08 isi pelajaran c

7/27/2019 08 Isi Pelajaran C

1/125


2/125

(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)

2

ISI KANDUNGAN

3.1 Entalpi

Tindak balas kimia seperti pembakaran, pengaratan dan penyejatan air dalam

kolam semua melibatkan tenaga. Entalpi adalah istilah termodinak merujuk

kepada kandung an haba dalam sesu atu sistem. Simbol untuk entalpi ialah H

Kita tidak dapat mengukur nilai mutlak entalpi sistem,tetapi kita dapat mengukur

perubahan entalpi. Perubahan entalpi diwakili oleh simbol H dan diukur dalam

unit kJ.

Jika diukur pada tekanan tetap, haba tindak balas sama dengan perubahan

entalpi bagi sistem ini.

Bagi tindak balas F + G J + K

Perubahan entalpi (H) = haba tindak balas

= (HJ + HK) (HF + HG)

Jika haba diserapkan semasa tindak balas berlaku, H adalah positif keranasistem kimia ini menerima tenaga dari persekitarannya. Tindak balas ini dikenali

sebagai tindak balas endotermik (Rajah 1)

PERSEKITARAN

H = + (POSITIF)

Rajah 1

SISTEM

Menyerap Haba

HABA


3/125


3

Jika haba dibebaskan semasa tindak balas berlaku, H adalah negatif kerana

sistem kimia ini membebaskan tenaga ke persekitarannya. Tindak balas ini

dikenali sebagai tindak balas eksotermik.

PERSEKITARAN

H = - (NEGATIF)

Rajah 2

Nilai berangka perubahan entalpi dipengaruhi oleh:

Suhu eksperimen dijalankan,

Keadaan fizik (pepejal,cecair atau gas) bahan tindak balas dan

hasil tindak balas,

Tekanan bahan tindak balas bergas, dan

Kepekatan larutan yang terlibat

Kita harus menentukan bahawa keadaan sistem adalah sama sebelum

dan selepas tindak balas. Keadaan piawai untuk ukuran termokimia ialah

Suhu 25 0C (298 K)

Tekanan 1 atm (101kPa) dan

Larutan yang terlibat mempunyai kepekatan 1 mol dm-3

Perubahan entalpi pada keadaan piawai dinyatakan sebagai tindak balas piawai

dan bersimbol H298 atau H

Contohnya: Persamaan termokimia pada keadaan piawai bagi tindak balas

pembakaran metana dalam oksigen berlebihan adalah berikut:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O (ce) H

298 = -890 kJ

SISTEM

Membebaskan

Haba

HABA


4/125


4

Latihan

1. Jawab soalan berdasarkan tindak balas ini:

H2(g) + O2(g) H2O(ce) H298 = -287kJ

(a)Adakah tindak balas ini eksotermik atau endotermik?

(b) Yang manakah mempunyai entalpi yang lebih besar, bahan tindak

balas ataupun hasil?

(c) Kirakan kuantiti haba yang dibebaskan jika 3 mol hidrogen terbakar

dalam oksigen berlebihan.

(d) Lukis gambar rajah aras tenaga bagi tindak balas ini.

3.2 Haba tindak balas

Haba tindak balas boleh ditakrifkan sebagai tenaga haba yang diserap atau

dibebaskan apabila satu mol bahan tindak balas digunakan atau satu mol hasil

tindak balas terbentuk dalam keadaan piawai. Haba tindak balas sama dengan

perubahan entalpi jika diukur dalam keadaan piawai. Semua tindak balas kimiamelibatkan haba. Anda akan mempelajari beberapa tindak balas kimia dan cara

mengira haba tindak balasnya.

3.2.1 Haba Peneutralan

Peneutralan ialah tindak balas antara asid dengan bes (atau alkali) untuk

menghasilkan garam dan air sahaja.

Asid + Bes/Alkali Garam + Air

Contoh: HCl(ak) + KOH KCl(ak) + H2O(ce)

H2SO4(ak) + 2NaOH(ak) Na2SO4(ak) + H2O(ce)


5/125


5

Adakah tindak balas peneutralan eksotermik?

Semua tindak balas peneutralan merupakan tindak balas eksotermik, kerana

haba dibebaskan dan H bertanda negatif

Haba peneutralan ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol ionH+

bertindak balas dengan satu mol ionOH- untuk menghasilkan satu mol air

pada keadaan piawai.

H+(ak) + OH- (ak) H2O(ce) H= negatif

H ialah haba peneutralan dalam unit kJmol-1

Contohnya, dalam tindak balas peneutralan antara asid nitrik (HNO3) dan

natrium hidroksida (NaOH), haba peneutralan ialah -57.3kJmol-1.

Contoh Pengiraan Haba Peneutralan

Soalan:Apabila 50cm3

asid hidroklorik 1.2 mol dm-3

dicampurkan kepada

50 cm3

larutan ammonium hidroksida 1.2 mol dm-3

, suhu larutan berubah

daripada 30 oC kepada 37.5 oC. Hitungkan haba peneutralan untuk tindak balas

antara asid hidroklorik dengan larutan ammonia.

(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg

-1o

C

-1

; ketumapatan larutan = 1.0 gcm

-3

)

Penyelesaian:

Langkah 1: Hitungkan haba yang dibebaskan dalam eksperimen ini

Haba yang dibebaskan = m x c x T

= (50 + 50) x 4.2 x (37.5 30.0)

= 3150J = 3.15kJ

Langkah2: Hitungkan bilangan mol molekul air yang dihasilkan dalameksperimen ini.

Bilangan mol HCI (ak) yang digunakan = MV/1000

= 1.2 x 50 /1000

= 0.06mol


6/125


6

Bilangan mol NH4OH (ak) yang digunakan = MV/1000

= 1.2 x 50 /1000

= 0.06mol

Daripada persamaan HCl(ak) + NH4OH(ak) NH4Cl + H2O(ce), boleh

disimpulkan bahawa 0.06 mol ion H+ bertindak balas dengan 0.06 mol ion

OH- untuk menghasilkan 0.06 mol molekul air.

Langkah 3: Daripada langkah 1 dan 2, pembentukan 0.06 mol molekul H2Omembebaskan 3.15 kJ tenaga.

Maka, pembentukan 1.0 mol molekul H2O membebaskan

3.15kJ x (1/0.06) = 52.5 kJ

Kesimpulannya, haba peneutralan untuk tindak balas antara

asid hidroklorik dengan larutan ammonium hidroksida ialah

-52.5 kJ mol-1. Ini dapat ditulis secara ringkas sebagai

H = - 52.5 kJ mol-1.

Latihan

1. Kirakan haba peneutralan bagi tindak balas berikut:

(a) 25 cm3 asid nitrik (HNO3) 1.5M bertindak balas dengan 25 cm3

larutan natrium hidroksida (NaOH) 1.5M, larutan suhu berubahdaripada 23oC kepada 32 oC

(b) Lukis gambarajah aras tenaga bagi tindak balas peneutralan ini.


7/125


7

3.2.2 HABA PEMBAKARAN

Pembakaran ialah tindak balas antara satu bahan api dengan oksigen untuk

menghasilkan tenaga haba. Pembakaran biasanya disertai dengan cahaya atau

nyalaan api. Semua tindak balas pembakaran merupakan tindak balas

eksotermik.

Haba pembakaran ialah haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan api

terbakar dengan lengkap dalam oksigen berlebihan pada keadaan piawai.

Contoh: Haba pembakaran unsur karbon dan hidrogen adalah -392 kJmol-1

dan

-286 kJmol-1

masing-masing.

C(p) + O2(g) CO2(g) H= -392 kJmol-1

H2(g) + O2(g) H2O(ce) H= -286kJmol-1

Haba pembakaran boleh ditentukan dengan membakar bahan api dan haba

yang dibebaskan digunakan untuk memanaskan air. Haba pembakaran bahan

api tersebut dapat ditentukan daripada kenaikan suhu air. Anggapkan haba tidak

hilang ke alam persekitaran, maka haba yang terbebas semasa pembakaranbahan api sama dengan haba yang diserap oleh air.

Layari Internet

Akses internet untuk mengumpul maklumat mengenai haba pembakaran

pelbagai jenis alkohol. Bandingkan haba pembakaran bagi metanol,

etanol,propan-ol dan butan-ol. Dapatkah anda hubungkait bilangan atom

karbon dalam satu molekul alkohol dengan haba pembakaran alkohol?


8/125


8

Pengiraan haba pembakaran

Soalan:

Apabila 2.7 g glukosa (C6H12O6) dibakar dengan lengkap dalam oksigen

berlebihan, haba yang terbebas dapat menaikkan suhu 600g air sebanyak

12.5 0C. Hitungkan haba pembakaran glukosa.

(Muatan haba tentu air: 4.2 Jg-10C-1 , Ketumpatan larutan = 1.0g cm-3,

Jisim atom relatif: H,1;C,12; O,16)

Penyelesaian

Langkah 1: Hitungkan haba yang terbebas dalam eksperimen ini.

Haba yang dibebaskan = Jisim air (m) x Muatan haba tentu (c) x kenaikan

suhu (T)

= 600 x 4.2 x 12.5 J = 31 500 J=31.5 kJ

Langkah 2: Hitungkan bilangan mol glukosa yang terbakar dalam eksperimen ini.

Jisim molekul relatif glukosa (C6H12O6) =(6 x 12) + 12 x 1 + 6 x 16)= 180

Bilangan mol glukosa yang terbakar = 2.7/180 = 0.015mol

Langkah 3: Hitungkan haba yang dibebaskan apabila 1 mol glukosa terbakar

Daripada langkah 1 dan 2, 0.015 mol glukosa membebaskan 31.5kJ

tenaga haba.

Maka, 1 mol glukosa membebaskan 31.5 x (1/0.015) = 2100 kJ

Jadi, haba pembakaran glukosa (C6H12O6), H = -2100 kJmol-1.


9/125


9

Latihan

1. Haba pembakaran propana ialah -2220 kJmol-1

C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(ce) H= - 2220kJmol-1

(a) Lukis gamba rajah aras tenaga bagi tindak balas ini

(b) Berapakah tenaga haba yang dibebaskan apabila 20g karbon

dioksida dihasilkan daripada pembakaran lengkap propana?

2. Haba pembakaran metanol yang ditentukan dalam satu eksperimen

ialah -560 kJmol-1. Sebenarnya, nilai teori haba pembakaran ialah

-715 kJmol-1. Mengapa perbezaan ini boleh berlaku?

Memikir

Cuba anda fikirkan satu eksperimen yang dapat dijalankan dalam makmaluntuk mengenal pasti haba pembakaran etanol

Apakah langkah berjaga-jaga semasa menjalankan eksperimen ini?

3.2.3 HABA PEMENDAKAN

Haba pemendakan ialah perubahan tenaga haba apabila satu mol mendakan

terbentuk daripada ion-ionnya. Contohnya: Larutan plumbum(II) nitrat bertindak

balas dengan larutan kalium sulfat untuk menghasilkan mendakan plumbum(II)

sulfat. Persamaan termokimia bagi tindak balas ini adalah seperti yang berikut:

Pb2+

(ak) + SO42-

(ak) PbSO4(p) H = -51kJmol-1

Haba sebanyak 51kJ dibebaskan apabila 1 mol plumbum sulfat dimendakan

pada keadaan piawai.


10/125


10

Latihan

1. Apabila 1mol dm-3

argentum nitrat bertindak balas dengan 1 mol dm-3

kaliumklorida, 1mol argentum klorida dimendakan dan haba sebanyak 58.8kJ

dibebaskan

(a) Tuliskan persamaan termokimia.

(b) Kirakan haba yang dibebaskan jika 0.4 mol argentum klorida

dimendakan.

(c) Lukis gambar rajah aras tenaga bagi pemendakan argentum

klorida.

Haba pemendakan bagi pepejal Mn+Xn- ditentukan dengan menyukat perubahan

suhu semasa pemendakan berlaku, iaitu apabila isipadu tertentu larutan ion Mn+

dicampurkan kepada isi padu tertentu larutan ion Xn+

. Anda perlu tahu kepekatan

kedua-dua larutan.

