Amali 2: Haba Tindak Balas dan Hukum Hess
Nama :
No. Kad Pengenalan : No. Angka Giliran :
______________________________________________________________
Tujuan : Menentukan haba tindak balas bagi
(i) Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2 ∆H1 (ii) NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O +CO2 ∆H2
Dan secara tidak langsung, menentukan haba tindak balas menggunakan Hukum Hess mengenai penjumlahan tetap haba, bagi tindak balas
(iii) 2NaHCO3→ Na2CO3 + CO2 + H2O ∆H3
Teori :
Kandungan haba sesuatu sistem disebut sebagai entalpi sistem, dan ditanda dengan simbol H. Jumlah haba yang diserap atau dibebaskan dalam tindak balas kimia tersebut pula dikenali sebagai haba tindak balas. Haba tindak balas diberikan simbol ∆H, dan unit bagi ∆H ialah kJ mol-1. Jika diukur pada tekanan tetap, haba tindak balas adalah sama dengan perubahan entalpi bagi sesuatu sistem.
Haba tindak balas ialah perubahan haba yang berlaku apabila bilangan mol bahan-bahan bertindak balas seperti yang ditunjukkan dalam persamaan kimia bertindak pada keadaan piawai untuk membentuk hasil-hasil tindak balas dalam keadaan piawai. Keadaan piawai ialah keadaan di mana suhu bersamaan 25°C atau 298 K, tekanan bersamaan dengan 1 atm (101.3 kPa atau 760 mm Hg), kepekatan larutan bersamaan dengan 1.0 mol dm-3, dan bahan serta hasil tindak balas mesti berada pada keadaan fizik yang biasa.
sesuatu bahan pada tekanan malar. Perubahan entalpi ialah perubahan kandungan haba sesuatu sistem pada suhu dan tekanan malar. Nilai perubahan entalpi diperoleh daripada perbezaan di antara jumlah entalpi hasil tindak balas dan jumlah entalpi bahan tindak balas, iaitu,
∆H = jumlah H (hasil tindak balas) – jumlah H (bahan tindak balas)
Apabila perubahan entalpi berlaku pada keadaan piawai, simbol yang mewakilinya ialah ∆HӨ. Istilah-istilah lain yang sama makna dengan perubahan entalpi ialah entalpi tindak balas, perubahan haba, dan haba tindak balas. Perubahan entalpi mungkin bernilai negatif (tindak balas eksotermik), positif (tindak balas endodermik), ataupun sifar (tindak balas termoneutral). Perubahan entalpi berguna sebagai petunjuk kestabilan sesuatu bahan atau sistem.
Perubahan entalpi sesuatu tindak balas hanya bergantung kepada perbezaan antara kandungan entalpi piawai hasil dan kandungan entalpi piawai bahan tindak balas dan tidak bergantung kepada bagaimana tindak balas itu disempurnakan. Idea ini dinyatakan dalam hukum Hess. Hukum Hess menyatakan bahawa haba yang dibebaskan atau diserap semasa perubahan kimia adalah tidak bergantung pada laluan perubahan itu disempurnakan. Jumlah perubahan haba sesuatu sistem adalah sama, sama ada tindak balas berlaku dalam satu langkah atau dalam beberapa siri langkah. Maksudnya, jika sesuatu sistem (katakan sistem A) ditukarkan kepada sesuatu sistem (katakan sistem B) pada tekanan malar, perubahan haba adalah tidak bergantung kepada laluan dari sistem A ke sistem B. Sebenarnya, hukum Hess adalah bersamaan dengan hukum keabadian tenaga yang mengatakan bahawa tenaga tidak dapat dicipta atau dimusnahkan.
Bahan : EC1 ialah asid hidroklorik 2.0 mol dm-3.
EC2 ialah pepejal natrium karbonat kontang.
EC3 ialah pepejal natrium hidrogen karbonat.
Radas : Buret 50 cm3, kaki retot dan pengapit, cawan plastik, termometer 0°C-110°C (±0.2°C), botol pencuci berisi air suling, penimbang elektrik (±0.01g).
Prosedur :
1. 30.00 cm3 EC1 dialirkan ke dalam cawan plastik dengan menggunakan buret. Cawan plastik berserta kandungannya dibiarkan selama beberapa minit dan suhu larutan direkodkan ke dalam jadual di bawah.
2. Satu tabung uji yang mengandungi 2.00 g hingga 2.40 g EC2 ditimbang dengan tepat dan beratnya direkodkan.
3. Semua EC2 dipindahkan sekali gus ke dalam cawan plastik yang mengandungi EC1. Semua pepejal dalam tabung uji dipastikan agar memasuki cawan plastik dan tiada cecair yang terpercik keluar.
4. Larutan dikacau dengan cermat menggunakan termometer, dan suhu tertinggi larutan yang dicapai direkodkan.
5. Prosedur di atas (1 – 4) diulangkan dengan menggunakan EC3
menggantikan EC2. EC3 ditimbang dengan tepat antara 2.75 g hingga 3.15 g.
Pemerhatian :
(a) Bagi tindak balas Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2
Gambar 1: Isi padu EC1 disukat dengan menggunakan buret.
(b) Bagi tindak balas NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O +CO2
Keputusan :
Semua bacaan dan timbangan telah direkodkan dalam jadual di bawah.
EC2 EC3
Berat tabung uji + pepejal /g 52.62 54.19
Berat tabung uji kosong /g 50.62 51.15
Berat pepejal /g 2.00 3.04
Suhu awal asid/ oC 30.0 29.5
Suhu akhir campuran / oC 22.0 68.0
Perubahan suhu / oC - 8.0 38.5
Gambar 3: Jisim EC2 yang sesuai diambil dan diukur jisimnya.
Gambar 4: Suhu campuran EC1 dan EC2 diukur dan diambil.
Gambar 5: Suhu awal EC1 diukur dan diambil.
Gambar 6: Suhu campuran EC1 dan EC3 diukur dan diambil.
Pengiraan/ Analisis :
a) Bagi tindak balas Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2 ∆H1,
Jumlah isi padu larutan HCl = 30.00 cm3
Jisim larutan HCl, m = 30.00 cm3 X 1 g cm-3 = 30.00 g
Haba yang dibebaskan, q = -mc∆T
q = -(30.00)(4.18)(-8.0) q = 1003.20 J/mol = 1.003 kJ/mol
Jisim molekul relatif (j.m.r.) bagi Na2CO3 = 2(23) + 12 + 3(16)
= 94
Bilangan mol bagi Na2CO3 = . . . ��
= .
= 0.02 mol
Haba tindak balas,
∆� =
� �
= ..
= . �/ �
b) Bagi tindak balas NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O +CO2 ∆H2,
Jumlah isi padu larutan HCl = 30.00 cm3
Haba yang dibebaskan, q = -mc∆T
q = -(30.00)(4.18)(38.5) q = -4827.90 J/mol = -4.828 kJ/mol
Jisim molekul relatif (j.m.r.) bagi NaHCO3 = 23 + 1 + 12 + 3(16)
= 84
Bilangan mol bagi Na2CO3 = ��
. . . ��
= .
= 0.036 mol
Haba tindak balas,
∆� =
� �
= − .8 8. 6
= − . �/ �
c) Bagi 2NaHCO3→ Na2CO3 + CO2 + H2O ∆H3,
Ketahui bahawa
Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2, ∆H1 = 50.15 kJ/mol …… (1)
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O +CO2, ∆H2 = -134.11 kJ/mol …… (2)
Terbalikkan persamaan (1),
2NaCl + H2O + CO2 → Na2CO3 + 2HCl, ∆H = -50.15 kJ/mol …… (3)
Gandakan persamaan (2),
2NaHCO3 + 2HCl → 2NaCl + 2H2O +2CO2, ∆H = -268.22 kJ/mol …… (4)
Seimbangkan persamaan (3) dan (4), maka,
Soalan :
1. Lukis rajah aras tenaga bagi tindak balas berkaitan.
(3 markah)
a) Bagi tindak balas Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2,
b) Bagi tindak balas NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O +CO2,
c) Bagi tindak balas 2NaHCO3→ Na2CO3 + CO2 + H2O, Na2CO3 + 2HCl
2NaCl + H2O + CO2
∆H1 = 50.15 kJ/mol Tenaga
NaCl + H2O +CO2 NaHCO3 + HCl
∆H2= -134.11 kJ/mol Tenaga
∆H3 = -318.37 kJ/mol
2NaCl + 2H2O + 2CO2 2NaHCO3 + 2HCl
∆H = 2(-134.11 kJ/mol) = -268.22 kJ/mol
Tenaga
2NaCl + H2O + CO2
∆H = -50.15 kJ/mol
2. Apakah empat andaian yang telah dibuat dalam pengiraan anda?
iii. Tiada haba terbebas ke persekitaran semasa eksperimen dijalankan,
atau penyerapan haba dari persekitaran lain.
iv. Haba yang diperlukan untuk memanaskan sebarang bahagian cawan
plastik diabaikan. Ini bermaksud radas eksperimen (cawan plastik
tersebut) tidak meyerap sebarang haba.
