดิ ข้ึน จึงมีคา่ คงทีส่ มดลุ ที่เรียกว่า คา่ คงทีก่ ารแตกตัวของกรด

(acid dissociation Constant; Ka ) ดังนี้ HA(aq) + H2O(l) ⇌ A-(aq) + H3O+(aq)

Ka = [A−][H3O+] [HA]

ค่าคงท่กี ารแตกตัวของกรดบอกใหท้ ราบว่ากรดน้นั แตกตวั ไดม้ ากหรือน้อยเพยี งใด โดยกรด ทม่ี คี ่า Ka มากกว่าจะแตกตัวได้มากกว่าและเป็นกรดท่ีแรงกว่า ซ่ึงค่า Ka และความแรงเปน็ สมบัติ เฉพาะของกรดท่ไี ม่ขึ้นกบั ความเขม้ ขน้ นอกจากน้คี ่า Ka และร้อยละการแตกตวั ยังใช้คานวณความเข้มข้นของ H3O+ ในสารละลาย กรดอ่อนได้ ดงั ตัวอย่าง

ตวั อยา่ งที่ 4

สารละลายกรดแอซีตกิ (CH3COOH) 0.50 โมลตอ่ ลิตร มไี ฮโดรเนยี มไอออน (H3O+) เข้มข้น เท่าใด วธิ ีทา สมการเคมีแสดงการแตกตัวของ CH3COOH เปน็ ดงั นี้

CH3COOH(aq) + H2O(l) ⇌ CH3COO-(aq) + H3O+(aq) กาหนดให้ ∆[CH3COOH] = -x mol/L ซึ่งนาไปคานวณความเขม้ ขน้ ที่สมดลุ ได้ ดังตาราง

ความเข้มขน้ (mol/L) CH3COOH(aq) + H2O(l) ⇌ CH3COO-(aq) + H3O+(aq) เริ่มต้น 0.50 - 00 เปลย่ี นไป -x - +x +x สมดุล -xx 0.50 - x

แทนคา่ x 1.80 x 10-5) - 1.80 x Ka = [CH3COO−][H3O+] (0.50 (1.80 x x [(CxH)3COOH] 10-5 = 10-5)x = 0x2.50 −x x2 + (1.80 x 10-5)x – 9.0 x 10-6 = 0 เน่อื งจากสมการน้อี ยใู่ นรปู ax2 + bx + c = 0 ซึ่งสามารถคานวณคา่ x ได้ดงั นี้

แทนค่า a = 1 b x 1=.80−xb±102-b5a2แ−ละ4acc = 9.0 x 10-6 \=

x = 1.80 x 10−5 ± (1.80 x 10−5)2−4(1)(9.0 x 10−6) 10−5  (6.0 x 10−23(1)) \= 1.8 x x 10-3 แล2ะ -3.0 x 10-3 \= 3.0 เมอ่ื แทนคา่ x เทา่ กบั -3.0 x 10-3 จะทาให้ [CH3COOH] มากกว่าความเข้มข้นเริ่มต้น ซึ่งเป็น ไปไม่ได้ x จงึ มคี ่าเทา่ กบั 3.0 x 10-3 ดังนั้น ความเขม้ ขน้ ของไฮโดรเนียมไอออนเป็น 3.0 x 10-3 โมลต่อลิตร

จากการคานวณข้างต้นจะเห็นว่าความเข้มข้นของ H3O+ (3.0 x 10-3 mol/L) น้อยมาก เม่ือเทียบกับความเข้มข้น เรม่ิ ตน้ ของ CH3COOH (00.5.5001.8m0xol/1x.8L)010ดKx-aงั 5น1ั้น0อ=-=า5จปร[0xะC.มH5(า30x[ณCC)ไOHดO3้ว−Cา่ O]O[0HH]3.5O0+]– x x2 = x = 3.0 x 10-3

ค่า x ท่ีได้จากการคานวณโดยวิธีการประมาณน้ีมีค่าเท่ากับค่า x ที่คานวณโดยตรงท่ีไม่มีการ ประมาณค่า ซึ่งการ

คานวณเก่ียวกับการแตกตัวของกรดอ่อนท่ีมีความเข้มข้นเริ่มต้นของกรด (C) มากกว่าค่าคงท่ีการแตกตัว (K) 1000

เทา่ (>1000) นิยมใชว้ ิธีการประมาณนี้

การแตกตวั ของเบสออ่ น เบสอ่อนเมอ่ื ละลายนา้ จะแตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน เช่น แอมโมเนีย (NH3) เม่ือ NH3 ละลายน้า ในสารละลายจะมี NH4+ และ OH- และที่สมดุลยังมี NH3 เหลืออยู่ ดังนั้น ค่าคงที่การแตกตัวของเบส (base dissociation constant; Kb ) เช่น คา่ Kb ของ NH3 สามารถพจิ ารณาได้จากสมการเคมตี อ่ ไปน้ี

NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH-(aq)

Kb = [NH4+][OH−] [NH3]

ในทานองเดียวกับกรดอ่อน ค่า Kb สามารถใช้เปรียบเทียบความแรงของเบสอ่อน โดยเบส ทม่ี คี า่ Kb มากกว่าจะเป็นเบสท่ีแรงกว่า คา่ คงทก่ี ารแตกตวั ของเบสบางชนิดแสดงในตาราง

ตารางแสดงค่าคงที่การแตกตัวของเบสบางชนิด ที่อณุ หภูมิ 25 °C

เบส สมการเคมี Kb เอทลิ เอมนี (C2H5NH2) C2H5NH2(aq) + H2O(l) ⇌ C2H5NH3+(aq) + OH-(aq) 4.47 x 10-4 เมทลิ เอมีน (CH3NH2) CH3NH2(aq) + H2O(l) ⇌ CH3NH3+(aq) + OH-(aq) 4.57 x 10-4 1.80 x 10-5 แอมโมเนีย (NH3) NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH-(aq) 7.41 x 10-10 ฟนี ิลเอมีน (C6H5NH2) C6H5NH2(aq) + H2O(l) ⇌ C6H5NH3+(aq) + OH-(aq)

นอกจากนค้ี า่ Kb และรอ้ ยละการแตกตัวยงั ใช้คานวณความเข้มข้นของ OH- ในสารละลาย เบสออ่ นได้ ดังตวั อยา่ ง