Pengiraan Haba pemendakan

Soalan:25 cm

3larutan argentum nitrat dicampurkan kepada 25 cm

3larutan kalium

klorida. Keputusan eksperimen yang diperoleh adalah seperti yang berikut:

Suhu awal larutan kalium klorida = 32.50C

Suhu awal argentum nitrat = 31.50C

Suhu maksimum campuran larutan = 37.60C

Dengan menggunakan data eksperimen, kira haba pemendakan argentum

klorida. (Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1 0C-1; Larutan tersebut masing-

masing mengandungi 0.23 mol ion Ag + dan 0.023 mol ion Cl-)


11/125


11

Penyelesaian:

Suhu purata larutan sebelum tindak balas = (32.5 + 31.5) 2 = 32 0C

Perubahan suhu = 37.60C 32.0

0C= 5.6

0C.

Isi padu campuran tindak balas = 25 + 25 = 50 cm

3

Dengan menganggap ketumpatan larutan = 1.0 g cm

-3, jisim campuran tindak

balas = 50cm3

x 1.0 g cm-3

= 50.0 g

Langkah1: Hitungkan haba yang terbebas dalam eksperimen ini.

Haba yang dibebaskan = m x c x T = 50 x 4.2 x 5.6

= 1176 J = 1.176 kJ

Langkah 2: Hitungkan bilangan mol AgCl yang terbentuk dalam eksperimen ini.

Daripada persamaan ion: Ag+

(ak) + Cl-(ak) AgCl(p)

0.023 mol ion Ag+ bertindak balas dengan 0.023 mol ion Cl - untuk

membentuk 0.023 mol AgCl.

Langkah 3: Hitungkan haba yang dibebaskan apabila 1 mol AgCl terbentuk.

Daripada Langkah 1 dan 2, pembentukan 0.023 mol AgCl

menghasilkan 1.176 kJ haba.

Maka, pembentukan 1 mol AgCl akan menghasilkan

1.176 x (1/ 0.023) = 51.1 kJ

Jadi, haba pemendakan argentum klorida, H = -51.1 kJ mol-1

Latihan

1. CuSO4(p) + air CuSO4(ak) H = -66 kJmol-1

Hitungkan jisim kuprum(ll) sulfat kontang yang diperlukan untuk dilarutkan

dalam air supaya 16.5 kJ haba dibebaskan.

(Jisim atom relatif Cu: 64, S = 32, O =16 )


12/125


12

2. Apabila larutan plumbum(ll) nitrat dan larutan natrium bromida

dicampurkan, plumbum(ll) bromida dihasilkan:

Pb2+(ak) + 2Br-(ak) PbBr2(p) H = -x kJmol-1

(a) Berapakah perubahan haba jika 1.0 mol ion Pb2+ dicampurkan dengan

1.0 mol ion Br- ?

(b) Berapakah perubahan haba jika 1.0 mol ion Pb2+ dicampurkan dengan

2.0 mol ion Br-?

(c) Berapakah perubahan haba jika 2.0 mol ion Pb2+ dicampurkan dengan

4.0 mol ion Br-

3.2.4 HABA PENYESARAN

Haba penyesaran ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol logam

disesarkan daripada larutan garamnya pada keadaan piawai. Logam yang reaktif

menyesarkan ion logam yang kurang reaktif daripada larutannya. Contohnya,

apabila serbuk magnesium berlebihan dicampurkan kepada larutan ferum(ll)

klorida, larutan hijau ferum(II) klorida menjadi tidak berwarna dan serbuk ferumyang berwarna kelabu dihasilkan.Haba juga dibebaskan dalam tindak balas ini.

Tindak balas penyesaran boleh diwakili oleh persamaan termokimia:

Mg(p) + FeCl2(ak) MgCl2(ak) + Fe(p) H= - 202 kJmol-1

Di makmal, haba penyesaran ditentukan dengan mencampurkan serbuk logam

yang lebih elektropositif dengan berlebihan kepada isi padu tertentu larutan

garam logam lain dan seterusnya menyukat suhu maksimum yang tercapai.


13/125


13

Memikir

Cuba anda fikirkan satu eksperimen yang dapat dijalankan dalam makmal

untuk menentukan haba penyesaran kuprum oleh zink

Apakah langkah berjaga-jaga semasa menjalankan eksperimen ini?

Pengiraan haba penyesaran

Soalan:

Apabila serbuk aluminium berlebihan ditambahkan kepada 100 cm3 larutan

ferum(ll)sulfat, 0.48 g ferum dihasilkan dan suhu larutan berubah daripada 300

C

kepada 35.5 0C. Hitungkan haba penyesaran ion ferum oleh aluminium

berdasarkan tindak balas:

3Fe2+(ak) + 2Al(p) 3Fe(p) + 2Al3+(ak)

(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg -10C-1, Ketumpatan larutan =1.0gcm-3, Jisim

atom relatif: Fe = 56)

Penyelesaian:

Langkah 1: Hitungkan haba yang dibebaskan dalam eksperimen ini

Kenaikan suhu = 35.5 30.0 = 5.50C

Haba yang dibebaskan = Jis im larutan x Muatan haba tentu x

kenaikan suh u

= 100 x 4.2 x 5.5 J = 2310J = 2.31kJ

Langkah 2: Hitungkan bilangan mol ferum yang disesarkan

Jisim atom relatif Fe = 56

Bilangan mol Fe yang dihasilkan = jisim jisim atom relatif = 0.480/56

= 0.0086


14/125


14

Langkah 3: Hitungkan haba penyesaran ion ferum oleh aluminium

Pembentukan 0.0086 mol ferum membebaskan haba sebanyak

2.31 kJ haba

Pembentukan 1.0 mol ferum membebaskan haba sebanyak:

= 2.31 x (1/ 0.0086) = 268.6 kJ

Jadi, haba penyesaran ion ferum oleh aluminium,

H = - 268.6 kJmol-1

Latihan

1. Zn(p) + CuSO4(g) Cu(p) + ZnSO4(ak) H = -218 kJmol-1

(a) Lakarkan gambarajah aras tenaga bagi tindak balas penyesaran ini

(b) Hitungkan jisim minimum zink yang perlu digunakan supaya

tindakannya terhadap larutan kuprum(ll)sulfat berlebihan dapat

menghasilkan 46.8 kJ haba. (Jisim atom relatif zink : 65.4)


15/125


15

Tutorial (2 Jam)

1. (a) Apa yang anda faham tentang istilah entalpi(b) Ramalkan perubahan entalpi yang berlaku dalam tindak balas

berikut: (nyatakan sama ada entalpi berkurang atau bertambah)

i. Br2(g) Br2 (ce)

ii. NaCl(s) + ak NaCl (ak)

iii CO(g) + O2(g) CO2(g)

(c) Mengapakah keadaan piawai patut dinyatakan dalam pengiraan

perubahan entalpi?

2. 100 cm3

natrium hidroksida (1 mol dm-3

) meneutralkan 50cm3

asid

sulfurik (1mol dm-3) dan suhu awal larutan pada 21.0 0C meningkat ke

29.0 0C

(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-10C-1,

Ketumpatan larutan =1.0 gcm-3)

(a) Kirakan haba peneutralan

(b) Lakarkan gambarajah aras tenaga bagi tindak balas ini

3 Tiga jenis alkohol dibakar dan haba yang dibebaskan diukur seperti

ditunjukkan dalam jadual berikut:

Alkohol Jisim alkohol terbakar

(g)

Haba dibebaskan

(kJ)

MetanolEtanol

Propan-ol

3.29.2

7.5

71268

252


16/125


16

(a) Tuliskan persamaan kimia seimbang bagi setiap jenis alkohol.

(b) Kirakan bilangan mol setiap alkohol yang dibakar

(c) Kirakan haba pembakaran (kJmol-1) setiap alkohol

(d) Alkohol manakah boleh dijadikan bahan api yang paling efisen?

Terangkan

4. Apabila 500 cm3 larutan M+1 1.0 mol dm-3 dicampurkan dengan

500cm3 larutan ion sulfat SO42- 1.0 mol dm-3, suhu larutan naik

sebanyak 60C.

Hitungkan haba pemendakan M2SO4 dalam tindak balas ini.

(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1

0C

-1)

5. Zn(p) + CuSO4(ak) ZnSO4(ak) + Cu (p) H= -218kJmol-1

(a) Lakar gambarajah aras tenaga bagi tindak balas ini

(b) Kirakan haba yang dibebaskan jika 12.4g kuprum dimendakkan.

( jisim atom relatif kuprum = 63.5 )

.


17/125


17

TERMOKIMIA

4.1 HABA PEMBENTUKAN

Pengiraan nilai

4.2 HUKUM HESS

Aplikasi Hukum Hess

TAJUK 4 TERMOKIMIA: HABA PEMBENTUKAN DAN

HUKUM HESS

SINOPSIS

Tajuk ini mengandungi dua sub topik iaitu haba pembentukan dan Hukum

Hess. Anda dapat mentakrifkan haba pembentukan dan menghubungkaitnya

dengan kestabilan bahan. Dalam tajuk ini juga, Hukum Hess diaplikasikan

untuk menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan entalpi bahan.

HASIL PEMBELAJARAN

Mentakrifkan haba pembentukan

Mengira perubahan haba tindak balas menggunakan nilai berangka haba

pembentukan

Meramal kestabilan relatif sesuatu sebatian

Mendefinisikan Hukum Hess

Mengaplikasikan Hukum Hess

KERANGKA TAJUK-TAJUK


18/125


18

ISI KANDUNGAN

4.1 Haba Pembentukan

Haba pembentukan piawai suatu bahan ialah haba yang dibebaskan atau

diserap apabila 1 mol bahan itu terbentuk dari unsur-unsurnya di bawah keadaanpiawai. Misalnya, haba (entalpi) pembentukan piawai bagi air ialah

-285.5 kJmol-1

. Ini bererti apabila 1 mol air cecair terbentuk dari hidrogen dan

oksigen dalam keadaan bergas, 285.5 kJ haba dibebaskan (eksotermik). Haba

pembentukan piawai bagi bahan diberi simbol Hf.

H2(g) + O2(g) H2O(ce) Hf

= -187.6 kJmol-1

Boleh anda ramalkan tenaga yang perlu untuk menguraikan satu mol air kepada

hidrogen dan oksigen? Nilai Hf

membantu ahli sains untuk meramalkan

kestabilan bahan.

Latihan

1. Haba pembentukan piawai beberapa sebatian diberi dalam Jadual 1

Jadual 1

Sebatian Hf(kJmol

-1)

Al2O3 -1676

NaCl -411

C2H4 +52.3

Tulis persamaan termokimia bagi setiap tindak balas dalam Jadual 1.


19/125


19

4.1.1 Kestabilan Sebatian

Haba pembentukan piawai bagi sebatian mewakili tenaga yang dipindah dari

atau kepada persekitaran apabila ikatan kimia dalam unsur pecah dan ikatan

baru terbentuk dalam sebatian itu. Nilai Hf sebatian memberi maklumat tentang

kestabilannya tentang penguraian kepada unsur-unsurnya. Sebatian yang

terbentuk dengan membebaskan tenaga haba yang tinggi dan mempunyai nilai

Hf yang paling negatif biasanya paling stabil. Sebatian ini tidak mudah terurai

menjadi unsur-unsurnya. Sebaliknya sebatian yang terbentuk dengan menyerap

haba dan mempunyai nilai Hf

yang paling positif tidak stabil. Sebatian jenis ini

mudah terurai apabila dipanaskan sedikit ataupun pada keadaan biasa.

SebatianStabil

Hf(kJmol

-1) Sebatian

Tak StabilHf

(kJmol

-1)

Al2O3 -1676 Cl2O7 +75.7

NaCl -411 NCl3 +230

C2H4 +52.3 SnH4 +163

Sebatian yang mengandungi entalpi positif yang tinggi boleh bertindak balas

sangat reaktif dan boleh meletup. Contohnya, Mekuri fulminat Hg(ONC)2 yang

mempunyai haba pembentukan +269kJ digunakan dalam bahan letupan

4.1.2 Pengiraan perubahan entalpi tindak balas

Entalpi pembentukan piawai Hf diguna untuk menghitung perubahan entalpi

dalam tindak balas kimia.

