modul termokimia -...
TRANSCRIPT
i
MODUL TERMOKIMIA
KELAS XI MIA
SEMESTER GANJIL
TAHUN PELAJARAN 2018-2019
ii
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ..................................................................................................................................... ii
BAB I. PENDAHULUAN ............................................................................................................................ 1
A. Deskripsi Modul .............................................................................................................................. 1
B. Prasyarat ..................................................................................................................................... 1
C. Petunjuk Penggunaan Modul ........................................................................................................... 1
D. Tujuan ..................................................................................................................................... 1
BAB II. MATERI PEMBAHASAN ............................................................................................................. 3
A. Rencana Belajar Peserta Didik ................................................................................................................. 3
1. Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi .............................................................. 3
a. Kompetensi Dasar ............................................................................................................................ 3
b. Indikator Pencapaian Kompetensi ................................................................................................... 3
B. Kegiatan Belajar 1 .................................................................................................................................... 4
1. Tujuan Kegiatan Belajar 1 ............................................................................................................... 4
2. Materi Belajar 1 ............................................................................................................................... 4
2.1 Termokimia ............................................................................................................................... 4
2.2 Energi dan Perubahan Energi ................................................................................................... 5
2.2.1 Perubahan Energi dalam Reaksi Kimia ............................................................................ 5
C. Kegiatan Belajar 2 .................................................................................................................................... 8
1. Tujuan Kegiatan Belajar 2: .............................................................................................................. 8
2. Materi Kegiatan Belajar 2 ................................................................................................................ 8
2.1 Entalpi dan Perubahan Entalpi .................................................................................................. 8
D. Kegiatan Belajar 3 .................................................................................................................................. 17
1. Tujuan Kegiatan Belajar 3 ............................................................................................................. 17
2. Materi Kegiatan Belajar 3 .............................................................................................................. 17
2.1 Persamaan Termokimia Dan Diagram Energi ....................................................................... 17
2.2 Perubahan Entalpi Standar (∆H0) ........................................................................................... 18
E. Kegiatan Belajar 4 ................................................................................................................................. 21
1. Tujuan Kegiatan Belajar 4 ............................................................................................................. 21
2. Materi Kegiatan Belajar 4 .............................................................................................................. 21
2.1 Penentuan Entalpi Reaksi ....................................................................................................... 21
1
BAB I. PENDAHULUAN
A. Deskripsi Modul
Modul pada kelas XI MIA Semester ganjil berutujuan untuk memberikan wawasan tentang
perpindahan suatu energi dalam bentuk kalor dan kerja yang melibatkan system dan lingkungan.
Berikut cakupan materi pada modul:
1. Energi, Kalor, Sistem, dan Lingkungan reaksi.
2. Reaksi Eksotermik dan Endotermik
3. Entalpi, Perubahan Entalpi Standar, dan persamaan termokimia
4. Kalorimeter
B. Prasyarat
Agar peserta didik dapat memahami materi termokimia, diperlukan pemahaman ikatan, kekuatan
ikatan dan energi ikatan, serta stoikiometri reaksi.
C. Petunjuk Penggunaan Modul
1. Bagi Peserta Didik
a. Baca dan pahami dulu materi yang disajikan pada modul
b. Lakukan latihan yang ada di dalam modul.
c. Setelah semua latihan dikerjakan, lanjutkan mengerjakan soal-soal evaluasi.
2. Bagi guru
a. Proses pembelajaran dirancang sesuai urutan kegiatan belajar.
b. Memberikan informasi awal tentang arah dan tujuan materi.
c. Membimbing pada proses pembelajaran.
d. Mengevaluasi hasil belajar peserta didik
D. Tujuan
1. Tujuan akhir :
Setelah mempelajari modul ini, peserta didik diharapkan mampu memahami, menjelaskan
konsep termokimia serta mampu menyelesaikan persoalan yang berhubungan dengan materi
termokimia.
2
2. Tujuan antara :
Setelah mengikuti pembelajaran, peserta didik diharapkan:
a. Mampu memahami pengertian energi dan kalor serta membedakan sistem dan lingkungan
rekasi
b. Mampu membedakan reaksi eksotermik dan endotermik.
c. Mampu menjelaskan pengertian entalpi dan konsep perubahan entalpi.
d. Mampu menentukan perubahan entalpi reaksi berdasarkan entalpi pembentukan standar dan
percobaan menggunakan kalorimeter sederhana.
3
BAB II. MATERI PEMBAHASAN
A. Rencana Belajar Peserta Didik
1. Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi
a. Kompetensi Dasar
3.1 Membedakan reaksi eksoterm dan reaksi endoterm.
3.2 Menjelaskan konsep perubahan entalpi reaksi pada tekanan tetap dalam persamaan
termokimia.
3.3 Menjelaskan jenis entalpi reaksi dan memahami penentuan perubahan entalpi
menggunakan kalorimeter sederhana
b. Indikator Pencapaian Kompetensi
3.1.1 Memahami pengertian energi, kalor, system dan lingkungan.
3.1.2 Mengidentifikasi reaksi yang membutuhkan kalor dan reaksi yang melepaskan kalor
3.2.1 Menjelaskan reaksi eksoterm dan endoterm berdasarkan hasil percobaan dan diagram
tingkat energi.
3.3.1 Memahami penjelasan tentang perubahan entalpi, macam-macam perubahan entalpi
standar, dan persamaan termokimia.
3.3.2 Menjelaskan cara menentukan perubahan entalpi reaksi berdasarkan entalpi
pembentukan standar
3.3.3 Menentukan perubahan entalpi reaksi berdasarkan entalpi pembentukan standar dan
percobaan menggunakan kalorimeter sederhana.
