ข้ามไปยังเนื้อหาหลัก

การไทเทรตกรด–เบส หยด NaOH ทีละหยดจนถึงจุดสมมูล

หยด NaOH 0.100 mol/dm³ จากบิวเรตต์ลงในกรด 25.00 cm³ ที่มีฟีนอล์ฟทาลีน ดูสีชมพูวาบแล้วหาย จนชมพูอ่อนติดถาวรที่จุดยุติ คำนวณ mol ของ H⁺ และ OH⁻ ด้วย n = CV หาจุดสมมูล และเทียบกราฟ pH ของกรดแก่ HCl กับกรดอ่อน CH₃COOH

  • ม.5
  • กรด–เบส
  • ประมาณ 30 นาที
  • จำลองการทดลอง
0.00cm³
NaOH ที่เติม (อ่านจากบิวเรตต์)
0 หยด (1 หยด = 0.05 cm³) · ก๊อกปิด
2.500 × 10⁻³mol
H⁺ ในกรด 25.00 cm³ (n = CV)
0.100 × 25.00 ÷ 1,000 · ยังเหลือ 2.500 × 10⁻³ mol
0mol
OH⁻ ที่เติมจากบิวเรตต์
0.100 × 0.00 ÷ 1,000 · น้อยกว่า H⁺ ในกรด
1.00
pH และสีของสารละลายในขวด
ฟีนอล์ฟทาลีนไม่มีสี
แบบจำลองเพื่อการเรียนรู้ ดูสูตรและเงื่อนไข

ชุดไทเทรตบนแท่นหมุน

เติม NaOH แล้วสังเกตสีและ pH

ใกล้ 25 cm³ เติมทีละหยด · ชมพูอ่อนติดถาวร = จุดยุติ

กรดในขวด (0.100 mol/dm³ 25.00 cm³)
มุมมอง

ทัวร์อัตโนมัติกำลังไทเทรต: NaOH ไหลเป็นสายก่อน แล้วหยดทีละหยดใกล้จุดสมมูล กดปุ่มใดก็ได้เพื่อเริ่มทดลองเอง ลากด้ามก๊อกบนภาพเพื่อเปิดก๊อก ลากที่ว่างหรือกด Q E เพื่อหมุนดูรอบด้าน

ปฏิกิริยาและการคำนวณ

ปฏิกิริยาสะเทิน

HCl + NaOH → NaCl + H₂O
H⁺ + OH⁻ → H₂O

กรดให้ H⁺ ได้ 1 ตัวต่อโมเลกุล NaOH ให้ OH⁻ 1 ตัว ทำปฏิกิริยากันโมลต่อโมล

จุดสมมูล
n(OH⁻) ที่เติม = n(H⁺) ในกรด
V(NaOH)
0.100 × 25.00 ÷ 0.100 = 25.00 cm³

mol และ pH ตอนนี้ (n = C × V ÷ 1,000)

  1. n(H⁺) ในกรด = 0.100 × 25.00 ÷ 1,000 = 2.500 × 10⁻³ mol
  2. n(OH⁻) ที่เติม = 0.100 × 0.00 ÷ 1,000 = 0 mol
  3. H⁺ เหลือ = 2.500 × 10⁻³ − 0 = 2.500 × 10⁻³ mol
  4. [H⁺] = 2.500 × 10⁻³ ÷ 0.02500 dm³ = 1.000 × 10⁻¹ mol/dm³ → pH = −log[H⁺] = 1.00

อินดิเคเตอร์และจุดยุติ

ตอนนี้
ก่อนจุดสมมูล (อีก 25.00 cm³)
สีในขวด
ไม่มีสี (pH 1.00)
ฟีนอล์ฟทาลีน
ไม่มีสีเมื่อ pH ต่ำกว่า 8.2 · ชมพูช่วง 8.2–10.0
pH ที่จุดสมมูล
HCl 7.00 · CH₃COOH 8.72

ในขวดมี HCl กรดแก่ 25.00 cm³ เท่านั้น แตกตัวให้ H⁺ หมด pH 1.00 ฟีนอล์ฟทาลีนไม่มีสี