Perubahan entalpi piawai bagi tindak balas

=hasil tambah Hf

bagi hasil hasil tambah Hf

bagi bahan tindak balas

=Hf

(hasil) - Hf

(bahan tindak balas)


20/125


20

Contoh:Hf

bagi karbon monoksida dan karbon dioksida masing-masing

adalah -110 kJmol-1 dan -393.5 kJmol-1. Hitung nilai Hfbagi tindak balas

CO(g) + O2(g) CO2(g)

Penyelesaian: CO(g) + O2(g) CO2(g)

(-110) (0) (-393.5)

(Perhatian: entalpi pembentukan piawai bagi unsur diberi nilai sifar pada

keadaan piawai)

H = (-393.5) (-100 + 0) = -283.5 kJmol-1

Latihan

1. Hf bagi Ag+, Cl- dan AgCl masing-masing adalah +105.0 kJ,

-167 kJ dan -127 kJ. Hitung Hf bagi tindak balas

Ag+ + Cl- AgCl

4.2 Hukum Hess

Pada tahun 1841, Germain Henri Hess, seorang saintis Swiss telah

menunjukkan haba yang dibebaskan atau diserap dalam sesuatu tindak balas

adalah sama dan tidak bergantung kepada proses tindak balas. Proses tindak

balas boleh melibatkan beberapa langkah atau secara terus-menerus.

Hukum Hess menyatakan bahawa haba yang dibebaskan atau diserap semasa

perubahan kimia tidak bergantung kepada jalan perubahan itu disempurnakan.

Rajah 1 menunjukkan bahawa bahan A bertindak balas menjadi B melalui dua

cara:


21/125


21

secara terus menerus melibatkan haba tindak balas Hr

melalui 3 langkah iaitu bahan A bertindak balas menjadi X dan X

bertindak balas menjadi Y dan Y bertindak balas menukar ke B

yang melibatkan haba tindak balas H1, H2, H3 masing-masing.

Mengikut Hukum Hess, Hr= H1, + H2 + H3

Rajah 1

Satu contoh untuk menjelaskan Hukum Hess ialah tindak balas di antara karbon

dan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida.

Cara pertama: Secara langsung 1 mol karbon bertindak balas dengan oksigen

berlebihan untuk menghasilkan karbon dioksida dan haba yang dibebaskan ialah

393kJ mol-1.

C(p) + O2(g) CO2 H= -393kJ


22/125


22

Cara kedua: 2 langkah

Langkah1: 1 mol karbon terbakar dalam oksigen yang terhad dan

menghasilkan karbon monoksida. Haba terbebas hanya

111kJ mol-1.

C(p) + O2(g) CO(g) H= -111kJ

Langkah2: Karbon monoksida boleh bertukar kepada karbon dioksida

dengan pembebasan haba sebanyak 282kJ mol-1

CO(g) + O2(g) CO2(g) H= -282kJ

Haba tindak balas keseluruhan ialah hasil tambah haba peringkat berasingan

iaitu -393 = -111 + (-282). Rajah 2 merumuskan haba tindak balas yang terlibat

dalam pembentukan karbon dioksida.

CO(g)

+ O2(g) + O2(g)H=-111kJ

H=-282kJ

+O2

C(p) CO2H=-393kJ

Rajah 2: Kitaran Tenaga Pembentukan Karbon Dioksida

Layari Internet

Akses internet untuk mengumpul maklumat mengenai Hukum Hess.Bagaimana anda mengait Hukum Hess dengan Hukum Keabadian Tenaga


23/125


23

4.2.1 Aplikasi Hukum Hess

Hukum Hess digunakan oleh ahli kimia untuk mengira entalpi tindak balas yang

tidak dapat diukur secara langsung. Contohnyanya, entalpi tindak balas bagi

tindak balas antara karbon dan hidrogen tidak dapat diukur secara langsung:4C(p) + 5H2(g) C4H10(g)

Bagaimanapun, karbon, hidrogen dan butana mudah terbakar dan entalpi

pembakaran dapat ditentukan melalui eksperimen menggunakan kalorimeter.

Satu kitaran tenaga dibina (Rajah 3) untuk mudahkan pengiraan entalpi.

H1

4C + 5H2(g) C4H10(g)

+6O2(g) +6O2(g) H2

H3

4CO2(g) + 5H2O(ce)

Rajah 3: Kitaran Tenaga Pembentukan Butana

Mengikut Hukum Hess:

H3= H1 + H2

H1= H3 - H2 H3 dan H2 dapat diketahui melalui eksperimen

Maka H1dapat dikira.

Soalan: Hitungkan Hbagitindak balas S(p) + 1O2 (g) SO3(g).

Diberi: (1) S(p) + O2(g) SO2(g) H1 = -297 kJ

(2) SO2(p) + O2(g) SO3(g) H 2 = -297 kJPenyelesaian:

Apabila persamaan (1) + persamaan (2), kita akan dapat:

S(p) + 1O2 (g) SO3

Jadi, H = H1 + H2 = -297 + (-99) = -396 kJ


24/125


24

Tutorial (2 jam)

1. Nilai entalpi berikut berkait dengan sebatian CF4 ,sejenis gas padasuhu bilik.

C(s) + 2F2(g) CF4(g) H = -92 kJ

CF4(p) CF4(g) H = +15 kJ

(a) Terangkan mengapa tanda nilai haba tindak balas berbeza.

(b) Terangkan mengapa nilai H bagi kedua-dua tindak balas jauh

berbeza.

(c) Bolehkah gas CF4 berada dalam keadaan stabil pada suhu bilik.

Jelaskan

(d) Nyatakan keadaan piawai tindak balas ini berlaku.

2. (a) Nyatakan Hukum Hess

(b) Kirakan entalpi pembentukan propana berasaskan data berikut:

C(s) + O2(g) CO2 (g) H = - 393 kJ

H2O(ce) H2(g) + O2(g) H = + 285 kJ

C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(ce) H = - 2217 kJ

(c) Tindak balas manakah yang eksotermik?

3. Kirakan perubahan entalpi piawai apabila kalsium klorida diturunkan

oleh logam natrium.

CaCl2(p) + 2Na(s) Ca(p) + 2NaCl(p)

Diberi : Ca(p) + Cl2(g) CaCl2(p) H = - 796 kJ

Na(p) + Cl2(g) NaCl(p) H = - 411 kJ


25/125


25

4. Kirakan H untuk tindak balas:

Hg2Cl2(p) + Cl2(g) 2HgCl2(p)

Diberi: 2Hg(ce) + Cl2(g) Hg2Cl2(p) H = -265 kJ

Hg(ce) + Cl2(g) HgCl2(p) H = -224 kJ

5. Bandingkan haba pembakaran satu gram gas hidrogen dan

asetilen (acetylene C2H2). Pilih gas yang sesuai untuk

kimpalan(welding). Gunakan maklumat yang berikut:

H2(g) + O2(g) H2O(ce) H = -285 kJ

C(p) + O2(g) CO2(g) H = -393 kJ

2C(p) + H2(g) C2H2(g) H = +227 kJ


26/125


26

TERMOKIMIA

5.1 MAKANAN DAN BAHAN API

Nilai bahan api

5.2 TENAGA SOLAR

TAJUK 5 TERMOKIMIA: MAKANAN DAN BAHAN API

TENAGA SOLAR

SINOPSIS

Tajuk ini dibahagikan kepada tiga subtopik; makanan, bahan api dan tenaga

solar. Anda akan memahami makanan sebagai bahan api untuk badan kita

dan dapat menerangkan perubahan kimia yang berlaku di sel-sel untuk

mengeluarkan tenaga. Anda juga akan bandingkan pelbagai bahan api

sebagai sumber api dan menerangkan kepentingan tenaga solar kepada

manusia,haiwan dan tumbuhan.

HASIL PEMBELAJARAN

Menyatakan makanan sebagai sumber tenaga

Menerangkan perubahan kimia yang terlibat dalam penghasilkan tenaga

daripada makanan

Menjelaskan bahan api sebagai sumber api

Menerangkan perubahan kimia yang terlibat dalam penghasilkan tenaga

daripada bahan api

Menerangkan kepentingan tenaga solar kepada semua benda hidup Mengenalpasti cara untuk menggunakan aktiviti PPIK (Pengetahuan

Pedagogi Isi Kandungan) untuk mengajar bidang kurikulum yang sesuai



27/125


27

ISI KANDUNGAN

5.1 MAKANAN DAN BAHAN API

Makanan adalah satu sumber tenaga untuk badan kita. Makanan mempunyai

tiga fungsi: Membekalkan tenaga untuk aktiviti badan seperti berlari dan berjalan

Memberikan bahan atau nutrien untuk tisu atau sel-sel badan bertumbuh

dan membaiki sel badan

Membekalkan bahan untuk mengawal proses badan seperti perkumuhan,

bernafas dan penghadaman

Makanan yang kita makan dihadam dan menukar bahan ringkas seperti glukosa

dan asid amino. Bahan ringkas ini dihantar ke sel-sel seluruh badan melalui

sistem salur darah. Respirasi adalah satu proses di mana bahan ringkas

makanan seperti glukosa bertindak balas dengan oksigen untuk membekalkan

tenaga. Tindak balas yang berlaku semasa respirasi ialah:

C6H12O6(ak) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(ce) H= -2803kJmol-1

Sebahagian tenaga kimia terkandung dalam glukosa ditukar ke haba untuk

memanaskan badan, sebahagian tenaga untuk gerakan di otot dan juga sebagai

tenaga elektrik di urat saraf. Proses respirasi ialah satu tindak balas

pengoksidaan dan makanan dianggap seperti bahan api untuk badan kita.

5.1.1 Pengukuran Kandungan Tenaga Makanan

Bagaimanakah anda tahu kandungan tenaga sesuatu makanan? Makanan

dibakar dalam kalorimeter bom dan tenaga yang dikeluarkan semasa

penoksidaan makanan dapat diukur. Kita boleh anggapkan tenaga makanan

yang diukur adalah sama dengan tenaga yang dibebaskan semasa respirasi.

Makanan biasanya mengandungi tiga jenis bahan; karbohidrat (gula dan kanji);lipid (minyak dan lemak) dan protin. Setiap bahan ini mengandungi kandungan

tenaga yang berbeza (Jadual 1). Lemak mengeluarkan dua kali lebih tenaga

berbanding karbohidrat atau protin.


28/125


28

Jenis bahan Tenaga (kJg-1

)

Karbohidrat

Lemak

Protin

17

37

17

Jadual 1: Kandungan Tenaga Karbohidrat, Lemak dan Protin

Kandungan tenaga sesuatu makanan bergantung kepada kadar kuantiti tiga jenis

bahan yang ada dalam makanan. Jadual 2 senaraikan kandungan tenaga

beberapa makanan.

Makanan Karbohidrat

(%)

Lemak

(%)

Protin

(%)

Nilai tenaga/

Nilai Klori

(kJg-1)

Mantega

Ayam goreng

ubi kentang (rebus)

Roti

Telur (rebus)Susu

Keju

0

0

22.0

53.2

0.65.0

4.0

80.3

17.6

0

4.0

11.84.0

37

0

29.4

2.0

8.0

12.53.3

28

29.9

12.1

4.2

11.7

6.73.0

20.0

Jadual 2: Komposisi dan kandungan tenaga beberapa makanan


29/125


29

Latihan

1. Sekeping roti 1.5g dibakar dengan sempurna dalam kalorimeter bom. Haba

yang dibebaskan menaikan suhu air 300 cm3

dari 18.60C ke 20

0C.

Berapakah nilai kalori (dalam unit kJg-1) roti?

(Muatan haba tentu air = 4.2 Jg-1

C-1

.)