4
B. Kegiatan Belajar 1
1. Tujuan Kegiatan Belajar 1
a. Melalui pembelajaran mandiri, peserta didik mampu memahami pengertian energi, kalor,
sistem dan lingkungan.
b. Melalui pembelajaran mandiri, peserta didik mampu mengidentifikasi reaksi yang
membutuhkan kalor dan reaksi yang melepaskan kalor.
2. Materi Belajar 1
2.1 Termokimia
Mengapa sumber energi manusia disimpan dalam bentuk lemak dan bukan karbohidrat?
Aerobik, tenis, angkat beban, jogging merupakan bentuk olahraga populer untuk
mempertahankan kesehatan tubuh. Pernahkan kita bertanya, dari manakah energi untuk
melakukan kegiatan tersebut berasal? Hal yang mengejutkan, sebagian besar berasal dari lemak,
yaitu sistem penyimpanan energi utama dalam tubuh. Selama olahraga, molekul lemak bereaksi
dengan air (hidrolisis) membentuk golongan senyawa yang disebut asam lemak. Melalui sederet
reaksi yang rumit, asam lemak diubah menjadi karbon doksida dan air. Energi yang dibebaskan
dalam reaksi ini digunakan untuk menggerakkan otot. Asam lemak yang khas pada manusia
adalah asam palmitat, CH3(CH2)14COOH.
Pembakaran langsung asam palmitat di dalam kalorimeter bom menghasilkan produk yang
sama dengan hasil metabolisme di dalam tubuh dan disertai dengan energi yang sangat besar,
menurut persamaan: CH3(CH2)14COOH + 23O2 → 16CO2 + 16H2O ΔHo = -9.977 kJ. Jika
dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon serupa, misalnya C16H34, energi pembakaran asam
palmitat nilainya hampir sama. Kalor pembakaran C16H34 sebesar – 10.700 kJ. Lemak yang
tersimpan di dalam tubuh kita yang merupakan sebagai bahan bakar utama, ternyata sebanding
dengan bahan bakar jet di pesawat udara. Dalam kedua kasus ini, bahan bakar dapat menambah
berat, tetapi dapat dibakar untuk menghasilkan sejumlah energi yang dibutuhkan untuk aktivitas
sehari-hari. Namun demikian, pemecahan asam lemak memerlukan waktu lebih lama jika
dibandingkan dengan pemecahan karbohidrat sederhana. Hal inilah yang menyebabkan manusia
cenderung mengonsumsi gula (jus buah, permen, ) untuk mendapatkan energi secara cepat.
Padahal pembakaran gula (sukrosa) sebesar 1 mol menghasilkan energi yang jauh lebih rendah
(-5.640 kJ/mol) dibandingkan dengan asam lemak. Sebagai perbandingan, perhatikan grafik
entalpi pembakaran zat-zat yang memiliki jumlah atom C dan H yang sama berikut ini:
5
Berdasarkan grafik tersebut, dapat kita simpulkan bahwa energi (entalpi) pembakaran
terbesar dihasilkan oleh hidrokarbon, dan yang terendah dihasilkan oleh molekul gula. Sebagai
sumber energi, lemak menghasilkan sekitar 9 kal/g (38 kJ/g). Sedangkan karbohidrat dan protein
keduanya menghasilkan sekitar 4 kal/g (17 kJ/g). Dari data tersebut, jika seorang manusia ingin
memiliki cadangan energi yang sama, misalnya 4,2 x 105 kJ, dan disimpan dalam bentuk lemak,
maka perlu tambahan 11 kg berat badan dari berat semula. Namun jika disimpan dalam bentuk
karbohidrat, memerlukan tambahan 25 kg berat badan. Oleh karena itu, kita harus bersyukur
kepada Tuhan, bahwa cadangan energi disimpan dalam bentuk lemak dan bukan dalam bentuk
karbohidrat. Seandainya dalam bentuk karbohidrat, semua orang akan mengalami kegemukan
atau obesitas, dan akan menghambat aktivitas sehari-hari. Hal inilah yang menyebabkan
pentingnya termokimia dipelajari ditingkat Sekolah Menengah Atas.
2.2 Energi dan Perubahan Energi
Secara umum energi didefinisikan sebagai kemampuan untuk melakukan kerja. Dalam hal
ini, yang dimaksud dengan kerja adalah suatu perubahan yang langsung dihasilkan oleh suatu
proses. Energi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu energi kinetik dan energi potensial. Energi
kinetik adalah energi yang tersimpan dalam sebuah benda akibat gerakannya. Beberapa contoh
energi kinetik adalah energi panas (termal) dan energi listrik. Energi potensial merupakan energi
yang besarnya ditentukan oleh kedudukan benda, misalnya ketinggian benda. Energi-energi
tersebut dapat berubah bentuk, misalnya energi kimia dapat berubah menjadi energi panas atau
energi gerak. Perubahan energi tersebut tidak berakibat pada hilangnya energi. Hal ini sesuai
dengan Hukum Kekekalan Energi, bahwa energi alam semesta adalah tetap.
2.2.1 Perubahan Energi dalam Reaksi Kimia
a. Energi Panas dan Kalor
Hampir semua reaksi melepas atau menyerap energi, umumnya dalam bentuk kalor. Kalor
dalam hal ini didefinisikan sebagai perpindahan energi panas (termal) dari dua benda yang
berbeda suhunya. Menurut Hukum ke-0 (nol) Termodinamika, energi panas akan berpindah dari
benda yang suhunya lebih tinggi ke benda yang suhunya lebih rendah.
6
b. Sistem dan Lingkungan
Dalam termokimia, ada dua hal yang perlu diperhatikan mengenai perpindahan energi,
yaitu sistem dan lingkungan. Segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian dalam mempelajari
perubahan energi disebut sistem, sedangkan hal-hal di luar sistem yang membatasi sistem dan dapat
memengaruhi sistem disebut lingkungan.
Pada contoh tersebut, yang menjadi pusat perhatian adalah air yang disebut sebagai sistem,
sedangkan teko air dan suhu udara, dan mungkin tangan Anda yang menyentuh teko air tersebut
merupakan lingkungan.
Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem dibedakan menajdi tiga macam, yaitu sistem
terbuka, sistem tertutup, dan sistem terisolasi.
1) Sistem Terbuka
Sistem terbuka adalah suatu sistem yang memungkinkan terjadinya perpindahan kalor
dan zat (materi) antara lingkungan dengan sistem.
Contoh :
Adapun contoh lain dari sistem terbuka yaitu ketika merebus air dalam panci terbuka.
Energi berupa kalor dan materi dapat ditransfer ke lingkungan melalui uap air yang
dihasilkan. Panci adalah sistem terbuka karena memungkinkan untuk transfer materi
dan untuk transfer energi.
Contoh:
Pada proses mendidihkan air, terjadi kenaikan suhu yang menyebabkan suhu teko air
menjadi naik, demikian juga dengan suhu disekitarnya.
Reaksi antara logam magnesium dengan asam klorida encer yang dilakukan
pada tabung reaksi yang terbuka. Pada peristiwa ini terjadi reaksi:
Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)
Oleh karena reaksi dilakukan pada tabung terbuka, gas hydrogen yang
dihasilkan akan keluar dari sistem ke lingkungan, dan kalor yang dihasilkan
pada reaksi tersebut juga akan merambat keluar dari sistem ke lingkungan.
Sistem
energi
materi
LINGKUNGAN
7
2) Sistem Tertutup
Sistem tertutup adalah suatu sistem yang memungkinkan terjadinya perpindahan kalor
antara sistem dan lingkungan, tetapi tidak dapat terjadi perpindahan materi. Dalam
proses mendidihkan air, ketika meletakkan tutup pada panci materi tidak bisa lagi
tertransfer karena tutup panci mencegah adanya ateri yang memasuki panci atau
meninggalkan panci. Namun, panci tersebut masih memungkinkan untuk terjadi
transfer energi. Walaupun panci sudah tertutup, energi panas masih bisa ditransfer dari
dalam keluar panci atau sebaliknya.
Contoh:
3) Sistem Terisolasi
Sistem terisolasi merupakan suatu sistem yang tidak memungkinkan terjadinya
perpindahan kalor dan materi antara sistem dengan lingkungan. Contoh dari sistem
terisolasi yang sederhana ini yaitu kalorimeter bom. Di dalam kalorimeter bom, tidak
mungkin terjadi adanya transfer materi atau energi dari dalam ke luar kalorimeter bom
atau sebaliknya.
Jika reaksi antar logam magnesium dengan asam klorida encer tersebut
dilakukan pada tabung reaksi yang tersumbat dengan rapat, gas hydrogen
(materi) di dalam sistem tidak dapat meninggalkan (keluar) sistem. Akan
tetapi, perambat kalor meninggalkan (keluar) sistem tetap terjadi melalui
dinding tabung reaksi.
SISTEM
energi
LINGKUNGAN
SISTEM LINGKUNGAN
8
Contoh:
Pada umumnya, reaksi kimia banyak dilakukan di dalam sistem yang terbuka.
C. Kegiatan Belajar 2
1. Tujuan Kegiatan Belajar 2:
a. Melalui pembelajaran mandiri, peserta didik dapat menjelaskan pengertian entalpi suatu zat dan
perubahannya
b. Melalui percobaan, peserta didik dapat membedakan reaksi eksoterm dan endoterm
c. Melalui pembelajaran mandiri, peserta didik dapat membedakan macam-macam perubahan
entalpi
2. Materi Kegiatan Belajar 2
2.1 Entalpi dan Perubahan Entalpi
a. Hukum Pertama Termodinamika dan Energi Dalam
Hukum I Termodinamika pada dasarnya merupakan hukum kekekalan energy, yang
menyatakan bahwa energy dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk yang lain, tetapi energy tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Reaksi antara logam magnesium dan asam klorida encer yang dilakukan di
dalam suatu tempat yang tertutup rapat (terisolasi), misalnya di dalam
penyimpanan air panas (termos).
EVALUASI KEGIATAN BELAJAR 1
1. Uraikan yang Anda ketahui tentang sistem dan lingkungan!
2. Berikan contoh sistem dan lingkungan yang terdapat dalam kehidupan
sehari-hari !
9
Pembuktian konsep ini tidak dapat dilakukan dengan mengukur seluruh energi yang ada di
alam. Oleh karena itu, yang dapat dilakukan adalah mengukur energy berdasarkan keadaan awal
dan keadaan akhir selama proses berlangsung pada sistem. Suatu sistem mengalami perubahan dan
dalam perubahan tersebut terjadi penyerapan kalor, sebagian energy kalor yang diserap digunakan
untuk melakukan kerja (w). Misalnya pada pemuaian gas, kerja tersebut digunakan untuk melawan
tekanan udara di sekitarnya. Sebagian lain dari energy tersebut disimpan dalam sistem, yang
digunakan untuk gerakan-gerakan atom-atom atau molekul-molekul, serta mengatur interaksi
antarmolekul tersebut. Bagian energy yang disimpan ini disebut dengan energy dalam (E). Energi
dalam tidak dapat diukur, tetapi dapat diketahui besar perubahan dari suatu proses reaksi yang
terjadi.
ΔE = E2-E1 E1 dan E2 adalah energy dalam sistem pada keadaan awal dan keadaan akhir.
