Eksperimen: Menentukan haba pembakaran alkohol

Menentukan haba pembakaran alkohol ialah amali Tingkatan 5 dalam bab Termokimia. Ia mengukur tenaga yang dibebaskan apabila alkohol terbakar dengan menggunakannya untuk memanaskan air, dan ia membolehkan anda membandingkan ahli siri homolog. Panduan ini menetapkan matlamat, radas, prosedur bernombor, pemerhatian yang dijangka, dan kemahiran proses sains yang dihargai oleh kertas amali. Pemerhatian bersifat kualitatif; gunakan jisim dan suhu anda sendiri untuk sebarang pengiraan.

Matlamat

Untuk menentukan haba pembakaran alkohol dengan menggunakan alkohol yang terbakar untuk memanaskan jisim air yang diketahui, dan membandingkan haba pembakaran ahli-ahli siri alkohol yang berturutan.

Radas dan bahan

• Tin kuprum (kalorimeter) untuk memegang air
• Kaki retort, boss dan pengapit untuk memegang tin
• Termometer
• Silinder penyukat
• Pelita spirit atau penunu kecil yang mengandungi alkohol, dengan sumbu
• Neraca (untuk menimbang pelita sebelum dan selepas)
• Siri alkohol, contohnya metanol, etanol, propan-1-ol dan butan-1-ol
• Perisai angin untuk mengurangkan kehilangan haba

Prosedur

1. Sukat isipadu air yang diketahui dengan silinder penyukat dan tuangkannya ke dalam tin kuprum; jisim air diketahui daripada isipadunya.
2. Apitkan tin kuprum di atas pelita spirit dan rekod suhu awal air dengan termometer.
3. Timbang pelita spirit yang mengandungi alkohol pertama dan rekod jisimnya.
4. Nyalakan pelita dan biarkan nyalaan memanaskan air, mengacau air dengan perlahan menggunakan termometer.
5. Apabila suhu air telah naik sebanyak amaun yang sesuai, padamkan nyalaan dan rekod suhu tertinggi air.
6. Timbang pelita sekali lagi dengan serta-merta dan rekod jisim barunya; perbezaannya memberi jisim alkohol yang terbakar.
7. Kira haba yang diperoleh air dan, menggunakan jisim alkohol yang terbakar dan jisim molarnya, dapatkan haba pembakaran bagi setiap mol; ulang dengan setiap alkohol pada keadaan yang sama.

Pemerhatian yang dijangka

Apabila pelita dinyalakan, alkohol terbakar dengan nyalaan dan air dalam tin kuprum menjadi lebih panas, jadi bacaan termometer naik. Jisim pelita spirit berkurangan apabila alkohol digunakan. Lapisan jelaga hitam mungkin terbentuk pada dasar tin kuprum, terutamanya dengan alkohol yang mempunyai lebih banyak atom karbon. Dua ukuran utama yang perlu direkodkan ialah kenaikan suhu air dan jisim alkohol yang terbakar; sepanjang siri, alkohol dengan lebih banyak atom karbon cenderung memberi haba pembakaran bagi setiap mol yang lebih besar.

Inferens dan kesimpulan

Air menjadi lebih panas kerana pembakaran alkohol bersifat eksotermik, membebaskan haba yang dipindahkan tin kuprum kepada air. Haba yang diperoleh air dikira dengan haba diperoleh = jisim air x muatan haba tentu x kenaikan suhu (mc-theta), dan membahagikan dengan mol alkohol yang terbakar memberi haba pembakaran bagi setiap mol. Apabila anda bergerak sepanjang siri, setiap alkohol mempunyai satu unit karbon dan hidrogen tambahan, jadi lebih banyak ikatan terbentuk dengan oksigen semasa pembakaran dan haba pembakaran bagi setiap mol meningkat. Kesimpulannya ialah haba pembakaran alkohol boleh didapati daripada kenaikan suhu air dan jisim yang terbakar, dan ia meningkat sepanjang siri homolog.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Mengenal pasti pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah alkohol yang digunakan (bilangan atom karbonnya), pemboleh ubah bergerak balas ialah haba pembakaran bagi setiap mol, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah jisim air, jarak daripada nyalaan ke tin, dan penggunaan perisai angin.

Membuat inferens. Daripada pemerhatian bahawa suhu air meningkat, inferkan bahawa pembakaran bersifat eksotermik dan membebaskan haba ke persekitaran.

Menjadualkan dan memplot. Jadualkan setiap alkohol dengan bilangan atom karbonnya dan haba pembakaran bagi setiap mol, kemudian plot haba pembakaran melawan bilangan atom karbon dan perihalkan trendnya.

Mengawal ketepatan. Terangkan bagaimana perisai angin dan meletakkan tin dekat dengan nyalaan mengurangkan kehilangan haba ke persekitaran, jadi haba pembakaran yang diukur lebih hampir kepada nilai sebenar.

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana alkohol mudah terbakar dan menyala dengan mudah.
• Sumbat botol alkohol dan jauhkannya daripada pelita yang menyala, supaya wap tidak menyala.
• Padamkan nyalaan dengan penutup pelita, bukan dengan meniup, supaya alkohol yang terbakar tidak bertaburan.
• Biarkan tin kuprum dan pelita menyejuk sebelum menimbang atau menggerakkannya, untuk mengelakkan luka bakar.
• Bekerja di atas tikar tahan haba di kawasan berpengudaraan, supaya haba dan gas pembakaran dikendalikan dengan selamat.

Kesilapan lazim

• Tidak menimbang pelita dengan segera. Jika anda menunggu selepas nyalaan padam, lebih banyak alkohol tersejat dan jisim yang terbakar dilebih-lebihkan; timbang pelita dengan serta-merta.
• Mengabaikan kehilangan haba. Banyak haba terlepas ke udara; gunakan perisai angin dan letakkan tin dekat dengan nyalaan, dan ambil perhatian bahawa kehilangan haba menjadikan nilai yang diukur lebih rendah daripada nilai sebenar.
• Membiarkan jelaga terkumpul. Lapisan jelaga yang tebal menebat tin dan menurunkan kenaikan suhu; catat pembakaran tidak lengkap dan bukan mengabaikannya.
• Mengubah keadaan antara alkohol. Perbandingan yang adil memerlukan jisim air dan susunan yang sama bagi setiap alkohol; ubah hanya alkohol.
• Mencipta bacaan. Gunakan jisim dan suhu yang anda benar-benar ukur; jangan salin nilai haba daripada buku data ke dalam keputusan anda.

Bagaimana guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris bermula RM50 sejam, kami memastikan pelajar boleh menjalankan pengiraan penuh, haba diperoleh air dengan mc-theta, kemudian haba bagi setiap mol daripada jisim yang terbakar, dan boleh menerangkan mengapa kehilangan haba menjadikan nilai eksperimen lebih rendah daripada nilai yang diterima. Haba pembakaran ialah soalan pengiraan dan graf kegemaran merentasi Kimia SPM kerana ia menghubungkan perubahan tenaga dengan siri homolog alkohol, dan kemahiran yang sama iaitu mengukur, menjadualkan dan memplot dihargai dalam taksiran amali Kertas 3 (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains).