amali 1 sce 3109

EKSPERIMEN 1

Tujuan :Untuk mengukur haba peneutralan bagi :

(i) Asid hidroklorik dan natrium hidroksida

(ii) Asid sulfurik dan natrium hidroksida

(iii) Asid nitrik dan kalium hidroksida

Teori :Termokimia merupakan satu cabang kimia yang mengkaji perubahan

tenaga haba dalam suatu tindak balas kimia. Tindak balas kimia biasanya diiringi

dengan pembentukan dan penyerapan tenaga dalam bentuk haba. Tindak balas

kimia yang membebaskan tenaga dalam bentuk haba dipanggil sebagai tindak

balas eksotermik manakala tindak balas kimia yang menyerap tenaga dalam

bentuk haba pula dipanggil sebagai tindak balas endotermik. Perubahan haba

tindak balas boleh diukur dengan menggunakan satu alat yang dipanggil sebagai

kalorimeter. Kalorimeter terdiri daripada dua bekas iaitu bekas luaran dan kapal

dalaman. Ruang di antara kedua-dua bekas ini bertindak sebagai penebat haba

dan dengan itu terdapat pertukaran haba yang sangat sedikit di antara saluran

dalaman dan luaran. Sebatang termometer telah diletakkan di dalam bakas

dalaman bagi mengukur suhu cecair di dalamnya. Selain itu, sebatang pengacau

juga diletakkan di dalam bekas dalaman bagi mengedarkan haba di seluruh

bekas. Cincin serat yang terdapat dalam kalorimeter pula membantu untuk

memegang bekas dalaman yang tergantung dalam bahagian pusat bekas luaran.

Tambahan pula, kalorimeter juga mempunyai perlindungan penebat atau tudung

dengan lubang untuk melampirkan pengacau dan termometer.

Terdapat dua jenis kalorimeter iaitu kalorimeter cawan atau bekas dan

kalorimeter bom. Di dalam eksperimen ini, kalorimeter cawan atau bekas telah

digunakan untuk mengukur haba peneutralan kerana tindak balas kimia untuk

eksperimen ini telah melibatkan penggunaan larutan.

Haba peneutralan ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol asid

dineutralkan dengan satu mol alkali untuk membentuk satu mol air dan garam.

Contohnya,

H 2SO4(ak) + 2NaOH(ak) Na2SO4(ak)+2H 2O(ce)

Tindak balas peneutralan merupakan tindak balas eksotermik di mana suhu telah

meningkat pada akhir eksperimen. Haba peneutralan piawai antara asid kuat dan

alkali kuat adalah -57.3 kJmol−1 .

H 2SO4(ak) + 2NaOH(ak)

Na2SO4(ak)+2H 2O(ce)

H = -57.3 kJmol−1

Aras Tenaga

Masa tindak balas

Jumlah haba yang dibebaskan semasa tindak balas peneutralan bergantung

kepada tiga faktor iaitu kuantiti asid dan alkali, kebesan asid dan alkali dan

kekuatan asid dan alkali. Kuantiti haba yang dibebaskan dalam tindak balas

peneutralan adalah berkadar terus dengan kuantiti asid dan alkali yang

digunakan. Kebesan asid merujuk kepada bilangan mol ion hidrogen yang dapat

dihasilkan oleh satu mol asid dalam larutan akues dan peneutralan asid dwibes

sehingga lengkap akan membebaskan haba dua kali ganda lebih tinggi daripada

peneutralan asid monobes sehing lengkap. Haba peneutralan antara asid kuat

dan alkali kuat adalah lebih tinggi daripada haba peneutralan antara asid kuat

dan alkali lemah atau asid lemah dan alkali kuat kerana lebih banyak haba

diperlukan untuk pengionan asid lemah atau alkali lemah. Haba peneutralan

antara asid lemah dan alkali lemah pula adalah paling rendah kerana lebih

banyak haba diperlukan untuk pengionan asid lemah dan alkali lemah.

Di dalam eksperimen ini, ketiga-tiga campuran larutan adalah daripada

asid kuat dan alkali kuat di mana asid dan alkali yang kuat ini akan mengion

dengan lengkap dalam air untuk menghasilkan ion hidrogen dan ion hidroksida

yang bebas bergerak dalam larutan.

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

Akhirnya, satu mol ion hidrogen akan bergabung dengan satu mol ion hidroksida

untuk membentuk satu mol air.

Bahan : EC1 ialah 1.0 moldm−3 asid hidroklorik

EC2 ialah 1.0 moldm−3 larutan asid sulfurik

EC3 ialah 1.0 moldm−3 larutan akues natrium hidroksida

EC4 ialah 1.0 moldm−3 asid nitrik

EC5 ialah 1.0 moldm−3 larutan akues kalium hidroksida

Alat Radas : 25 cm3 pipet, termometer 00C - 1100C (±0.20C), 100 cm3 silinder

penyukat, cawan plastik dan botol pembasuh (air suling).

Prosedur :

1. Satu pipet digunakan, 25.0 cm3 EC1 dimasukkan ke dalam cawan plastik.

Suhu EC1 direkodkan sebagai suhu awal campuran R dalam jadual

berikut.

2. Silinder penyukat digunakan untuk menambah 60cm3 larutan EC3 ke

dalam cawan plastik yang mengandungi EC1.

3. Campuran R digoncangkan dengan berhati-hati dengan termometer dan

suhu tertinggi yang dicapai direkodkan ke dalam jadual berikut.

4. Campuran R dituangkan dari cawan plastik. Kemudian cawan tersebut

dicuci dan dibilas dengan air suling.

5. Prosedur di atas diulangi dengan menggunakan :

(i) 25.0 cm3 EC2 menggantikan EC1 untuk menjadi campuran S, dan

(ii) 25.0 cm3 EC4 dan 60 cm3 EC5 untuk menggantikan EC1 dan EC3

masing-masing bagi memperolehi campuran T.

Keputusan :

Campuran REC1 + EC3

Campuran SEC2 + EC3

Campuran TEC4 + EC5

Suhu tertinggi /°C 33 38 32

Suhu awal / °C 29 29 28

Pertambahan suhu / °C 4 9 4

Campuran R

Campuran S

Suhu awal Suhu tertinggi

Suhu awalSuhu tertinggi

Campuran T

Haba peneutralan bagi campuran R :

HCI(ak) + NaOH(ak) NaCl(ak) + H2O(ce)

Bilangan mol bagi asid hidroklorik = MV1000

= 1.0moldm−3x 25.0 cm3

1000 = 0.025 mol

Bilangan mol bagi larutan akues natrium hidroksida = MV1000

= 1.0moldm−3x 60.0 cm3

1000 = 0.06 molHaba yang dibebaskan dalam tindak balas = mcƟ = (25+60)g x 4.2 Jg-1 x 4oC = 1428 J = 1.428 kJ

Suhu awal Suhu tertinggi

Haba peneutralan, ∆H = 1.428 kJ0.025mol

= - 57.12 kJmol-1 #

Haba peneutralan bagi campuran S :

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

Bilangan mol bagi larutan asid sulfurik = MV1000

= 1.0moldm−3 x 25.0 cm3

1000 = 0.025 mol

Bilangan mol bagi larutan akues natrium hidroksida = MV1000

= 1.0moldm−3x 60.0 cm3

1000 = 0.06 molHaba yang dibebaskan dalam tindak balas = mcƟ = (25+60)g x 4.2 Jg-1 x 9oC = 3213 J = 3.213 kJ


= - 64.26 kJmol-1 #

Haba peneutralan bagi campuran T :

HNO3(ak) + KOH(ak) KNO3(ak) + H2O(ce)

Bilangan mol bagi asid nitrik = MV1000

= 1.0moldm−3 x 25.0cm3

1000 = 0.025 mol

Bilangan mol bagi larutan akues kalium hidroksida = MV1000

= 1.0moldm−3 x 60.0 cm3

1000

= 0.06 molHaba yang dibebaskan dalam tindak balas = mcƟ = (25+60)g x 4.2 Jg-1 x 4oC = 1071 J = 1.071 kJ


= -42.84 kJmol-1 #

Perbincangan :

Di dalam eksperimen ini, ketiga-tiga campuran larutan R, S dan T adalah

terdiri daripada asid kuat dan alkali kuat. Maka, tindak balas antara asid kuat dan

alkali kuat ini boleh dijelaskan dengan asid dan alkali yang kuat ini mengion

dengan lengkap dalam air untuk menghasilkan ion hidrogen dan ion hidroksida

yang bebas bergerak dalam larutan.

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

Selepas itu, satu mol ion hidrogen akan bergabung dengan satu mol ion

hidroksida untuk membentuk satu mol air. Haba peneutralan piawai bagi tindak

balas antara asid kuat dan alkali kuat adalah - 57.3 kJmol -1.

Walaubagaimanapun, nilai haba peneutralan bagi campuran R, S dan T adalah

berbeza. Berdasarkan pengumpulan data melalui eksperimen dan pengiraan di

atas, haba peneutralan bagi campuran larutan asid sulfurik dan larutan akues

natrium hidroksida, S adalah paling tinggi iaitu sebanyak - 64.26 kJmol -1

manakala haba peneutralan bagi campuran asid hidroklorik dan larutan akues

natrium hidroksida, R adalah kedua tinggi iaitu sebanyak - 57.12 kJmol -1. Haba

peneutralan untuk campuran asid nitrik dan larutan akues kalium hidroksida, T

pula adalah paling rendah iaitu hanya sebanyak -42.84 kJmol-1.

Haba peneutralan bagi campuran R boleh dikatakan sebagai haba

peneutralan piawai dengan nilainya yang hampir dengan - 57.3 kJmol-1. Sedikit

haba yang hilang ke persekitaran dan yang diserap oleh cawan plastik telah

menyebabkan nilai haba peneutralan bagi campuran R, - 57.12 kJmol-1 adalah

kurang daripada nilai haba peneutralan piawai dalam teori, - 57.3 kJmol -1. Tindak

balas antara asid hidroklorik dan larutan akues natrium hidroksida boleh

dijelaskan melalui persamaan kimia di bawah :

HCI(ak) + NaOH(ak) NaCl(ak) + H2O(ce)

Melalui tindak balas ini, satu mol asid hidroklorik telah bertindak balas dengan

satu mol larutan akues natrium hidroksida lalu membentuk satu mol garam

natrium klorida dan satu mol air.

Haba peneutralan untuk campuran S mempunyai nilai yang paling tinggi.

Campuran S terdiri daripada larutan asid sulfurik dan larutan akues natrium

hidroksida. Kebesan asid menunjukkan bilangan mol ion hidrogen yang dapat

dihasilkan oleh satu mol asid dalam larutan akues. Oleh kerana asid sulfurik

merupakan asid dwibes manakala asid nitrik dan asid hidroklorik pula merupakan

asid monobes, maka haba yang dibebaskan oleh asid dwibes melalui

peneutralan sehingga lengkap adalah dua kali lebih tinggi daripada haba yang

dibebaskan oleh monobes melalui peneutralan sehingga lengkap. Hal ini boleh

dijelaskan melalui perbandingan antara persamaan kimia campuran R, S dan T:

Campuran R:

Persamaan lengkap : HCI(ak) + NaOH(ak) NaCl(ak) + H2O(ce)

Persamaan ion : Na+ + Cl- NaCl

H+ + OH- H2O

Campuran S:

Persamaan lengkap : H2SO4(ak) + 2NaOH(ak) Na2SO4(ak) + 2H2O(ce)

Persamaan ion : Na+ + SO42- Na2SO4

2H+ + 2OH- 2H2O

Campuran T:

Persamaan lengkap : HNO3(ak) + KOH(ak) KNO3(ak) + H2O(ce)

Persamaan ion : K+ + NO3- KNO3

H+ + OH- H2O

Berdasarkan persamaan kimia di atas, satu mol asid bagi campuran R dan T

telah menghasilkan satu mol ion hidrogen sahaja manakala bagi campuran S

pula, satu mol asid telah menghasilkan dua mol ion hidrogen. Jadi, haba yang

terbebas dalam peneutralan campuran S adalah dua kali lebih tinggi daripada

haba yang terbebas dalam peneutralan campuran R dan T. Namun begitu, haba

peneutralan tindak balas bagi campuran S masih kekal pada nilai -57.3kJmol -1

kerana haba peneutralan ditakrifkan dari segi pembentukan satu mol dan bukan

dua mol. Definisi bagi haba peneutralan ialah haba yang dibebaskan apabila

satu mol ion hidrogen daripada asid bergabung dengan satu mol ion hidroksida

untuk membentuk satu mol air pada keadaan piawai. Dalam eksperimen ini,

haba peneutralan bagi campuran S adalah pada nilai - 64.26 kJmol -1 dan ia lebih

tinggi daripada haba peneutralan piawai. Hal ini adalah disebabkan oleh haba

penitratan yang ada pada asid sulfurik telah meninggikan haba peneutralan

apabila ia bertindak balas dengan natrium hidroksida.

Bagi campuran T pula, nilai haba peneutralannya adalah paling rendah

iaitu sebanyak -42.84 kJmol-1. Kedua-dua asid nitrik dan larutan akues kalium

hidroksida merupakan asid dan alkali yang kuat. Jadi, haba peneutralannya

adalah pada nilai -57.3kJmol-1. Di dalam tindak balas ini, satu mol ion hidrogen

daripada asid nitrik bergabung dengan satu mol ion hidroksida daripada laturan

akues kalium hidroksida untuk membentuk satu mol garam dan air. Namun

begitu, nilai haba peneutralan bagi campuran T yang didapatkan oleh kumpulan

kami adalah kurang daripada -57.3kJmol-1 di mana nilai haba peneutralannya

sebanyak -42.84 kJmol-1 sahaja. Hal ini mungkin disebabkan oleh kesilapan

yang telah dilakukan oleh kami semasa menjalankan eksperimen ini seperti tidak

menuangkan larutan akues kalium hidroksida dengan cepat ke dalam cawan

plastik yang mengandungi asid nitrik lalu menyebabkan kehilangan haba ke

persekitaran atau tidak mengacau campuran larutan dengan baik.

Sungguhpun beberapa kesilapan telah dilakukan oleh kami dalam

eksperimen ini dan hasil dapatannya tidak begitu tepat dengan apa yang telah

dikatakan dalam teori, namun kami telah berjaya membuktikan bahawa tindak

balas peneutralan merupakan tindak balas eksotermik di mana suhu telah

meningkat pada akhir eksperimen.

Langkah berjaga-jaga:

1) Suhu awal larutan asid hanya diambil selepas beberapa minit untuk

memastikan larutan itu telah mencapai suhu sekata.

2) Alkali harus dituangkan ke dalam cawan plastik yang mengandungi asid

dengan cepat bagi mengurangkan kehilangan haba ke persekitaran.

3) Asid dan alkali harus diuruskan dengan cermat bagi mengelakkan

tumpahan atau terkena pada tubuh badan kita di mana ia akan

mencederakan kita.

4) Campuran larutan dalam cawan plastik harus sentiasa dikacau sepanjang

tindak balas dijalankan bagi memastikan suhu larutan adalah sekata.

5) Bacaan termometer harus diperhatikan sepanjang masa agar tidak

terlepas pandang pada suhu tertinggi yang dicapai.

6) Kipas harus ditutup bagi mengurangkan kehilangan haba ke persekitaran.

Kesimpulan:Tindak balas peneutralan adalah merupakan tindak balas eksotermik.

Soalan :1. Tuliskan persamaan ion untuk tindak balas yang terlibat dalam

campuran R, S dan T.R: HCI(ak) + NaOH(ak) NaCl(ak) + H2O(ce)

Persamaan ion :

Na+ + Cl- NaCl

H+ + OH- H2O

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

Persamaan ion :

Na+ + SO42- Na2SO4

2H+ + 2OH- 2H2O

T : HNO3(ak) + KOH(ak) KNO3(ak) + H2O(ce)

Persamaan ion :

K+ + NO3- KNO3

H+ + OH- H2O

2. Bandingkan nilai haba peneutralan yang anda peroleh dalam :(i) Campuran R dan S;(ii) Campuran R dan T; serta(iii) Campuran S dan T

Terangkan mengapa terdapat perbezaan atau persamaan antara dua nilai yang anda bandingkan.(i) Campuran R dan S;

R: - 57.12 kJmol-1

S: - 64.26 kJmol-1

Nilai haba peneutralan bagi campuran S lebih tinggi daripada

campuran R. Walaupun asid hidroklorik merupakan asid monobes

manakala asid sulfurik merupakan asid dwibes, nilai haba

peneutralan tidak akan dipengaruhi oleh kebesan asid ini. Keadaan

di mana haba peneutralan campuran S lebih tinggi daripada

campuran R adalah disebabkan oleh haba penitratan yang ada

pada asid sulfurik telah meninggikan haba peneutralan bagi

campuran S apabila ia bertindak balas dengan natrium hidroksida.

(ii) Campuran R dan T; serta

R: - 57.12 kJmol-1

T: - 42.84 kJmol-1

Nilai haba peneutralan bagi campuran R dan T adalah berbeza di

mana campuran R mempunyai nilai haba peneutralan yang lebih

tinggi daripada campuran T. Nilai haba peneutralan bagi campuran

R dan T sepatutnya sama atau berhampiran dengan - 57.3 kJmol -1

kerana kedua-dua asid yang digunakan merupakan asid monobes.

Keadaan ini berlaku adalah disebabkan oleh kesalahan yang telah

dilakukan oleh kumpulan kami semasa menjalankan eksperimen ini

seperti tidak menuangkan larutan akues kalium hidroksida dengan

cepat ke dalam cawan plastik yang mengandungi asid nitrik lalu

menyebabkan kehilangan haba ke persekitaran.

(iii) Campuran S dan T

S: - 64.26 kJmol-1

T: - 42.84 kJmol-1

Nilai haba peneutralan bagi campuran S lebih tinggi daripada

campuran T kerana asid sulfurik yang digunakan dalam campuran

S merupakan asid dwibes manakala asid nitrik yang digunakan

dalam campuran T merupakan asid monobes. Walaupun asid nitrik

merupakan asid monobes manakala asid sulfurik merupakan asid

dwibes, nilai haba peneutralan campuran S yang lebih tinggi

daripada campuran T tidak akan dipengaruhi oleh kebesan asid ini.

Keadaan di mana haba peneutralan campuran S lebih tinggi

daripada campuran T adalah disebabkan oleh haba penitratan

yang ada pada asid sulfurik telah meninggikan haba peneutralan

bagi campuran S apabila ia bertindak balas dengan natrium

hidroksida.

3. Haba peneutralan antara asid kuat dan bes kuat ialah -57.3 kJ mol-1. Cadangkan dua cara untuk memperbaiki prosedur yang telah dibuat bagi mendapatkan nilai jawapan yang lebih tepat? Pertama sekali, alkali harus dituangkan ke dalam cawan plastik yang

mengandungi asid dengan cepat bagi mengurangkan kehilangan haba ke

persekitaran. Selain itu, campuran larutan dalam cawan plastik harus

sentiasa dikacau sepanjang tindak balas dijalankan bagi memastikan

suhu larutan adalah sekata. Akhir sekali, acaan termometer harus

diperhatikan sepanjang masa agar tidak terlepas pandang pada suhu

tertinggi yang dicapai di mana ia akan memberi kesan terhadap nilai haba

peneutralan pada akhir eksperimen.

4. Adakah haba peneutralan antara alkali kuat dengan asid lemah melebihi atau kurang daripada -57.3 kJ mol-1? Jelaskan jawapan anda.Haba peneutralan antara alkali kuat dengan asid lemah adalah kurang

daripada -57.3 kJ mol-1. Keadaan ini berlaku kerana asid lemah ini hanya

dapat mengion separa dalam air dan hanya sebilangan kecil ion hidrogen

dihasilkan. Kebanyakan molekul asid lemah masih wujud sebagai molekul

tak terion. Maka, lebih banyak haba diperlukan untuk pengionan asid

lemah ini dengan lengkap dan haba peneutralan antara alkali kuat dengan

asid lemah menjadi kurang daripada -57.3 kJ mol-1.

Sumber rujukan :Buku:

Lewis, M. (2001). AS & A Level Chemistry Through Diagrams. New York: Oxford

University Press.

Toon, T. Y. (1996). Kimia Fizik STPM. Selangor Darul Ehsan: Penerbit Fajar

Bakti Sdn. Bhd.

Internet :

Amrita. (2012). Calorimetry 2-Heat of Neutralization. Diambil dari

http://amrita.vlab.co.in/?sub=2&brch=190&sim=1546&cnt=1

Faculty. (2011). Enthalpy of Neutralization. Diambil dari

http://faculty.ccri.edu/aahughes/GenChemII/Lab%20Experiments/Enthalpy

_of_Neutralization.pdf

amali 1 sce 3109

Documents