Besar perubahan energy dalam suatu sistem reaksi kimia merupakan jumlah perpindahan kalor dan
kerja.
ΔE = q + w
- Jika sistem menerap kalor, q bernilai positif
- Jika sistem mengeluarkan kalor, q bernilai negatif.
- Jika sistem melakukan kerja, w bernilai negatif
- Jika sistem dikenai kerja, w bernilai positif.
b. Kerja dan Kalor
Pada proses reaksi kimia, kerja (w) umumnya terjadi akibat adanya gas yang terlibat dalam
reaksi. Jika reaksi menghasilkan gas, volume akan bertambah dan pertambahan volume ini akan
mendesak keluar melawan tekanan udara luar. Kerja yang dilakukan oleh sistem untuk mendorong
tekanan luar tersebut adalah sebagai berikut.
W = -PΔV
ΔV = V2 – V1
Jika kerja dilakukan oleh sistem, tandanya negatif. Kerja tidak hanya dihitung dari keadaan awal
dan keadaan akhir, tetapi jalannya proses memengaruhi besarnya kerja yang dilakukan. Kalor (q)
yang terjadi dalam suatu proses tergantung pada bagaimana proses tersebut berlangsung. Jadi, tidak
dapat hanya dihitung pada kondisi awal dan akhir saja. Jumlah dari kedua energy (q + w) adalah
sama dengan ΔE.
Contoh:
Sepotong logam magnesium direaksikan dengan asam klorida encer pada sistem terbuka dengan
reaksi:
Mg(s) + 2 HCl (aq) ….. MgCl2 (aq) + H2 (g)
10
Pada reaksi tersebut sistem melepas kalor sebesar 200 kJ dan menghasilkan gas yang akan
menyebabkan terjadinya perubahan volume. Sistem juga melakukan kerja sebesar 50 kJ. Perubahan
energy dalam (ΔE) dalam proses tersebut adalah:
ΔE = q + w
Q = -200 kJ (karena sistem melepas kalor, maka q bertanda negatif)
W = -50 kJ (karena sistem melakukan kerja)
ΔE = (-200 – 50) kJ
= -250 kJ
c. Entalpi dan Perubahan Energi
Proses yang terjadi pada sistem reaksi kimia hampir semuanya dilakukan pada volume sistem
dan tekanan luar tetapi. Jika reaksi kimia berlangsung pada volume tetap, ΔV = 0, artinya tidak
ada kerja (w = P ΔV). Jadi, besarnya perubahan energy dalam adalah:
ΔE = q - P ΔV
= qv
“v” menandakan reaksi berlangsung pada volume tetap. Reaksi kimia lebih banyak dilakukan pada
tekanan luar tetap sehingga perubahan energy dalam yang terjadi:
ΔE = q + w
= qp - P ΔV
Berarti besarnya perubahan kalor pada tekanan tetap (qp) adalah
qp = ΔE + P ΔV
Nilai entalpi hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir. Perubahan entalpi
juga hanya bergantung pada keadaan awal dan keadaan akhir. Perubahan entalpi (ΔH) dinyatakan
sebagai berikut:
ΔH = ΔE + Δ(PV)
dan untuk proses yang berlangsung pada tekanan tetap, berarti
ΔH = ΔE + P ΔV
qp = ΔH
Jadi, suatu proses reaksi kimia yang berlangsung pada tekanan tetap, nilai perubahan
entalpinya (ΔH) adalah sama dengan besar kalor yang dipindahkan dari sistem ke lingkungan atau
sebaliknya. Nilai perubahan entalpi tergantung pada keadaan awal dan akhir saja, dan tidak
bergantung pada bagaimana proses perubahan itu terjadi atau jalannya reaksi.
ΔH = Hakhir- Hawal
Perubahan entalpi yang menyertai suatu reaksi dipengaruhi oleh jumlah zat, keadaan fisis
dari zat tersebut, suhu, dan tekanan.
Contoh:
1. Pada pembentukan 1 mol air dari gas hydrogen dan gas oksigen pada 25°C, 1 atm, dilepaskan
kalor sebesar 285,5 kJ dan pada pembentukan 2 mol air dari gas hydrogen dan oksigen pad
25°C, 1 atm, dilepaskan 571 kJ
11
2. Pada pembentukan 1 mol uap air dari gas hydrogen dan oksigen pada 25°C, 1 atm, dilepaskan
kalor sebesar 240 kJ, sedangkan jika yang terbentuk air dalam wujdu cair dilepaskan kalor
285,5 kJ/mol.
3. Kalor penguapan air pada 25°C dan tekanan 1 atm adalah 44 kJ/mol, sedangkan pada 100°C
dan tekanan 1 atm kalor penguapannya 40 kJ/mol.
d. Reaksi Eksoterm dan Reaksi Endoterm
Proses kembalinya suhu ke keadaaan awal yang terjadi karena sistem melepas kalor, dan
reaksinya disebut reaksi eksoterm. Jadi, reaksi eksoterm merupakan reaksi yang terjadi dengan
disertai pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan atau reaksi yang melepas kalor. Salah satu ciri
khas reaksi eksoterm adalah selama proses reaksi berlangsung, suhu sistem naik. Reaksi endoterm
adalah reaksi yang disertai dengan perpindahan kalor dari lingkungan ke sistem atau reaksi yang
sistemnya menyerap kalor. Salah satu ciri khas reaksi endoterm adalah selama reaksi berlangsung
terjadi penurunan suhu sehingga untuk kembali dalam keadaan suhu awal sistem harus menyerap
kalor.
Oleh karena itu, pada reaksi eksoterm di mana sistem melepas kalor, kandungan kalor sistem
berkurang atau entapi sebelum reaksi (keadaan awal) lebih besar daripada setelah reaksi (keadaan
akhir).