2. Kirakan kandungan tenaga satu kotak susu 100cm3

yang mengandungi 5.2g

lemak, 6.8g karbohidrat dan 3.4 protin. (Rujuk Jadual 1)

5.1.2 BAHAN API

Bahan api ialah bahan kimia yang mudah terbakar dalam udara untuk

membebaskan tenaga haba. Bahan api boleh dikelaskan kepada tiga kumpulan

mengikut keadaan fiziknya:

(a) bahan api pepejal: arang batu, arang kok

(b) bahan api cecair: petrol, diesel dan kerosin

(c) bahan api gas : gas asli dan gas hidrogen

Bahan api berbeza dari segi nilai bahan api. Nilai bahan api ialah tenaga haba

yang dibebaskan apabila satu gram bahan api terbakar dalam oksigenberlebihan. Unit nilai bahan api ialah kJ/g atau kJg

-1. Jadual 3 menunjukkan nilai

bahan api bagi beberapa jenis bahan api

Bahan api Nilai bahan api/kJg-

Hidrogen

Kayu

Arang batu

Gas asli

Petrol

Butana

143

21

34

52

42

50

Jadual 3: Nilai tenaga bahan api


30/125


30

Dari segi tenaga haba yang dibebaskan per gram bahan api, hidrogen

merupakan bahan api yang terbaik. Kayu api merupakan bahan api yang

membebaskan tenaga yang sedikit berbanding bahan api lain. Nilai bahan api

digunakan dalam bidang perindustrian untuk membandingkan kos penghasilan

tenaga bagi pelbagai bahan api melalui kaedah penghitungan.

Contoh: Jadual berikut menunjukkan nilai bahan api (kJg-1) dan

kos (ringgit per kg) bagi dua bahan api, gas asli dan petrol

Bahan api Nilai tenaga (kJg- ) kos

Gas asli

Petrol

52

42

RM0.35 per kg

RM 1 per kg

Bandingkan gas asli dan petrol dari segi

(a) kos bahan api.

(b) kos tenaga.

Penyelesaian:

(a) Kos bahan api: Petrol lebih mahal daripada gas asli dari segi kosper gram bahan api

(b) Kos tenaga:

Gas asli

1 kg gas asli berharga RM 0.35

1 kg gas asli menghasilkan 52 x 1000kJ tenaga haba

52 x 1000kJ tenaga haba berharga RM0.35

Jadi, 1000kJ tenaga berharga RM 0.035/52 = RM0.0067

Petrol

1kg petrol berharga RM 1.00

1kg petrol menghasilkan 42 x 1000 kJ tenaga haba

1000kJ tenaga haba berharga RM1/42 = RM0.024

Berdasarkan kiraan, petrol lebih mahal daripada gas asli


31/125


31

Pemilihan bahan api

Apabila memilih bahan api yang sesuai bagi tujuan tertentu, tiga faktor

utama dipertimbangkan:

Nilai bahan api

Semakin tinggi nilai bahan api, semakin banyak tenaga haba

dibebaskan per gram bahan api

Kesan terhadap persekitaran

Kebanyakan bahan api mengeluarkan banyak jelaga apabila

dibakar dan ini menyebabkan pencemaran udara. Hidrogen

dikenali sebagai bahan api bersih kerana pembakaran hidrogen

tidak menghasilkan jelaga atau gas-gas yang mencemarkan udara

Kos per gram bahan api

Arang batu merupakan bahan api yang paling murah manakala

bahan api seperti butana dan petrol agak mahal.

Latihan

1. Berdasarkan tiga kupulan makanan iaitu, karbohidrat, lemak dan protin,

cadangkan makanan yang sesuai untuk:

(a) bayi

(b) remaja

(c) ibu berkandung

2. Bandingkan penggunaan gas asli dengan arang batu untuk memasak di

rumah.


32/125


32

5.2 TENAGA SOLAR

Tenaga solar atau tenaga suria merupakan sumber tenaga terbesar di dunia.

Malangnya manusia masih kekurangan teknologi untuk menggunakan tenaga

solar sepenuhnya. Pada hari yang terang lebih kurang 1kJ tenaga solar terdapat

pada 1 meter persegi tanah di permukaan bumi setiap saat.

Tenaga solar sangat penting untuk kehidupan manusia, haiwan dan tumbuhan

serta proses-proses semula jadi yang berlaku di bumi. Contohnya, proses

fotosinthesis dan kitaran hidrologi tidak boleh berlaku tanpa tenaga solar.

Layari Internet

Akses internet untuk mengumpul maklumat tentang kepentingantenaga solar kepada:

(a) sistem bumi (proses-proses semula jadi)(b) tumbuhan(c) manusia

Lakarkan satu peta minda yang menggambarkan penggunaan tenagasolar

5.2.1 Aplikasi tenaga solar

Tenaga solar digunakan melalui dua kaedah:

Kaedah 1: Cahaya matahari boleh ditukarkan kepada arus elektrik dalam sel

fotoelektrik. Kadar keberkesanan sel fotoelektrik semakin bertambah melalui

penyelidikan Sel fotovoltik yang digunakan untuk menjanakan elektrik bagi satelit.

Rajah 1 menunjukkan sel fotoelektrik yang ringkas untuk menyalakan sebuah

mentol. Di Portugal selatan, penjana elektrik berasaskan tenaga solar telah

dibina pada tahun 2006. Kawasan seluas 150 ekar digunakan dan berupaya

menjana 11MW(megawat) kuasa elektrik. Kuasa elektrik ini mencukupi

membekal elektrik untuk 8000 rumah.


33/125


33

Rajah 1 :Tenaga solar ditukar ke tenaga elektrik melalui sel fotoelektrik

MatahariPanel Elektrik

Panel SolarMotor Elektrik


34/125


34

Kaedah 2: Tenaga solar diserap ke atas plat pengumpul yang bercat hitam.

Kaedah pemanasan solar pasif ini digunakan untuk memanaskan bekalan air di

rumah (Rajah 2). Rekabentuk rumah yang menggunakan tenaga solar berbeza

dengan rumah biasa. Pintu rumah atau sebahagian besar rumah menuju ke

matahari supaya tenaga diserap dan dibebaskan waktu malam.Rumah yang

menggunakan tenaga solar akan mengumpul seberapa banyak haba yang boleh

dan mengalirkan haba itu melalui pengaliran udara yang asli.

Rajah 2 : Sistem pemanasan air menggunakan tenaga solar

Mengumpul Maklumat

Kaji huraian sukatan pelajaran sains sekolah rendah Tahun Lima dan

Tahun Enam dan senaraikan semua aktiviti pembelajaran yang berkaitandengan topik haba. Komen tentang kesesuaian aktiviti-aktiviti

pembelajaran berkenaan.Cadangkan aktiviti alternatif jika anda fikirkan

aktiviti pembelajaran itu kurang sesuai.

Pengumpul

tenaga solar

Tangki

Air


35/125


35

Tutorial (2 jam)

Jawab semua soalan

1. Sejenis kacang mengandungi 62% karbohidrat, 22% protin dan 1.5%

lemak. Anggarkan nilai makanan kacang ini. (Rujuk Jadual 1)

2. Semasa senaman ringan, seperti berjalan, seorang dewasa

menggunakan 15kJ/min. Berapa minitkah senaman ini boleh diteruskan

jika tenaga yang dibekalkan bersamaan dengan semangkuk sup ayam

yang mengandungi 13g protin, 20g karbohidrat dan 5g lemak?

3. Sebotol yang mengandungi 10g minyak Canola bernilai tenaga 346kJ,

manakala sebotol lain yang mengandungi 60 g sirap buah-buahan bernilai

tenaga 820kJ. Jelaskan perbezaan nilai tenaga kedua-dua bahan

makanan.

4. Sarapan pagi seorang pelajar sekolah terdiri daripada 120g susu, 30g roti

dan sebiji telur masak. Gunakan nilai makanan purata di jadual 1 untuk

mengira tenaga yang diperolehi melalui sarapan pagi ini

5. Tenaga solar merupakan tenaga masa depan di bumi ini. Berikan

kebaikan dan kelemahan tenaga solar.


36/125


36

Perbincangan ( 1 jam)

PPIK 3

Tenaga yang boleh diperbaharui dan tenaga yang tidak boleh diperbaharui.

Tenaga boleh dibahagi kepada dua jenis yang tersebut di atas.

1. Hasilkan penyusun grafik tentang tenaga yang boleh diperbaharui dan tenaga

yang tidak boleh diperbaharui.

2. Apakah peranan anda dalam penjimatan tenaga dalam kehidupan harian ?

Bincangkan.

Pada akhir aktiviti ini, jawab soalan-soalan berikut:

Apakah yang telah anda pelajari daripada aktiviti tersebut?

Dari bahagian manakah dalam kurikulum sains sekolah rendah

yang berkaitan dengan topik berkenaan?

Bincangkan bagaimana anda boleh menggunakan aktiviti ini dalam

pengajaran dan pembelajaran.

Apakah peranan guru dalam aktiviti ini?


37/125


37

TAJUK 6 ELEKTROKIMIA: PENGOKSIDAAN DAN

PENURUNAN

SINOPSIS

Kebanyakan tindak balas kimia yang berlaku melibatkan pengoksidaan dan

penurunan yang berlaku serentak. Pengoksidaan ialah tindaka balas yang

berlaku apabila sesuatu bahan tindak balas mengalami penambahan

oksigen atau kehilangan hidrogen. Penurunan ialah tindak balas yang

berlaku apabila sesuatu bahan tindak balas mengalami kehilangan oksigen

atau penambahan hidrogen. Tindak balas yang melibatkan kedua-dua

proses pengoksidaan dan penurunan dikenali sebagai tindak balas redoks.

Bahan tindak balas yang dioksidakan apabila mengalami penambahan

oksigen atau kehilangan hidrogen dikenal sebagai agen penurunan. Agen

pengoksidaan ialah bahan yang mengoksidakan bahan tindak balas lain dan

sendiri mengalami proses penurunan. Tindak balas redoks dapat

dikenalpasti melalui perubahan nombor pengoksidaan.

HASIL PEMBELAJARAN

Mentakrifkan pengoksidaan

Mentakrifkan penurunan

Mengenali nombor pengoksidaan

Mengenali tindak balas redoks dari segi perubahan nombor pengoksidaan

Mengimbangan persamaan tindak balas redoks


38/125


38

ELEKTROKIMIA

6.1 PENGOKSIDAAN

6.2 PENURUNAN

6.3 NOMBOR PENGOKSIDAAN

6.4 TINDAK BALAS REDOKS DARI SEGIPERUBAHAN NOMBOR PENGOKSIDAAN

6.5 MENGIMBANGAN PERSAMAAN REDOKS


TINDAK BALAS REDOKS

PENGOKSIDAAN

(Dialami oleh agen penurunan)

PENURUNAN

(Dialami oleh agen pengoksidaan)

melibatkan

melibatkan

Penambahan oksigen

Kehilangan Hidrogen

Kehilangan elektron

Kekurangan oksigen

Penambahan Hidrogen

Penambahan elektron

melibatkan

Penambahan nombor

pengoksidaan Pengurangan nombor

pengoksidaan


39/125


39

ISI KANDUNGAN

6.1 Pengoksidaan

Udara mengandungi 21% oksigen. Banyak bahan bertindak balas dengan

oksigen secara semula jadi.

Pengoksidaan ialah tindak balas yang berlaku apabila sesuatu bahan tindak

balas mengalami penambahan oksigen atau kehilangan hidrogen. Bahan yang

mengalami penambahan oksigen atau kehilangan hidrogen dikenali sebagai

agen penurunan.

Contohnya:

Magnesium bergabung dengan oksigen di udara untuk

menghasilkan magnesium oksida. Magnesium bertindak sebagai

agen penurunan.

Gas metana bertindakbalas dengan oksigen untuk menghasikan

karbon dioksida dan air. Metana kehilangan hidrogen dalam proses

ini. Metana dikenali sebagai agen penurunan.

6.2 Penurunan

Bagi sesetengah tindak balas, bahan tindak balas kehilangan oksigen ataupenambahan hidrogen. Tindak balas ini dikenali sebagai penurunan.

Bahan yang mengalami kehilangan oksigen atau penambahan hidrogen dikenali

sebagai agen pengoksidaan.

Contohnya:

Magnesium bertindakbalas dengan zink oksida menghasilkan

magnesium oksida dan zink. Dalam tindak balas ini, zink oksida

bertindak sebagai agen penurunan kerana kehilangan oksigen.

