Termokimia

Haba Pembakaran

by

Pembakaran

  1. Pembakaran ialah tindak balas di mana satu bahan membakar sepenuhnya di dalam oksigen berlebihan.
  2. Contohnya, pembakaran metana dalam oksigen berlebihan menghasilkan karbon dioksida dan air.
    CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
  3. Semua pembakaran bahan api adalah tindak balas eksotermik.

Haba Pembakaran

Haba Pembakaran satu bahan ialah tenaga haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan dibakar sepenuhnya dalam oksigen berlebihan dalam keadaan piawai.

Menentukan Haba Pembakaran

Rajah di bawah menunjukkan kaedah mudah untuk mendapatkan nilai anggaran bagi haba pembakaran satu bahan api.

  1. Satu lampu dengan bahan api dinyalakan dan tenaga haba yang dikeluarkan digunakan untuk memanaskan satu isi padu air yang tetap.
  2. Jisim bahan bakar ditimbang dan kenaikan suhu maksimum dicatat.
  3. Haba pembakaran dapat dikira dengan menggunakan formula

Kita membuat anggapan bahawa semua tenaga haba yang dibebaskan dari pembakaran bahan bakar diserap oleh air.

Langkah Berjaga-Jaga
  1. Gunakan pelindung angin untuk menyekat aliran udara. Ini dapat mengurangkan kehilangan haba ke sekitarnya.
  2. Jangan mengguna kasa dawai dalam pemanasan untuk mengurangkan kehilangan haba.
  3. Bekas kuprum digunakan kerana kuprum ialah konduktor haba yang baik,
  4. Api mesti diletakkan berhampiran dengan bekas,
  5. Air selalu dikacau dengan termometer.
  6. Peningkatan suhu air dihadkan di bawah 30 ° C untuk mengelakkan pemanasan berlebihan dan kehilangan tenaga ke sekitarnya,
  7. Bahan bakar ditimbang dengan kerap untuk mengelakkan kondensasi.

Contoh 1
Diberi bahawa pembakaran 1.71 g heptana (C7H16) dalam oksigen akan membebaskan 75kJ haba.
[JAR: H = l; C = 12]
(a) Tuliskan persamaan tindak balas.

(b) Cari haba pembakaran heptana.

Jisim molekul relatif heptana
= 7(12) + 16(1) = 100

Bilangan mol heptana

Haba Pembakaran

Haba Peneutralan

by

Revision Notes

  1. Haba peneutralan ialah tenaga haba dibebaskan apabila asid bertindak balas dengan bes dan menghasilkan satu mol air. Semua pengukuran dibuat dalam keadaan piawai.
  2. Contoh haba tindak balas peneutralan ialah perubahan haba yang diperoleh dalam tindak balas antara natrium hidroksida dan asid hidroklorik. Persamaan bagi tindak balas ini ialah
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l);
∆H = -57 kJ mol-1

Contoh-Contoh Tindak Balas Peneutralan

Persamaan
Persamaan Setengah
HCl + NaOH → NaCl + H2OH+(aq) + OH–(aq) → H2O(l)
H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2OH+(aq) + OH–(aq) → H2O(l)
CH3COOH + NaOH → CH3COONa +H2OH+(aq) + OH–(aq) → H2O(l)
2HNO3 + Ba(OH)2 → Ba(NO3)2 + 2H2OH+(aq) + OH–(aq) → H2O(l)
  1. Haba peneutralan asid kuat dengan alkali kuat hampir sama bagi semua asid dan alkali. Ini kerana tindak balas yang sama selalu berlaku. Tindak balasnya ialah H+(ak) + OH–(ak) → H2O(c)
  2. Perubahan haba tindak balas peneutralan dipengaruhi oleh 3 faktor:
    1. Kuantiti asid dan alkali
    2. Kebesan asid dan alkali
    3. Kekuatan asid dan alkali

Contoh:

