Bab I Hidrokarbon dan Minyak Bumi
C. Pengukuraan Panas Reaksi pada Volume atau Tekanan Tetap
Pembelajaran ini diarahkan untuk memahami reaksi-reaksi fase gas yang terjadi dalam kalorimeter, suatu wadah dengan kapasitas panas tertentu tempat terjadinya reaksi kimia. Guru dapat menunjukkan contoh kalorimeter sederhana dengan menyebutkan komponen-komponennya termasuk fungsinya. Karena kalorimeter merupakan wadah tertutup, maka Guru dapat mengajukan pertanyaan kepada siswa, apakah volume atau tekanan dalam kalorimeter akan berubah atau tetap selama reaksi dalam kalorimeter berlangsung. Guru dapat mengajukan pertanyaan kepada siswa mengenai kerja sistem ketika terjadi reaksi kimia, apakah sistem melakukan kerja atau menerima kerja, dan menjelaskan hubungan antara kerja dengan tekanan dan volume. Agar pemahaman siswa lebih kuat dan lengkap, Guru sebaiknya memandu siswa untuk mempelajari literatur mengenai perpindahan energi, panas pembakaran (diukur dengan kalorimeter pada volume tetap), dan entalpi (panas reaksi pada tekanan tetap), dan perubahan entalpi dengan tetap menerapkan pendekatan dialogis.
Garis Besar Strategi Pembelajaran
• Kegiatan Pembelajaran 1: Menggali informasi dengan cara membaca dan mengamati sistem dan lingkungan, perpindahan dan perubahan energi, dan perubahan suhu.
Bacalah literatur Anda dengan saksama untuk memahami panas reaksi pada volume tetap atau tekanan tetap, panas pembakaran, dan entalpi.
Contoh Soal 2.5
Suatu reaksi kimia fase gas terjadi dalam alat yang digambarkan seperti Gambar 2.6. halaman 71. Tabung reaksi adalah sebuah silinder yang ditutup dengan piston. Piston ini dapat dikunci dengan suatu penjepit. Silinder dimasukkan ke dalam penampung yang mengandung air dengan berat tertentu. Percobaan yang dilakukan secara terpisah menunjukkan bahwa kalorimeter (yang di dalamnya termasuk piston, silinder, penampung dan air) memiliki kapasitas panas sebesar 8,10 kJ/oC. Reaksi dilakukan dua
kali dengan jumlah pereaksi yang sama. Data yang terkumpul adalah sebagai berikut:
Percobaan Posisi pengunci Suhu awal penampung (oC) Suhu akhir penampung
(oC)
1 a (terkunci) 24,00 28,91
2 b (tak terkunci) 27,32 31,54
Tentukan qp dan qv untuk reaksi ini.
Penyelesaian:
Lihat Buku Siswa halaman 72.
1. Perpindahan energi
• Kegiatan Pembelajaran 1: Menggali informasi dengan cara membaca dan mengamati sistem dan lingkungan, perpindahan dan perubahan energi, dan perubahan suhu.
Bacalah literatur Anda dengan saksama untuk memahami perpindahan energi yang terjadi dalam suatu proses.
Contoh Soal 2.6
Sebuah motor listrik menghasilkan 15 kJ energi tiap detik sebagai energi mekanik dan kehilangan 2 kJ sebagai panas. Berapa perubahan energi dalamnya?
Penyelesaian:
∆E = q + w = (−2 kJ) + (−15 kJ) = −17 kJ
• Kegiatan Pembelajaran 4: Menanyakan tentang perpindahan energi antara sistem dan lingkungan.
Bila Anda memasak air dalam suatu panci, air akan mendidih pada suhu 100 oC. Setelah Anda diamkan
beberapa saat, air kembali dingin.
1. Sebutkan, apakah air dalam panci ini merupakan sistem terbuka, tertutup, atau terisolasi. 2. Sebutkan tanda q dan w, apakah negatif atau positif ketika proses pemanasan berlangsung. 3. Sebutkan tanda q dan w, apakah negatif atau positif ketika proses pendinginan berlangsung.
evaluasi 4
2. Panas Pembakaran (diukur dengan Kalorimeter pada Volume
tetap)
• Kegiatan Pembelajaran 1: Menggali informasi dengan cara membaca kalor yang dihasilkan pada pembakaran bahan bakar, dan dampak pembakaran tidak sempurna dari berbagai bahan bakar.
Kajilah literatur Anda untuk memahami kalor reaksi pembakaran, termasuk kalor dari reaksi pembakaran bahan bakar dan dampak pembakaran tidak sempurna dari berbagai bahan bakar. • Kegiatan Pembelajaran 12: Membandingkan perubahan entalpi pembakaran sempurna dengan
pembakaran tidak sempurna.
1) Apa perbedaan produk reaksi dari pembakaran bahan bakar secara sempurna dan tidak sempurna?
2) Produk reaksi manakah yang lebih berbahaya, dari pembakaran sempurna atau dari pembakaran tak sempurna? Jelaskan mengapa demikian!
• Kegiatan pembelajaran 8: Penentuan perubahan energi dengan kalorimeter.
Contoh Soal 2.7
Suatu industri makanan mengakui bahwa makanan cuci mulut untuk diet memiliki kurang dari 10 Kalori per sajian. Untuk menguji pengakuan ini, seorang ahli kimia bahan makanan menaruh sepotong makanan saji dalam kalorimeter bom dan membakarnya dengan O2 (kapasitas panas kalorimeter = 8,151 kJ/K. Suhu bertambah sebesar 4,937 oC. Apakah pengakuan industri tersebut benar?
Penyelesaian:
Contoh Soal 2.9
Sebanyak 1,000 g sampel etanol, C2H5OH (Mm = 46,07 g/mol), dibakar dalam kalorimeter bom yang memiliki kapasitas panas 2,71 kJ/oC. Suhu 3000 gram air meningkat dari 24,284 oC menjadi 26,225 oC.
Tentukan ∆E reaksi dalam joule per gram etanol dan dalam kilojoule per mol etanol. Panas spesiik air
adalah 4,184 J/g.oC. Reaksi pembakarannya adalah:
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)
Penyelesaian:
Lihat Buku Siswa halaman 75.
1. Mengapa dalam kalorimeter bom, ∆V = 0?
2. Seorang kimiawan membakar 0,8650 g grait (suatu bentuk karbon) dalam kalorimeter bom yang baru dan terbentuk gas CO2. Jika panas yang dilepaskan untuk setiap mol grait yang terbakar adalah 393,5 kJ dan suhu naik sebesar 2,613 K, berapakah kapasitas panas kalorimeter bom?
evaluasi 5
3. entalpi (Panas reaksi pada tekanan tetap)
• Kegiatan Pembelajaran 1: Menggali informasi dengan cara membaca dan mengamati perubahan energi.
Kajilah dengan saksama literatur Anda untuk memahami pengertian entalpi dan perubahan entalpi.
• Kegiatan Pembelajaran 5: Menanyakan bagaimana menentukan perubahan entalpi reaksi.
Contoh Soal 2.10
Anggaplah bahwa Anda ingin menemukan kapasitas panas spesiik suatu zat padat. Anda memanaskan 25,64 g suatu padatan dalam suatu tabung reaksi hingga 100,00 oC dan secara hati-hati memasukkannya
ke dalam 50,00 g air dalam kalorimeter coffee-cup. Suhu air berubah dari 25,10 oC menjadi 28,49 oC.
Berapakah kapasitas panas zat tersebut?
Penyelesaian:
Lihat Buku Siswa halaman 77.
Pada pengujian kemurnian intan dalam industri, intan 10,25 karat (1 karat = 0,2000 g) dipanaskan hingga 74,21 oC dan dicelupkan dalam 26,05 g air dalam kalorimeter bertekanan tetap. Suhu awal air
adalah 27,20 oC. Hitunglah ∆T air dan ∆T intan (c intan = 0,519 J/g.K).
evaluasi 7
Contoh Soal 2.12
Reaksi antara hidrogen klorida dengan natrium hidroksida merupakan reaksi eksotermis yang berlangsung sangat cepat menurut persamaan reaksi:
HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)
Dalam suatu percobaan, seorang siswa menempatkan 50,0 mL larutan HCl 1,00 M pada suhu 25,0 oC
dalam kalorimeter coffee cup. Ke dalam kalorimeter ini kemudian ditambahkan 50,0 mL larutan NaOH 1,00 M juga pada suhu 25,0 oC. Selama campuran diaduk, suhu campuran naik dengan cepat mencapai
keadaan maksimum pada suhu 28,3 oC. Berapakah ∆H reaksi, dinyatakan dengan kJ per mol HCl? Karena
larutan relatif encer, dapat dianggap bahwa panas jenis larutan sama dengan panas jenis air yaitu 4,184 J g−1oC−1. Massa jenis (ρ) larutan HCl adalah 1,02 g mL−1 dan massa jenis larutan NaOH adalah 1,04 g mL−1. (Panas yang hilang ke styrofoam, termometer atau lingkungan diabaikan).
Penyelesaian:
Lihat Buku Siswa halaman 79.