Gas metana bertindakbalas dengan oksigen untuk menghasikan

karbon dioksida dan air. Oksigen merupakan sebagai agen

pengoksidaan kerana mengalami penambahan hidrogen menjadi

air.


40/125


40

6.3 Nombor Pengoksidaan

Satu atom atau molekul sesuatu unsur dalam keadaan bebas

mempunyai nombor pengoksidaan sama dengan sifar.

Contoh: Formula nombor pengoksidaan

H2 0

O2 0

S 0

Fe 0

Cu 0

Untuk ion monoatom, nombor pengoksidaan ialah cas pada ion itu.

Contoh: Ion Nombor pengoksidaan

Na+

+1

Cu

2+

+2Fe

3++3

F-

-1

O2-

-2

N3-

-3


41/125


41

Untuk ion poliatomik, jumlah nombor pengoksidaan untuk semua

atom yang hadir dalam ion itu sama dengan cas yang ada pada ion

tersebut.

Contoh: SO42-

(+6)+4(-2)=-2

MnO4-

(+7)+4(-2)=-1

Untuk sebatian ion atau sebatian kovalen, jumlah nombor

pengoksidaan untuk semua atom yang hadir dalam formula

sebatian adalah sifar.

Contoh: CaCO3

(+2)+(+4)+3(-2)=0

CO2

(+4)+2(-2)=0


42/125


42

Dalam sebatian kovalen, atom yang lebih elektonegatif akan diberi

nombor pengoksidaan negatif dan yang kurang elektronegatif akan

diberi nombor pengoksidaan positif.

F2O HClO

2(-1) (+2) (+1) (+1) (-2)

I,Br,Cl,N,O,F Keelektronegatifan bertambah

Latihan

Cari nombor pengoksidaan untuk unsur-unsur yang dihitamkan berikut:

(a) CH4

(b) S2O3(c) ClO3

-

(d) NO3-

(e) MgCl2


43/125


43

6.4 Tindak balas redoks dari segi perubahan nombor pengoksidaan

6.4.1 Tindak Balas Pengoksidaan

Satu proses yang melibatkan kehilangan elektron.

Satu proses yang melibatkan penambahan dalam nombor

pengoksidaan.

Proses pengoksidaan dapat diwakili oleh persamaan setengah.

Contoh: Mg Mg2+

+ 2 e-

(perubahan no. pengoksidaan magnesium dari 0 ke +2)

Fe2+ Fe3+ + e-

(perubahan no. pengoksidaan ion Fe2+ dari +2 ke +3)

2I- I2 + 2e-

(perubahan no. pengoksidaan ion I- dari -1 ke +0)

6.4.2 Tindak Balas Penurunan

Satu proses yang melibatkan penerimaan elektron.

Satu proses yang melibatkan pengurangan dalam nombor

pengoksidaan.

Proses penurunan dapat diwakili oleh persamaan setengah.

Contoh: Cl2 + 2e- 2 Cl

-

(perubahan no. pengoksidaan Cl2 dari 0 ke -1)


44/125


44

MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O

(perubahan no. pengoksidaan Mn dari +7 ke +2)

Fe3+ + e- Fe2+

(perubahan no. pengoksidaan ion Fe3+ dari +3 ke +2)

6.4.3 Tindak balas redoks

Satu proses di mana kedua-dua tindak balas pengoksidaan dan penurunan

berlaku serentak.

Contoh: 5Fe2+ 5Fe3+ + 5e- Pengoksidaan

MnO4-+ 8H

++ 5e

- Mn

2++ 4H2O Penurunan

_______________________________________________

5Fe2+

+MnO4

-+ 8H

+ 5Fe

3++ Mn

2++ 4H2O Redoks

6.5 Mengimbangkan persamaan redoks

Untuk pengimbangan, langkah-langkah yang berikut patut diikuti:

Tulis persamaan pengoksidaan dan penurunan yang betul.

Letakkan pekali di hadapan kedua-dua tindak balas pengoksidaan

dan penurunan (jika perlu) supaya bilangan elektron untuk kedua-

dua tindak bals adalah sama. Jumlahkan kedua-dua persamaan setengah untuk mendapat

persamaan redoks yang seimbang.

Sila rujuk contoh di 6.4.3


45/125


45

Latihan

Imbangkan persamaan-persamaan yang berikut:

(a) Sn2+(ak) Sn4+

(ak)

(b) Cu2+(ak) Cu(p)

(c) Cr2O72-

(ak) + I-(ak) + H

+(ak) Cr

3+(ak) + I2(ak) + H2O(c)

Layari Internet

Akses internet untuk mengumpul maklumat mengenai tinadak balas redoks

yang berlaku dalam:

i pembakaran gas asli (metana)

ii proses respirasi

iii pengaratan besi


46/125


46

Tutorial (2 jam)

1. Gunakan kaedah nombor pengoksidaan, kenalpastikan agenpengoksidaan dan agen penurunan untuk tindak balas yang berikut:

(a) CuO(p) + H2(g) Cu(p) + H2O(c)

(b) FeO(p) + C(g) Fe(p) + CO(g)

(c) 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)

2. Tulis persamaan setengah bagi tindak balas yang berikut:

(a) 2Na(p) + I2(g) 2NaI(p)

(b) 2Ag+(ak) + Mg(p) 2Ag(p) + Mg2+

(ak)


47/125


47

ELEKTROKIMIA

7.1

TINDAK BALAS

REDOKS DI SEL

KIMIA

7.2

PROSES

MOLEKULAR DI

ELEKTROD

7.3

BATERI SEBAGAI

SEL KIMIA

TAJUK 7 ELEKTROKIMIA: SEL KIMIA (SEL VOLTA)

SINOPSIS

Tindak balas redoks yang berlaku dalam sesuatu sistem mempunyai tenaga

kimia. Jika tenaga kimia itu dapat diubah kepada tenaga elektrik, maka satu

sel kimia telah dihasilkan dalam sistem tersebut.

HASIL PEMBELAJARAN

Menerangkan tindak balas redoks yang berlaku dalam sel kimia

untuk menghasilkan tenaga elektrik

Menerangkan proses molekular di elektrod

Menyedari bahawa bateri adalah sel kimia

Mengenalpasti cara untuk menggunakan aktiviti PPIK

(Pengetahuan Pedagogi Isi Kandungan) untuk mengajar bidang

kurikulum yang sesuai

Menggunakan Eksperimen 4 untuk menerangkan tindak balas

redoks dan pemindahan elektron pada satu jarak dalam satu selkimia



48/125


48

ISI KANDUNGAN

7.1 Tindak balas redoks yang berlaku dalam sel kimia

Tenaga kimia yang dibebaskan dalam tindak balas redoks spontan boleh ditukar

kepada tenaga elektrik yang berguna. Pertukaran tenaga kimia kepada tenaga

elektrik dapat dilakukan melalui satu alat yang dipanggil sel kimia atau sel volta.

Sel kimia atau sel volta adalah satu alat di mana pemindahan elektron berlaku

melalui litar luardan pergerakan ion-ion berlaku di litar dalam.

Contoh: Sel Volta Daniell (Sel kimia Zn-Cu)

Rajah 1: Sel Volta Daniell (Sel kimia Zn-Cu)

ElektrodKuprum

ElektrodZink


49/125


49

Elektrod zink

Elektrod ini dicelup dalam larutan zink sulfat yang merupakan satu

elektrolit.

Perhatikan bahawa zink adalah lebih elektropositif berbanding

dengan kuprum, maka adalah lebih cenderung untuk ion positif zink

dibentuk. (Sila rujuk Siri Elektrokimia yang dilampirkan di

hujung bahagian ini untuk keelektropositifan unsur-unsur)

Tindak balas yang berlaku adalah: Zn(p) Zn2+(ak) + 2e-

Maka elektrod zink merupakan terminal negatifyang dipanggil

anod.

Tindak balas ini merupakan tindak balas pengoksidaan dan zink

bertindak sebagai agen penurunan.

Perhatikan bahawa elektron yang telah dibebaskan akan mengalir

melalui litar luar (wayar) dari elektrod zink ke elektrod kuprum.

Elektrod zink menjadi semakin nipis (terhakis/terkakis) kerana telah

diionkan.

Elektrod kuprum

Elektrod ini dicelup dalam larutan kuprum (II) sulfat yang

merupakan satu elektrolit.

Perhatikan bahawa kuprum adalah kurang elektropositif berbanding

dengan zink, maka adalah lebih cenderung untuk ion positif kuprum

dari elektrolit untuk menerima elektron yang telah dibebaskan oleh

zink.

Tindak balas yang berlaku adalah:Cu2+(ak)+ 2 e- Cu(p)

Maka elektrod kuprum merupakan terminal positifyang dipanggil

katod.

Tindak balas ini merupakan tindak balas penurunan dan ion

Cu2+(ak) bertindak sebagai agen pengoksidaan.


50/125


50

Elektrod kuprum menjadi semakin tebal kerana kuprum (pepejal

perang) dimendakkan pada elektrod kuprum

Warna biru larutan kuprum(II) sulfat semakin pudar kerana ion

kuprum daripada larutan ini telah diturunkan kepada kuprum.

Tindak balas keseluruhan redoks

Zn(p) Zn2+(ak) + 2e- Pengoksidaan

Cu2+(ak)+ 2 e- Cu(p) Penurunan

Zn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+(ak) + Cu (p) Redoks

Perhatikan bahawa pemindahan elektron berlaku melalui wayar di litar

luar(anod ke katod) manakala ion-ion mengalir di litar dalam melalui

titian garam untuk melengkapkan litar elektrik ini.

Siri Elektrokimia

LiKCaNaMgAl

ZnFeSnCuAg

Keelektropos

itifan

semakinbertambah


51/125


51

Latihan

Satu sel kimia Zn-Ag terdiri daripada satu elektrod zink yang dicelup

dalam larutan akues zink nitrat dan satu elektrod argentum yang dicelup

dalam larutan argentum nitrat. Kedua-dua elektrod ini disambung melalui

wayar di litar luar dan melalui satu titian garam di litar dalam.

(a) Tulis persamaan setengah yang berlaku di kedua-dua elektrod ini.

(b) Tulis persamaan redoks untuk sel kimia ini.

(c) Nyatakan pemerhatian yang mungkin diperhatikan.

(d) Namakan satu bahan kimia yang boleh digunakan sebagai titian garam.

Mengapakah bahan ini sesuai digunakan?

7.2 Proses molekular di elektrod untuk Sel Volta Daniell (Sel kimia Zn-Cu)

7.2.1 Pergerakan elektron di litar luar (wayar)

Perhatikan bahawa pada permukaan eletrod zink (anod), atom zink hilang

/membebaskan dua elektron dan menjadi ion zink(ak). Dua elektron ini akan

mengalir dari anod ke katod melalui litar luar (wayar). Apabila dua elektron ini

sampai ke permukaan katod, ion kuprum(ak) daripada larutan kuprum(II) sulfat

akan menerima elektron ini dan diturunkan kepada atom kuprum yang dienapkan

pada permukaan katod itu.

7.2.2 Pergerakan ion di litar dalam (titian garam)

Perhatikan bahawa litar hanya dapat dilengkapkan jika ada pergerakan ion untuk

mengekalkan pengimbangan cas keseluruhan di kedua-dua elektrod. Oleh itu,

ion zink(ak) di anod dan ion sulfat di katod akan bergerak ke arah titian garam

untuk bergabung menjadi zink sulfat.


52/125


52

7.3 Bateri sebagai sel kimia

Semua jenis bateri merupakan sel kimia yang dapat mengubah tenaga kimia

kepada tenaga elektrik. Ada bateri yang mengandungi satu sel volta dengan dua

elektrod dan elektrolit yang sesuai. Contohnya, sel Daniell dan sel kering. Ada

juga bateri yang mengandungi dua atau lebih sel volta yang disambung secara

bersiri untuk meningkatkan jumlah voltan bateri tersebut. Contohnya, akumulator

asid-plumbum. Untuk keterangan lanjut mengenai tindak balas kimia yang

berlaku dalam beberapa jenis bateri, sila rujuk Tajuk 10 dalam modul ini.

Layari Internet

Kumpul maklumat tentang pelbagi jenis bateri dan kegunaannya.