ตัวอยา่ งที่ 5

สารละลายแอมโมเนยี (NH3) 0.20 โมลตอ่ ลติ ร มรี อ้ ยละการแตกตวั เท่าใด วธิ ที า ขน้ั ท่ี 1 คานวณความเข้มขน้ OH- ในสารละลาย NH3 0.20 mol/L

สมการเคมแี สดงการแตกตวั ของ NH3 เปน็ ดังนี้ NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH-(aq)

กาหนดให้ ∆[NH3] = -x mol/L ซ่งึ นาไปคานวณความเข้มข้นที่สมดลุ ได้ ดังตาราง

ความเขม้ ขน้ (mol/L) NH3(aq) + H2O(l) ⇌ NH4+(aq) + OH-(aq) เร่ิมต้น 0.20 - 0 0 เปลยี่ นไป สมดุล -x - +x +x

0.20 - x - x x

Kb = [NH4+][OH−] [NH3]

แทนค่า 1.80 x 10-5 = x (x) x 0.20 − x เนื่องจาก = C = 0.20 = 1.1 104 ซึ่งมากกวา่ 1000 ดังนัน้ จึงถือว่า 0.20 – x  0.20 K 1.80 x 105 ดงั นัน้ x2 = 3.6 x 10-6 x = 1.9 x 10-3 ดงั นัน้ สารละลายแอมโมเนียมีไฮดรอกไซดไ์ อออน 1.9 x 10-3 โมลตอ่ ลติ ร

ขัน้ ท่ี 2 คานวณรอ้ ยละการแตกตวั ของ NH3 จากขั้นที่ 1 พบวา่ NH3 0.20 mol/L แตกตวั ให้ OH- 1.9 x 10-3 mol/L จงึ สามารถคานวณรอ้ ยละการแตกตวั ของ NH3 ได้ดงั น้ี 1.9x103 ร้อยละการแตกตัวของ NH3 = 0.20 mol/L x 100

\= 0.95

ดังน้ัน รอ้ ยละการแตกตัวของแอมโมเนยี เท่ากับ 0.95

ค่าคงทก่ี ารแตกตวั ของกรดและเบสเปน็ ค่าเฉพาะท่ไี มข่ ้นึ กับความเขม้ ข้นซึ่งใช้ใน

การเปรียบเทียบความแรงของกรดและเบสได้ในขณะที่ร้อยละการแตกตัวของกรดและเบส

เปล่ียนแปลงตามความเขม้ ข้น 24

ใบงานท่ี 3 เรื่อง การแตกตัวของกรดและเบส

ผลการเรียนรู้

คานวณและเปรียบเทยี บความสามารถในการแตกตัวหรอื ความแรงของกรดและเบส

คาชีแ้ จง : ให้นกั เรียนตอบคาถามตอ่ ไปนีใ้ หถ้ ูกตอ้ ง

1. ระบุว่าสารละลายที่กาหนดให้ต่อไปนี้ NH3 , Ca(OH)2 , N2H4 , HNO3 , HF , Mg(OH)2 , HI , KOH , HNO2 , CH3NH2 , HCN และ C6H5NH2 เปน็ กรดแก่ กรดอ่อน เบสแก่ หรอื เบสออ่ น ตอบ HNO3 HI เป็นกรดแก่

HF HNO2 HCN เป็นกรดอ่อน Ca(OH)2 Mg(OH)2 KOH เปน็ เบสแก่ NH3 N2H4 CH3NH2 C6H5NH2 เป็นเบสออ่ น

2. สารละลายกรดไฮโดรไอโอดกิ (HI) ปรมิ าตร 500 mL มไี อโอไดดไ์ อออน (I-) เข้มขน้ 0.2 โมลตอ่ ลิตร จะมไี ฮโดรเนียมไอออน (H3O+) อยูก่ ่ีโมล ตอบ สมการเคมีแสดงการแตกตัวเป็นไอออนของสารละลาย HI ซ่ึงเปน็ กรดแก่ เป็นดงั นี้

HI(aq) + H2O(l)  H3O+(aq) + I-(aq) คานวณจานวนโมลของ H3O+ จานวนโมลของ H3O+ = 0.2 mol I− x 500 mL x 1 1moml oHl 3OI+− 1000 mL = 0.1 mol H3O+

ดังนั้น สารละลายกรดไฮโดรไอโอดิกมีไฮโดรเนียมไอออน 0.1 โมล

3. ถ้าต้องการเตรียมสารละลายโพแทสเซยี มไฮดรอกไซด์ (KOH) ทมี่ ีความเขม้ ข้นของไฮดรอกไซดไ์ อออน (OH-) ใน

สารละลายเทา่ กบั 0.50 โมลต่อลติ ร ปรมิ าตร 250.00 มลิ ลิลิตร จะต้องใช้โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์กก่ี รัม

ตอบ สมการเคมีแสดงการแตกตัวเป็นไอออนของสารละลาย KOH ซงึ่ เป็นเบสแก่ เป็นดังน้ี K+(aq) + OH-(aq) KOH(aq)

คานวณมวลของ KOH ท่ีต้องใช้ 0.50 mol OH− 1 mol KOH 56.11 g KOH มวล KOH = 1000 mL x 250 mL x 1 mol OH− x 1 mol KOH

\= 7.0 g KOH

ดังนน้ั ตอ้ งใช้โพแทสเซียมไฮดรอกไซดม์ วล 7.0 กรัม

4. สารละลายกรดไฮโดรฟลอู อรกิ (HF) 2.0 โมลตอ่ ลติ ร แตกตวั ใหไ้ ฮโดรเนยี มไอออน (H3O+) 0.5 โมลตอ่ ลิตร จงคานวณร้อยละการแตกตวั ของ HF ตอบ สมการเคมีแสดงการแตกตัวของ HF เปน็ ดงั นี้

HF(aq) + H20O.(2aq)mol/⇌L F-(aq) + H3O+(aq) รอ้ ยละการแตกตวั ของ HF = 0.5 mol/L x 100