NaOH(aq) + HNO3(aq) → NaNO3(aq) + H2O(l)
∆H = -57 kJ mol-1

Satu eksperimen dijalankan dengan menambahkan 25cm3 natrium hidroksida 0.5 mol/dm³ ke dalam 25 cm³ asid nitrat cair 0.5 mol/dm³. Hitung perubahan suhu campuran itu. [Muatan haba tentu larutan = = 4.2 Jg-1 ° C-1, ketumpatan larutan = 1 g / cm³]
Jawapan:
Bilangan mol NaOH,
\[\begin{gathered}
n = \frac{{MV}}{{1000}} \hfill \\
n = \frac{{(0.5)(25)}}{{1000}} \hfill \\
n = 0.125mol \hfill \\
\end{gathered} \]
Bilangan mol HNO3,
\[\begin{gathered}
n = \frac{{MV}}{{1000}} \hfill \\
n = \frac{{(0.5)(25)}}{{1000}} \hfill \\
n = 0.125mol \hfill \\
\end{gathered} \]
Bilangan mol air dihasilkan = 0.0125mol

Kuantiti haba dibebaskan,
Q = 0.0125 x 57,000J = 712.5J

Jsim larutan,
m = 25 + 25 = 50 cm³

Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1°C-1

Q = mcθ
712.5 = 50(4.2)θ
θ = 3.4°

Haba Penyesaran

by
Haba penyesaran ialah perubahan tenaga apabila satu mol logam disesarkan daripada larutan garamnya oleh logam yang lebih elektropositif
  1. Tindak balas penyesaran berlaku apabila logam yang berada pada kedudukan yang lebih tinggi dalam siri elektrokimia menggantikan logam di bawahnya dari larutan garamnya.
  2. Haba penyesaran ialah perubahan tenaga apabila satu mol logam disesarkan daripada larutan garamnya oleh logam yang lebih elektropositif
  3. Tindak balas penyesaran merupakan tindak balas eksotermik.
  4. Contoh di bawah menunjukkan bagaimana haba penyesran dapat dikira.
Contoh:
Seorang pelajar menuangkan 50cm³ asid hidroklorik, 2 mol/dm³ ke dalam satu bikar plastik, dan mencatatkan suhunya. Sebilangan serbuk zink (lebihan) ditambahkan ke dalam asid itu. Larutan dikacau dengan menggunakan rod kaca, dan suhu tertinggi yang dicapai oleh campuran dicatatkan. Suhu awal larutan: 27.0 ° C Suhu tertinggi larutan: 57.0 ° C Cari haba penyesaran tindak balas. [Muatan haba tentu larutan = = 4.2 Jg-1 ° C-1, ketumpatan larutan = 1 g / cm³] Jawapan:

2HCl(ak) + Zn(p) → ZnCl2 (ak) + H2(g)

Bilangan mol asid hidroklorik \begin{gathered} n = \frac{{MV}}{{1000}} \hfill \\ n = \frac{{(2.0)(50)}}{{1000}} \hfill \\ n = 0.1mol \hfill \\ \end{gathered} Bilangan mol gas hidrogen yang dihasilkan = 0.1/2=0.05mol Jumlah haba dibebaskan Q = mcθ Q = (50)(4.2)(57-27) Q = 6300J \[\begin{gathered} \Delta H = \frac{{{\text{Perubahan haba}}}}{{{\text{Bilangan mol mendakan terbentuk}}}} \hfill \\ = \frac{{6300}}{{0.05}} \hfill \\ = 126,000Jmo{l^{ – 1}} = 126kJmo{l^{ – 1}} \hfill \\ \end{gathered} \]

Haba Pemendakan

by
  1. Haba pemendakan ialah perubahan tenaga apabila satu mol mendakan terbentuk daripada ionnya.
  2. Tindak balas pemendakan berlaku apabila dua larutan yang mengandungi kation dan anion bagi satu garam tidak larut dicampur bersama.
  3. Tindak balas ini dikenali sebagai tindak balas penguraian berganda dan digunakan untuk menyediakan garam yang tidak larut.
  4. Haba pemendakan adalah perubahan tenaga apabila satu mol mendakan terbentuk daripada ionnya.
  5. Bagi haba pemendakan, ia mungkin satu tindak balas eksotermik atau endotermik.
  6. Contoh di bawah menunjukkan bagaimana haba pemendakan dapat dikira dari hasil eksperimen.

