Cara mengira haba pembakaran

Soalan haba pembakaran dalam bab termokimia memerangkap pelajar atas satu sebab: jisim yang anda masukkan ke dalam Q = mcθ bukan bahan api. Ia jisim air yang dipanaskan. Sebaik anda betulkan itu, pengiraannya pendek dan markahnya mudah. Panduan ini memberi anda takrif, kaedah, contoh etanol yang dikira sepenuhnya, dan teori tentang mengapa nombor daripada eksperimen sekolah sentiasa keluar rendah.

Takrif

Haba pembakaran ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol bahan dibakar lengkap dalam oksigen berlebihan. Pembakaran eksotermik, jadi suhu air di atas nyalaan naik, dan ΔH adalah negatif. Bahan api yang anda temui di SPM biasanya alkohol; pembakaran lengkap etanol ialah:

C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

Anda boleh mengulang kaji tindak balas di halaman pembakaran alkohol kami dan idea tenaga di halaman haba pembakaran kami.

Bagaimana eksperimen berfungsi

Isi padu air yang diketahui berada dalam tin kuprum. Pelita bahan api ditimbang, dinyalakan, dan digunakan untuk memanaskan air. Anda merekod kenaikan suhu air dan jisim bahan api yang terbakar (daripada susutan jisim pelita). Dua kuantiti penting:

• m dalam Q = mcθ ialah jisim air yang dipanaskan, bukan bahan api. Guna ketumpatan 1 g cm⁻³, jadi isi padu air dalam cm³ ialah jisimnya dalam g.
• n ialah mol bahan api yang terbakar = jisim bahan api terbakar ÷ jisim molar bahan api.

Dua formula dan kaedahnya

Haba diserap oleh air: Q = mcθ, dengan c = 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹.

Per mol bahan api: ΔH = −Q ÷ n, dalam kJ mol⁻¹, negatif kerana pembakaran eksotermik.

Langkah-langkahnya:

1. m = jisim air yang dipanaskan (daripada isi padunya).
2. θ = kenaikan suhu air.
3. Q = mcθ, kemudian bahagi dengan 1000 untuk kilojoule.
4. n = jisim bahan api terbakar ÷ jisim molarnya.
5. ΔH = −Q ÷ n, dengan tanda negatif.

Contoh dikira: etanol

Satu pelita etanol memanaskan 250 cm³ air. Suhu naik daripada 30.0 °C ke 58.0 °C. Jisim pelita susut sebanyak 1.15 g. Cari haba pembakaran etanol. (Jisim molar etanol, C₂H₅OH = 46 g mol⁻¹.)

Langkah 1, jisim air. 250 cm³ air mempunyai jisim m = 250 g.

Langkah 2, perubahan suhu. θ = 58.0 − 30.0 = 28.0 °C.

Langkah 3, haba dibebaskan kepada air.

Q = mcθ = 250 × 4.2 × 28.0 = 29 400 J = 29.4 kJ

Langkah 4, mol etanol terbakar.

n = 1.15 ÷ 46 = 0.025 mol

Langkah 5, haba pembakaran.

ΔH = −29.4 ÷ 0.025 = −1176 kJ mol⁻¹

Jadi eksperimen memberi haba pembakaran kira-kira −1176 kJ mol⁻¹.

Mengapa nilai eksperimen lebih rendah daripada nilai buku data

Ini soalan penjelasan kegemaran. Nilai daripada eksperimen sekolah ringkas sentiasa kurang daripada nilai diterima (buku data). Sebab-sebabnya semua bentuk kehilangan tenaga:

• Haba hilang ke persekitaran, ke udara, tin kuprum dan tungku kaki tiga, dan bukan semuanya masuk ke dalam air.
• Pembakaran tak lengkap menghasilkan sedikit jelaga (karbon), jadi bukan semua bahan api terbakar lengkap dan kurang haba dibebaskan.
• Sebahagian bahan api tersejat tanpa terbakar.

Kerana haba terlepas, air memanas kurang daripada sepatutnya, Q lebih kecil, dan ΔH yang dikira lebih kecil magnitudnya daripada nilai sebenar. Menamakan dua sahaja daripada kehilangan ini biasanya memperoleh markah.

Aliran menurun siri alkohol

Satu perkara biasa Kertas 2: apabila anda menaik siri homolog alkohol (metanol, etanol, propanol, butanol), haba pembakaran meningkat, ia menjadi lebih negatif. Setiap kumpulan –CH₂– tambahan menambah lebih banyak atom karbon dan hidrogen, jadi lebih banyak ikatan terbentuk dengan oksigen semasa pembakaran dan lebih banyak haba dibebaskan per mol. Anda mungkin diminta memplot ini dan memerihalkan aliran, jadi ingat: molekul lebih besar, lebih banyak tenaga dibebaskan per mol.

Kesilapan biasa yang perlu dielakkan

• Menggunakan jisim bahan api sebagai m dalam Q = mcθ. m ialah jisim air. Jisim bahan api hanya digunakan untuk mencari mol.
• Terlupa menukar Q kepada kilojoule sebelum bahagi dengan mol.
• Menggugurkan tanda negatif, pembakaran eksotermik.
• Menjelaskan nilai rendah dengan “termometer rosak”. Pemeriksa mahu kehilangan haba, pembakaran tak lengkap atau penyejatan.

Latih kaedah penuh

Haba pembakaran cepat sebaik peranan jelas: air memberi anda m, bahan api memberi anda n. Kerjakan satu soalan alkohol sepenuhnya, termasuk penjelasan “mengapa ia lebih rendah”, dan coraknya melekat. Jika anak anda asyik memasukkan jisim bahan api ke dalam Q = mcθ, itu pembetulan dua minit dengan seorang guru. Kelas satu-ke-satu dalam talian kami dijalankan dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, dengan percubaan satu jam berbayar, lihat cara ia berjalan untuk mencuba ini dengan soalan termokimia sebenar.