amali 2 dr tay termokimia
TRANSCRIPT
Amali 2
Tujuan : Menentukan haba tindakbalas
(i) Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2 ∆H1
(ii) NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2 ∆H2
Dan secara tak langsung, menentukan haba tindak balas bagi tindak
balas di bawah dengan menggunakan Hukum Hess.
(iii) 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O ∆H3
Bahan : EC1 ialah 2.0 mol dm ) ³ asid hidroklorik
EC2 ialah pepejal natrium karbonat kontang
EC3 ialah pepejal natrium hidrogen karbonat
Radas : buret 50cm³, kaki retot, cawan plastik, termometer 0ºC – 110ºC
(±0.2ºC), air suling, penimbang elektrik (±0.01g)
Prosedur :
1. Dengan menggunakan buret, 30.00 cm³ EC1 disukat dan dimasukkan ke
dalam cawan plastik. Selepas beberapa minit, suhu cecair direkodkan ke
dalam jadual yang telah disediakan.
2. Tabung uji yang berisi 2.00g hingga 2.40g EC2 ditimbang dengan tepat dan
direkodkan beratnya.
3. Kesemua EC2 dimasukkan dengan segera ke dalam cawan plastik yang
berisi EC1. Semua baki pepejal dan cecair dimasukkan ke dalam tabung uji
tanpa tertumpah.
4. Sebatian tersebut dikacau dengan cermat menggunakan termometer dan
suhu tertinggi yang diperoleh dicatat di dalam jadual.
5. Langkah-langkah di atas diulang dengan menggunakan EC3 sebanyak 2.75g
hingga 3.15g, menggantikan EC2.
Langkah berjaga-jaga :
1. Berhati-hati semasa menggunakan bahan berasid seperti asid hidroklorik.
Keputusan :
EC2 EC3
Berat (g) 2.00 2.75
Suhu awal (ºC) 28 28
Suhu Akhir (ºC) 31 24
Perubahan Suhu (ºC) 3 -4
Pengiraan :
(i) Na2CO3 + 2HCl H2O + CO2 , ∆H1 = ?
Haba yang dibebaskan dari tindakbalas = haba yang diserap oleh larutan
Q = jisim(m) x muatan haba tentu larutan(c) x
perubahan suhu(ºC)
Q = mcθ
Andaian 1 : ketumpatan larutan = ketumpatan air, iaitu 1gcm ) ³
Ketumpatan larutan = jisim larutan
isipadu larutan
1g = jisim larutan
cm³ 30.00 cm³
m = 30 g
Andaian 2 : Muatan haba tentu larutan = muatan haba tentu air, iaitu 4.18 Jg ) ¹ ºC ) ¹
Q = mcθ
= (30g)( 4.18 Jg ) ¹ ºC ) ¹)(3 ºC)
= 376.2 J
Bil mol asid hidroklorik, (HCL) = kemolaran x isipadu
= 2.0 mol x 30.00 cm³ x 1 dm³
1 dm³ 1000 cm³
= 0.06 mol
0.06 mol HCL membebaskan 376.2 J haba
1 mol HCL membebaskan J haba
0.06 mol = 376.2 J
1 mol = J
= 6270 J
Perubahan haba tindak balas ∆H1 = - 6.27 kJ mol , ¹
(ii) NaHCO3 + HCl H20 + CO2 , ∆H2 = ?
Haba yang dibebaskan dari tindakbalas = haba yang diserap oleh larutan
Q = jisim(m) x muatan haba tentu larutan(c) x
perubahan suhu(ºC)
Q = mcθ
Andaian 1 : ketumpatan larutan = ketumpatan air, iaitu 1gcm ) ³
Ketumpatan larutan = jisim larutan
isipadu larutan
1g = jisim larutan
cm³ 30.00 cm³
m = 30 g
Andaian 2 : Muatan haba tentu larutan = muatan haba tentu air, iaitu 4.18 Jg ) ¹ ºC ) ¹
Q = mcθ
= (30g)( 4.18 Jg ) ¹ ºC ) ¹)(4 ºC)
= 501.6 J
Bil mol asid hidroklorik, (HCL) = kemolaran x isipadu
= 2.0 mol x 30.00 cm³ x 1 dm³
1 dm³ 1000 cm³
= 0.06 mol
0.06 mol HCL membebaskan 501.6 J haba
1 mol HCL membebaskan J haba
0.06 mol = 501.6 J
1 mol = J
= 8360 J
Perubahan haba tindak balas ∆H2 = +8.36 kJ mol , ¹
(iii) 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O , ∆H3 = ?
1) Bahan Hasil
Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2 ∆H1 = - 6.27 kJmol ) ¹
NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2 ∆H2 = + 8.36 kJmol ) ¹
2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O ∆H3 = ?