Hawal > Hakhir
Oleh karena, ΔH < 0
Hal yang sama terjadi pada reaksi endoterm, di mana:
Hawal < Hakhir
dan ΔH akan mempunyai nilai positif, ΔH > 0
Percobaan Kegiatan Belajar 2:
Membedakan reaksi eksoterm dan endoterm
Alat dan Bahan:
- Gelas kaca
- Thermometer
- Pengaduk
- Larutan cuka dapur
- Soda kue
- Batu gamping
12
Cara kerja:
- Masukkan larutan cuka dapur ke dalam 2 gelas kaca masing-masing hingga setengahnya
- Ukur suhu larutan cuka
- Masukkan 2 spatula soda kue ke dalam gelas kaca pertama, dan sebongkah batu gamping ke gelas
kaca kedua
- Ukur suhu campuran
- Sentuh bagian luar gelas kaca dengan menggunakan kulit punggung tangan
Data Pengamatan
Gelas kaca Suhu Awal (°C) Suhu Akhir
(°C)
Perubahan Suhu
(°C)
Yang dirasakan
di kulit tangan
1
2
Analisis Data:
No. Pertanyaan Analisis
1. Zat-zat yang terlibat reaksi dikatakan sebagai
sistem. Apa sajakah yang termasuk sistem
untuk reaksi di gelas kaca pertama dan kedua?
2. Segala sesuatu yang ada ada di sekitar
sistem, dan langsung mempengaruhinya
disebut sebagai lingkungan. Apa sajakah
yang termasuk lingkungan untuk reaksi di gelas kaca
pertama dan kedua?
3. Suatu reaksi kimia (sistem) ada yang mampu
melepas ada pula yang mampu menyerap
kalor dari lingkungannya.
a. Sistem reaksi manakah yang melepas
kalor? Jelaskan!
b. Sistem manakah yang menyerap kalor?
Jelaskan?
4. Reaksi yang melibatkan kalor dikategorikan
menjadi 2, yaitu eksotermik dan
endotermik. Reaksi eksotermik, yaitu reaksi
13
yang sistem reaksinya melepaskan kalor.
Sedangkan reaksi endotermik adalah
reaksi yang sistem reaksinya menyerap
kalor.
a. Reaksi manakah yang tergolong
eksotermik?Jelaskan!
b. Reaksi manakah yang tergolong
endotermik? Jelaskan!
14
1. Seorang peserta didik mengisi lima buah gelas kimia
dengan 50 mL air yang suhunya 25oC. setelah
dimasukkan suatu zat pada masing-masing
gelas terjadi perubahan suhu seperti gambar
berikut:
Gambar yang menunjukkan reaksi eksoterm
adalah..
a. 1 dan 2 c. 2 dan 4 e. 2 dan 3
b. 1 dan 3 d. 4 dan 5
2. Pernyataan yang benar untuk reaksi:
2CO + O2 → 2CO2 ΔH = x kJ adalah…
a. Kalor pembentukan CO = 2x kJ/mol
b. Kalor penguraian CO = x kJ/mol
c. Kalor pembakaran CO = ½ x kJ/mol
d. Kalor pembakaran CO = 2x kJ/mol
e. Kalor pembentukan CO2 = ½ x kJ/mol
3. Diketahui reaksi: 2S + 3O2 2SO3 ΔH = -800
kJ. Jika suatu saat reaksi tersebut hanya
menghasilkan 200 kJ, maka gas SO3 yang
terbentuk pada kondisi di mana 10 L gas
nitrogen massanya 7 gram adalah … L (Ar S
= 32, O = 16, H = 1, N = 14)
a. 10 c. 20 e. 40
b. 11,2 d. 22,4
Evaluasi Kegiatan Belajar 2
15
4. Bila 2,3 gram dimetil eter (Mr = 46) dibakar
pada tekanan tetap, kalor yang dilepaskan
adalah 82,5 kJ. Berdasarkan data tersebut,
kalor pembakaran dimetil eter adalah…
kJ/mol
a. – 413 c. – 825 e. – 1650
b. + 825 d. + 1650
5. Diketahui data:
2H2 + O2 2H2O ΔH = - 571 kJ
2Ca + O2 2CaO ΔH = - 1269 kJ
CaO + H2O Ca(OH)2 ΔH = - 64 kJ
Maka, entalpi pembentukan Ca(OH)2
adalah…
a. – 984 kJ/mol d. – 856 kJ/mol
b. – 1966 kJ/mol e. – 1904 kJ/mol
c. – 1161 kJ/mol
6. Diketahui persamaan termokimia:
C(s) + 2H2(g) CH4 ΔH = - 18 kJ
C(s) C(g) ΔH = 170 kJ
H2(g) 2H(g) ΔH = 104 kJ
Energy ikatan rata-rata C-H adalah…kJ
a. – 4,5 c. – 99 e. + 73
b. + 4,5 d. + 99
7. Diketahui energy ikatan:
C – F = 439 kJ/mol F – F = 159 kJ/mol
C – Cl = 330 kJ/mol Cl – Cl = 243 kJ/mol
Panas reaksi untuk: CF2Cl2 + F2 → CF4 + Cl2
adalah…kJ
a. + 136 c. – 320 e. – 622
b. + 302 d. + 622
16
8. Diketahui:
ΔHfo H2O = - 242 kJ/mol
ΔHfo CO2 = - 394 kJ/mol
ΔHfo C2H2 = 52 kJ/mol
Maka kalor pembakaran 52 gram gas etuna
(C2H2) adalah…kJ. (Ar C = 12, H = 1)
a. 391,2 c. 1082 e. 4328
b. 432,8 d. 2164
9. Diagram tahap reaksi pembentukan gas SO3 :
Berdasarkan diagram di atas harga ΔH2
adalah ..
a. 790,4 kJ c. 593,8 kJ e. 196,6 kJ
b. -196,6 kJ d. -593,8 kJ
10. Pembakaran 32 gram metana (Mr = 16)
dalam kalorimeter menyebabkan suhu
kalorimeter naik dari 25,5oC menjadi 90,5oC.