3. Apakah langkah-langkah yang perlu diambil bagi memperbaiki ketepatan nilai-nilai ∆H1, ∆H2, dan ∆H3?
(3 markah)
i. Suhu awal asid hidroklorik, hanya diambil selepas beberapa minit
bagi memastikan larutan-larutan itu telah mencapai suhu sekata.
ii. Pepejal natrium karbonat kontang dan pepejal natrium hidrogen
karbonat masing-masing harus dituang ke dalam larutan asid
hidroklorik dengan seberapa cepat dan cermat yang boleh bagi
mengurangkan kehilangan haba ke persekitaran dan mengelakkan
larutan tertumpah.
iii. Campuran larutan dalam cawan plastik harus sentiasa dikacau
sepanjang tindak balas dijalankan untuk memastikan suhu larutan
adalah sekata.
iv. Bacaan termometer harus diperhatikan sepanjang masa supaya suhu
akhir yang dicapai oleh larutan campuran dapat dicatatkan. Suhu
tertinggi yang dicatatkan mestilah suhu tertinggi yang dicapai oleh
larutan campuran selepas tindak balas lengkap dan semua haba
tindak balas telah dibebaskan.
v. Pepejal natrium karbonat kontang dan natrium hidrogen harus dalam
keadaan serbuk ataupun ketulan-ketulan kecil untuk memastikan
mengurangkan haba ke persekitaran.
vi. Elak menggunakan pengacau yang boleh meyerap haba daripada
larutan.
vii. Semua kipas perlu dipastikan tutup bagi mengurangkan pergerakan
angin dan kadar kehilangan haba ke persekitaran.
viii. Semasa mengambil bacaan suhu daripada termometer, posisi mata
hendaklah selari dengan ukuran yang hendak dibaca demi
mengelakkan ralat paralaks.
4. Perubahan entalpi piawai bagi pembakaran benzena, karbon dan hidrogen masing-masingnya ialah -3271, -394, dan -286 kJ mol-1. Hitungkan perubahan entalpi piawai bagi pembentukan benzena.
(5 markah) Ketahui bahawa pembentukan benzena diwakili dengan persamaan:
6C (pe) + 3H2 (g) C6H6 (ce) ∆H= ?
Maka, perubahan entalpi piawai bagi pembentukan benzena,
∆H = [� �H (hasil tindak balas)] – [� �H (bahan tindak balas)] = (-3271) – [6 (-394) + 3 (-286)]
= (-3271) – [(-2364) + (-858)]
= (-3271) – (-3222)
= -49 kJ mol-1
Perbincangan :
1. Secara keseluruhan, haba tindak balas dapat ditentukan melalui kaedah eksperimen di dalam makmal untuk mendapat maklumat-maklumat seperti kuantiti bahan tindak balas yang digunakan (termasuk bilangan mol dan jumlah jisim atau isi padu larutan) dan perubahan suhu dalam sesuatu tindak balas.
mendapatkan haba tindak balas.
3. Air dalam larutan akues akan dikenali sebagai persekitaran. Oleh itu, haba akan diserap dari air atau dibebaskan ke air semasa tindak balas berlaku dalam larutan akues. Maka, perubahan dari segi suhu larutan akan dapat dikesan.
4. Kuantiti haba yang diserap atau dibebaskan oleh sesuatu tindak balas kimia dapat dilihat seperti yang ditunjukkan di bawah:
Haba yang dibebaskan oleh tindak balas kimia = haba yang diserap oleh larutan (suhu larutan meningkat)
Haba yang diserap oleh tindak balas kimia
= haba yang dibebaskan oleh larutan (suhu larutan menurun)
5. Haba yang diserap atau dibebaskan oleh larutan dapat dikira dengan menggunakan persamaan berikut:
Perubahan haba, q = haba yang diserap atau dibebaskan = mcӨ
di mana m = jumlah jisim larutan (dalam unit g)
c = muatan haba tentu larutan (dalam unit J g-1 °C-1) Ө = perubahan suhu larutan (dalam unit °C)
6. Setelah memperoleh maklumat berkaitan yang diperlukan, maka haba tindak balas dapat dikira dengan mengikuti langkah-langkah yang ditunjukkan pada bahagian pengiraan atau analisis keputusan.
Kesimpulan :
1. Haba tindak balas dapat ditentukan dengan menjalankan eksperimen di dalam makmal.
2. Haba tindak balas bagi persamaan Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2
ialah 50.15 kJ/mol.
3. Haba tindak balas bagi persamaan NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O +CO2
ialah -134.11 kJ/mol.
Rujukan :
Berryberryteacher. (2011, November 4). SPM Chemistry Form 5 Notes – Terminology and Concepts: Thermochemisty (Part 1). Didapatkan pada Februari 20, 2013, daripada http://berryberryeasy.com/2011/01/spm-chemistry-form-5-notes-thermochemisty-part-1/
Clark, J. (2010). Hess's Law And Enthalpy Change Calculations. Didapatkan pada Februari 10, 2013, daripada
http://www.chemguide.co.uk/physical/energetics/sums.html
Dawkins, R. (2004). Oxford Illustrated Sceince Encyclopedia. New York: Oxford University Press.
Eng, N. H., Lim, E. W., & Lim, Y. C. (2003). Fokus Ungu Masteri SPM Kimia.
Johor Darul Takzim: Penerbitan Pelangi Sdn. Bhd.
Ensiklopedia Pelajar Oxford-Fajar Bakti (Jilid 2). (1995). Selangor Darul Ehsan: Penerbit Fajar Bakti.
Lim, Y. S. (2001). Siri Teks STPM Matrikulasi Kimia Fizikal. Selangor Darul Ehsan: Pearson Education Malaysia Sdn. Bhd.
Loh, Y. L., & N. Sivaneson. (2004). STPM Physical Chemistry Volume 2. Johor Darul Takzim: Penerbitan Pelangi Sdn. Bhd.
Norbani Abdullah, Latifah Abdol Latif, & Roslinda Ithnin. (1998). Kimia Fizikal Asas Matrikulasi. Selangor Darul Ehsan: Penerbit Fajar Bakti Sdn. Bhd. Potts, G. E. (2001). Hess's Law. Didapatkan pada Februari 10, 2013, daripada
http://www.tutor.com.my/tutor/arkib2002.asp?e=SPM&s=KIM&b= JUL&m=2&t=&r=g&i=PNP
Tan, Y. T. (2004). Kimia Fizik STPM. Selangor Darul Ehsan: Penerbit Fajar Bakti Sdn. Bhd.
Termokimia. (2002). Didapatkan pada Februari 20, 2013, daripada http://www.tutor.com.my/tutor/arkib2002.asp?e=SPM&s=KIM&b= JUL&m=1&r=m&i=NOTA
Refleksi :
Bersyukur kepada Tuhan kerana saya dapat menyiapkan Amali 2 ini dengan berjaya dan lancar. Pelbagai perkara yang baharu dan menarik telah saya belajar dan peroleh sepanjang menyiapkan Amali 2 ini.
Pertama sekali, saya telah mempelajari cara-cara atau teknik-teknik yang betul untuk menggunakan buret, dan seterusnya mengetahui prosedur-prosedur untuk melakukan eksperimen mengenai haba tindak balas dan hukum Hess. Walaupun saya pernah menjalani aktiviti yang serupa dengan ini semasa saya masih menuntut Tingkatan 4 di sekolah menengah, namun ketika itu saya hanya bertindak sebagai pemerhati dan pencatat sahaja. Oleh itu, menerusi amali ini, saya berpeluang sekali lagi untuk mencuba membuat eksperimen ini dengan sendiri. Saya berpendapat bahawa apabila kita melakukan sesuatu aktiviti itu dengan sendiri, kita akan lebih mengingati sesuatu yang diajar memandangkan kita akan menggunakan pancaindera kita semasa menjalankan amali. Lantas, amali ini telah menyebabkan saya lebih mengingati fakta dan kandungan pembelajaran yang diajar oleh pensyarah.
