Haba penyesaran dan pemendakan

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Termokimia Tingkatan 5: haba penyesaran dan haba pemendakan. Kedua-dua kuantiti ini dikumpulkan bersama kerana ia berkongsi kaedah eksperimen yang sama dan pengiraan Q = mcθ yang sama seperti yang anda temui dalam haba peneutralan. Pelajari kedua-dua definisi dengan tepat, kekalkan langkah pengiraan mengikut urutan, dan standard ini menjadi sumber markah yang boleh dipercayai.

Haba penyesaran

Haba penyesaran ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol logam disesarkan daripada larutan garamnya oleh logam yang lebih reaktif. Dalam tindak balas penyesaran, logam yang lebih reaktif menyerahkan elektron kepada ion logam yang kurang reaktif, menolak logam kurang reaktif itu keluar daripada larutan sebagai logam bebas.

Contoh biasa ialah menambah zink kepada larutan kuprum(II) sulfat. Zink lebih reaktif daripada kuprum, jadi zink menyesarkan kuprum:

Zn(p) + CuSO₄(ak) → ZnSO₄(ak) + Cu(p)

atau, sebagai persamaan ion, Zn(p) + Cu²⁺(ak) → Zn²⁺(ak) + Cu(p).

Tindak balas ini membebaskan haba kepada persekitaran, jadi ia eksotermik, suhu larutan naik, dan ΔH adalah negatif. Semakin reaktif logam penyesar berbanding logam yang disesarkan, semakin banyak haba dibebaskan, cara yang berguna untuk mengaitkan topik ini dengan siri kereaktifan.

Haba pemendakan

Haba pemendakan ialah perubahan haba apabila satu mol mendakan terbentuk daripada ionnya dalam larutan. Apabila dua larutan dicampurkan dan garam tak larut terbentuk, ion yang bercas bertentangan bergabung menjadi kekisi pepejal, dan ini biasanya membebaskan haba, jadi pemendakan lazimnya eksotermik dengan ΔH negatif.

Contoh yang lazim ialah mencampurkan larutan argentum nitrat dengan larutan natrium klorida untuk membentuk mendakan putih argentum klorida:

Ag⁺(ak) + Cl⁻(ak) → AgCl(p)

Di sini ion natrium dan nitrat ialah ion penonton; hanya ion argentum dan klorida yang sebenarnya membentuk mendakan, dan haba pemendakan ditakrifkan bagi setiap mol AgCl yang terbentuk.

Pengiraan, tiga langkah yang sama

Kedua-dua kuantiti menggunakan kaedah yang sama seperti dalam haba peneutralan.

1. Haba yang dibebaskan, Q = mcθ, m ialah jisim larutan dalam gram (ketumpatan 1 g cm⁻³, jadi cm³ larutan sama dengan gram), c ialah muatan haba tentu larutan (4.2 J g⁻¹ °C⁻¹), dan θ ialah perubahan suhu dalam °C.
2. Bilangan mol logam yang disesarkan (penyesaran) atau mendakan yang terbentuk (pemendakan), daripada bahan tindak balas penghad.
3. ΔH = −Q ÷ mol, dalam kJ mol⁻¹, dengan tanda negatif bagi perubahan eksotermik ini.

Bagi penyesaran, logam yang bertindak balas biasanya ditambah secara berlebihan (sebagai serbuk), jadi amaun hasil ditetapkan oleh bilangan mol garam dalam larutan.

Contoh penyelesaian (penyesaran)

Soalan. Serbuk zink berlebihan ditambah kepada 50 cm³ larutan kuprum(II) sulfat 0.40 mol dm⁻³ dalam cawan polistirena. Suhu naik daripada 28.0 °C ke 48.0 °C. Kira haba penyesaran kuprum. (c = 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹; ketumpatan larutan = 1 g cm⁻³.)

Langkah 1, Jisim larutan. m = 50 × 1 = 50 g

Langkah 2, Perubahan suhu. θ = 48.0 − 28.0 = 20.0 °C

Langkah 3, Haba yang dibebaskan. Q = mcθ = 50 × 4.2 × 20.0 = 4200 J = 4.2 kJ

Langkah 4, Bilangan mol kuprum yang disesarkan. Mol Cu²⁺ = 0.050 dm³ × 0.40 mol dm⁻³ = 0.020 mol Daripada Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu, 0.020 mol kuprum disesarkan (zink berlebihan).