2) Bahan Hasil
2NaCl + H2O + CO2 Na2CO3 + 2HCl ∆H1 = + 6.27 kJmol ) ¹
(NaHCO3 + HCl)x2 (NaCl + H2O + CO2)x2 (∆H2 =+8.36 kJmol ) ¹)x2
2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O ∆H3 = ?
3) Bahan Hasil
2NaCl + H2O + CO2 Na2CO3 + 2HCl ∆H1 = + 6.27 kJmol ) ¹
2NaHCO3 + 2HCl 2NaCl + 2H2O + 2CO2 ∆H2 =+16.72 kJmol ) ¹
2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O ∆H3 = ?
Hukum Hess : ∆H3 = ∆H1 + ∆H2
Jalan laluan terus jalan laluan tak terus
∆H3 = ∆H1 + ∆H2
= (+ 6.27 + 16.72 )kJ mol ) ¹
∆H3 = + 22.99 kJ mol , ¹
Perbincangan :
Entalpi tindak balas, (∆Ht/b) merupakan perubahan di antara entalpi bahan yang
wujud pada akhir tindak balas dan entalpi pada awal tindak balas. Dalam amali yang
dijalankan, kami dikehendaki untuk menentukan haba tindak balas bagi :
(i) Na2CO3 + 2HCl 2NaCl + H2O + CO2 ∆H1
(ii) NaHCO3 + HCl NaCl + H20 + CO2 ∆H2
Dan secara tak langsung, menentukan haba tindak balas bagi tindak balas di bawah
dengan menggunakan Hukum Hess.
(iii) 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O ∆H3
Oleh itu kami telah menggunakan kalorimeter cawan plastik untuk mengukur haba
tindak balas dan prinsip tersebut telah digunakan:
Haba yang dibebaskan oleh tindak balas = Haba yang diserap oleh persekitaran
Beberapa andaian perlu dibuat semasa pengukuran haba. Antaranya ialah
ketumpatan larutan yang terlibat adalah sama dengan ketumpatan air iaitu 1gcm ) ³.
Ketumpatan larutan dapat digunakan untuk mencari jisim larutan. Bagi mengira jisim
larutan, jisim pepejal natrium karbonat kontang dan pepejal natrium hidrogen
karbonat diabaikan kerana nilainya yang terlalu kecil dan tidak mempengaruhi tindak
balas. Selain itu, kehilangan haba kepada sekitar adalah diabaikan. Haba yang
dibebaskan oleh bahan tindak balas semuanya diserap oleh air dalam kalorimeter.
Kuantiti haba yang diserap oleh kalorimeter diabaikan dan muatan haba tentu
larutan adalah sama dengan muatan haba tentu air iaitu 4.18 Jg ) ¹ ºC ) ¹.
Dalam tindak balas (i), perubahan haba tindak balas ∆H1 ialah - 6.27 kJ mol ) ¹. Nilai
negatif pada entalpi tindak balas ∆H1 menunjukkan bahawa haba dibebaskan ke
persekitaran dan berlakunya tindak balas eksotermik di mana haba dipindahkan dari
sistem ke sekitar. Hal ini dibuktikan dengan peningkatan suhu akhir campuran
larutan ECI dan EC2 iaitu sebanyak 3ºC. Gambar rajah aras tenaga untuk
tindakbalas (i) ialah seperti berikut :
Dalam tindak balas (ii) pula, perubahan haba tindak balas ∆H2 ialah +8.36 kJ mol ) ¹.
Nilai ∆H2 yang positif menunjukkan bahawa haba diserap oleh sistem daripada
sekitar dan berlaku tindak balas endotermik. Hal ini dibuktikan dengan penurunan
suhu akhir campuran larutan EC1 dan EC3 iaitu -4ºC. Gambar rajah aras tenaga
bagi tindak balas (ii) ialah seperti berikut :
Bagi mengukur perubahan haba tindak balas dalam tindak balas (iii) atau perubahan
entalpi ∆H3 pula, Hukum Hess telah digunakan. Menurut Hukum Hess, sekiranya
Na2CO3 + 2HCl
2NaCl + H2O + CO2
DH1 = -6.27 kJ mol-1
NaHCO3 + HCl
DH2 = +8.36 kJ mol-1
NaCl + H20 + CO2
sesuatu tindak balas berlaku dalam beberapa langkah, maka perubahan entalpi
tindak balas adalah hasil jumlah perubahan entalpi setiap langkah. Hukum Hess
boleh digunakan untuk mengira perubahan entalpi yang tidak boleh diukur secara
terus dari eksperimen. Dalam eksperimen ini, hanya ∆H1 dan ∆H2 dapat ditentukan
secara terus menerusi pengukuran haba menerusi kalorimeter. Berdasarkan
pengiraan, nilai ∆H3 yang diperolehi ialah + 22.99 kJ mol ) ¹. Gambar rajah aras
tenaga bagi tindak balas (iii) ialah :
Terdapat beberapa cara yang dapat digunakan bagi meningkatkan kejituan nilai ∆H1,
∆H2, dan ∆H3. Antaranya ialah menutup mulut cawan plastik dan membalut cawan
dengan kain semasa menjalankan amali bagi mengurangkan kehilangan haba
kepada persekitaran. Larutan juga perlu dikacau dengan berhati-hati supaya
tindakbalas dapat berlaku dengan lengkap dan berkesan. Selain itu, larutan boleh
ditinggalkan untuk beberapa ketika bagi memastikan tindak balas berlaku dengan
sepenuhnya. Radas juga perlu dicuci dengan air suling dengan cermat bagi
memastikan tiada bendasing yang tertinggal di dalam radas dan menjejaskan kualiti
eksperimen.
