ชุดไทเทรตบนแท่นหมุน
ทัวร์อัตโนมัติกำลังไทเทรต: NaOH ไหลเป็นสายก่อน แล้วหยดทีละหยดใกล้จุดสมมูล กดปุ่มใดก็ได้เพื่อเริ่มทดลองเอง ลากด้ามก๊อกบนภาพเพื่อเปิดก๊อก ลากที่ว่างหรือกด Q E เพื่อหมุนดูรอบด้าน
ปฏิกิริยาและการคำนวณ
ปฏิกิริยาสะเทิน
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)
- n(H⁺) ในกรด = 0.100 × 25.00 ÷ 1,000 = 2.500 × 10⁻³ mol
- n(OH⁻) ที่เติม = 0.100 × 0.00 ÷ 1,000 = 0 mol
- H⁺ เหลือ = 2.500 × 10⁻³ − 0 = 2.500 × 10⁻³ mol
- [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
คีย์ลัด
ตารางบันทึกผลและกราฟการไทเทรต
| กรด | NaOH ที่เติม (cm³) | pH | สีในขวด |
|---|---|---|---|
| ยังไม่มีผล เติม NaOH แล้วกดบันทึกผลเป็นช่วง ๆ (ถี่ขึ้นใกล้ 25 cm³) หรือกดบันทึกทั้งชุด | |||
อธิบายสิ่งที่เห็น
การไทเทรตคือการวัดปริมาณด้วยปฏิกิริยาที่พอดีกัน
ค่อย ๆ เติมสารละลายมาตรฐานที่รู้ความเข้มข้นแน่นอน (NaOH 0.100 mol/dm³ ในบิวเรตต์) ลงในสารที่ต้องการวัด (กรด 25.00 cm³ ในขวดรูปกรวย) จนทำปฏิกิริยากันพอดี แล้วอ่านปริมาตรที่ใช้ไปจากบิวเรตต์ ใช้ปริมาตรนั้นคำนวณหาความเข้มข้นหรือจำนวนโมลของสารที่ไม่รู้ค่า
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
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
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
ตรวจความเข้าใจ
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