53/125


53

Tutorial ( 2 jam )

1. Tindak balas Al(p) + Cu2+(ak) Al3+(ak) + Cu(p) boleh digunakan

untuk membina sel voltan.

(a) Lukiskan sel voltan tersebut.

(b) Label anod dan katod serta tandakan arah pengaliran elektron dan

ion pada sel voltan yang telah dilukis.

(c) Tulis persamaan tindak balas setengah yang berlaku di katod dan

anod.

2. Satu tiub-U diisi dengan asid sulfirik cair sehingga parasnya adalah

lebih kurang 6 cm dari mulut tiub itu. Larutan kalium manganat(VII)

berasid dituangkan ke dalam lengan kiri sehingga 4 cm tinggi diikuti

dengan larutan kalium iodida di lengan kanan dengan ketinggian 4 cm

juga. Kemudian elektrod karbon diletak ke dalam kedua-dua lengan.

Seterusnya, kedua-dua elektrod itu disambung kepada sebuah

galvanometer.

(Petunjuk: Ion manganat (VII) berasid merupakan satu agen

pengoksidaan dan ion iodida merupakan satu agen

penurunan)

(a) Lukiskan sel voltan tersebut.

(b) Apakah akan diperhatikan pada jarum galvanometer?

Jelaskan pemerhatian anda.

(c) Label anod dan katod serta tandakan arah pengaliran elektron

pada sel voltan yang telah dilukis.

(d) Tulis persamaan tindak balas setengah yang berlaku di katod dan

anod.


54/125


54

Perbincangan (1 jam)

Aktiviti PPIK 4 untuk mengkaji jenis bateri

1. Anda dibekalkan dengan beberapa bateri berikut .

Sel kering

Sel alkali

Sel merkuri

Akumulator Asid-Plumbum

Sel Nikel kadmium

Tentukan terminal positif dan negatif setiap sel yang tersebut dia atas dan

nyatakan kegunannya.

2. Terdapat sel kimia lain seperti logam nikel hidrida (NiMH), lithium-ion (Li-

ion), lithium-polimer (Li-Poly), sel bahanapi and sel solar. Nyatakan

kegunaan setiap sel ini.

Pada akhir aktiviti ini, jawab soalan-soalan berikut:

Apakah yang telah anda pelajari daripada aktiviti tersebut?

Dari bahagian manakah dalam kurikulum sains sekolah rendah

yang berkaitan dengan topik berkenaan?

Bincangkan bagaimana anda boleh menggunakan aktiviti ini dalam

pengajaran dan pembelajaran.

Apakah peranan guru dalam aktiviti ini?


55/125


55

Perbincangan (2 jam)

Aktivti Eksperimen 4 untuk mengkaji pemindahan elektron pada satu jarak

EKSPERIMEN 4

Tujuan : Untuk menyiasat proses penurunan dan pengoksidaan untuk

pemindahan elektron pada satu jarak.

Bahan : 2.0 moldm-3

asid sulfurik, 0.5 moldm-3

larutan ferum(II) sulfat

(disediakan semasa larutan ini digunakan sahaja), 0.2 moldm -3

larutan kalim manganat(VII) berasid, 0.5 moldm-3 larutan kalium

iodida, 0.2 moldm-3 kalium dikromat (VI) berasid, 0.2 moldm-3

larutan kalium tiosianat dan larutan kanji 1 % .

Alat Radas : Tiub - U, galvanometer, penyambung klip buaya, elektrod karbon,

kaki retot dan pemegang, tabung uji, penitis dan penutup satu

lubang.

Prosedur :

1. Letakkan tiub U pada pemegang kaki retot.

2. Masukkan asid sulfurik cair ke dalam tiub-U sehingga paras 6 cm dari

mulut tiub-U.

3. Dengan menggunakan penitis, tambahkan dengan berhati-hati larutan 0.5

moldm-3

ferum(II) sulfat ke satu lengan tiub-U sehingga paras larutan

ferum(II) sulfat mencapai 3 cm.

4. Seterusnya dengan berhati-hati, tambahkan 0.2 moldm-3

larutan kalium

dikromat (VI) berasid ke lengan tiub-U yang satu lagi.

5. Letakkan elektrod karbon ke dalam setiap satu lengan tiub-U.6. Sambungkan elektrod ke galvanometer seperti yang ditunjukkan dalam

Rajah 2. Berasaskan pesongan jarum galvanometer, tentukan elektrod

yang bertindak sebagai terminal positif dan elektrod yang bertindak

sebagai terminal negatif.


56/125


56

7. Biarkan radas tersebut selama 30 minit, perhatikan sebarang perubahan

yang berlaku.

8. Gunakan penitis yang bersih, keluarkan 1 cm3 larutan ferum(II) sulfat dari

tiub-U dam masukkannnya ke dalam tabung uji.Tambah beberapa titis

larutan 0.2 mol dm-3 kalium tiosianat ke dalam tabung uji tersebut.

Rekodkan pemerhatian anda.

9. Ulangi langkah 1 hingga 7 menggunakan larutan 0.5 moldm-3 kalium

iodida dan 0.2 moldm-3 larutan kalium manganat (VII) berasid bagi

menggantikan larutan ferum (II) sulfat dan larutan kalium dikromat(VI)

berasid

10. Ulangi langkah 8 untuk menguji larutan kalium iodida dengan larutan kanji

1 %.

Rajah 2

Larutan ferum(II) sulfat

Tiub-U

Asid sulfurik

Larutan berasidkalium dikromat (VI)

Elektrodkarbon

Galvanometer


57/125


57

Soalan:

1. (i) Tuliskan persamaan redoks untuk kedua-dua tindak balas redoks yang

dijalankan dalam amali ini.

(ii) Dalam seIiap tindak balas, nyatakan agen pengoksidaan dan agen

penurunan.

2. Tunjukkan arah pengaliran elektron dalam setiap tindak balas redoks

tersebut.

3. Nyatakan fungsi asid sulfurik yang digunakan.

4. Tuliskan dua pasangan larutan lain yang boleh digunakan dalam amali di

atas.

5. Mengapakah larutan kalium bromida tidak boleh digunakan untuk

menggantikan asid sulfurik?


58/125


58

ELEKTROKIMIA

8.1

Daya Gerak

Elektrik Sel

8.2

Keupayaan

Elektrod Piawai

8.3

Keupayaan

Penurunan

Piawai

8.4

Pengiraan

d.g.e.sel

piawai

TAJUK 8 ELEKTROKIMIA: DAYA GERAK ELEKTRIK SEL

SINOPSIS

Apabila tindak balas redoks berlaku dalam satu sel kimia, perbezaan nilai

keupayaan elektrod di antara anod dan katod ialah daya gerak elektrik

(d.g.e.) sel kimia tersebut. Pengaliran elektron boleh berlaku dalam sel kimia

disebabkan oleh perbezaan nilai keupayaan elektrod. Keupayaan elektrod

ialah beza keupayaan untuk tindak balas yang berlaku pada sesuatu

elektrod.

HASIL PEMBELAJARAN

Menerangkan konsep daya gerak elektrik sel

(d.g.e.sel = Esel)

Menerangkan konsep keupayaan elektrod piawai (E)

Menerangkan konsep keupayaan penurunan piawai (E

red)

Mengira nilai d.g.e sel piawai (E

sel) dari nilai-nilai E

red yang

diberi



59/125


59

ISI KANDUNGAN

8.1 Daya Gerak Elektrik Sel (d.g.e.sel = Esel)

Dalam sel Zn-Cu yang telah dibincang dalam Tajuk 7, apakah yang

menyebabkan elektron bergerak dari anod ke katod secara spontan di litar

luar? Elektron dapat bergerak secara spontan dari anod ke katod dalam satu

sel kimia disebabkan oleh perbezaan tenaga keupayaan. Tenaga keupayaan

elektron di anod adalah lebih tinggi daripada di katod, maka elektron dapat

bergerak secara spontan ke katod.

Perbezaan keupayaan antara dua elektrod dalam satu sel kimia memberi

satu daya penggerak (driving force) untuk elektron bergerak. Maka,

perbezaan keupayaan ini dipanggil daya gerak elektrik sel (d.g.e. sel).

Daya gerak elektrik sel diwakili oleh simbol Esel. Daya gerak elektrik sel juga

digelar sebagai keupayaan sel. Oleh kerana Esel diukur dalam volt, Esel juga

dipanggil sebagai voltan sel.

Nilai d.g.e. sel untuk sesuatu sel kimia yang tertentu bergantung kepada

kepekatan bahan dan hasil tindak balas, dan suhu tindak balas. Dalam

keadaan piawai, kepekatan bahan dan hasil tindak balas ialah 1 moldm -3

dan suhu ialah 250C. Untuk bahan dan hasil tindak balas dalam bentuk gas,

kepekatan piawai ialah pada tekanan 1 atm.

Dalam keadaan piawai, d.g.e. sel digelar sebagai daya gerak elektrik

piawai dan diwakili oleh simbol E

sel. E

seljuga dikenali sebagai keupayaan

sel piawai.Daya gerak elektrik sel diukur dalam unit volt (V). Satu volt ialah

perbezaan tenaga keupayaan 1J untuk 1C cas elektrik bergerak.

Contoh: D.g.e piawai untuk sel Zn-Cu yang telah dipelajari di Tajuk 7 ialah

1.10 V. Kaedah untuk memperoleh nilai ini akan dibincang dalam bahagian

8.4.


60/125


60

8.2 KeupayaanElektrod Piawai (E)

Keupayaan elektrod piawai (E) adalah beza keupayaan untuk tindak balas

yang berlaku pada sesuatu elektrod. Nilai E bergantung kepada

kepekatan, suhu dan tekanan bahan tindak balas dan hasil tindak balas

yang ada pada elektrod itu. Keadaan piawai ialah kepekatan pada

1mol dm-3, suhu pada 250C dan tekanan pada 1 atm (101 325 Pa).

8.2.1 Keupayaan Elektrod Piawai Logam

Rajah 1: Elektrod Kuprum

Untuk logam seperti kuprum, apabila sebatang logam kuprum dicelup dalam

larutan yang mengandungi ion-ion kuprum (Rajah 1), maka keseimbangan

berikut tercapai:

Cu (p) Cu2+(ak) + 2e

Keseimbangan ini bergantung kepada kecenderungan logam kuprummenjadi ion kuprum dan juga tenaga penghidratan ion kuprum. Elektron

yang dibebaskan terkumpul pada batang logam kuprum. Oleh sebab itu,

batang logam kuprum yang bercas negatif akan menarik ion-ion kuprum

yang bercas positif. Keadaan ini menghasilkan beza keupayaan di antara

logam kuprum dengan larutannya dan disebut keupayaan elektrod kuprum.
http://www.google.com.my/imgres?q=standard+electrode+potential&start=131&num=10&hl=en&biw=1024&bih=567&tbm=isch&tbnid=rUOxqh1FOeM5TM:&imgrefurl=http://notes4students.webs.com/apps/forums/topics/show/1415043&docid=6gcn0MwS1DLU9M&imgurl=http://img19.imageshack.us/img19/7861/45200885.png&w=310&h=210&ei=mA2GUKHtKtDPrQfExoGgBQ&zoom=1&iact=hc&vpx=510&vpy=147&dur=2437&hovh=168&hovw=248&tx=188&ty=58&sig=104046629189065888652&page=11&tbnh=150&tbnw=221&ndsp=12&ved=1t:429,r:2,s:131,i:138


61/125


61

Jika kepekatan dan suhu adalah pada keadan piawai, maka keupayaan

elektrod itu digelar sebagai keupayaan elektrod piawai logam kuprum.

8.2.2 Keupayaan Elektrod Piawai Bukan Logam

Untuk bukan logam seperti gas hidrogen, apabila gas hidrogen dialirkan

masuk ke dalam satu tiub yang mengandungi satu elektrod lengai yang

bersentuhan dengan larutan asid cair (Rajah 2), keseimbangan berikut

tercapai:

H2 (g) 2H+

(ak) + 2e

Keadaan ini juga akan menghasilkan beza keupayaan di antara gas

hidrogen dengan larutan asid cair yang mengandungi ion-ion hidrogen dan

disebut keupayaan elektrod hidrogen. Jika kepekatan, suhu dan tekanan

gas adalah pada keadan piawai, maka keupayaan elektrod itu digelar

sebagai keupayaan elektrod piawai hidrogen.