\=4

ดงั น้ัน กรดไฮโดรฟลอู อริกแตกตัวไดร้ ้อยละ 4

5. จงเขียนสมการการแตกตวั ของกรดออ่ นและค่าคงท่กี ารแตกตวั ของกรด

ตอบ HA(aq) + H[2AO−(]l[)H3O+⇌] A-(aq) + H3O+(aq) Ka = [HA]

6. กาหนดค่า Ka ของกรดออ่ น 4 ชนดิ ทีม่ คี วามเข้มข้นเร่ิมตน้ 0.05 โมลตอ่ ลติ ร เทา่ กันที่อณุ หภูมิ 25 องศา เซลเซยี ส ดังตาราง

กรด Ka CH3COOH 1.8 x 10-4 7.1 x 10-4 HF 3.5 x 10-4 HCNO 4.9 x 10-4 HCN

จงเรียงลาดบั ความแรงของกรดอ่อนท้ัง 4 ชนิด จากมากไปน้อย ตอบ ความแรงของกรดอ่อนแปรผันตรงกบั คา่ Ka ดงั นนั้ ความแรงของกรด HF > HCN > HCNO > CH3COOH

7. กาหนดค่า Kb ของเบสดอ่อน 4 ชนดิ ทีม่ คี วามเขม้ ขน้ เรม่ิ ตน้ 0.05 โมลต่อลติ ร เท่ากันทอี่ ุณหภูมิ 25 องศา เซลเซียส ดังตาราง

กรด Ka 5.6 x 10-10 CH3COO- 7.7 x 10-13 SO42- 2.1 x 10-2 PO43- 2.0 x 10-5 CN-

จงเรยี งลาดับความแรงของเบสอ่อนทั้ง 4 ชนดิ จากน้อยไปมาก ตอบ ความแรงของเบสอ่อนแปรผันตรงกับคา่ Kb ดังน้ัน ความแรงของเบส SO42 > CH3COO-

\> CN- > PO43-

8. สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ เข้มข้น 0.5 โมลตอ่ ลติ ร ปรมิ าตร 250 มิลลลิ ติ รจะมีไฮโดรเนยี มไอออนอยูก่ ี่โมล

ตอบ สมการเคมีแสดงการแตกตวั เป็นไอออนของสารละลาย HCl HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq)

สารละลายปริมาตร 1000 mL มี HCl อยู่ 0.5 mol mดLงั นน้ั จะสมาีรละHลCาlยจะอมยีไู่ ฮโด2ร5เน0ยี มmไ1อ0Lอ0อxน0อ0ยmู่.50L m.12ol5 สารละลายปรมิ าตร 250 = 0.125 mol กรดไฮโดรคลอริกเป็นกรดแก่ โมล

9. สารละลายกรดแอซติ กิ เขม้ ขน้ 0.2 โมลต่อลติ ร จะมีไฮโดรนียมไอออนเขม้ ข้นก่ีโมลตอ่ ลติ ร กาหนดค่า (Ka = 1.8 x 10-5) ตอบ สมการเคมีแสดงการแตกตัวของ CH3COOH เปน็ ดงั น้ี

CH3COOH(aq) + H2O(l) ⇌ CH3COO-(aq) + H3O+(aq) กาหนดให้ ∆[CH3COOH] = -x mol/L ซ่งึ นาไปคานวณความเขม้ ขน้ ทสี่ มดุลได้ ดงั ตาราง

ความเข้มข้น (mol/L) CH3COOH(aq) + H2O(l) ⇌ CH3COO-(aq) + H3O+(aq) 0 เรม่ิ ต้น 0.2 - 0 +x เปลย่ี นไป -x - +x x สมดลุ 0.2 - x - x

แทนค่า Ka = [C(Hx3[)CC(OHxO3)−CO][OHH3]O+] (10.8.2x 10-5 )(0.2) 1.8 x 10-5 = x2 = x2 = 3.6 x 10-6 x = 1.9 x 10-3 ดงั นั้น ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนเท่ากบั 1.9 x 10-3

ใบความรทู้ ี่ 4 เรอ่ื ง สมบตั กิ รด-เบสของเกลือ

สมบัติกรด-เบสของเกลอื

เม่ือเกลือลายน้า ไอออนบวกหรือไอออนลบของเกลือบางชนิดสามารถทาปฏิกิริยากับน้าได้โดยอาจให้หรือรับ โปรตอนจากน้า เกิดเป็นสารละลายเกลือท่ีมีสมบัติเป็นกรดหรือเบส เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของเกลือ (salt hydrolysis)

ความเป็นกรด-เบสของสารละลายเกลืออธิบายได้โดยอาศัยค่า Ka และ Kb ของไอออนที่ได้จากการแตกตัว ดังตวั อยา่ งตอ่ ไปนี้

แอมโมเนียมไนเทรต (NH4NO3) เมือ่ ละลายน้าจะแตกตัวเปน็ NH4+ และ NO3- ดงั สมการเคมี

NH4NO3(s)  NH4+(aq) + NO3-(aq)

NO3- ไม่สามารถรับโปรตอนจากน้าเปลี่ยนเป็น HNO3 ได้ เนื่องจาก HNO3 เป็น กรดแก่ ส่วน NH4+ เปน็ คกู่ รดของ NH3 ซง่ึ เป็นเบสออ่ น NH4+ จงึ ให้โปรตอนกับน้าได้ H3O+ ดงั สมการเคมี

NH4+(aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O+ (aq) Ka = 5.56 x 10-10

สารละลาย NH4NO3 จึงเปน็ กรด

โซเดยี มไฮโดรเจนคารบ์ อเนต (NaHCO3) เมือ่ ละลายน้าจะแตกตวั เป็น Na+ และ HCO3- ดังสมการเคมี

NaHCO3(s)  Na+(aq) + HCO3-(aq) Na+ ไมส่ ามารถใหห้ รอื รบั โปรตอนจากน้าได้ สว่ น HCO3- เปน็ คู่เบสของ H2CO3 ซ่ึงเป็นกรดอ่อน HCO3- จึงใหโ้ ปรตอนกับน้า หรอื รบั โปรตอนจากน้ากไ็ ด้ ดงั สมการเคมี HCO3-(aq) + H2O(l) ⇌ CO32-(aq) + H3O+(aq) Ka = 4.68 x 10-11 HCO3-(aq) + H2O(l) ⇌ H2CO3(aq) + OH-(aq) Kb = 2.24 x10-8 เมอ่ื พจิ ารณาค่าคงท่กี ารแตกตวั ของปฏิกิรยิ าไฮโดรลิซิสท้งั สองจะเห็นว่า Kb มีค่ามากกว่า Ka ดังน้ัน HCO3- จึงรบั โปรตอนจากน้าให้ OH- ไดด้ กี วา่ สารละลาย NaHCO3 จงึ เป็นเบส