สิ่งที่เห็นในภาพ
บิวเรตต์ 50 cm³ บรรจุ NaOH 0.100 mol/dm³ ขีด 0 อยู่บน อ่านปริมาตรที่ใช้ไปจากระดับท้องของเหลว ก๊อกบิวเรตต์: ลากด้ามก๊อกเพื่อเปิดมากหรือน้อย คลิกเพื่อเปิดทีละหยดหรือปิด ขวดรูปกรวย: กรด 25.00 cm³ กับฟีนอล์ฟทาลีน ไม่มีสีในกรด ชมพูในเบส สีชมพูวาบตรงที่หยดตก แล้วหายเมื่อกวน = NaOH ยังถูกกรดใช้หมด เครื่องกวนแม่เหล็กกับแผ่นกระเบื้องขาว ช่วยให้ผสมทั่วและเห็นสีชัด หัววัด pH จุ่มในสารละลาย ต่อกับเครื่องบันทึก ดรัมกระดาษหมุนตามปริมาตร NaOH ปากกาขึ้นลงตาม pH เส้นหมึกบนดรัม: กราฟการไทเทรต pH กับปริมาตร
คีย์ลัด
↓เติม NaOH 1 หยด เมื่อเลือกภาพอยู่ (→ ก็ได้, Shift = 1.00 cm³) ↑ปิดก๊อก เมื่อเลือกภาพอยู่ (← ก็ได้) Oเปิด / ปิดก๊อก 1กรด HCl (2 = CH₃COOH) Qหมุนแท่นทีละ 15° (E หมุนกลับ) Bบันทึกผล Nบันทึกทั้งชุด Aทัวร์อัตโนมัติ Fเต็มจอ

ตารางบันทึกผลและกราฟการไทเทรต

0 แถว
กรดNaOH ที่เติม (cm³)pHสีในขวด
  ยังไม่มีผล เติม NaOH แล้วกดบันทึกผลเป็นช่วง ๆ (ถี่ขึ้นใกล้ 25 cm³) หรือกดบันทึกทั้งชุด
pH กับปริมาตร NaOH ที่เติม

อธิบายสิ่งที่เห็น

การไทเทรตคือการวัดปริมาณด้วยปฏิกิริยาที่พอดีกัน

ค่อย ๆ เติมสารละลายมาตรฐานที่รู้ความเข้มข้นแน่นอน (NaOH 0.100 mol/dm³ ในบิวเรตต์) ลงในสารที่ต้องการวัด (กรด 25.00 cm³ ในขวดรูปกรวย) จนทำปฏิกิริยากันพอดี แล้วอ่านปริมาตรที่ใช้ไปจากบิวเรตต์ ใช้ปริมาตรนั้นคำนวณหาความเข้มข้นหรือจำนวนโมลของสารที่ไม่รู้ค่า

H⁺ + OH⁻ → H₂O

จุดสมมูล: mol OH⁻ เท่ากับ mol H⁺ พอดี

จำนวนโมลของสารในสารละลายหาได้จาก n = C × V ÷ 1,000 (V เป็น cm³) กรด 0.100 mol/dm³ 25.00 cm³ ให้ H⁺ ได้ 0.100 × 25.00 ÷ 1,000 = 2.500 × 10⁻³ mol ต้องใช้ OH⁻ เท่ากัน คือ NaOH 0.100 mol/dm³ ปริมาตร 25.00 cm³ จุดสมมูลของกรดทั้งสองชนิดจึงอยู่ที่ 25.00 cm³ เท่ากัน เพราะความเข้มข้นและปริมาตรเท่ากัน ไม่ขึ้นกับว่าเป็นกรดแก่หรือกรดอ่อน

C(กรด) × V(กรด) = C(เบส) × V(เบส)

ทำไมสีชมพูวาบแล้วหาย

ตรงที่หยด NaOH ตกลงไป มี OH⁻ มากชั่วขณะ ฟีนอล์ฟทาลีนตรงนั้นจึงเป็นสีชมพู เมื่อกวนจนผสมทั่ว OH⁻ ถูก H⁺ ของกรดที่ยังเหลือในขวดใช้หมด สีจึงหายไป ยิ่งใกล้จุดสมมูล กรดเหลือน้อย สีชมพูวาบก็ค้างนานขึ้น เป็นสัญญาณว่าต้องเติมช้าลงเป็นทีละหยด

จุดยุติ: สีของอินดิเคเตอร์เปลี่ยนถาวร

จุดยุติคือจุดที่อินดิเคเตอร์เปลี่ยนสีแล้วไม่กลับ เป็นสิ่งที่เราสังเกตได้ ส่วนจุดสมมูลคือจุดที่สารทำปฏิกิริยากันพอดีตามสมการ ใกล้จุดสมมูล pH พุ่งขึ้นหลายหน่วยในหยดเดียว ฟีนอล์ฟทาลีน (เปลี่ยนสีช่วง pH 8.2–10.0) จึงเปลี่ยนเป็นชมพูอ่อนห่างจากจุดสมมูลไม่เกินหนึ่งหยด (0.05 cm³) อินดิเคเตอร์ที่ดีต้องเปลี่ยนสีในช่วงที่ pH พุ่งขึ้นนี้

