หน่วย4_กรด-เบส

10หนว่ ยการเรียนรู้ท่ี เคมี 4

ช้นั มัธยมศึกษาปีที่ 5

กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี

กรด-เบส

ผลการเรยี นรู้

• ระบแุ ละอธิบายวา่ สารเปน็ กรดหรือเบส โดยใช้ทฤษฎกี รด-เบสของอารเ์ รเนยี ส เบรินสเตด-ลาวรี และลิวอิส
• ระบุค่กู รด-เบสของสารตามทฤษฎีกรด-เบสของเบรนิ สเตด-ลาวรี
• คำนวณและเปรยี บเทยี บความสามารถในการแตกตัวหรือความแรงของกรดและเบส
• คำนวณค่า pH ความเข้มขน้ ของไฮโดรเนียมไอออนหรือไฮดรอกไซด์ไอออนของสารละลายกรดและเบส
• เขียนสมการเคมีแสดงปฏกิ ิรยิ าสะเทนิ และระบคุ วามเป็นกรด-เบสของสารละลายหลงั การสะเทนิ
• เขยี นปฏกิ ิรยิ าไฮโดรลิซิสของเกลือ และระบุความเปน็ กรด-เบสของสารละลายเกลอื
• ทดลองและอธบิ ายหลกั การการไทเทรต และเลือกใช้อนิ ดเิ คเตอรท์ ี่เหมาะสมสำหรบั การไทเทรตกรด-เบส
• คำนวณปริมาณสารหรือความเขม้ ข้นของสารละลายกรดหรอื เบสจากการไทเทรต
• อธิบายสมบัติ องคป์ ระกอบ และประโยชน์ของสารละลายบฟั เฟอร์
• สืบคน้ ข้อมลู และนำเสนอตวั อย่างการใชป้ ระโยชน์และการแกป้ ัญหา โดยใช้ความรเู้ กี่ยวกบั กรด–เบส

สารละลายกรดและสารละลายเบส

ไอออนในสารละลายกรด ไอออนในสารละลายเบส

สารละลายกรดทกุ ชนิดมีไอออนท่เี หมอื นกนั คือ ไฮโดรเนยี ม สารละลายเบสทุกชนดิ มีไอออนที่เหมอื นกนั คือ ไฮดรอกไซด์
ไอออน(H3O+) ซ่งึ เป็นไอออนที่แสดงสมบตั เิ ป็นกรด ทำให้ ไอออน(OH-) ซึ่งเป็นไอออนท่ีแสดงสมบตั เิ ปน็ เบส ทำให้
สารละลายกรดเปลยี่ นสกี ระดาษลติ มสั จากสนี ำ้ เงนิ เป็นสีแดง สารละลายเบสเปล่ียนสกี ระดาษลติ มัสจากสีแดงเปน็ สนี ้ำเงนิ

ทฤษฎกี รด-เบสอารเ์ รเนียส เบส คือ สารท่ลี ะลายนำ้ แล้วแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-)

กรด คอื สารทล่ี ะลายน้ำแล้วแตกตัวใหไ้ ฮโดรเจนไอออน (H+) NH3 + H2O NH4+ + OH-

HCI + H2O H3O+ + CI-

Ø ข้อจำกดั ของทฤษฎีกรด-เบสอาร์เรเนยี ส
ไมส่ ามารถใชอ้ ธิบายสารทไี่ ม่ละลายในน้ำหรือ ละลายในตวั ทำลายอน่ื ได้ และไม่สามารถใชอ้ ธิบาย
ความเป็นกรดหรอื เบสของสารทใี่ นโมเลกุลไมม่ ี H+ หรือ OH- แต่แสดงสมบตั เิ ปน็ กรดหรือเบสได้