แอมโมเนียมแอซเี ตต (CH3COONH4) เม่อื ละลายนา้ จะแตกตัวเปน็ NH4+ และ CH3COO- ดังสมการเคมี

CH3COONH4(s)  NH4+ (aq) + CH3COO- (aq)

NH4+ เป็นคู่กรดของ NH3 ซ่ึงเป็นเบสอ่อน NH4+ จึงให้โปรตอนกับน้าได้ H3O+ ส่วน CH3COO- เป็นคู่เบสของ กรด CH3COOH ซงึ่ เปน็ กรดอ่อน CH3COO- จงึ รับโปรตอนจากนา้ ให้ OH- ดังสมการเคมี NH4+(aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O+(aq) Ka = 5.56 x 10-10 CH3COO-(aq) + H2O(l) ⇌ CH3COOH(aq) +OH(aq) Kb = 5.56 x 10-10

เมอ่ื พจิ ารณาค่าคงทกี่ ารแตกตวั ของปฏิกิรยิ าไฮโดรลิซิสทงั้ สองจะเห็นว่าคา่ Ka ของ NH4+ เท่ากบั Kb ของ CH3COO- สารละลาย CH3COONH4 จึงเป็นกลาง

จากตัวอย่างข้างต้นไอออนท่ีสามารถให้หรือรับโปรตอนจากน้าเป็นไอออนท่ีเป็นคู่กรด-เบสของกรดอ่อนหรือ เบสออ่ น และสามารถระบุความเปน็ กรด-เบสของสารละลายเกลอื ได้จากค่า Ka หรือ Kb ของไอออนท่ีเกิดปฏิกิริยา ไฮโดรลิซสิ ดงั นี้

1. Ka > Kb สารละลายมสี มบัตเิ ปน็ กรด 2. Kb > Ka สารละลายมีสมบัตเิ ปน็ เบส 3. Ka ≈ Kb สารละลายมสี มบัตเิ ป็นกลาง

ใบงานท่ี 4 เรอื่ ง สมบตั ิกรด-เบสของเกลอื

ผลการเรียนรู้

เขียนปฏิกิรยิ าไฮโดรลิซสิ ของเกลอื และระบุความเป็นกรดเบสของสารละลายเกลือ

คาชแี้ จง :ผลใหกา้นรกั เเรรยี ยี นนรตู้ อบคาถามต่อไปนีใ้ ห้ถูกตอ้ ง

1. จงอธิบายเกยี่ วกับปฏิกิรยิ าไฮโดรลิซสิ ตอบ ปฏิกริ ยิ าไฮโดรลิซสิ เปน็ ปฏิกริ ยิ าที่เกดิ จากไอออนบวกหรอื ไอออนลบของเกลอื ทาปฏกิ ิรยากบั นา้ ได้ผลิตภัณฑ์ เปน็ H3O+ หรอื OH-

2. จงเขยี นสมการแสดงปฏิกิรยิ าไฮโดรลิซสิ ของเกลือที่กาหนดให้ต่อไปนี้

2.1 NaCN NaCN(s)  Na+(aq) + CN-(aq) CN-(aq) + H2O(l) ⇌ HCN(aq) + OH-(aq)

2.2 NH4Cl

NH4Cl(aq)  NH4+(aq) + Cl-(aq) NH4+(aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O+(aq) 2.3 CH3COOH

CH3COOK(aq)  CH3COO-(aq) + K+(aq) 2.4 KCNHO33COO-(aq) + H2O(l) ⇌ CH3COOH(aq) + OH-(aq)

ไม่เกดิ ปฏิกริ ิยา

2.5 KCN KCN(s)  K+(aq) + CN-(aq) CN-(aq) + H2O(l) ⇌ HCN(aq) + OH-(aq)

ใบความรูท้ ่ี 5 เรื่อง pH ของสารละลายกรดและเบส

pH ของสารละลายกรดและเบส

ความเข้มข้นของ H3O+ ในสารละลายมีหลายค่าต้ังแต่เข้มข้นมากจนถึงเข้มข้นน้อย เช่น 10 mol/L 2.0 x 10-5 mol/L 1.0 x 10-8 mol/L เพ่ือความสะดวกในการเปรียบเทียบความเป็น กรดหรือเบสของ สารละลาย นิยมแปลงคา่ ความเขม้ ขน้ ของ H3O+ ในรปู ของ pH (power of hydrogen) ดังสมการ

pH = -log [H3O+]

ความรู้เพิ่มเติม สัญลักษณ์ p หมายถึงการแปลงค่าให้อยู่ในรูป p-Scale ซ่ึงเป็นค่าลบของลอการิทึม ฐานสิบของ จานวนท่ตี อ้ งการรายงาน เช่น pOH pKa pKb

การคานวณเกยี่ วกบั pH และ pOH ของสารละลาย

จากท่ีทราบแล้วว่าน้ามีความเข้มข้นของ H3O+ และ OH- เท่ากันคือ 1.0 x 10-7 mol/L ดังน้ัน pH ของน้าคานวณไดด้ ังน้ี

pH = -log [H3O+] \= -log (1.0 x 10-7) \= 7.00

เนือ่ งจากนา้ มสี มบตั เิ ป็นกลาง ดงั นนั้ สารละลายทเี่ ปน็ กลางจงึ มี pH เท่ากบั 7.00 ในทานองเดียวกนั คา่ pOH สามารถคานวณได้จาก [OH-] ดังสมการ

pOH = -log [OH-] และเนือ่ งจากนา้ มีความเข้มข้นของ OH- เท่ากับ 1.0 x 10-7 mol/L ดังนัน้ นา้ จึงมคี ่า pOHเทา่ กับ 7.00 ด้วย นอกจากนี้ยังสามารถใช้คา่ คงทีก่ ารแตกตวั ของนา้ หาความสมั พนั ธ์ของ pH และ pOH ไดด้ งั น้ี