Contoh:
Dalam satu eksperimen untuk mencari haba pemendapan magnesium karbonat, 25 cm³ magnesium nitrat 2.0 mol/dm³ ditambahkan ke dalam 25 cm³ larutan natrium karbonat, 2.0 mol dm³ dalam satu bekas. Suhu larutan menurun sebanyak 6 ° C. Berapakah haba pemendakan magnesium karbonat? [Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1 ° C-1 ; Ketumpatan larutan = 1 g/cm³]

Jawapan:

Langkah 1: Persamaan tindak balas
Mg(NO3)2  + Na2CO3 → MgCO3 + 2NaNO3
Langkah 2:
Bilangan mol Mg(NO3)2

\[\begin{gathered}
n = \frac{{MV}}{{1000}} \hfill \\
n = \frac{{(2.0)(25)}}{{1000}} \hfill \\
n = 0.05mol \hfill \\
\end{gathered} \]

Bilangan mol Na2CO3 dalam larutan

\[\begin{gathered}
n = \frac{{MV}}{{1000}} \hfill \\
n = \frac{{(2.0)(25)}}{{1000}} \hfill \\
n = 0.05mol \hfill \\
\end{gathered} \]

Bilangan mol magnesium karbonat terbentuk = 0,05 mol

Langkah 3
Kuantiti haba yang dibebaskan
= mcθ
= (25+25)(4.2)(6)
= 1260J
Langkah 4

Haba pemendakan magnesium karbonat

\[\begin{gathered}
\Delta H = \frac{{{\text{Perubahan haba}}}}{{{\text{Bilangan mol mendakan terbentuk}}}} \hfill \\
= \frac{{1260}}{{0.05}} \hfill \\
= 25200Jmo{l^{ – 1}} = 25.2kJmo{l^{ – 1}} \hfill \\
\end{gathered} \]

Menhitung Haba Tindak Balas

by

Haba tindak balas bagiu suatu tindak balas boleh dihitungkan dengan menggunakan formula berikut:
\[\begin{gathered}
{\text{Haba tindak balas, }}\Delta {\text{H}} \hfill \\
{\text{ = }}\frac{{{\text{Perubahan tenaga}}}}{{{\text{Bilangan mol bahan/hasil tindak balas}}}} \hfill \\
\end{gathered} \]

Perubahan haba dapat dikira dengan menggunakan persamaan

Q = mcθ

m = jisim bahan yang menyerap haba
c = muatan haba tentu bagi bahan yang menyerap haba
θ = perubahan suhu

Nota penting:

  1. Kita selalu menggunakan muatan haba tentu air sebagai penghampiran kepada muatan haba tentu semua jenis larutan berair.
  2. Kita juga menggunakan ketumpatan air sebagai penghampiran kepada ketumpatan semua larutan berair.
  3. Oleh kerana ketumpatan air adalah 1g / cm³, oleh itu setiap cm³ larutan / air sama dengan 1 g. Contohnya 50cm³ ≡ 50g dan 200cm³ ≡ 200g.

Contoh 1:
Apabila 50 cm³ asid sulfurik ditambahkan ke dalam 40 cm³ larutan kalium hidroksida, suhu larutan meningkat daripada 29.0 ° C ke 42.0 ° C. Hitung perubahan tenaga haba dalam tindak balas ini. (Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1 ° C-1)

Jawapan:

m = 50 cm³ + 40 cm³ = 90 cm³
c = 4.2 Jg-1°C-1
θ = 42 – 29 = 13°C

Perubahan tenaga haba
= mcθ
= (90)(4.2)(13) = 4914J

Contoh 2:
Apabila 20 cm³ larutan kalium karbonat ditambah ke dalam 20 cm³ larutan kalsium nitrat dan campuran dikacau dengan segera. Suhu larutan berubah daripada 29.5 ° C ke 28.0 ° C. Hitung perubahan tenaga haba dalam tindak balas ini. (Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1 ° C-1)

