Haba peneutralan

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Termokimia Tingkatan 5: haba peneutralan. Ia dibina terus daripada tindak balas eksotermik dan endotermik serta gambar rajah aras tenaga, dan ia salah satu pengiraan yang paling kerap diuji dalam keseluruhan bab ini. Sebaik sahaja anda boleh mentakrifkan kuantiti ini dengan tepat dan mengerjakan pengiraan dengan yakin, anda boleh menjawab hampir mana-mana soalan peneutralan yang ditetapkan peperiksaan.

Apa itu haba peneutralan

Haba peneutralan ditakrifkan sebagai haba yang dibebaskan apabila satu mol air terbentuk dalam tindak balas antara asid dengan alkali. Peneutralan ialah tindak balas antara ion hidrogen daripada asid dengan ion hidroksida daripada alkali, dan perubahan pentingnya sentiasa sama:

H⁺(ak) + OH⁻(ak) → H₂O(ce)

Kerana tindak balas ini membebaskan haba kepada persekitaran, peneutralan ialah proses eksotermik. Suhu campuran naik, dan perubahan kandungan haba, ΔH, adalah negatif. Definisi ini mengikat haba kepada amaun hasil yang tetap, satu mol air, supaya eksperimen yang berbeza boleh dibandingkan atas dasar yang sama.

Perhatikan dua perkara yang mesti kedua-duanya muncul dalam definisi yang betul: frasa satu mol air dan perkataan asid dan alkali (atau, lebih tepat, ion hidrogen dan ion hidroksida). Meninggalkan “satu mol air” ialah cara paling lazim pelajar kehilangan markah definisi.

Mengapa nilai asid kuat–bes kuat hampir sama

Apabila asid kuat bertindak balas dengan alkali kuat, kedua-duanya terion sepenuhnya dalam air. Satu-satunya tindak balas yang benar-benar berlaku ialah H⁺ bergabung dengan OH⁻ untuk membentuk air; ion-ion lain (contohnya Na⁺ dan Cl⁻) ialah ion penonton dan tidak mengambil bahagian. Kerana tindak balas penting yang sama berlaku setiap kali, haba peneutralan bagi mana-mana asid kuat dengan mana-mana alkali kuat keluar pada nilai yang lebih kurang sama.

Apabila asid lemah atau alkali lemah digunakan, nilainya kurang eksotermik (haba yang lebih sedikit dibebaskan bagi setiap mol air). Ini kerana asid lemah atau alkali lemah hanya terion separa, dan sebahagian tenaga yang dibebaskan digunakan untuk mengionkan molekul yang tinggal sebelum ia boleh dineutralkan. Perbandingan ini, kuat lawan lemah, ialah soalan penerangan kegemaran, jadi pelajari sebabnya, bukan sekadar faktanya.

Pengiraan yang mesti anda boleh lakukan

Hampir setiap soalan peneutralan meminta anda mengira haba peneutralan daripada data eksperimen. Kaedahnya mempunyai tiga langkah tetap.

1. Haba yang dibebaskan, Q = mcθ, dengan m ialah jisim larutan dalam gram (ambil ketumpatan larutan sebagai 1 g cm⁻³, jadi isipadu dalam cm³ sama dengan jisim dalam gram), c ialah muatan haba tentu larutan (guna nilai yang diberi, 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹), dan θ ialah perubahan suhu dalam °C.
2. Bilangan mol air yang terbentuk, dicari daripada bilangan mol asid atau alkali yang bertindak balas.
3. Haba peneutralan, ΔH = −Q ÷ (mol air), ditukar kepada kJ mol⁻¹ dan ditulis dengan tanda negatif kerana tindak balas itu eksotermik.

Contoh penyelesaian

Soalan. 50 cm³ asid hidroklorik 2.0 mol dm⁻³ dicampurkan dengan 50 cm³ natrium hidroksida 2.0 mol dm⁻³ dalam cawan polistirena. Suhu naik daripada 28.0 °C ke 41.5 °C. Kira haba peneutralan. (Muatan haba tentu larutan = 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹; ketumpatan larutan = 1 g cm⁻³.)