กรดแก่กับกรดอ่อน: กราฟต่างกันอย่างไร

HCl แตกตัวให้ H⁺ หมด pH เริ่มต้นจึงต่ำ (1.00) และที่จุดสมมูลเหลือแต่ NaCl กับน้ำ pH 7.00 ส่วน CH₃COOH แตกตัวเพียงบางส่วน (Ka = 1.8 × 10⁻⁵) pH เริ่มต้นสูงกว่า (2.88) ระหว่างทางมีทั้ง CH₃COOH กับ CH₃COO⁻ เป็นบัฟเฟอร์ pH จึงขึ้นช้า ที่ครึ่งทาง (12.50 cm³) กรดเหลือครึ่งหนึ่ง pH จึงใกล้เคียง pKa = 4.74 และที่จุดสมมูลเหลือ CH₃COO⁻ ซึ่งรับ H⁺ จากน้ำแล้วให้ OH⁻ สารละลายจึงเป็นเบส pH 8.72

CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻

หลังจุดสมมูล OH⁻ ที่เกินมาจาก NaOH กำหนด pH กราฟของกรดทั้งสองจึงเกือบทับกัน เติมเกินไป 1 หยดใน HCl ก็ทำให้ pH กระโดดจาก 7.00 เป็น 10.00

pH ในภาพคำนวณอย่างไร

ก่อนจุดสมมูลของ HCl ใช้ H⁺ ที่เหลือหารด้วยปริมาตรรวม หลังจุดสมมูลใช้ OH⁻ ที่เกินหารด้วยปริมาตรรวม แล้ว pH = 14.00 − pOH ค่าในแบบจำลองแก้สมการสมดุลประจุอย่างแม่นยำที่ 25 °C (รวมการแตกตัวของน้ำ Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ และ Ka ของกรดอ่อน) เปิด "เส้นจากการคำนวณ" ใต้กราฟเพื่อเทียบกับจุดที่บันทึก

pH = −log[H⁺]  ·  pH + pOH = 14.00

ตรวจความเข้าใจ

ตอบถูก 0 / 6

1HCl 0.100 mol/dm³ 25.00 cm³ มี H⁺ กี่โมล

n = C × V ÷ 1,000 = 0.100 × 25.00 ÷ 1,000 = 2.500 × 10⁻³ mol ต้องเปลี่ยน cm³ เป็น dm³ ก่อน (หารด้วย 1,000) ดูค่านี้ได้ที่การ์ด H⁺ ในกรด

2ต้องใช้ NaOH 0.100 mol/dm³ กี่ cm³ จึงถึงจุดสมมูลกับ HCl ในข้อ 1

ที่จุดสมมูล n(OH⁻) = n(H⁺) = 2.500 × 10⁻³ mol ปริมาตร NaOH = 2.500 × 10⁻³ ÷ 0.100 × 1,000 = 25.00 cm³ ลองกด +1.00 cm³ จนใกล้ 25 แล้วเติมทีละหยด

3ระหว่างไทเทรต สีชมพูเกิดขึ้นตรงที่หยด NaOH ตก แล้วหายไปเมื่อกวน แสดงว่าอะไร

ตรงที่หยดตกมี OH⁻ มากชั่วขณะจึงเป็นสีชมพู พอกวนจนทั่ว H⁺ ที่ยังเหลือใช้ OH⁻ หมด สีจึงหาย ยังไม่ถึงจุดยุติ ต้องเติมต่อจนชมพูอ่อนติดถาวร

4ข้อใดอธิบายความต่างของจุดสมมูลกับจุดยุติได้ถูกต้อง

จุดสมมูลเป็นจุดทางทฤษฎีที่ n(OH⁻) = n(H⁺) ส่วนจุดยุติคือสิ่งที่เห็น ในการไทเทรต HCl จุดสมมูลอยู่ที่ 25.00 cm³ (pH 7.00 ยังไม่มีสี) แต่จุดยุติของฟีนอล์ฟทาลีนอยู่ที่ 25.05 cm³ ห่างกันหนึ่งหยด

5ทำไม pH ที่จุดสมมูลของ CH₃COOH กับ NaOH จึงมากกว่า 7

ปริมาตร NaOH ที่จุดสมมูลเท่ากันคือ 25.00 cm³ แต่ที่จุดนั้นในขวดมี CH₃COO⁻ ซึ่งเป็นเบส CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻ pH จึงเป็น 8.72 เลือก CH₃COOH แล้วเติมถึง 25.00 cm³ เพื่อดู

6เติม NaOH ไป 30.00 cm³ ในการไทเทรต HCl ข้อ 1 มี OH⁻ เกินอยู่กี่โมล

OH⁻ ที่เติม = 0.100 × 30.00 ÷ 1,000 = 3.000 × 10⁻³ mol ใช้กับ H⁺ ไป 2.500 × 10⁻³ mol เหลือเกิน 5.000 × 10⁻⁴ mol ในปริมาตรรวม 55.00 cm³ [OH⁻] = 9.09 × 10⁻³ mol/dm³ pH = 11.96