Nota ulang kaji: Termokimia

Nota ini mengerjakan bab Termokimia satu standard kandungan pada satu masa. Termokimia banyak melibatkan pengiraan, jadi selain definisi kami turut menetapkan laluan pengiraan piawai yang diikuti oleh setiap soalan haba tindak balas. Simpan nota ini di sebelah soalan kertas lepas dan gunakannya untuk mengesahkan kedua-dua definisi dan kerja pengiraan anda.

11.1 Tindak balas eksotermik dan endotermik

Tindak balas eksotermik membebaskan haba kepada persekitaran, jadi suhu campuran meningkat dan perubahan haba diberi tanda negatif. Contohnya termasuk pembakaran, peneutralan dan tindak balas logam reaktif dengan asid. Tindak balas endotermik pula menyerap haba daripada persekitaran, jadi suhu menurun dan perubahan haba diberi tanda positif. Contohnya termasuk penguraian terma banyak karbonat dan pelarutan garam ammonium seperti ammonium klorida dalam air.

Ikatan dan tenaga. Memutuskan ikatan menyerap tenaga; membentuk ikatan membebaskan tenaga. Jika lebih banyak tenaga dibebaskan semasa membentuk ikatan baharu berbanding yang diserap semasa memutuskan ikatan lama, tindak balas itu eksotermik; jika kurang dibebaskan, ia endotermik. Inilah penaakulan yang diharapkan peperiksaan di sebalik tanda tersebut.

11.2 Gambar rajah aras tenaga

Gambar rajah aras tenaga menunjukkan jumlah tenaga bahan tindak balas dan hasil tindak balas, dengan perbezaan ditandakan sebagai perubahan haba, ΔH. Bagi tindak balas eksotermik, hasil berada lebih rendah daripada bahan tindak balas, dan ΔH menuju ke bawah serta bernilai negatif. Bagi tindak balas endotermik, hasil berada lebih tinggi daripada bahan tindak balas, dan ΔH menuju ke atas serta bernilai positif. “Bonggol” antara kedua-duanya mewakili tenaga pengaktifan, iaitu tenaga minimum yang diperlukan untuk memulakan tindak balas.

Petua melukis. Sentiasa labelkan paksi “Tenaga”, labelkan bahan tindak balas dan hasil, dan lukis anak panah ΔH dari aras bahan tindak balas ke aras hasil. Gambar rajah eksotermik yang dilukis secara terbalik (hasil lebih tinggi) hilang markah walaupun ayat anda betul.

Pengiraan haba piawai

Hampir setiap soalan berangka mengikut dua langkah yang sama.

• Langkah 1, perubahan haba: Q = mcθ, dengan m ialah jisim larutan atau air dalam gram, c ialah muatan haba tentu (bagi larutan akueus diambil sebagai 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹, iaitu nilai yang diberikan dalam soalan), dan θ ialah perubahan suhu dalam °C. Kerana ketumpatan larutan diambil sebagai 1 g cm⁻³, isipadu dalam cm³ memberi angka yang sama dalam gram.
• Langkah 2, per mol: bahagikan Q dengan bilangan mol yang dirujuk oleh definisi, kemudian letakkan tandanya. Haba tindak balas sentiasa dinyatakan per mol, jadi haba tindak balas = Q ÷ bilangan mol, ditukar kepada kJ mol⁻¹.

Unit dan tanda. Q keluar dalam joule; bahagi dengan 1000 untuk mendapat kilojoule. Suhu meningkat bermakna eksotermik, jadi jawapan mengambil tanda negatif; suhu menurun bermakna endotermik, jadi ia mengambil tanda positif.

11.3 Haba peneutralan

Haba peneutralan ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol air terbentuk daripada peneutralan asid oleh alkali. Anda mencampurkan isipadu asid dan alkali yang diketahui, merekod suhu tertinggi yang dicapai, mencari Q = mcθ menggunakan jumlah isipadu campuran, kemudian membahagi dengan bilangan mol air yang terbentuk.

Kuat lawan lemah. Asid kuat dan alkali kuat terion sepenuhnya, jadi haba peneutralannya lebih tinggi (lebih eksotermik). Dengan asid lemah atau alkali lemah, sebahagian tenaga diserap untuk melengkapkan pengionan asid atau alkali itu, jadi haba peneutralan yang diukur lebih rendah. Perbandingan ini soalan berstruktur yang sangat kerap.