Jawapan:

m = 20 cm³ + 20 cm³ = 40 cm³
c = 4.2 Jg-1°C-1
θ = 29.5 – 28 = 1.5°C

Perubahan haba
= mcθ
= (40)(4.2)(1.5) = 252J

Contoh 3:
Apabila 100 cm³ asid hidroklorik, 2 mol/dm³ ditambahkan ke dalam 100 cm³ natrium hidroksida, 2 mol/dm³, suhu campuran meningkat daripada 28.5 ° C kepada 42.0 ° C. Cari haba peneutralan tindak balas.
[Muatan haba tentu larutan = = 4.2 Jg-1 ° C-1, ketumpatan larutan = 1 g/cm³]

Jawapan:
Persamaan kimia tindak balas,

HCl + NaOH → KCl + 2H2O

Bilangan mol asid hidroklorik,
\[\begin{gathered}
n = \frac{{MV}}{{1000}} \hfill \\
n = \frac{{(2.0)(100)}}{{1000}} \hfill \\
n = 0.2mol \hfill \\
\end{gathered} \]
Bilangan mol natrium hidroksida,
\[\begin{gathered}
n = \frac{{MV}}{{1000}} \hfill \\
n = \frac{{(2.0)(100)}}{{1000}} \hfill \\
n = 0.2mol \hfill \\
\end{gathered} \]

Bilangan mol air dihasilkan = 0.2 mol

Perubahan tenaga haba,
= mcθ
= (100+100)(4.2)(42.0-28.5) = 11340J

Haba peneutralan,
\[\begin{gathered}
\Delta {\text{H = }}\frac{{{\text{Perubahan haba}}}}{{{\text{Bilangan mol air dihasilkan}}}} \hfill \\
\Delta {\text{H = }}\frac{{11340}}{{0.2}} \hfill \\
\Delta {\text{H = 56700Jmo}}{{\text{l}}^{ – 1}} \hfill \\
\end{gathered} \]

Menghitung Perubahan Haba

by

Perubahan haba dalam tindak balas kimia berkadar langsung dengan bilangan mol bahan tindak balas yang mengambil bahagian dalam tindak balas atau bilangan mol hasil tindak balas yang dihasilkan.

Contoh 1:

N (g) + ½ O2 (g) → NO2 (g) ∆H = +66 kj mol-1

Hitung perubahan haba apabila 0.1 mol nitrogen dioksida terbentuk dalam tindak balas yang ditunjukkan di atas.
Jawapan:

Perubahan haba = 0.1 x 66kJ = 6.6 kJ

Contoh 2:

C(s) + O2(g) → CO2 (g)   ∆H=  393.5kJ mol-1

Berapa banyak tenaga yang dibebaskan apabila 4g karbon membakar sepenuhnya dalam oksigen berlebihan. (Jisim atom relatif karbon = 12)

Jawapan:
Bilangan mol karbon


Jumlah haba yang dibebaskan

Contoh 3:

CH3OH(l) +  O2 (g)
→ CO2 (g) + 2H2O (l)     ∆H =  560 kJ mol-1

Cari jisim alkohol yang perlu dibakar dalam oksigen berlebihan untuk membebaskan 140 kJ tenaga haba.
[Jisim atom relatif: H = 1; C = 12; 0 = 16]

Jawapan:
Bilangan mol alkohol


Jisim molekul relatif CH3OH
= 12 + 3 (1) + 16 + 1 = 32

Jisim alkohol = 0.25 mol x 32g/mol = 8g

Contoh 4:

Hitungkan perubahan haba apabila serbuk zink yang berlebihan ditambahkan ke dalam 50cm³ larutan kuprum (II) sulfat  0.2 mol dm-3

CuSO4(ak) + Zn(p) → ZnSO4(ak) + Cu(p)
∆H =  190 kJ mol-1

Jawapan:
Bilangan mol larutan sulfat kuprum (II) sulfat

Perubahan haba = 0.01 x 190kJ = 1.9kJ

Contoh 5:

Diberi haba pembakaran karbon kepada CO2 ialah -393.5kJ/mol. Hitungkan haba yang dibebaskan semasa pembentukan 35.2g CO2 daripada pembakaran karbon dalam oksigen berlebihan.
Jawapan:
Jisim molekul relatif karbon dioksida
= 12 + 2 (16) = 44

Bilangan mol karbon dioksida
= 35.2 / 44 = 0.8 mol

Daripada persamaan tindak balas
C + O2 → CO2

1 mol karbon menghasilkan 1 mol gas karbon dioksida, oleh itu bilangan mol karbon = 0.8 mol

Haba dibebaskan = 0.8 x 393.5kJ = 314.8 kJ

Haba Tindak Balas

by
  1. Haba tindak balas ialah perubahan haba dalam suatu tindak balas pada keadaan piawai apabila satu mol bahan tindak balas tertentu bertindak atau satu mol hasil tindak balas terbentuk.
  2. Haba tindak balas ditandakan dengan simbol ∆H.
  3. Unit haba tindak balas, ΔH ialah kJmol-1.
  4. Sekiranya tindak balas adalah eksotermik, ∆H menunjukkan nilai negatif. Sebaliknya, jika  tindak balas itu adalah endotermik, ΔH menunjukkan nilai positif.
  5. Empat haba tindak balas yang perlu anda ketahui dalam sukatan pelajaran SPM ialah
    1. Haba pemendakan
      Haba pemendakan ialah perubahan haba apabila 1 mol mendakan terbentuk dari larutan ionnya dalam keadaan piawai.
    2. Panas Penyesaran
      Haba penyesaran suatu unsur adalah perubahan haba apabila 1 mol unsur itu disesarkan daripada sebatiannya dalam keadaan piawai.
    3. Haba Peneutralan
      Haba peneutralan adalah perubahan haba apabila 1 mol air terbentuk oleh peneutralan ion hidrogen oleh ion hidroksida dengan pengukuran dibuat dalam keadaan piawai.
    4. Haba Pembakaran
      Haba Pembakaran adalah tenaga haba yang dibebeaskan apabila 1 mol bahan dibakar sepenuhnya dalam oksigen.

Tenaga Haba dan Ikatan Kimia

by

Hubungan antara Perubahan Tenaga dengan Pemecahan/Pembentukan Ikatan

  1. Semasa tindak balas, tenaga mesti dibekalkan untuk memutuskan ikatan dalam bahan tindak balas, dan tenaga akan dibebaskan ketika ikatan terbentuk dalam hasil tindak balas.
  2. Jumlah tenaga yang diserap atau dibebaskan bergantung kepada kekuatan ikatan.
  3. Sekiranya jumlah tenaga yang dibebaskan semasa proses membentuk ikatan lebih tinggi daripada jumlah tenaga yang diserap semasa proses pemutusan ikatan, tindak balas tersebut adalah tindak balas eksotermik.
  4. Sekiranya jumlah tenaga yang diserap untuk memutuskan ikatan lebih tinggi daripada jumlah tenaga yang dibebaskan semasa pembentukan ikatan kimia, tindak balas tersebut adalah tindak balas endotermik.
Termokimia-06
Termokimia-07
Termokimia-08

Gambarajah Aras Tenaga

by
  1. Apabila tindak balas kimia berlaku, sejumlah haba dilepaskan atau diserap.
  2. Perubahan tenaga dalam tindak balas kimia dapat ditunjukkan dengan gambarajah tahap tenaga.
  3. Gambarajah tahap tenaga ialah graf yang menunjukkan perubahan tenaga dalam tindak balas kimia.

Tindak balas eksotermik

  1. Rajah di bawah menunjukkan gambarajah aras tenaga untuk tindak balas eksotermik.
  2. Kita dapat melihat bahawa tenaga menurun setelah tindak balas. Ini kerana tenaga dibebaskan semasa tindak balas eksotermik.