Langkah 5, Haba penyesaran. ΔH = −Q ÷ mol = −4.2 kJ ÷ 0.020 mol = −210 kJ mol⁻¹

Jawapan. Haba penyesaran kuprum ialah −210 kJ mol⁻¹; tanda negatif menunjukkan tindak balas itu eksotermik.

Soalan latihan (pemendakan)

Soalan. 50 cm³ larutan argentum nitrat 0.50 mol dm⁻³ dicampurkan dengan 50 cm³ larutan natrium klorida 0.50 mol dm⁻³. Mendakan putih terbentuk dan suhu naik daripada 28.0 °C ke 32.0 °C. Kira haba pemendakan argentum klorida. (c = 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹; ketumpatan = 1 g cm⁻³.)

Jawapan. Jisim larutan = 50 + 50 = 100 g. Perubahan suhu θ = 32.0 − 28.0 = 4.0 °C. Haba dibebaskan Q = mcθ = 100 × 4.2 × 4.0 = 1680 J = 1.68 kJ. Mol Ag⁺ = 0.050 × 0.50 = 0.025 mol dan mol Cl⁻ = 0.025 mol, jadi 0.025 mol AgCl dimendakkan. ΔH = −1.68 kJ ÷ 0.025 mol = −67.2 kJ mol⁻¹. Tanda negatif mengesahkan pemendakan itu eksotermik.

Petua peperiksaan

Kedua-dua definisi mesti menyebut satu mol, satu mol logam yang disesarkan, atau satu mol mendakan yang terbentuk, dan di sinilah markah definisi selalunya diperoleh atau hilang. Untuk pengiraan, bekerja dalam urutan yang sama seperti haba peneutralan, dan berhati-hati dengan langkah mol: dalam penyesaran, logam yang ditambah adalah berlebihan, jadi hasil ditetapkan oleh larutan garam, bukan oleh logam; dalam pemendakan, semak ion yang mana penghad sebelum anda menentukan mol mendakan. Kekalkan m sebagai jisim jumlah larutan selepas campuran, kekalkan tanda negatif pada ΔH, dan tukar joule kepada kilojoule sebelum menulis kJ mol⁻¹. Jika soalan juga bertanya mengapa tindak balas eksotermik, katakan pembentukan ikatan atau kekisi membebaskan lebih banyak tenaga daripada yang diserap, penaakulan tenaga yang sama digunakan sepanjang bab ini.

Kesilapan lazim untuk dielakkan

Jangan tulis definisi tanpa perkataan satu mol, “haba yang dibebaskan apabila logam disesarkan” tidak lengkap dan selalunya tidak diberi markah penuh. Jangan gunakan jisim logam sebagai m dalam Q = mcθ; m ialah jisim larutan, kerana larutan itulah persekitaran yang suhunya kita ukur. Jangan lupa bahawa dalam penyesaran, logam serbuk ditambah berlebihan supaya semua ion logam dalam larutan bertindak balas, jadi mol hasil dikira daripada larutan garam. Akhir sekali, jangan tinggalkan tanda dan unit: jawapan penuh sentiasa negatif dan dalam kJ mol⁻¹. Menyemak tiga perkara ini setiap kali menukar jawapan separa markah kepada jawapan markah penuh.

Di mana ini terletak

Ini standard kandungan 11.4 bab Termokimia. Ia menggunakan semula idea eksotermik dan kaedah Q = mcθ daripada standard terdahulu, dan berhubung dengan siri kereaktifan yang anda temui dalam Redoks dan Keseimbangan, kerana penyesaran bergantung pada satu logam lebih reaktif daripada yang lain. Kukuhkan kedua-dua definisi dengan nota ulang kaji bab ini dan latih kedua-dua pengiraan dengan contoh penyelesaian. Dalam kelas Kimia SPM 1-ke-1 dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami menumpukan pada langkah mol, kerana di situlah soalan penyesaran dan pemendakan paling kerap hilang markah, dan kuantiti ini diuji sepanjang Kimia SPM.

Imbasan pantas

• Haba penyesaran: haba dibebaskan apabila satu mol logam disesarkan oleh logam yang lebih reaktif; eksotermik, ΔH negatif.
• Haba pemendakan: perubahan haba apabila satu mol mendakan terbentuk daripada ionnya; biasanya eksotermik, ΔH negatif.
• Pengiraan: Q = mcθ, kemudian ΔH = −Q ÷ mol, dalam kJ mol⁻¹.
• Awasi langkah mol, logam berlebihan dalam penyesaran, ion penghad dalam pemendakan.