Kw = [H3O+][OH-] -log Kw = -log ([H3O+][OH-]) -log Kw = (-log [H3O+]) + (-log [OH-])

-log (1.0 x 10-14) = pH + pOH 14.00 = pH + pOH หรอื pH = 14.00 – pOH

โดยทั่วไปการระบคุ วามเป็นกรด-เบสนิยมใชค้ า่ pH มากกวา่ pOH สารละลายท่ีพบในชวี ิต ประจาวนั อาจมี ค่า pH แตกต่างกนั และอาจวดั ได้โดยใชก้ ารเทยี บสกี บั ยูนิเวอรซ์ ลั อินดเิ คเตอร์ โดยสารละลายที่เปน็ กรดมคี า่ pH < 7 (pOH > 7) สารละลายท่เี ปน็ กลางมคี ่า pH = 7 (DOH = 7) และสารละลายท่เี ปน็ เบสมี pH > 7 (pOH < 7) ดังรปู

รูป แสดง คา่ pH ของสารละลายทพ่ี บในชีวิตประวัน การคานวณเก่ยี วกับ pH และ pOH ของสารละลายแสดงไดด้ ังตัวอยา่ งต่อไปน้ี

ตวั อย่างท่ี 1

สารละลายกรดแอซีตกิ (CH3COOH) 0.50 โมลตอ่ ลติ ร มคี ่า pH เท่าใด วิธีทา จากการคานวณในตัวอย่าง 5 CH3COOH 0.50 mol/L มีความเข้มข้นของ H3O+ เท่ากับ3.0 x 10-3 mol/L สามารถนาไปคานวณ pH ไดด้ งั นี้

pH = -log [H3O+] \= -log (3.0 x 10-3) \= 2.52

ดังนน้ั สารละลายกรดแอซีติกมี pH เท่ากบั 2.52

ตัวอย่างที่ 2

สารละลายของยาลดกรดในกระเพาะอาหาร pH 10.00 มคี วามเขม้ ขน้ ของไฮดรอกไซดไ์ อออน (OH-) เปน็ เท่าใด วิธที า คานวณ pOH ของสารละลายยาลดกรดในกระเพาะอาหาร

pH + pOH = 14.00 10.00 + pOH = 14.00

pOH = 14.00 - 10.00 \= 4.00

ดงั นั้น สารละลายของยาลดกรดในกระเพาะอาหาร มี pOH 4.00 คานวณความเข้มข้นของ OH-

pOH = -log [OH-] 4. 00 = -log [OH-]

[OH-] = 1.0 x 10-4 mol/L ดงั นนั้ สารละลายของยาลดกรดในกระเพาะอาหารมีความเข้มขน้ ของไฮดรอกไซด์ไอออน เทา่ กับ 1.0 x 10-4 โมลตอ่ ลิตร

ตวั อย่างท่ี 3

สารละลาย A B และ C มีความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) และไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) ดังนี้

สารละลาย A : [H3O+] = 2.0 x 10-2 mol/L สารละลาย B : [OH-] = 2.0 x 10-2 mol/L สารละลาย C : [H3O+] = 5.0 x 10-9 mol/L จงระบุความเปน็ กรด-เบสของสารละลายทัง้ สามชนิดและเปรยี บเทยี บคา่ pH ของสารละลาย A B และ C วธิ ีทา คานวณ pH ของสารละลาย A

สารละลาย A มี H3O+2.0 x 10 mol/L นาไปคานวณ pH จากสมการ pH = -log [H3O+] \= -log (2.0 x 10-2) \= 1.70

ดังนั้น สารละลาย A มี pH เทา่ กับ 1.70 และเปน็ กรด

คานวณ pH ของสารละลาย B สารละลาย B มี OH- 2.0 x 10-2 mol/L นาไปคานวณ pOH จากสมการ pOH = -log [OH-] \= -log (2.0 x 10-2) \= 1.70 ดังน้ัน สารละลาย B มี pOH เท่ากบั 1.70 และนาไปคานวณ pH จากสมการ pH + pOH = 14.00 pH = 14.00 - 1.70 \= 12.30 ดังนั้น สารละลาย B มี pH เท่ากบั 12.30 และเป็นเบส

คานวณ pH ของสารละลาย C สารละลาย C มี H3O+ 5.0 x 10-9 mol/L นาไปคานวณ pH จากสมการ pH = -log [H3O+] \= -log (5.0 x 10-9) \= 8.30 ดงั น้ัน สารละลาย C มี pH เทา่ กบั 8.30 และเป็นเบส

เมือ่ เปรยี บเทยี บ pH สารละลายทั้งสามชนดิ pH ของสารละลาย A < สารละลาย C < สารละลาย B

การวดั pH ในสารละลายกรดและเบส

การตรวจสอบความเป็นกรด-เบสของสารละลายสามารถทาได้หลายวิธี เช่น สังเกตการเปล่ียนสีของ อินดิเคเตอร์ อา่ นค่าจากพีเอชมิเตอร์ (pH meter) ดังรูป

(ก) หยดยนู ิเวอรซ์ ลั อินดเิ คเตอรแ์ ละเทียบสี (ข) อ่านคา่ จากพีเอชมิเตอร์ ของสารละลายกบั แถบสีที่ pH ต่าง ๆ 35

นอกจากกระดาษลิตมัส และยูนิเวอร์ซัลอินดิเคเตอรแ์ ล้ว ยงั มีสารอีกหลายชนิดที่มีสีในรูป และรูปเบสแตกต่าง

กัน ซึ่งสามารถนามาใช้เป็นอินดิเคเตอร์แสดงการเปล่ียนสีตาม pH ได้ โดย เหล่านี้เป็นกรดอ่อนหรือเบสอ่อนท่ีมี

โครงสร้างซับซ้อน จึงนิยมเขียนแทนด้วยสูตรโมเลกุลในรูปก เป็น HIn และในรูปเบสเป็น In ซึ่งท้ังสองรูปน้ีอยู่ใน