Selain itu, ketika kumpulan kami menjalankan eksperimen mengenai haba tindak balas dan hukum Hess, saya juga sedar bahawa pelbagai perkara perlu kita berikan perhatian dan semua langkah berjaga-jaga perlu saya ambil dan praktikkan demi memastikan keputusan eksperimen kumpulan kami adalah konsisten, tepat dan jitu. Oleh itu, kumpulan kami bersepakat untuk memastikan bahawa semua aspek keselamatan dan langkah berjaga-jaga yang perlu diberi perhatian telah kami ambil dan laksanakan. Contohnya, pada amali ini, semua kipas dalam makmal sains dipastikan tutup bagi mengurangkan pergerakan angin dan kadar kehilangan haba ke persekitaran. Selain itu, semasa mengambil bacaan suhu daripada termometer, kami juga memastikan bahawa posisi mata kami adalah selari dengan ukuran yang hendak dibaca demi mengelakkan ralat paralaks. Semasa mengambil bacaan suhu larutan, kami sentiasa memastikan bahawa kami hanya mengambil bacaan suhu selepas beberapa minit di samping campuran dalam cawan plastik itu sentiasa dikacau dengan termometer (bahan yang tidak menyerap haba) bagi memastikan larutan-larutan itu telah mencapai suhu sekata.
Sebenarnya kumpulan kami juga menghadapi beberapa masalah sepanjang melakukan amali ini. Pada mulanya semua ahli daripada kumpulan kami langsung tidak tahu bagaimana untuk menggunakan buret untuk menyukat dan mendapatkan isi padu larutan. Oleh itu, kami terpaksa bertanya kepada kumpulan-kumpulan lain dan melihat bagaimana kumpulan-kumpulan lain melaksanakannya bagi mengetahui teknik-teknik menggunakan buret yang betul. Seterusnya, barulah kami mengasimilasikan dan mencontohi langkah-langkah yang dilakukan oleh kumpulan lain bagi menyukat dan mendapatkan isi padu larutan kumpulan kami. Walau bagaimanapun, dengan usaha gigih dan kerjasama dalam kalangan ahli kumpulan kami, kami dapat menyiapkan dan menyempurnakan amali ini tanpa sebarang kekangan atau masalah yang besar.
tidak menentu dan setelah ia telah mencapai suhu maksimum atau suhu minimumnya, ia akan berubah kembali ke suhu bilik dengan kadar yang agak cepat. Oleh itu, kami perlu sentiasa memerhatikan bacaan termometer supaya suhu akhir yang dicapai oleh larutan campuran dapat dicatatkan. Suhu maksimum atau minimum yang dicatatkan mestilah suhu tertinggi atau terendah yang dicapai oleh larutan campuran selepas tindak balas lengkap dan semua haba tindak balas telah dibebaskan. Selepas menjalankan amali ini, kami juga membandingkan bacaan suhu kami dengan kumpulan lain dan membincangkan dengan mereka bagi memastikan bahawa bacaan suhu yang kami ambil tersebut merupakan suhu maksimum atau suhu minimum bagi campuran larutan tersebut.
Apabila saya melihat semula amali ini, saya merasakan bahawa alangkah lebih baik sekiranya cawan plastik yang digunakan untuk menjalankan amali pada kali ini ditukarkan kepada cawan polisterina demi meningkatkan ketepatan dan kejituan amali dan nilai haba tindak balas yang diperoleh menerusi eksperimen ini. Hal ini demikian kerana cawan polistirena dikatakan dapat memerangkap lebih banyak haba dan mengurangkan haba terbebas ke persekitaran dengan lebih efektif berbanding dengan cawan plastik. Selain itu, adalah dicadangkan agar amali ini dijalankan di dalam bilik yang tertutup, iaitu bilik yang tiada pergerakan angin demi mengelakkan haba yang dihasilkan menerusi eksperimen ini terbebas ke persekitaran pada kadar yang cepat. Oleh itu, kita boleh mendapatkan bacaan suhu termometer yang lebih tepat dan jitu, lantas meningkatkan ketepatan dan kejituan keseluruhan amali ini.
Kesimpulannya, saya telah memperoleh banyak faedah sepanjang dan selepas menyiapkan Amali 2 ini. Ini menyebabkan saya menanti-nantikan Amali 3 yang akan dijalankan tidak lama lagi supaya saya dapat mempelajari lebih banyak perkara yang tidak saya ketahui.