Jika kalorimeter berisi 4 liter air dan Cair = 4,2
J/goC serta Ckalorimeter = 0, maka entalphi
pembakaran gas metana tersebut adalah…
a. – 546 kJ/mol d. + 546 kJ/mol
b. – 273 kJ/mol e. – 1.092 kJ/mol
c. + 273 kJ/mol
17
D. Kegiatan Belajar 3
1. Tujuan Kegiatan Belajar 3
a. Melalui belajar mandiri, peserta didik dapat menjelaskan persamaan termokimia dan
menganalisis diagran energi
b. Melalui belajar mandiri, peserta didik dapat menentukan perubahan entalpi standar (Ho)
2. Materi Kegiatan Belajar 3
2.1 Persamaan Termokimia Dan Diagram Energi
Persamaan termokimia merupakan persamaan reaksi yang disertai informasi tentang
jumlah mol zat pereaksi dan hasil reaksi (ditunjukan oleh koefisien persamaan reaksi) dan
perubahan entalpi (∆H) yang menyertai reaksi tersebut.
Dua contoh tersebut menunjukan bahwa nilai perubahan entalpi dipengaruhi oleh jumlah
mol zat yang telibat reaksi.
Proses penguapan 1 mol air (perubahan air dari wujud cair ke wujud gas) diperlukan kalor
sebesar 44 kJ, maka persamaan termokimianya adalah :
H2O(l) H2O(g) ∆H = + 44 Kj
Contoh:
1. H2 (g) + 1
2 O2 (g) H2O (l) ∆H = -285,5 kJ
Persamaan termokimia ini menunjukan bahwa reaksi pembentukan 1 mol air
disertai dengan perpindahan kalor dari sistem ke lingkungan sebesar 285,5 kJ.
2. 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) ∆H = -571,0 kJ
Persamaan termokimia ini menunjukan bahwa reaksi pembentukan 2 mol air
disertai dengan perpindaan kalor dari sistem ke lingkungan sebesar 571,0 kJ.
H2 (g) + 1
2 O2
∆H = - 285,5 kJ
H2O
Enta
lpi (
H)
H2O (g)
∆H = + 44 kJ
H2O(l)
Enta
lpi (
H)
Diagram energi pembentukan air
dari gas hidrogen dan oksigen
Diagram energi proses
penguapan air.
18
Diagram energi menggambarkan besarnya entalpi zat-zat sebelum reaksi dan entalpi zat-
zat hasil reaksi, serta besarnya perubahan entalpi (∆H) yang menyertai reaksi tersebut. Reaksi
pembentukan air dari gas hidrogen dan gas oksigen merupakan reaksi eksoterm dimana sistem
melepas kalor. Hal ini berarti bahwa entalpi gas hidrogan dan gas oksigen lebih besar daripada
entalpi air. Diagram energinya dapat disiamak dalam gambar.
Nilai enlapi gas hidrogen dan gas oksigen lebih besar daripada entalpi air sehingga
letaknya di atas entalpi air. Sistem mengalami penurunan nilai entalpi sebesar 285,5 kJ yang
ditunjukan oleh anak panah ke bawah.
Proses penguapan air merupakan proses endoterm di mana pada proses tersebut
diperlukan energi sebesar 44 Kj. Energi diserap oleh air sehingga air berubah menjadi uap air.
Air dalam wujud gas (uap air) mempunyai entalpi yang lebih tinggi daripada air dalam wujud
cair. Diagram energinya dapat disimak pada gambar.
2.2 Perubahan Entalpi Standar (∆H0)
Entalpi merupakan besaran fisis yang nilainya dipengaruhi oleh jumlah dan wujud zat, serta
dipengaruhi oleh lingkungan (suhu dan tekanan). Pengukuran entalpi pada suhu dan tekanan
yang berbeda akan menghasilkan nilai entalpi yang berbeda. Oleh karena itu, disepakati suatu
keadaan standar, yaitu pada suhu 298 K dan tekanan 1 atm. Jadi, perubahan entalpi standar
adalah perubahan entalpi yang diukur pada 298 K dan tekanan 1 atm. Perubahan entalpi standar
dibedakan berdasarkan berdasarkan jenis reaksi atau prosesnya.
a. Perubahan entalpi pembentukan standar (∆Hf0)
Perubahan entalpi pembentukan standar (Standard Enthalpy of Formation)
merupakan perubahan entalpi yang terjadi pada pembentukan 1 mol suatu senyawa dari
unsur-unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar. Satuan perubahan entalpi
pembentukan standar menurut Sistem Internasional (SI) adalah kilojoul per mol (kJ mol-1).
b. Perubanan entalpi penguraian standar (∆Hd0)
Perubahan entalpi penguraian standar (Standard Enthalpy of Decomposition)
adalah perubahan entalpi yang terjadi pada penguraian 1 mol suatu senyawa menjadi unsur
unsurnya yang paling stabil pada keadaan standar. Pada dasarnya, perubahan entalpi
Contoh:
Perubahan entalpi pembentukan standar dari kristal amonium klorida adalah -314,4 kJ
mol-1. Persamaan termokimia dari pernyataan tersebut adalah :
1
2 N2 (g) + 2H2 (g) +
1
2 Cl2 (g) NH4Cl (s) ∆Hf
0 = -314,4 kJ mol-1
Catatan : Nilai perubahan entalpi pembentukan standar (∆Hf0) unsur adalah nol (0).