11.4 Haba penyesaran dan pemendakan

Haba penyesaran ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol logam disesarkan daripada larutan garamnya oleh logam yang lebih elektropositif, contohnya zink menyesarkan kuprum daripada larutan kuprum(II) sulfat. Haba pemendakan pula ialah perubahan haba apabila satu mol mendakan terbentuk daripada ionnya dalam larutan. Kedua-duanya menggunakan laluan yang sama: Q = mcθ pada larutan, kemudian bahagi dengan bilangan mol logam yang disesarkan atau mendakan yang terbentuk.

Jisim yang mana? Dalam Q = mcθ gunakan jisim larutan, bukan jisim logam yang ditambah atau mendakan yang terbentuk. Menggunakan jisim logam ialah kesilapan yang kerap dan mahal.

11.5 Haba pembakaran

Haba pembakaran ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol bahan terbakar lengkap dalam oksigen berlebihan. Dalam eksperimen sekolah, jisim bahan api yang disukat, selalunya alkohol, memanaskan jisim air yang diketahui dalam tin kuprum. Anda mencari Q = mcθ menggunakan jisim air, kemudian bahagi dengan bilangan mol bahan api yang terbakar (jisim terbakar ÷ jisim molar) untuk mendapat haba pembakaran dalam kJ mol⁻¹.

Kehilangan haba. Nilai eksperimen biasanya lebih rendah daripada nilai yang diterima kerana haba hilang kepada persekitaran dan kepada tin itu, dan pembakaran mungkin tidak lengkap. Berupaya menyatakan sebab-sebab ini memperoleh markah yang mudah.

Cara menggunakan nota ini

Ulang kaji satu standard kandungan pada satu masa dan sebut setiap definisi dengan lantang, memastikan frasa “per mol” ada. Untuk 11.1 dan 11.2, berlatih memasangkan tanda ΔH dengan arah perubahan suhu dan bentuk gambar rajah aras tenaga. Untuk 11.3 hingga 11.5, ulang latih pengiraan dua langkah itu sehingga automatik: Q = mcθ dahulu, kemudian bahagi dengan bilangan mol yang betul, kemudian unit dan tanda. Seorang guru satu-ke-satu boleh menyemak bahawa kerja anda menunjukkan setiap langkah dan jawapan akhir anda sentiasa membawa unit dan tanda, dua tempat pelajar paling kerap kehilangan markah dalam bab ini. Kerana kaedah yang sama mendasari kesemua empat haba tindak balas, menguasainya sekali menjamin blok markah Kimia SPM yang besar dan boleh diramal merentasi kertas bertulis dan amali. Akhiri dengan mencuba contoh penyelesaian dan soalan latihan bab ini, sambil menanda jawapan anda mengikut definisi dan laluan pengiraan di atas.

Langkah eksperimen dan langkah berjaga-jaga

Ketepatan pengiraan bergantung pada bacaan yang baik, jadi peperiksaan turut menguji cara eksperimen dijalankan. Bagi haba peneutralan, penyesaran dan pemendakan, gunakan cawan polistirena sebagai penebat supaya haba tidak hilang dengan cepat, kacau campuran dengan lembut supaya suhu sekata, dan rekod suhu tertinggi (bagi tindak balas eksotermik) atau suhu terendah (bagi tindak balas endotermik). Bagi haba pembakaran, gunakan tin kuprum kerana kuprum ialah konduktor haba yang baik, dan letakkan pelita sedekat mungkin dengan tin untuk mengurangkan kehilangan haba. Sentiasa sukat suhu awal dan suhu akhir dengan teliti, kerana ralat kecil dalam θ terus mempengaruhi nilai Q.

Anggapan piawai. Dalam kebanyakan soalan, muatan haba tentu larutan diambil sebagai 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹ dan ketumpatan larutan sebagai 1 g cm⁻³. Nilai ini diberikan dalam soalan; jangan menciptanya sendiri, tetapi tahu cara menggunakannya.

Ringkasan pantas

• Eksotermik: haba dibebas, suhu naik, ΔH negatif, hasil lebih rendah dalam gambar rajah aras tenaga.
• Endotermik: haba diserap, suhu turun, ΔH positif, hasil lebih tinggi.
• Setiap haba tindak balas dinyatakan per mol bahan yang ditakrifkan (air, logam, mendakan atau bahan api).
• Laluan pengiraan: Q = mcθ dahulu, kemudian bahagi dengan bilangan mol, kemudian tukar kepada kJ mol⁻¹ dan letakkan tanda.

Menghafal definisi sahaja tidak memadai dalam bab ini; anda mesti boleh menggabungkan definisi dengan pengiraan dan penaakulan tenaga. Berlatih menulis jawapan penuh, bukan hanya angka akhir, supaya markah kerja pengiraan turut diperoleh.