Contoh

Zn + 2HCl →  ZnCl2 + H2
∆H =   126 kJ mol-1

Gambarajah aras tenaga bagi tindak balas di atas adalah seperti di bawah:

Tindak Balas Endotermik

  1. Rajah di bawah menunjukkan gambarajah aras tenaga untuk tindak balas endotermik.
  2. Tenaga bertambah selepas tindak balas. Ini kerana tenaga diserap semasa tindak balas endotermik.
Contoh
CuO + H2 → Cu + H2O
∆H= +130.5 kJ mol-1
Gambarajah aras tenaga tindak balas di atas adalah seperti di bawah:

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Perubahan Tenaga Dalam Tindak Balas Kimia

by
  1. Tindak balas kimia boleh dikategorikan kepada
    1. tindak balas eksotermik
    2. tindak balas endotermik

Tindak Balas Eksotermik

  1. Tindak balas eksotermik adalah tindak balas di mana
    1. tenaga haba dihebaskan ke persekitaran
    2. suhu persekitaran akan naik
    3. hasil tindak balas mempunyai kandungan tenaga yang lehih rendah daripada bahan tindak balas
  2. Contoh-contoh tindak balas eksotermik:
    1. Tindak balas peneutralan
      Contoh: Peneutralan di antara asid nitrik dengan natrium hidroksida
      HNO3(ak) + NaOH(ak) → NaNO3(ak) + H20(ce)
    2. Tinda balas asid dengan karbonat
      Contoh: Tindak balas asid hidroklorik dengan natrium karbonat
      2HCl + Na2CO3 → 2NaCl + CO2 + H2O
    3. Tindak balas asid dengan logam
      Contoh: Tindak balas asid hidroklorik dengan zink
      2HCl + Zn → ZnCl2 + H2
    4. Tindak balas logam beralkali dengan air
      Contoh: Tindak balas natrium dengan air
      2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
    5. Tindak balas antara kalsium oksida dengan air
      CaO + H2O → Ca(OH)2
    6. Tindak balas antara kuprum(II) sulfat kontang dengan air
      CuSO4 + xH2O → CuSO4•xH2O
    7. Pembakaran
      Contoh: Pembakaran etana dalam udara
      C2F6(g) + 7/202(g) → 2CO2(g) + 3H20(ce)
    8. Penguraian ganda dua
      Contoh: Pemendakan garam argentum klorida
      AgNO3(ak) + NaCl(ak) → AgCl(p) + NaNO3(ak)
    9. Melarutkan KOH atau NaOH di dalam air
      NaOH + air→ Na+ + OH–
      KOH + air→ K+ + OH–
    10. Penyesaran logam
      Contoh: Penyesaran logam kuprum daripada larutan akueus kuprum(II) sulfat oleh logam aluminium
      2Al(p) + 3CuSO4(ak) → 3Cu(p) + Al2(SO4)3(ak)
    11. Pengaratan
    12. Pencairan asid pekat
      Contoh: Pencairan asid sulfurik pekat, asid nitrik pekat ….
    13. Perubahan keadaan jirim
      Contoh: Proses pembekuan dan proses kondensasi. 

Tindak Balas Endotermik

  1. Tindak balas endotermik adalah tindak balas di mana
    1. tenaga haba diserap dari persekitaran
    2. suhu persekitaran akan menurun
    3. hasil tindak balas mempunyai kandungan tenaga yang lebih tinggi daripada bahan tindak balas
  2. Contoh-contoh tindak balas endotermik:
    1. Penguraian garam karbonat oleh haba
      Contoh: Penguraian batu kapur/marmar oleh haba
      CaCO3 → CaO + CO2
    2. Penguraian garam nitrat oleh haba
      Contoh: Penguraian plumbum(II) nitrat oleh haba
      2Pb(NO3)2 → 2PbO + 4NO2 + O2
    3. Melarutkan sesetengah garam dalam air
      Contoh: Melarutkan garam kalium nitrat, ammonium nitrat and ammonium klorida dalam air
      KNO3 + air → K+ + NO3–
      NH4NO3 + air  → NH4+ + NO3–
      NH4Cl + air → NH4+ + Cl–
    4. Pemanasan garam kuprum(II) sulfat terhidrat
      CuSO4•xH2O → CuSO4 + xH2O
    5. Tindak balas di antara natrium bikarbonat dengan asid etanoik
      NaHCO3(p) + CH3COOH(ak) → CH3COONa(ak) + CO2(g) + H20(ce)