Rajah 2: Elektrod Hidrogen
http://www.google.com.my/imgres?q=standard+electrode+potential&num=10&hl=en&biw=1024&bih=567&tbm=isch&tbnid=ZTSm9SgSdKueeM:&imgrefurl=http://glossary.periodni.com/dictionary.php?en=standard+hydrogen+electrode&docid=sIdEaFRYixkqrM&imgurl=http://glossary.periodni.com/image/standard_hydrogen_electrode.gif&w=198&h=303&ei=2AuGUKGAJoL5rQfMlICgCA&zoom=1&iact=hc&vpx=607&vpy=137&dur=7016&hovh=242&hovw=158&tx=78&ty=150&sig=104046629189065888652&page=2&tbnh=166&tbnw=108&start=19&ndsp=13&ved=1t:429,r:11,s:19,i:170


62/125


62

8.2.3 Nilai-nilai Keupayaan Elektrod

Perhatikan bahawa adalah mustahil untuk mengukur nilai keupayaan

elektrod piawai kerana litar elektrod adalah tidak lengkap (Rujuk Rajah 1

dan Rajah 2). Masalah ini diatasi dengan menggunakan elektrod hidrogen

piawai. Nilai elektrod hidrogen piawai ditetapkan pada nilai sifar. Jadi,

apabila elektrod yang lain disambung kepada elektrod hidrogen, bacaan

voltmeter yang disambung antara kedua-dua elektrod ialah nilai keupayaan

elektrod itu. Nilai negatif diberi kepada elektrod yang bertindak sebagai anod

(elektrod negatif) apabila disambung kepada elektrod hidrogen. Sebaliknya,

nilai positif diberi kepada elektrod yang bertindak sebagai katod (elektrod

positif) apabila disambung kepada elektrod hidrogen. Sila rujuk contoh-

contoh pada Jadual 1 di bahagian 8.3.

8.3 Keupayaan Penurunan Piawai (Ered)

Jika tindak balas elektrod ditulis dalam bentuk penurunan, maka keupayaan

elektrod piawai dikenali sebagai keupayaan penurunan piawai (Ered

)

elektrod tersebut. Ia merupakan beza keupayaan untuk tindak balas

setengah yang berlaku sama ada di katod atau anod. Jadual 1 di bawah

menunjukkan beberapa nilai keupayaan penurunan piawai (Ered).


63/125


63

Jadual 1


64/125


64

8.3.1 Menentukan agen pengoksidaan dan agen penurunan daripada

nilai Ered

(a) Nilai Ered yang negatif

Dengan merujuk Jadual 1, keupayaan penurunan piawai untuk elektrod zink

boleh ditulis secara ringkas sebagai EZn2+

/Zn = - 0.76 V. Ini bermaksud

apabila elektrod zink disambung ke elektrod hidrogen untuk membentuk satu

litar lengkap, elektrod zink adalah elektrod negatif, iaitu anod. Tindak balas

setengah yang berlaku di anod adalah pengoksidaan. Maka, persamaan di

anod adalah:

Zn(p) Zn2+

(ak) + 2e-

E

= + 0.76 V

(Perhatian: Apabila persamaan di Jadual 1 diterbalikkan, nilai negatif

menjadi positif)

Oleh kerana zink telah dioksidasikan, maka zink adalah satu agen

penurunan. Kesimpulannya, semakin negatif nilai Ered

untuk sesuatu unsur

logam, semakin tinggi kuasa penurunan untuk logam itu. Contohnya, litium

adalah agen penurunan yang lebih baik berbanding zink.

Memikir

Penerangan di atas adalah merujuk kepada unsur logam sebagai

agen penurunan. Bagaimanakah pula dengan kuasa penurunan

untuk unsur bukan logam?


65/125


65

(b) Nilai Ered yang positif

Keupayaan penurunan piawai untuk elektrod kuprum boleh ditulis secara

ringkas sebagai ECu2+

/Cu = + 0.34 V. Ini bermaksud apabila elektrod kuprum

disambung ke elektrod hidrogen untuk membentuk satu litar lengkap,

elektrod kuprum adalah elektrod positif, iaitu katod.Tindak balas setengah

yang berlaku di katod adalah penurunan. Maka, persamaan di katod adalah:

Cu2+

(ak)+ 2 e

- Cu(p) E

= + 0.76 V

Oleh kerana ion Cu2+

telah diturunkan, maka Cu2+

adalah satu agen

pengoksidaan. Kesimpulannya, semakin positif nilai Ered untuk sesuatu ion

logam, semakin tinggi kuasa pengoksidaan untuk ion logam itu . Contohnya,

ion argentum adalah agen pengoksidaan yang lebih baik berbanding ion

kuprum (II).

Memikir

Penerangan di atas adalah merujuk kepada ion logam sebagai

agen pengoksidaan. Bagaimanakah pula dengan kuasa

pengoksidaan untuk ion bukan logam?


66/125


66

Latihan

Salah satu kegunaan nilai-nilai keupayaan penurunan piawai (E

red)ialah ia boleh digunakan untuk menentukan kekuatan agen

pengoksidaan atau agen penurunan.

Dengan merujuk kepada Jadual 1, jawap soalan-soalan yang berikut:

(a) Mengapakah bahan di sebelah kiri persamaan setengah

merupakan agen pengoksidaan dan kuasa pengoksidaannya

semakin meningkat dari bawah ke atas jadual tersebut?

(b) Mengapakah bahan di sebelah kanan persamaan setengah

merupakan agen penurunan dan kuasa penurunannya

semakin meningkat dari atas ke bawah jadual tersebut?

Layari Internet

Melayari internet untuk mengumpul maklumat tentang kegunaan

keupayaan penurunan piawai (Ered) dalam menentukan kekuatan relatif

agen pengoksidaan dan penurunan.


67/125


67

8.4 Pengiraan Nilai d.g.e Sel Piawai (Esel) dari Nilai-nilai E

red

(a) Jika dua nilaiEred diberi, nilai d.g.e sel piawai, E

sel,boleh diperoleh

dari nilai-nilai Ered dengan menggunakan formula:

Esel = E

red (katod) Ered(anod)

Contoh: untuk sel kimia Zn-Cu

E

sel = E

red (katod) E

red(anod)

= 0.34 V - (- 0.76 V)

= 1.10 V

(Petunjuk: Elektrod yang mempunyai nilai yang lebih negatif

adalah anod dan nilai yang lebih positif adalah katod)

(b) Jika tindak balas redoks diberi, untuk menentukan Esel, langkah yang

pertamaialah menulis persamaan pengoksidaan dan penurunan

berdasarkan persamaan yang diberi. Untuk sel kimia, anod adalah

elektrod negatifdi mana elektrondibebas dan pengoksidaan

berlaku di situ. Sebaliknya, katod adalah elektrod positifdi mana

elektron diterima dan penurunan berlaku di situ. Dengan cara ini,

anod dan katod dapat ditentukan daripada tindak redoks yang diberi.

Contohnya, untuk sel kimia Zn-Cu, persamaan tindak balas redoks

adalah:

Zn (p) + Cu2+

(ak) Zn

2+(ak) + Cu (p).


68/125


68

Maka persamaan setengah adalah:

Anod: Zn(p) Zn2+(ak) + 2e- Pengoksidaan

Katod: Cu2+(ak)+ 2 e- Cu(p) Penurunan

Maka, Esel = E

red (katod) E

red(anod)

= 0.34 V - (- 0.76 V)

= 1.10 V

Latihan

1. Tentukan nilai E

sel untuk satusel kimia yang dibina dari sel-sel

setengah yang berikut:

(a) EZn2+

/Zn = - 0.76 V dan E

MnO4-,H+/Mn

2+= + 1.23 V

(b) EMnO4-,H+/Mn

2+= + 1.23 V dan E

Mg

2+/Mg = - 2.37 V

Untuk setiap kes di atas, tentukan katod dan anod .

2. Satu tindak balas sesuatu sel kimia adalah seperti yang berikut:

2 I-(ak) + Ag

+(ak) I2(ak) + 2Ag(p)

Dengan bantuan Jadual 1, tentukan nilai Esel .

Tentukan agen pengoksidaan dan penurunan dalam sel kimia itu.


69/125


69

Tutorial ( 2 jam )

1. Diberi:

ECu2+

/Cu = + 0.34 V

EZn2+

/Zn = - 0.76 V

E

MnO4-,H+/Mn

2+= + 1.23 V

EMg2+

/Mg = - 2.37 V

Berdasarkan maklumat di atas, tentukan agen pengoksidaan dan agen

penurunan yang paling kuat.

2. Diberi tindak redoks seperti yang berikut boleh berlaku:

Fe(p) + Cu2+

(ak) Fe2+

(ak) + Cu(p)

(a) Lukis satu sel kimia untuk tindak balas di atas.

(b) Labelkan anod dan katod pada sel kimia yang telah dilukis dan

tandakan arah pengaliran elektron.

(c) Dengan bantuan Jadual 1, tentukan nilai Esel untuk sel kimia ini.

(d) Tulis persamaan setengah yang berlaku di katod dan anod.

(e) Tentukan agen pengoksidaan dan agen penurunan yang

digunakan dalam sel kimia ini.


70/125


70

TAJUK 9 ELEKTROKIMIA:

PERUBAHAN SPONTAN TINDAK BALASREDOKS

KESAN KEPEKATAN KE ATAS D.G.E. SEL

SINOPSIS

Nilai d.g.e. sel yang diperoleh daripada E

red dua elektrod yang berlainan

dapat digunakan untuk meramal sama ada tindak balas redoks itu boleh

berlaku secara spontan atau tidak. Jika nilai d.g.e. adalah positif, maka

tindak balas spontan diramalkan akan berlaku. Sebaliknya, jika nilai d.g.e.

adalah negatif, maka tindak balas spontan diramalkan tidak akan berlaku.

Nilai d.g.e. sel yang diperoleh daripada Ered dua elektrod yang berlainan

merujuk kepada keadaan piawai, iaitu: kepekatan larutan pada 1 moldm-3,

suhu pada 250C dan tekanan gas pada 1 atm (101325 Pa). Apabila

keadaan-keadaan ini berubah, nilai d.g.e. sel akan turut berubah. Kesan

perubahan dapat diterangkan secara kualitatitif dengan menggunakan

Prinsip Le Chatelier manakala Persamaan Nernst digunakan untuk

pengiraan secara kuantitatif.

HASIL PEMBELAJARAN

Meramalkan perubahan spontan tindak balas redoks

Menerangkan kesan kepekatan ion ke atas daya gerak elektrik

sel (d.g.e.sel = Esel)

Menggunakan persamaan Nernst untuk mengira daya gerak

elektrik sel (d.g.e.sel = Esel) apabila kepekatan ion berubah

Menggunakan persamaan Nernst untuk menentukan pemalar

keseimbangan tindak balas redoks


71/125


71

ELEKTROKIMIA

9.1

Perubahan Spontan

Tindak Balas Redoks

9.2

Kesan Kepekatan IonKe atas Daya Gerak

Elektrik Sel

9.3

Persamaan Nernst


ISI KANDUNGAN

9.1 Perubahan Spontan Tindak Balas redoks

Nilai d.g.e. sel yang diperoleh daripada Ered dua elektrod yang berlainan

dapat digunakan untuk meramal sama ada tindak balas redoks itu boleh

berlaku secara spontan atau tidak. Jika nilai d.g.e. adalah positif, maka

tindak balas spontan diramalkan akan berlaku. Sebaliknya, jika nilai d.g.e.

adalah negatif, maka tindak balas spontan diramalkan tidak akan berlaku.