Kesimpulan :
2NaHCO3
DH3 = +22.99 kJ mol-1
Na2CO3 + CO2 + H2O
Perubahan haba tindak balas bagi ∆H1 ialah -6.27 kJ mol-1 , perubahan haba tindak
balas bagi DH2 ialah +22.79 kJ mol-1 dan perubahan haba tindak balas ∆H3 ialah
+8.36 kJ mol-1.
Soalan :
1. Lukiskan gambar rajah aras tenaga untuk tindak balas yang berkaitan.
Gambar rajah aras tenaga bagi tindak balas (i)
Gambar rajah aras tenaga bagi tindak balas ((ii)
Gambar rajah aras tenaga bagi tindak balas (iii)
2. Huraikan empat andaian yang perlu dibuat untuk pengiraan haba tindak
balas?
(i) Ketumpatan larutan yang terlibat adalah sama dengan ketumpatan
air iaitu 1 gcm ) ³.
(ii) Kehilangan haba kepada sekitar adalah diabaikan. Haba yang
dibebaskan oleh bahan tindak balas semuanya diserap oleh air
dalam kalorimeter(cawan plastik).
(iii) Kuantiti haba yang diserap oleh kalorimeter diabaikan,
(iv)Muatan haba tentu larutan adalah sama dengan muatan haba tentu
air iaitu 4.18 Jg ) ¹ ºC ) ¹.
3. Apakah langkah-langkah yang perlu diambil untuk meningkatkan
kejituan nilai ∆H1, ∆H2, dan ∆H3 ?
i. Menutup mulut cawan plastik.
ii. Tutup suis kipas semasa menjalankan amali.
iii. Kacau larutan dengan berhati-hati.
iv. Tinggalkan larutan untuk beberapa ketika untuk memastikan
tindak balas berlaku dengan sepenuhnya.
v. Cuci radas dengan air suling dengan cermat.
4. Entalpi pembakaran piawai bagi benzena, karbon dan hidrogen adalah -
3271, -394, -286 kJmol , ¹ masing-masing. Kirakan nilai entalpi
pembentukan benzena.
∆Hº1 pembakaran benzena = - 3271 kJmol ) ¹
∆Hº2 pembakaran karbon = - 394 kJmol ) ¹
∆Hº3 pembakaran hidrogen = - 286 kJmol ) ¹
∆Hº4 pembentukan benzena = ??
1) Bahan Hasil
C6H6 + 15/2 O2 6CO2 + 3H2O ∆H1 = -3271 kJmol ) ¹
C + O2 CO2 ∆H2 = -394 kJmol ) ¹
H2 + ½ O2 H2O ∆H3 = -286 kJmol ) ¹
6C + 3H2 C6H6 ∆H4 = ??
2) Bahan Hasil
6CO2 + 3H2O C6H6 + 15/2 O2 ∆H1 = +3271 kJmol ) ¹
(C + O2)x6 (CO2)x6 (∆H2 = -394 kJmol ) ¹)x6
(H2 + ½ O2)x3 (H2O)x3 (∆H3 = -286 kJmol ) ¹)x3
6C + 3H2 C6H6 ∆H4 = ??
3) Bahan Hasil
6CO2 + 3H2O C6H6 + 15/2 O2 ∆H1 = +3271 kJmol ) ¹
6C + 6O2 6CO2 ∆H2 = -2364 kJmol ) ¹
3H2 + 3/2 O2 3H2O ∆H3 = -858 kJmol ) ¹
6C + 3H2 C6H6 ∆H4 = ??
Hukum Hess : ∆H3 = ∆H1 + ∆H2
Jalan laluan terus jalan laluan tak terus
∆H4 = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3
= (+3271 + (-2364) + (-858) )kJ mol ) ¹
∆H4 pembentukan benzena = +49 kJ mol , ¹