สมดุลทม่ี นี า้ เปน็ ตวั ทาละลาย ดงั สมการเคมี

HIn(aq) + H2O(l) ⇌ H3O+(aq) + In-(aq) รปู กรด รูปเบส ค่าคงที่การแตกตัวของรูปกรด (Ka) ของอินดิเคเตอร์ ใช้สัญลักษณ์ KIn แทน Ka ซ่ึงสัมพันธ์ ความเข้มข้น ของ HIn H3O+ และ In- ดังน้ี

KIn = H3O+ [In−] [HIn] [H3O+] = KIn x [[IHnI−n]] -log [H3O+] = -log KIn + (-log [[IHnI−n]]) pH = pKIn - log [[IHnI−n]]

จากสมการข้างต้นแสดงว่า ความเข้มข้นของ H3O+ หรือ pH ของสารละลาย มีผลต่ออัตราส่วน ความเข้มข้น ของ HIn และ In- โดยท่วั ไปถ้าอัตราส่วนความเข้มข้น HIn/In- มีค่ามากกว่า 10 สีที่สังเกตได้จะเป็นสีของ HIn แต่ถ้าอัตราสว่ นความเข้มขน้ In-/HIn มคี ่ามากกว่า 10 สีทสี่ ังเกตไดจ้ ะเป็นสีของ In-

ดงั นนั้ เมอ่ื แทนคา่ [[IHnI−n]] = 10 และค่า [[IHnI−n]] = 0.1 จะได้ชว่ ง pH การเปลยี่ นสีของอินดิเคเตอร์ อยู่ในชว่ ง pKIn 1 เชน่

โบรโมไทมอลบลูมีค่า KIn = 1 x 10-7 จะมีช่วง pH การเปลี่ยนสีประมาณ 6.0-8.0 ซ่ึงใกล้เคียงกับ ช่วง pH การเปลี่ยนสที ไี่ ดจ้ ากการทดลอง คือ 6.0-7.6

เนื่องจากรูป HIn ของโบรโมไทมอลบลู มีสีเหลือง และรูป In- มีสีน้าเงิน ดังนั้นเม่ือหยดโบรโมไทมอลบลู ลงในสารละลายท่ีมี pH 6.0 หรือต่ากว่าจะได้สีเหลือง แต่ถ้าสารละลายมี pH หรือสูงกว่าจะได้สีน้าเงิน และถ้า สารละลายมี pH ระหวา่ ง 6.0-7.6 จะได้สผี สมระหวา่ งสเี หลอื ง สีนา้ เงนิ ดังรูป

. รูปแสดง สขี องโบรโมไทมอลบลูเมือ่ อยู่ในสารละลาย pH ต่าง ๆ อินดเิ คเตอรท์ ีใ่ ช้ในหอ้ งปฏิบตั ิการสว่ นใหญอ่ ยู่ในรูปสารละลายท่มี นี า้ หรือแอลกอฮอล์เป็นตวั ทาละลาย ปกติใชเ้ พียงเลก็ น้อย

ก็สามารถสังเกตการเปล่ยี นสีไดอ้ ยา่ งชัดเจนอนิ ดิเคเตอรแ์ ตล่ ะชนิด และชว่ ง pH การเปล่ยี นสีแสดง ดงั รปู

. รูปแสดง สขี องอินดเิ คเตอรบ์ างชนดิ และช่วง pH การเปล่ียนสี จากรูป จะเหน็ วา่ อนิ ดเิ คเตอรแ์ ตล่ ะชนิดเปลยี่ นสีในชว่ ง pH ท่ีแตกตา่ งกัน และการใช้อนิ ดเิ คเตอรแ์ ตล่ ะ ชนิดจะประมาณค่า pH ไดค้ อ่ นขา้ งแม่นเฉพาะในชว่ งท่ีมีการเปลยี่ นสี นอกจากน้ี อาจใช้อนิ ดเิ คเตอร์หลายชนดิ ร่วมกัน เพอื่ เพม่ิ ความแม่นในการประมาณคา่ pH ดงั ตวั อยา่ ง

ใบงานท่ี 5 เรอ่ื ง pH ของสารละลายกรดและเบสลอื

ผลการเรียนรู้

คานวณค่า pH ความเข้มขน้ ของไฮโดรเนยี มไอออนหรอื ไฮดรอกไซด์ไอออนของสารละลายกรดและเบส

คาช้ีแจง : ให้นักเรยี นตอบคาถามตอ่ ไปน้ใี ห้ถกู ต้อง

1. สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ เขม้ ข้น 0.5 โมลตอ่ ลิตร จะมี pH เท่าใด (กาหนดให้ log 5 = 0.69)

ตอบ pH = -log [H3O+] \= -log(0.5) \= -log5 + 1log10 \= 0.301

2. จงหาค่า pH ของสารละลายที่มคี วามเข้มขน้ ของไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) เท่ากับ 1 x 10 -11 และ 6 x 10-4 โมลต่อลิตร

ตอบ pH = -log [H3O+] pH = -log [H3O+ \= -log(1 x 10-11) = -log(6 x 10-4 )

\= -log1 + 11log10 = -log6 + 4log10

\= 11 + 0 = 4 – 0.78

\= 11 = 3.22

3. สารละลายกรดท่มี คี วามเขม้ ข้นของไฮโดรเนยี มไอออน (H3O+) 2.0 x 10-7 โมลต่อลติ รมี pH เท่าไร

ตอบ pH = -log [H3O+] \= -log(2.0 x 10-7 ) \= -log2 + 7log10 \= 7 – 0.301 \= 6.70

4. สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) เข้มข้น 0.05 โมลต่อลิตร จะมี pH เทา่ ใด

(กาหนดให้ log 2 = 0.30) ตอบ สารละลาย KOH 0.05 mol/L แตกตวั ให้ [OH-] = 0.05 mol/L [H3O+][OH-] 1 x 10-14 เน่อื งจาก [H3O+] = 1 x 10−14 2 x 010.0-153 \= \= pH = -log [H3O+] \= -log(2 x 10-13)

\= -log2 + 13log10

\= 13 - 0.30

\= 12.70 5. สารละลายชนิดหน่งึ มี pH = 4.00 จะมีความเข้มขน้ ของไฮโดรเนยี มไอออน (OH-) เป็นเทา่ ใด

