Eksperimen: Menentukan haba penyesaran

Menentukan haba penyesaran ialah amali Tingkatan 5 dalam bab Termokimia. Ia menggabungkan tindak balas penyesaran dalam siri kereaktifan dan pengukuran perubahan tenaga bagi setiap mol, dan ia menunjukkan sekali lagi cara perubahan suhu ditukar kepada haba tindak balas. Panduan ini menetapkan matlamat, radas, prosedur bernombor, pemerhatian yang dijangka, dan kemahiran proses sains yang dihargai oleh kertas amali. Pemerhatian bersifat kualitatif; gunakan bacaan anda sendiri untuk sebarang pengiraan.

Matlamat

Untuk menentukan haba penyesaran apabila logam yang lebih reaktif menyesarkan logam yang kurang reaktif daripada larutan garamnya, dengan mengukur perubahan suhu dalam bekas tertebat.

Radas dan bahan

• Cawan polistirena (dengan penutup) sebagai kalorimeter tertebat
• Termometer
• Silinder penyukat
• Spatula dan neraca
• Larutan kuprum(II) sulfat berkepekatan diketahui
• Serbuk zink (logam yang lebih reaktif, digunakan secara berlebihan)
• Pengacau

Prosedur

1. Sukat isipadu diketahui larutan kuprum(II) sulfat dengan silinder penyukat dan tuangkannya ke dalam cawan polistirena.
2. Ukur dan rekod suhu awal larutan kuprum(II) sulfat dengan termometer.
3. Timbang serbuk zink berlebihan, supaya semua ion kuprum dalam larutan boleh disesarkan.
4. Tambah serbuk zink kepada larutan kuprum(II) sulfat dalam cawan sekali gus, dan kacau campuran dengan perlahan.
5. Perhati termometer dan rekod suhu tertinggi (maksimum) yang dicapai oleh campuran.
6. Perhati warna larutan dan sebarang pepejal yang terbentuk semasa tindak balas.
7. Kira perubahan suhu, kemudian gunakannya untuk mencari haba yang dibebaskan dan, dengan membahagikan dengan mol garam yang bertindak balas, haba penyesaran bagi setiap mol.

Pemerhatian yang dijangka

Apabila serbuk zink ditambah kepada larutan kuprum(II) sulfat yang biru, suhu campuran meningkat ke maksimum sejurus selepas dicampur dan kemudian turun perlahan-lahan apabila haba hilang. Warna biru larutan luntur apabila ion kuprum disingkirkan daripada larutan, dan pepejal perang kemerahan (kuprum) terenap. Kerana zink berlebihan digunakan, sebahagian serbuk zink kelabu kekal tidak bertindak balas. Kenaikan suhu daripada nilai permulaan kepada nilai tertinggi ialah ukuran utama untuk pengiraan.

Inferens dan kesimpulan

Suhu meningkat kerana penyesaran ialah tindak balas eksotermik: zink yang lebih reaktif menyesarkan kuprum yang kurang reaktif daripada larutan kuprum(II) sulfat, membebaskan haba. Pelunturan warna biru dan enapan perang kemerahan menunjukkan bahawa kuprum telah disesarkan daripada larutan, dan zink yang berbaki menunjukkan logam reaktif itu berlebihan jadi tindak balas lengkap. Menggunakan perubahan suhu, haba yang dibebaskan dikira dengan haba dibebaskan = jisim larutan x muatan haba tentu x perubahan suhu (mc-theta), dan membahagikan dengan mol garam yang bertindak balas memberi haba penyesaran bagi setiap mol. Kesimpulannya ialah penyesaran logam kurang reaktif oleh logam yang lebih reaktif bersifat eksotermik.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Membuat inferens. Daripada pemerhatian bahawa warna biru luntur dan pepejal perang terbentuk, inferkan bahawa kuprum telah disesarkan daripada larutan oleh zink.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Jika penyiasatan membandingkan logam berbeza menyesarkan kuprum, pemboleh ubah dimanipulasi ialah logam yang ditambah, pemboleh ubah bergerak balas ialah perubahan suhu, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah isipadu dan kepekatan larutan kuprum(II) sulfat serta cawan tertebat.

Definisi secara operasi. Takrifkan tindak balas sebagai lengkap secara operasi: penyesaran lengkap apabila logam berlebihan kekal dan warna biru tidak lagi luntur semasa dikacau lanjut.

Menjadualkan dan mengira. Rekod suhu awal dan tertinggi serta perubahan suhu, kemudian tunjukkan pengiraan haba yang dibebaskan dan haba penyesaran bagi setiap mol, dengan unit.

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana larutan kuprum(II) sulfat memudaratkan dan merengsakan.
• Tambah serbuk zink dengan berhati-hati supaya campuran tidak terpercik keluar daripada cawan.
• Basuh sebarang percikan larutan pada kulit dengan serta-merta menggunakan banyak air, untuk mengehadkan kerengsaan.
• Kendalikan termometer dengan lembut dan jangan mengacau dengan kuat menggunakannya, supaya ia tidak pecah.
• Lupuskan campuran dan sisa logam seperti diarahkan, dan bukan menuangnya ke dalam sinki.

Kesilapan lazim

• Tidak menggunakan logam berlebihan. Jika zink yang ditambah terlalu sedikit, tidak semua ion kuprum disesarkan dan tindak balas tidak lengkap; gunakan berlebihan supaya larutan garam menjadi bahan tindak balas penghad.
• Membaca suhu terlalu lewat. Haba hilang dengan cepat selepas dicampur, jadi perhati dengan teliti dan rekod suhu maksimum.
• Menggunakan bikar kaca. Kaca mengalirkan haba keluar dan menurunkan perubahan suhu yang diukur; gunakan cawan polistirena tertebat dengan penutup.
• Menambah logam dengan perlahan. Menambah zink sedikit demi sedikit menyebarkan kenaikan suhu dan menurunkan maksimum; tambah sekali gus dan kacau.
• Mencipta bacaan. Gunakan suhu yang anda benar-benar ukur dalam pengiraan; jangan salin nilai daripada sumber lain.

Bagaimana guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris bermula RM50 sejam, kami memastikan pelajar boleh mengaitkan pemerhatian dengan siri kereaktifan, menerangkan mengapa logam berlebihan digunakan, dan menyusun pengiraan haba bagi setiap mol dengan jelas. Haba penyesaran mengikat kereaktifan logam dengan perubahan tenaga merentasi Kimia SPM, dan kaedah ukur-perubahan-suhu yang sama muncul semula dalam haba peneutralan dan pembakaran, dan dalam taksiran amali Kertas 3 (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains).