Haba pembakaran

Haba pembakaran ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol bahan dibakar lengkap dalam oksigen berlebihan. Pembakaran sangat eksotermik, sebab itulah bahan api membebaskan tenaga, dan bab Termokimia Tingkatan 5 menggunakan alkohol sebagai bahan api piawai untuk dikaji. Peperiksaan menguji persamaan seimbang, takrifnya, pengiraan daripada kenaikan suhu, aliran menuruni siri, dan sebab nilai eksperimen kurang daripada nilai teori.

Persamaan seimbang

Pembakaran lengkap menukar setiap atom karbon menjadi karbon dioksida dan setiap atom hidrogen menjadi air. Bagi etanol:

C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(l)

Bahan api lain mengikut corak yang sama, contohnya metanol dan propan-1-ol:

2CH₃OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 4H₂O(l)

2C₃H₇OH(l) + 9O₂(g) → 6CO₂(g) + 8H₂O(l)

Nilai yang disebut sebagai haba pembakaran sentiasa per satu mol bahan api yang dibakar, jadi persamaan ditulis untuk satu mol bahan api di mana boleh.

Keadaan yang diperlukan

• Bahan api dibakar lengkap dalam oksigen berlebihan (banyak), supaya karbon dioksida dan air ialah satu-satunya hasil.
• Haba yang dibebaskan diarahkan ke jisim air yang diketahui dalam bekas logam (contohnya tin kuprum), yang kenaikan suhunya diukur.
• Radas dilindungi daripada deruan angin untuk mengurangkan kehilangan haba.

Pemerhatian

• Suhu air naik, menunjukkan tindak balas eksotermik.
• Nyalaan sepatutnya nyalaan biru yang bersih; nyalaan kuning berjelaga menandakan pembakaran tidak lengkap, yang mengurangkan haba yang disampaikan.
• Jisim bahan api yang dibakar dicari dengan menimbang penunu sebelum dan selepas.

Bagaimana nilai dikira

Haba yang diperoleh air ialah Q = mcθ, dengan m ialah jisim air, c ialah muatan haba tentunya (4.2 J per g per darjah C) dan θ ialah kenaikan suhu. Membahagikan haba ini dengan bilangan mol bahan api yang dibakar memberi haba pembakaran per mol. Langkah yang paling kerap hilang markah ialah menukar jisim bahan api kepada mol menggunakan jisim molarnya, jadi kekalkan mol bahan api dan haba yang dibebaskan berhubung dengan jelas.

Aliran menuruni siri alkohol

Apabila anda beralih daripada metanol ke etanol ke propanol, setiap bahan api mempunyai satu unit -CH₂⁻ tambahan, jadi lebih banyak atom karbon dan hidrogen dibakar dan lebih banyak tenaga dibebaskan per mol. Oleh itu haba pembakaran meningkat dengan tetap menuruni siri homolog. Memplot haba pembakaran melawan bilangan atom karbon memberi garis menaik, satu graf yang gemar ditetapkan peperiksaan.

Mengapa eksperimen kurang daripada teori

Haba pembakaran yang diukur biasanya lebih rendah daripada nilai teori atas tiga sebab: haba hilang ke persekitaran dan radas dan bukan semuanya sampai ke air; bahan api mungkin terbakar tidak lengkap, membebaskan kurang haba; dan sebahagian wap bahan api mungkin terlepas tanpa terbakar. Menamakan kehilangan ini, dan mencadangkan susunan terpenebat atau terlindung untuk menguranginya, ialah soalan penilaian yang lazim.

Kesilapan lazim yang perlu dielakkan

Takrifkan kuantiti per satu mol bahan api yang dibakar lengkap. Guna jisim air, bukan bahan api, dalam Q = mcθ, kemudian bahagi dengan mol bahan api. Beri hasil pembakaran lengkap (karbon dioksida dan air), dan ingat simbol keadaan. Terangkan nilai eksperimen yang rendah dengan kehilangan haba dan pembakaran tidak lengkap, bukan dengan “termometer yang salah”.

Bagaimana ia muncul dalam peperiksaan SPM

Dalam Kertas 2 (4541/2) anda mungkin menulis persamaan pembakaran, mentakrifkan haba pembakaran, mengiranya daripada data dengan Q = mcθ, mentafsir aliran menuruni siri, dan menilai punca kehilangan haba. Dalam Kertas 3 (4541/3), memanaskan air dengan bahan api yang terbakar dan merekod kenaikan suhu ialah amali yang ditetapkan. Kekalkan satu mol bahan api dan kenaikan suhu air di tengah, dan setiap soalan haba pembakaran kekal terurus.