19
penguraian standar merupakan kebalikan dari perubahan entalpi pembentukan standar,
maka nilainya pun akan berlawanan tandanya.
c. Perubahan entalpi pembakaran standar (∆Hc0)
Perubahan entalpi pembakaran standar (Standard Entalpy of Combustion) adalah
perubahan entalpi yang terjadi pada pembakaran 1 mol suatu zat secara sempurna.
Pembakaran merupakan reaksi suatu zat dengan oksigen, contohnya :
1. C(s) + O2 (g) CO2(g)
2. H2 (g) + 1
2 O2 (g) H2O(g)
3. S(s) + O2 (g) SO2(g)
4. N(s) + O2 (g) 2NO (g)
Pertanyaan Jawaban
Nilai perubahan entalpi pembakaran standar
(∆Hc0) metanol (CH3OH) adalah -638,5
kj/mol. Tuliskan persamaan termokimianya.
Jika diketahui ∆Hc0 C = -393,5 Kj/mol.
Berapa kalor yang terjadi pada pembakaran
1 kg arang. Jika dianggap bahwa yang
mengandung 48% karbon dan Ar C = 12?
Contoh:
Jika ∆Hf0 H2O (g) = -240 Kj mol-1, maka ∆Hd
0 H2O = + 240 Kj mol-1 dan persamaan
termokimianya adalah :
H2O (l) H2 (g) + 1
2 O2 (g) ∆H = +240 kJ
Evaluasi Kegiatan Belajar 3
20
Ke dalam ruang tertutup dan tekanan tetap
direaksikan larutan asam klorida dengan
keeping pualam sehingga terjadi reaksi:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Pada reaksi tersebut dilepaskan 50 kJ kalor
dan pada tekanan tetap 1 atm, volume sistem
bertambah 0,2 liter. Apabila 1 liter atm setara
dengan 4,2 Joule, tentukan besarnya
perubahan energi dalam sistem tersebut!
Pada pembakaran 1,6 gram gas metana
(CH4) dibebaskan kalor 80,2 kJ. Tentukan
∆HcoCH4 dan tuliskan persamaan
termokimianya! (Ar C=12, H=1)
Suatu bahan bakar mempunyai entalpi
pembakaran -250kJ/mol. Jika 4 gram bahan
bakar tersebut (Mr=90) dibakar, hitunglah
entalpi pembakaran yang dihasilkan!
21
E. Kegiatan Belajar 4 :
1. Tujuan Kegiatan Belajar 4
a. Melalui percobaan, peserta didik dapat menentukan perubahan entalpi reaksi
b. Melalui belajar mandiri, peserta didik dapat menjelaskan prinsep kerja kalorimeter
2. Materi Kegiatan Belajar 4
2.1 Penentuan Entalpi Reaksi
Untuk menentukan perubahan entalpi reaksi dapat menggunakan percobaan, sebagai berikut :
Pada percobaan ini akan ditentukan perubahan entalpi pada reaksi antara larutan Natrium
Hidroksida dengan larutan Asam klorida.
NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(aq)
Alat dan Bahan :
Cara Kerja :
a. Memasukan 50 mL larutan NaOH 1 M ke dalam gelas styrofoam dan masukan 50 ml
larutan HCl 1 M ke dalam silinder ukur.
b. Ukurlah suhu kedua larutan. Jika suhu kedua larutan berbeda, catat suhu rata-ratanya
sebagai suhu awal.
c. Tuangkan larutan HCl tersebut ke dalam bejana yang berisi larutan NaOH. Aduk dengan
termometer dan perhatikan suhu yang terbaca pada termometer. Catatlah suhu tertinggi
yang terbaca sebagai suhu akhir
2.1 Kalorimetri
Alat yang digunakan untuk menentukan perubahan kalor disebut kalorimetri. Kalorimetri
sederhana dapat dibuat dibuat dari gelas atau wadah yang bersifat isolator, misalnya gelas
styrofoam atau plastik yang bersifat isolator. Dengan demikian, selama reaksi dianggap tidak
ada kalor yang hilang.
Alat dan Bahan Ukuran/satuan Jumlah
Gelas styrofoam 200 Ml 2 buah
Silinder ukur 50 Ml 2 buah
Termometer 0 - 500C 1 buah
Larutan Natrium hidroksida 1 M 50 mL
Larutan Asam Klorida 1 M 50 mL
22
Alat yang lebih teliti untuk mengukur perubahan kalor adalah kalorimeter bem, yaitu suatu
kalorimetrer yang dirancang khusus sehingga sistem benar-benar dalam keadaan terisolasi.
Umumnya, digunakan untuk menentukan perubahan entalpi dari reaksi-reaksi pembakaran
yang melibatkan gas. Di dalam kalorimeter bom terdapat ruang khusus untuk berlangsung nya
reaksi, yang di sekitarnya diselubungi air sebagai penyerap kalor.
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa perubahan entalpi (∆H) merupakan perubahan
kalor yang diukur pada tekanan uap (qp). Pada reaksi eksoterm, kalor yang dilepas oleh sistem
sebagian diserap oleh kalorimeter dan sebagian kalor akan menyebabkan menurunnya suhu
sistem. Jadi, kalor total yang dilepas atau diserap sistem adalah sebagai berikut.
qtotal = qsistem + qkalorimeter
Kalor yang diserap atau dilepas oleh kalorimeter merupakan hasil kali dari nilai kapasitas
jenis kalorimeter pada tekanan tetap (CP) dengan perubahan suhu yang terjadi pada kalorimeter.
qkalorimeter = CP ∆T
Kalorimeter yang baik merupakan kalorimeter yang tidak menyerap kalor (nilai kapasitas
kalornya sangat kecil). Pada kalorimeter jenis ini, besar kalo yang diserap atau dilepas
kalorimeter dapat diabaikan.
Besar kalor yang mengakibatkan naik atau turunnya suhu sistem (qsistem) merupakan hasil
kali dari kalor jenis zat atau larutan (c), massa zat atau larutan (m), dan besarnya perubahan
suhu sistem (∆T)
qsistem = m c ∆T
dengan : q = perubahan kalor (joule)
m = massa zat (gram)
c = kalor jenis zat (J g-1 K-1)
∆T = perubahan suhu (K)
23
Latihan soal
Pertanyaan Jawaban
Didalam suatu kalorimeter bom direaksikan
0,16 gram gas metana (CH4) dengan oksigen
berlebihan, sehingga terjadi reaksi :
CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + H2O(g)
Ternyata terjadi kenaikan suhu 1,560C.
Diketahui kapasitas kalor kalorimeter adalah
958 J/0C. Tentukan kalor pembakaran gas
metana dalam Kj/mol (Ar C = 12, H = 1)
Kalor yang dilepas selama reaksi sama dengan kalor yang
diserap oleh air dalam kalorimeter dan oleh kalorimeter,
maka :
qtotal = qsistem + qkalorimeter
qsistem = mair x cair x ∆T
= 1.000 g x 4,18 J/g 0C x 1,56 0C
= 6.520 J
qkalorimeter = CP x ∆T
= 956 J/0C x 1,56 0C
= 1.494 J
Maka :
qtotal = 6.520 J + 1.494 J
= 8.014 J = 8,014 kJ
Jumlah metana yang dibakar adalah 0,16 gram sehingga
jumlah molnya adalah :
mol CH4 = 0,16 𝑔
16 𝑔/𝑚𝑜𝑙
= 0,01 mol
maka, untuk setiap reaksi pembakaran 1 mol CH4 akan
dilepas kalor sebanyak
q = 8,014 𝑘𝐽
0,01 𝑚𝑜𝑙 = 801,4 Kj/mol
karena sistem melapas kalor, maka perubahan entalpinya
bernilai negatif, sehingga q = - 801,4 Kj/mol.
Dalam suatu kalorimeter direaksikan 100 cm3
larutan NaOH 1 M dengan 100 cm3 larutan HCl
1 M, ternyata suhunya naik dari 250C menjadi
310C. Kalor jenis larutan dianggap sama dengan
kalor jenis air, yaitu 4,18 J g-1 K-1 dan massa
jenis larutan dianggap 1 g/cm3. Jika dianggap
bahwa kalorimeter tidak menyerap kalor,
tentukan perubahan entalpi dari reaksi :
NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l)
qtotal = qsistem + qkalorimeter
oleh karena kalorimeter tidak menyerap kalor, maka :
qtotal = qsistem
massa larutan = m NaOH + m HCl
= (100 + 100) gram
= 200 gram
∆T = (31 – 25) 0C = 6 0C = 6 K
qsistem = mlarutan x clarutan x ∆T
= 200 g x 4,18 J/g 0C x 6 K
= 5. 016 J = 5,016 Kj
NaOH = HCl = 0,1 L x 1 mol/L = 0,1 mol
Jadi, pada reaksi antara 0,1 mol NaOh dengan 0,1 mol HCl
terjadi perubahan kalor standar -5,016 kj.
Maka untuk setiap 1 mol NaOH yang bereaksi dengan 1
mol HCl akan terjadi perubahan kalor sebesar :
q = 5,016 𝑘𝐽
0,1 𝑚𝑜𝑙 = 50,16 Kj/mol
karena pada saat reaksi suhu sistem naik, maka reaksi
berlangsung secaraneksoterm dan perubahan entalpinya
bernilai negatif.
NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l) ∆H = -50,16 kJ
24
Soal Jawab
Ke dalam kalorimeter sederhana direaksikan 25
mL larutan H2SO4 0,5 M dan 25 mL KOH 1,0 M
pada suhu 23,5 oC. Ternyata, suhunya naik menjadi
30,17oC. Hitunglah perubahan entalpi reaksi yang
terjadi. (Anggap bahwa massa jenis larutan 1 g/mL
dan kalor jenis larutan 4,2J/g.K)
Ke dalam suatu kalorimeter direaksikan 50 cm3
larutan CuSO4 1,0 M dengan serbuk seng (massa
seng diabaikan). Ternyata, thermometer
menunjukkan kenaikan suhu 9oC. jika kalor jenis
larutan dianggap 4,2 J/g.K dan massa jenis larutan
1g/cm3, tentukan ∆H dari reaksi:
CuSO4(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO4(aq)
Larutan KOH 0,1 M dan larutan HCl 0,1 M yang
volumenya masing-masing 50 mL (suhu awal rata-
rata adalah 13oC) direaksikan di dalam kalorimeter.
Suhu di dalam kalorimeter naik menjadi 28oC. jika
volume masing-masing larutan yang direaksikan
sebanyak 100mL. hitunglah kenaikan suhu yang
terjadi!
Evaluasi Kegiatan Belajar 4
25
Dari percobaan penentuan ∆Hoc alkoho (C2H5OH)
sebanyak 1 gram alcohol dibakar untuk
memanasakan 1000 gram air pada suhu 25OC.
Setelah pemanasan dihentikan, alkohol yang
tersisa sebanyak 0,8 gram dan suhu air naik
menjadi 33,4oC. jika kalor yang hilang ke
lingkungan 300 kJ dan diketahui kalor jenis air =
4,18 J/g.K serta massa molar alkohol 46 gram/mol,
hitunglah perubahan entalpi pembakaran (∆Hc)
alkohol!