ทฤษฎกี รด-เบสเบรินสเตด-ลาวรี

เบส คกู่ รด-เบส ค่กู รด นิยามของทฤษฎกี รด-เบสเบรนิ สเตด-ลาวรี

HA + B ⇌A + H B+ กรด คอื สารทสี่ ามารถให้โปรตอน (H+) แก่สารอนื่

เบส คือ สารท่สี ามารถรบั โปรตอน (H+) จากสารอ่ืน

กรด คู่เบส

คู่กรด-เบส

ทฤษฎีกรด-เบสลวิ อิส

นยิ ามของทฤษฎกี รด-เบสลวิ อิส

กรด คอื สารทีส่ ามารถรับอเิ ลก็ ตรอนคู่โดดเดย่ี วจากสารอ่ืน

เบส คือ สารท่สี ามารถใหอ้ ิเล็กตรอนคู่โดดเดยี่ วกบั สารอื่น

BF3 รบั อิเล็กตรอนคูโ่ ดดเดี่ยว NH3 ให้อเิ ลก็ ตรอนคโู่ ดดเดยี่ ว
จาก NH3 ดังนั้น BF3 กับ BF3 ดังนั้น NH3
จงึ เปน็ กรด จงึ เปน็ เบส

การแตกตวั ของกรดแก่และเบสแก่

สารละลายกรดแกแ่ ละเบสแก่จดั เป็นอเิ ลก็ โทรไลตแ์ ก่สารต้งั ตน้ แตกตัวเปน็ ไอออนไดม้ าก หรือแตกตวั เปน็ ไอออนไดอ้ ยา่ งสมบูรณ์
(H3O+)
หากทราบความเข้มขน้ ของกรดแก่หรือเบสแก่ จะสามารถบอกความเข้มขน้ ของไฮโดรเนยี มไอออน หรอื ไฮดรอกไซด์ไอออน
(OH-) ในสารละลายได้

HCl HCO3 กตรวั ดอยแ่ากง ่ เตบวั สอยแ่ากง่ LiOH CsOH
HBr HClO3 NaOH Ca(OH)2
Hl HClO4 KOH Sr(OH)2
H2SO4 RbOH Ba(OH)2

การแตกตวั ของกรดออ่ น

กรดอ่อนสามารถแตกตัวเปน็ ไอออนไดบ้ างสว่ น เปน็ การเปล่ียนแปลงทผี่ นั กลบั ได้ จะเกดิ ภาวะ

“ ”สมดุลและหาค่าคงที่สมดลุ ของปฏกิ ิริยาได้ ซ่ึงเขยี นสมการและค่าคงที่สมดุลได้ ดังน้ี

HA (aq) + H2O (l) ⇌ H3O+(aq) + A-(aq)

Ka = [H3[OH+A]][A-]

การแตกตวั ของเบสอ่อน

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในสารละลายเบสอ่อนเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ จึงเกิดค่าคงท่ี

“สมดุลเช่นเดียวกับกรดอ่อน เรียกค่าคงที่สมดุลที่เกิดจากการแตกตัวของเบสอ่อนว่า ค่าคงที่การแตกตัว
”ของเบสออ่ น (Kb) ซึง่ เขียนสมการและค่าคงทสี่ มดุลได้ ดงั น้ี

BOH (aq) ⇌ B+(aq) + OH-(aq)

Kb = [B+][OH-]
[BOH]

การคำนวณค่า pH

การบอกความเป็นกรด - เบสของสารละลาย จะใชค้ วามเข้มข้นของ H3O+ เปน็ เกณฑ์ ค่า pH = -log [H3O+]
• สารละลายกรดจะมี [H3O+] มากกว่า 1.0 x 10-7 โมล/ลูกบาศก์เดซิเมตร
• สารละลายเบสจะมี [H3O+] น้อยกว่า 1.0 x 10-7 โมล/ลกู บาศกเ์ ดซเิ มตร
แต่ความเข้มขน้ ของ H3O+ มคี า่ นอ้ ย จึงไมส่ ะดวกต่อการนำมาใช้งาน จงึ เปล่ียนคา่ ความเข้มข้นของ H3O+ ให้อยใู่ นรูปทใ่ี ชง้ านสะดวกคือ

ค่า pH ของสารละลายท่ีเปน็ กลางสามารถคำนวณได้ ดงั น้ี
สารละลายทเี่ ปน็ กลางจะมี [H3O+] = 1.0 x 10-7 mol/dm3
pH = -log[H3O+]

= -log(1.0 x 10-7)

= 7log10 - log1.0

= 7-0
=7

ดงั นนั้ สารละลายท่ีเป็นกลางจะมี pH เทา่ กบั 7 ส่วนสารละลายท่มี สี มบตั ิเปน็ กรดจะมี pH น้อยกว่า 7 และสารละลายทม่ี สี มบตั ิ
เปน็ เบสจะมี pH มากกวา่ 7