ตอบ สารละลายมี pH = 4 แสดงวา่ มี pOH = 14 – 4 = 10 pOH = -log[OH-] 10 = -log[OH-] [OH-] = 10-pOH [OH-] = 10-10 ดงั น้ัน สารละลายน้ีมีของไฮดรอกไซดไ์ อออนเขม้ ขน้ 1 x 10-10

6. สารละลายเบสอ่อนเขม้ ข้น 0.1 โมลต่อลิตร แตกตัวเป็นไอออนไดร้ ้อยละ 0.5 จะมี pH เท่าใด

(กาหนดให้ log 5 = 0.699) ตอบ สารละลายเบส 100 mol/L แตกตัวได้ 0.5 mol/L 0.1 x 0.5 สารละลายเบส 0.1 mol/L จะแตกตวั ได้ 100 = 5 x 10-4 pOH = -log[OH-] \= -log(5 x 10-4)

\= -log5 + 4log10

\= -0.699 – 4

\= 3.301

pH = 14 – pOH

\= 14 – 3.301

\= 10.699 39ดงั นน้ั สารละลายนมี้ ี pH เทา่ กับ 10.699

7. สารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด์ (NaOH) มี pH เทา่ กบั 8 สารละลายน้ีจะมีไฮดรอกไซดไ์ อออน (OH-) เขม้ ขน้ เทา่ ใด ตอบ สารละลายมี pH = 8 แสดงวา่ มี pOH = 14 – 8 = 6

6 = -log[OH-] [OH-] = 10-pOH [OH-] = 10-6 ดังนน้ั สารละลายน้มี ีของไฮดรอกไซดไ์ อออนเข้มขน้ 1 x 10-6

8. สารละลายกรด HX เข้มขน้ 0.01 โมลตอ่ ลิตร แตกตวั เป็นไอออนได้รอ้ ยละ 3 จะมี pH เทา่ ใด

(กาหนดให้ log 3 = 0.47) 3 mol/L 100 mol/L ตอบ กรด HX 0.01 mol/L แตกตวั เป็นไอออนได้ = x 0.01 mol/L

\= 3 x 10-4 mol/L แสดงวา่ กรด HX 0.01 mol/L แตกตวั ให้ [H3O+] = 3 x 10-4 mol/L pH = -log [H3O+] \= -log(3 x 10-4)

\= -log3 + 4log10

\= 4 - 0.477

\= 3.523

9. สารละลายของยาลดกรดในกระเพาะอาหาร pH 11 มีความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนเท่าใด

ตอบ คานวณ pOH ของสารละลายยาลดกรดในกระเพาะอาหาร pH + pOH = 14 10 + pOH = 14 pOH = 14 -10 \=4

คานวณความเขม้ ขน้ ของ OH- pOH = -log[OH-] 4 = -log[OH-] [OH-] = 10-pOH [OH-] = 10-4

ดังนนั้ สารละลายน้มี ีของไฮดรอกไซดไ์ อออนเขม้ ขน้ 1 x 10-4

12. สารละลาย A B และ C เมอื่ นาไปหยดดว้ ยอินดเิ คเตอร์ 4 ชนดิ ใหส้ ีทป่ี รากฎดังตาราง

อินดเิ คเตอร์ ช่วง pH สีทปี่ รากฎ ทเี่ ปลยี่ นสี สารละลาย A สารละลาย B สารละลาย C

เมทิลออเรนจ์ 3.2 – 4.4 สม้ เหลือง เหลอื ง (แดง - เหลอื ง)

เมทลิ เรด 4.2 – 6.3 ส้ม เหลือง เหลอื ง (แดง - เหลือง)

ฟีนอลเรด 6.8 – 8.4 เหลอื ง สม้ แดง (เหลือง - แดง)

ฟีนอล์ฟทาลีน 8.3 10.0 ไมม่ สี ี ไม่มีสี ชมพู (ไม่มสี ี – ชมพู)

12.1 สารละลายแตล่ ะชนิดมชี ว่ ง pH เท่าใด

ตอบ สารละลาย A มคี า่ pH อยใู่ นชว่ ง 4.2 – 4.4 สารละลาย B มคี า่ pH อยูใ่ นช่วง 6.8 – 8.3 สารละลาย C มีค่า pH มากกว่า 10.0

12.2 สารละลายใดเปน็ กรด ตอบ สารละลาย A

ใบความรู้ที่ 6 เรือ่ ง ปฏิกิรยิ าเคมีระหวา่ งกรดและเบส

ปฏิกริ ยิ าเคมรี ะหว่างกรดและเบส

ปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารละลายกรดและเบสท่ีพอดีกัน เรียกว่า ปฏิกิริยาสะเทิน (neutralization reaction) ซึง่ อาจเขียนในรปู สมการเคมที ว่ั ไปได้ดังนี้ HA + BOH  BA + H2O

หรือ H3O+(aq) + OH-(aq)  2H2O(l) น้าซึ่งมีสมบัติเป็นกลาง เป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) จากกรดทาปฏิกิริยากับไฮดรอก ไซด์ ไอออน (OH-) จากเบส ส่วนผลิตภณั ฑท์ ี่เป็นเกลือ (BA) อาจมีสมบัติเป็นกลาง กรด หรือเบส ขึ้นอยู่กับชนิดของ กรดและเบสทท่ี าปฏิกิริยากัน ซ่งึ พจิ ารณาไดจ้ ากตวั อย่างปฏิกริ ยิ าต่อไปนี้

ปฏกิ ิรยิ าระหวา่ งกรดแกก่ บั เบสแก่

เม่อื นาสารละลายกรดไฮโดรคลอริก (HCI) และสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) มาทาปฏิกิริยากัน เขยี น

สมการเคมไี ด้ดังนี้

HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq) + H2O(l)

ผลติ ภณั ฑ์เกลอื ทเ่ี กิดขึน้ คอื โซเดยี มคลอไรด์ (NaCl) ซงึ่ มสี มบัติเปน็ กลาง

ปฏกิ ริ ยิ าระหวา่ งกรดอ่อนกบั เบสแก่

ปฏกิ ริ ยิ าระหวา่ งสารละลายกรดแอซีตกิ (CH3COOH) และสารละลายโซเดยี มไฮดรอกไซด์ (NaOH) เขียนสมการ เคมีได้ดังน้ี