Langkah 1, Jisim larutan. Jumlah isipadu = 50 + 50 = 100 cm³ Jisim, m = 100 × 1 = 100 g

Langkah 2, Perubahan suhu. θ = 41.5 − 28.0 = 13.5 °C

Langkah 3, Haba yang dibebaskan. Q = mcθ = 100 × 4.2 × 13.5 = 5670 J = 5.67 kJ

Langkah 4, Bilangan mol air yang terbentuk. Mol HCl = 0.050 dm³ × 2.0 mol dm⁻³ = 0.10 mol Mol NaOH = 0.050 × 2.0 = 0.10 mol HCl + NaOH → NaCl + H₂O, jadi 0.10 mol air terbentuk.

Langkah 5, Haba peneutralan. ΔH = −Q ÷ mol air = −5.67 kJ ÷ 0.10 mol = −56.7 kJ mol⁻¹

Jawapan. Haba peneutralan ialah −56.7 kJ mol⁻¹. Tanda negatif menunjukkan tindak balas itu eksotermik.

Soalan latihan

Soalan. 100 cm³ asid nitrik 1.0 mol dm⁻³ dicampurkan dengan 100 cm³ kalium hidroksida 1.0 mol dm⁻³. Suhu naik daripada 29.0 °C ke 35.8 °C. Kira haba peneutralan. (c = 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹; ketumpatan = 1 g cm⁻³.)

Jawapan. Jisim larutan = 100 + 100 = 200 g. Perubahan suhu θ = 35.8 − 29.0 = 6.8 °C. Haba dibebaskan Q = mcθ = 200 × 4.2 × 6.8 = 5712 J = 5.712 kJ. Mol HNO₃ = 0.100 × 1.0 = 0.100 mol, dan mol KOH = 0.100 mol, jadi 0.100 mol air terbentuk. ΔH = −5.712 kJ ÷ 0.100 mol = −57.1 kJ mol⁻¹. Nilainya negatif, mengesahkan tindak balas eksotermik, dan ia hampir dengan keputusan asid kuat–bes kuat tadi, tepat seperti yang dijangka.

Petua peperiksaan

Susun kerja pengiraan anda dalam urutan tetap yang sama setiap kali, jisim, perubahan suhu, Q = mcθ, mol air, kemudian ΔH, supaya anda tidak pernah tertinggal langkah dalam tekanan. Tiga butiran menentukan markah. Pertama, guna isipadu jumlah larutan campuran untuk m, bukan isipadu satu bahan tindak balas. Kedua, kekalkan tanda negatif pada ΔH kerana peneutralan eksotermik; jawapan positif adalah salah dan menunjukkan anda tersilap membaca arah tenaga. Ketiga, tukar joule kepada kilojoule sebelum anda menulis unit akhir kJ mol⁻¹. Apabila soalan membandingkan asid kuat dengan asid lemah, ingat penerangan piawai: asid lemah hanya terion separa, jadi sebahagian tenaga digunakan untuk mengionkannya dan kurang haba dibebaskan bagi setiap mol air. Nyatakan jawapan anda kepada bilangan tempat perpuluhan yang munasabah dan sentiasa lampirkan unit kJ mol⁻¹.

Di mana ini terletak

Ini standard kandungan 11.3 bab Termokimia. Ia bergantung pada idea tindak balas eksotermik dan tanda ΔH daripada standard terdahulu, dan ia menggunakan kaedah Q = mcθ yang sama yang juga muncul dalam haba penyesaran, pemendakan dan pembakaran. Kukuhkan definisi dan pengiraan tiga langkah dengan nota ulang kaji bab ini, dan asah pengiraan dengan contoh penyelesaian. Dalam kelas Kimia SPM 1-ke-1 dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami meminta pelajar membaca setiap langkah dengan lantang, kerana pengiraan peneutralan kehilangan markah melalui tergelincir, bukan melalui kesukaran, dan kuantiti ini diuji sepanjang Kimia SPM.

Imbasan pantas

• Definisi: haba dibebaskan apabila satu mol air terbentuk daripada asid dan alkali.
• Peneutralan ialah eksotermik, jadi ΔH negatif.
• Pengiraan: Q = mcθ, kemudian ΔH = −Q ÷ mol air, dalam kJ mol⁻¹.
• Asid kuat + alkali kuat memberi nilai yang lebih kurang malar; asid lemah atau alkali lemah memberi nilai kurang eksotermik kerana tenaga digunakan untuk mengionkannya.