ปฏิกิรยิ าไฮโดรลซิ ิสของเกลือประเภทตา่ งๆ

เกลอื ที่ได้จากปฏกิ ิริยาไฮโดรลซิ สิ พิจารณาความเปน็ กรด - เบส ไดจ้ ากชนิดของกรดและเบสทเ่ี ขา้ มาทำปฏกิ ริ ยิ า

เบสแก่ เบสออ่ น เบสแก่

กรดแก่ กรดแก่ กรดออ่ น

เกิดจากปฏิกริ ิยาระหวา่ งกรดแกแ่ ละ เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างกรดแกแ่ ละ เกดิ จากปฏกิ ิริยาระหวา่ งกรดอ่อนและ
เบสแก่ เกลอื ท่ไี ด้มีสมบตั เิ ป็นกลาง เบสออ่ น เกลือท่ไี ดม้ สี มบตั เิ ป็นกรด เบสแก่ เกลอื ท่ไี ดม้ สี มบัตเิ ปน็ เบส
(pH > 7)
(pH ≈ 7) (pH < 7)

ปฏกิ ริ ยิ าไฮโดรลซิ ิสระหว่างกรดอ่อนกับเบสออ่ น

เกลือทไ่ี ด้จากปฏกิ ิรยิ าไฮโดรลซิ สิ ระหว่างกรดอ่อนกบั เบสออ่ น เมอ่ื ละลายนำ้ แลว้ อาจมีสมบัตเิ ป็นกรด เบส หรอื กลางพิจารณาจากการ
เปรียบเทยี บคา่ Ka และ Kb

เบสอ่อน กรณที ่ี Ka < Kb ของไออนบวกมีคา่ นอ้ ยกว่า Kb ของไอออนลบ สารละลาย
กรดออ่ น เกลือทีไ่ ดจ้ ะมีสมบตั เิ ป็นเบส
กรณีท่ี Ka ≈ Kb ของไออนบวกมคี ่ามากกวา่ Kb ของไอออนลบ สารละลาย
เกลือทไี่ ดจ้ ะมสี มบตั ิเป็นกลาง
กรณที ี่ Ka > Kb ของไออนบวกมคี า่ มากกว่า Kb ของไอออนลบ สารละลาย
เกลอื ท่ีได้จะมีสมบัตเิ ปน็ กรด
สำหรับเกลือบางชนิดท่ปี ระกอบดว้ ยไอออนบวกทีม่ ีขนาดเลก็ และมีประจสุ งู
เชน่ Al3+ Cr3+ Fe3+ เม่ือละลายนำ้ แลว้ จะมีสมบตั เิ ปน็ กรด

การไทเทรตระหวา่ งกรดแกแ่ ละเบสแก่

บวิ เรตต์บรรจุ
สารละลาย
มาตรฐาน

อินดิเคเตอร์ สารละลาย
ทไ่ี ม่ทราบ
ความเข้มขน้

เตรยี มสารละลายท่ีไมท่ ราบ เตรยี มสารละลายมาตรฐานบรรจุ ไทเทรตกรด-เบสจนถงึ จุดยตุ ิโดยสังเกตจาก
ความเขม้ ขน้ แลว้ หยดอนิ ดเิ คเตอร์ 2-3 หยด ลงในบวิ เรตต์ การเปลย่ี นสีของอนิ ดิเคเตอร์ อ่านปรมิ าณ
สารละลายมาตรฐานท่ใี ช้ไปแล้วบันทกึ ข้อมูล
(ควรทำการทดลอง 3 คร้ัง)

การไทเทรตระหว่างกรดแกแ่ ละเบสแก่ การไทเทรตกรดแกแ่ ละเบสแก่
ชว่ ง pH ท่เี ปลีย่ น 3 – 11
กราฟการไทเทรตสารละลาย HCl ดว้ ยสารละลาย NaOH pH ทจี่ ุดสมมลู ≈ 7
อนิ ดิเคเตอรท์ เ่ี หมาะสม
จุดยตุ ิ (end point) จดุ ที่
ฟินอล์ฟทาลนี (pH 8.3-10.0)
อินดิเคเตอร์เปลย่ี นเป็นสชี มพูอ่อน เมทลิ ออเรนจ์ (pH 3.0-4.4)
หรอื จุดสิน้ สดุ การทดลอง

จดุ สมมลู หรอื จุดสะเทือน
(equivalent point) จุดทกี่ รดกับ

เบสทำปฏิกริ ยิ ากันพอดี
จะมคี า่ pH = 7

ไทแทรนต์ (titrant) หรอื สารละลายมาตรฐาน คอื สารละลายทีท่ ราบความเข้มขน้ แน่นอนบรรจใุ นบิวเรตต์
ไทแทรนด์ (titrand) คือ สารที่ไม่ทราบความเข้มข้นจะบรรจอุ ย่ใู นขวดรปู ชมพู่

การไทเทรตระหวา่ งกรดแกแ่ ละเบสออ่ น

ตวั อย่าง

การไทเทรตสารละลาย NH3 (เบสออ่ น) ดว้ ยสารละลาย HCl (กรดแก)่ จะได้สารละลายผสมทม่ี ีสมบัติ
เป็นกรด pH ของสารละลายท่จี ุดสมมลู จึงมคี า่ นอ้ ยกว่า 7

HCl (aq) + Na3 (aq) → Na4Cl (aq) การไทเทรตสารละลายกรดแก่
และเบสออ่ น
สารละลายมาตรฐาน
สารละลาย HCl ช่วง pH ที่เปล่ียน 3-7
pH ท่ีจดุ สมมลู < 7
อินดเิ คเตอรท์ ีเ่ หมาะสม
เมทิลออเรนจ์ (pH 3.0-4.4)
โบรโมฟนี อลบลู (pH 3.0-4.6)

สารละลาย NH3

กราฟการไทเทรตระหว่างกรดแกแ่ ละเบสอ่อน

กราฟของการไทเทรตของสารละลาย NH3ดว้ ยสารละลาย HCl

จดุ สมมลู หรือจดุ สะเทือน (equivalent point)
จดุ ท่ีกรดกบั เบสทำปฏิกิริยากนั พอดี
จะมีค่า pH < 7

การไทเทรตระหวา่ งกรดอ่อนและเบสแก่ การไทเทรตกรดออ่ นและเบสแก่
ชว่ ง pH ท่ีเปลี่ยน 7-11
ตวั อยา่ ง pH ทีจ่ ดุ สมมลู >7
อนิ ดเิ คเตอรท์ เี่ หมาะสม
การไทเทรตสารละลาย CH3COOH (กรดออ่ น) ด้วยสารละลาย NaOH (เบสแก่) จะไดส้ ารละลาย ฟนิ อล์ฟทาลนี
ผสมทมี่ สี มบตั เิ ปน็ เบส pH ของสารละลายที่จุดสมมลู จงึ มีค่ามากกวา่ 7 (pH 8.3-10.0)

CH3COOH (aq) + NaOH (aq) → CH3COONa (aq) + H2O (I)

สารละลายมาตรฐาน
สารละลาย NaOH

สารละลาย CH3COOH

กราฟการไทเทรตระหว่างกรดออ่ นและเบสแก่

จุดสมมูลหรือจุดสะเทือน (equivalent point)
จดุ ท่ีกรดกับเบสทำปฏิกิริยากันพอดี
จะมคี ่า pH > 7

สารละลายบัฟเฟอร์

สารทมี่ สี มบตั ิในการควบคมุ pH ของสารละลายให้คงที่ เมื่อเติมกรดแกห่ รอื เบสแกล่ งไปในสารละลายจำนวนเลก็ นอ้ ย

+
3

Buffer

ตสัวาอรยล่าะงลายบฟั เฟอร์

สารละลายบฟั เฟอร์ กรด คู่เบส

สารละลายของกรด CH3COOH และเกลือ CH3COONa CH3COOH CH3COO-
สารละลายของกรด H3PO4 และเกลือ NaH2PO4 -H3PO4
สารละลายของเกลอื NaH2PO4 และเกลือ NaHPO4 H3PO4
สารละลายของกรด H2CO3 และเกลอื NaHCO3 HPO42-
สารละลายของเกลือ NaHCO3 และเกลอื Na2CO3 -H2PO4
สารละลายของเกลอื NH4Cl และเบส NH3 HCO3-
H2CO3
CO32-
HCO3-
NH3
NH4+