CH3COOH(aq) + NaOH(aq)  CH3COONa(aq) + H2O(l) ผลิตภัณฑ์เกลือท่ีเกิดข้ึนคือ เกลือโซเดียมแอซีเตต (CH3COONa) ซึ่งมีสมบัติเป็นเบส เนื่องจาก CH3COO- สามารถ เกิดปฏกิ ิรยิ าไฮโดรลิซสิ ได้ OH-

ปฏิกริ ยิ าระหว่างกรดแก่กบั เบสออ่ น

ปฏกิ ริ ิยาระหว่างสารละลายกรดไฮโดรคลอริก (HCI) และสารละลายแอมโมเนยี (NH3) เขียนสมการเคมไี ด้ดังนี้ HCl(aq) + NH3(aq)  NH4Cl(aq)

ผลิตภณั ฑเ์ กลือที่เกิดข้นึ คือ แอมโมเนยี มคลอไรด์ (NH4CI) ซ่งึ มีสมบตั ิเปน็ กรด เนือ่ งจาก NH4+ สามารถเกดิ ปฏกิ ริ ิยาไฮโดรลิซสิ ได้ H3O+

ใบงานที่ 6 เรื่อง ปฏิกริ ิยาเคมีระหวา่ งกรดและเบส

ผลการเรียนรู้

เขยี นสมการเคมแี สดงปฏกิ ริ ิยาสะเทนิ และระบคุ วามเป็นกรด-เบสของสารละลายหลังการสะเทิน

คาชแี้ จง : ให้นกั เรยี นตอบคาถามต่อไปนีใ้ หถ้ ูกต้อง

1. จงอธิบายเก่ยี วกบั ปฏกิ ิรยิ าสะเทิน ตอบ ปฏกิ ริ ยิ าสะเทนิ เป็นปฏกิ ิรยิ าการถา่ ยโอน H+ ระหว่าง H3O+ จากกรด และ OH- จากเบสไดผ้ ลติ ภณั ฑเ์ ป็น เกลือกับน้า

2. จงเขียนสมการแสดงปฏิกริ ิยาระหว่างกรดกับเบสทก่ี าหนดให้ตอ่ ไปนี้

2.1 HCl กบั KOH ตอบ HCl(aq) + KOH(aq)  KCl(aq) + H2O(l)

2.2 H2SO4 กบั Ca(OH)2 ตอบ H2SO4(aq) + Ca(OH)2(aq)  CaSO4(aq) + H2O(l)

2.3 CH3COOH กับ NaOH ตอบ CH3COOH(aq) + NaOH(aq)  CH3COONa(aq) + H2O(l)

2.4 HNO3 กบั Ba(OH)2 ตอบ HNO3(aq) + Ba(OH)2(aq)  Ba(NO3)2 + 2H2O(l)

2.5 HBr กบั Al(OH)3  AlBr3(aq) + 3H2O(l) ตอบ HBr(aq) + Al(OH)3(aq)

ใบความรูท้ ่ี 7 เร่ือง การไทเทรตกรด-เบส

การไทเทรตกรด-เบส

ปฏิกิรยิ าสะเทนิ ระหวา่ งกรดและเบสสามารถนามาใช้หาความเข้มข้นของสารละลายที่ไม่ทราบความเข้มข้น โดยใช้ วิธกี ารทีเ่ รียกวา่ การไทเทรต (titration) ซง่ึ เปน็ การติดตามปริมาณสารชนิดใด ชนิดหนง่ึ ทีเ่ ติมลงไปทาปฏิกิริยากับสาร อีกชนิดหนึ่ง จนถึงจุดท่ีสารทั้งสองทาปฏิกิริยาพอดีกัน ซึ่งเรียกว่า จุดสมมูล (equivalent point) โดยใช้สารละลาย มาตรฐาน (Standard solution) ท่ีทราบปริมาณ หรือความเข้มข้นที่แน่นอนทาปฏิกิริยากับสารละลายอีกชนิดหน่ึงท่ี ต้องการหาความเข้มข้น การไทเทรตสารละลายอาจติดตามปริมาตรสารละลายมาตรฐานท่ีทราบความเข้มข้นแน่นอนหรือ ปรมิ าตรสารละลายท่ตี อ้ งการหาความเขม้ ข้นกไ็ ด้

จุดสมมลู ของการไทเทรตกรด-เบส คือจุดที่จานวนโมลของไฮโดรเจนไอออน (H+) พอดีกับ จานวนโมล ของไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) ซ่งึ หาไดจ้ ากการติดตามคา่ pH แลว้ นามาเขียนกราฟ ความสัมพนั ธ์ระหวา่ ง pH กับ ปริมาตรของสารละลายที่เปน็ ตัวไทเทรต (titrant) ซ่งึ เรียกวา่ กราฟการไทเทรต (titration curve) กราฟการไทเทรตและการคานวณความเข้มขน้ ของสารละลายทีต่ อ้ งการทราบความเขม้ ขน้ ศึกษาได้จากตัวอย่างการ ไทเทรตกรด-เบสคู่ตา่ ง ๆ ดังต่อไปนี้

การไทเทรตกรดแกก่ บั เบสแก่

รปู แสดง กราฟการไทเทรตระหวา่ ง HCl กับ NaOH

จากกราฟการไทเทรต HCl เริ่มต้นมี pH  1 เมื่อเติม NaOH มีผลทาให้ pH ของสารละลาย ค่อย ๆ

เพ่ิมขึ้นจนถึงบรเิ วณท่ี pH ของสารละลายเพม่ิ ขึน้ อย่างรวดเร็วและเร่ิมคงที่ที่ pH > 12 โดยจุดสมมูลที่ได้จาก

กราฟการไทเทรตคือจุดกึ่งกลางของบริเวณท่ี pH เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในท่ีนี้คือ pH = 7 สอดคล้องกับความเป็น

กลางของสารละลายผลิตภัณฑ์เกลือ NaCl เม่ือลากเส้นตรงจากจุด สมมูลลงมาตัดแกน X จะทาให้ทราบปริมาตรของ

NaOH ที่ทาปฏิกิริยาพอดีกับ HCl ซึ่งในกราฟน้ีคือ 10.00 มิลลิลิตร ซ่ึงสามารถใช้ปริมาตรนี้ในการคานวณความ