Perbincangan yang selanjutnya dalam topik ini bukan sahaja merujuk

kepada tindak balas redoks yang berlaku di sel kimia, tetapi juga merujuk

kepada tindak balas redoks yang berlaku secara am. Oleh itu, adalah wajar

untuk menulis formula d.g.e. sel kepada bentuk am seperti yang berikut:

d.g.e = E

= E

red(proses penurunan) - E

red(proses pengoksidaan)

Perhatikan bahawa perkataan sel tidak ditulis dalam formula di atas untuk

menunjukkan bahawa ia merujuk kepada semua tindak balas redoks secara

am dan bukan sahaja merujuk kepada tindak balas redoks yang berlaku

dalam sel kimia. Perkataan katod telah diganti dengan proses penurunan

dan perkataan anod diganti dengan proses pengoksidaan.


72/125


72

Contoh: Dengan menggunakan Jadual 1 dalam Tajuk 8, ramalkan sama

ada tindak balas berikut berlaku secara spontan dalam keadaan piawai.

(a) 2Ag(p) + 2H+(ak) 2Ag

+(ak) + H2(g)

(b) Cl2(g) + 2Br-(ak) 2Cl-(ak) + Br2(c)

Penyelesaian:

(a) Pengoksidaan: 2Ag(p) 2Ag+(ak) + 2e

Penurunan: 2H+(ak) + 2e H2(g)

E

= E



= (0.00 V) (+0.80 V) = - 0.80 V

Nilai negatifmenunjukkan tindak balas tidak spontan dan ini

bermaksud argentum tidak akan bertindakbalas dengan asid

(ion H+).

(b) Pengoksidaan: 2Br-(ak) Br2(c) + 2e

Penurunan: Cl2(g) + 2e 2Cl-

(ak)

E

= E



= (+ 1.36 V) (+ 1.07 V) = + 0.29 V

Nilai positifmenunjukkan tindak balas spontan dan ini

bermaksud gas klorin akan bertindakbalas dengan larutan

akues bromida (ion bromida).


73/125


73

Latihan

Dengan menggunakan Jadual 1 dalam Tajuk 8, ramalkan sama ada

tindak balas berikut berlaku secara spontan dalam keadaan piawai.

(a) Cu(p) + 2H+(ak) Cu

2+(ak) + H2(g)

(b) Cl2(g) + 2I-(ak) 2Cl-(ak) + I2(p)

9.2 Kesan Kepekatan Ion ke atas Daya Gerak Elektrik Sel(d.g.e.sel = Esel)

Di Tajuk 8, pengiraan daya gerak elektrik sel cuma merujuk kepada keadaan

piawai di mana kepekatan larutan adalah pada 1 moldm-3, suhu pada 250C

dan tekanan gas pada 1 atm(101325 Pa). Apabila keadaan-keadaan ini

berubah, nilai d.g.e. sel akan turut berubah. Nilai Esel bergantung kepada

kepekatan ion, suhu, nilai pH larutan dan kesan pembentukan kompleks.

Perhatikan bahawa untuk keadaan bukan piawai, simbol Eseldigunakan dan

bukan Esel.

Jika hanya kepekatan ion berubah dan semua keadaan yang lain tetap tidak

berubah, kesan perubahan kepekatan ion ke atas nilai Esel boleh diramalkan

secara kualitatifdengan menggunakan Prinsip Le Chatelier.

Contohnya, dalam sel kimia Zn-Cu, jika hanya kepekatan ion Cu2+

berkurang, maka mengikut Prinsip Le Chatelier, keseimbangan tindak balas

Cu2+

(ak) + 2e Cu (p) akan beralih ke kiri, iaitu kecenderungan untuk

pembentukan Cu(p) dikurangkan dan ini akan mengakibatkan nilai E

red

berkurang (menjadi kurang positif). Akibatnya, nilai Esel akanberkurang.

[ Peringatan: Esel = E

red(katod) - E

red(anod) dan logam kuprum adalah katod

di sini]


74/125


74

Jika hanya kepekatan ion Zn2+

bertambah, maka mengikut Prinsip Le

Chatelier, keseimbangan tindak balas Zn2+(ak) + 2e Zn (p) akan

beralih ke kanan, iaitu kecenderungan untuk pembentukan Zn(p) bertambah

dan ini akan mengakibatkan nilai Ered bertambah (menjadi kurang negatif).

Akibatnya, nilai Esel akanberkurang

[ Peringatan: Esel = Ered(katod) - E

red(anod) dan logam zink adalah anod di

sini]

Latihan

Dengan menggunakan Prinsip Le Chatelier dan Jadual 1 dalam Tajuk

8, ramalkan Esel berkurang atau bertambah untuk sel kimia Zn-Cu

dalam keadaan-keadaan yang berikut:

(a) Kepekatan ion Cu2+ bertambahdan kepekatan ion Zn2+ tidak

berubah. Suhu dan tekanan adalah pada keadaan piawai

(b) Kepekatan ion Zn2+

berkurangdan kepekatan ion Cu2+

tidak

berubah. Suhu dan tekanan adalah pada keadaan piawai


75/125


75

9.3 Persamaan Nernst

Persamaan Nernst digunakan untuk pengiraan secara kuantitatifkesan

perubahan kepekatan ion ke atas daya gerak elektrik sel, Esel .

Persamaan Nernst boleh ditulis sebagai:

Esel = Esel

lg Q (Perhatian: lg Q = log10Q)

R = Pemalar universal = 8.31 JK-1mol-1

T = Suhu mutlak dalam unit Kelvin

Q = Hasil bahagi tindak balas (mempunyai bentuk yang sama denganpemalar keseimbangan)

n = Bilangan elektron yang terlibat

F = Pemalar Faraday = 96 500 Cmol-1

Pada suhu piawai T= 250C = 298 K dan nilai-nilai R dan F digantikan ke dalam

persamaan Nernst, persamaan boleh diringkaskan sebagai:

Esel = Esel

lg Q

Persamaan Nernst ini boleh digunakan untuk:

menentukan nilai daya gerak elektrik sel, Esel , pada keadaan

tidak piawai

menentukan kepekatan bahan atau hasil tindak balas jika Esel

dapat diukur

menentukan pemalar keseimbangan tindak balas redoks


76/125


76

Contoh 1

Untuk sel kimia Zn-Cu, persamaan redoks adalah:

Zn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+(ak) + Cu (p)

Diberi:

Kepekatan larutan zink sulfat = 1 moldm-3

Kepekatan larutan kuprum (II) sulfat = 0.5 moldm-3

E

Cu2+

/Cu = + 0.34 V

E

Zn2+

/Zn = - 0.76 V

Suhu dan tekanan adalah pada keadaan piawai

Tentukan:

(a) daya gerak elektrik sel pada keadaan piawai (Esel).

(b) daya gerak elektrik sel pada keadaan yang tersebut di atas (Esel)

Penyelesaian

(a) Esel = E(katod) - E

(anod) = 0.34 V (-0.76 V) =1.10 V

(b) Esel = Esel

lg Q = 1.10 V

lg ([Zn2+]/[Cu2+])

= 1.10 V

lg

= 1.10 V 0.01 V

= 1.09 V


77/125


77

Contoh 2

Jika sel Zn-Cu dalam Contoh 1 mempunyai Esel = 1.13 V dan kepekatan larutan

kuprum (II) sulfat adalah 1 moldm-3

, kirakan kepekatan larutan zink sulfat.

Penyelesaian

Esel = Esel

lg Q

1.13 V = 1.10 V

lg ([Zn

2+]/[Cu

2+])

= 1.10 V

lg ([Zn2+]/1)

lg [Zn2+] = - 0.03 x

= - 1.014

[Zn2+] = 0.1 M (tepat kepada 1 tempat perpuluhan)

Contoh 3

Tindak balas redoks yang berlaku dalam sel kimia Zn-Cu ialah:

Zn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+(ak) + Cu (p)

Dengan menggunakan persamaan Nernst, kirakan nilai pemalar keseimbangan,

Kc, bagi sistem sel tersebut.

Penyelesaian

Kc =[Zn2+

]/[Cu2+

]

Dengan menggunakan persamaan Nernst:

Esel = Esel

lg Q = 1.10 V

lg ([Zn

2+]/[Cu

2+])

Pada keseimbangan, Esel = 0.

Maka, 1.10 V =

lg ([Zn2+]/[Cu2+]) =

lg Kc

lg Kc = 37.3

Kc = 1.9 x 1037


78/125


78

Latihan

1. Untuk satu sel kimia Mg-Cu, hitungkan

(a) Esel. (Rujuk Jadual 1 di Tajuk 8 untuk nilai-nilai Ered yang berkaitan)

(b) kepekatan ion Cu2+ jika daya gerak eletrik sel adalah 2.69 V

pada suhu 250C dan kepekatan ion magnesium adalah 1 moldm

-3.

2. Satu sel kimia mempunyai tindak balas redoks seperti yang berikut:

Cr2O72-

(ak) + 14 H+(ak) + 6I

-(ak) 2Cr

3+(ak) + 3I2(p) + 7H2O(c)

Diberi:

Esel = 0.79 V

[Cr2O72-

] = [H+] = [I

-] = 1 moldm

-3

[Cr3+] = 1 x 10-5 moldm-3

Hitungkan nilai daya gerak elektrik sel ini pada suhu 298 K.

3. Cari nilai pemalar keseimbangan untuk sistem tindak balas di soalan 2.

Layari Internet

Melayari internet untuk mengumpul maklumat tentang kegunaanPersaman Nernst.


79/125


79

Tutorial ( 2 jam )

1. Dengan menggunakan nilai Ered yang diberi dalam Jadual 1 di

Tajuk 8, ramalkan sama ada tindak balas redoks berikut berlaku secara

spontan atau tidak.

(a) Sn2+(ak) dan Zn(p)

(b) Fe2+

(ak) dan Ag (p)

(c) I2 (p) dan Br- (ak)

2. Satu sel kimia dibina dengan menggunakan tindak balas yang berikut:

Zn (p) + 2Ag+ (ak) Zn2+(ak) + 2Ag (p)

Apakah kesan terhadap Esel jika

(a) elektrod zink dengan luas permukaan yang lebih besardigunakan?

(b) pepejal zink nitrat ditambah di kawasan elektrod zink?

(c) pepejal argentum nitrat ditambah di kawasan elektrodargntum?

(d) air tulen ditambah di kawasan elektrod zink?


80/125


80

3. Dengan merujuk kepada sel kimia di soalan 2 dan juga dengan

menggunakan nilai Ered yang diberi dalam Jadual 1 di Tajuk 8, jawab

soala-soalan yang berikut.

(a) Kira nilai Esel untuk sel kimia itu.

(b) Kira nilai Eseljika kepekatan zink nitrat ialah 2 M dankeadaan yang lain masih dalam keadaan piawai.

(c) Jika Esel ialah 1.50 V, apakah perubahan pada kepekatanargentum nitrat jika keadaan yang lain masih dalamkeadaan piawai?

(d) Cari nilai pemalar keseimbangan untuk sistem tindak balastersebut.


81/125


81

TAJUK 11 ELEKTROKIMIA

PROSES ELEKTROLISIS

ELEKTROLISIS DLM KEADAAN LEBURAN

ELEKTROLISIS DLM LARUTAN AKUES HUKUM FARADAY

SINOPSIS

Elektrolisis ialah satu proses penguraian elektrolit kepada komponennya

dengan menggunakan tenaga elektrik, misalnya penggunaan elektrik dalam

pengekstrakan logam aluminium dari bijihnya. Dalam sel kimia pula, berlaku

perubahan kimia bagi menghasilkan tenaga elektrik, misalnya dalam sebuah

sel kering. Dalam tajuk ini anda akan mempelajari tentang proses elektrolisis,

elektrolisis dalam keadaan leburan dan larutan akues serta Hukum Faraday.

HASIL PEMBELAJARAN

Mengenali proses elektrolisis

Menerangkan proses elektrolisis untuk sebatian berbentuk leburan

Menerangkan Proses elektrolisis untuk sebatian berbentuk larutan akues

Menggunakan Hukum Faraday dalam pengiraan kuantitatif proses

elektrolisis.


11.1 Proses Elektrolisis

11.2 Proses Elektrolisis dalam keadaan

Elektrolisis leburan

11.3 Proses Elektrolisis dalam larutan

akues

11.4 Hukum Faraday

7/27/2019 08 Isi Pelajar

08 isi pelajaran c

Documents