Contoh penyelesaian: Termokimia

Kerjakan setiap contoh dengan menutup jawapan, mencuba pengiraan sendiri, kemudian menyemak setiap baris kerja anda. Dalam bab ini markah terletak pada langkah-langkahnya, jadi kami tunjukkan semuanya: perubahan haba daripada Q = mcθ, kemudian pembahagian dengan bilangan mol, kemudian unit dan tanda. Ini soalan asli dalam gaya SPM, bukan kertas tahun lepas. Dalam setiap kes, muatan haba tentu larutan diambil sebagai 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹ dan ketumpatan larutan sebagai 1 g cm⁻³, iaitu nilai piawai yang diberikan soalan.

Contoh 1, Haba peneutralan

Soalan. 50 cm³ asid hidroklorik 2.0 mol dm⁻³ dicampurkan dengan 50 cm³ natrium hidroksida 2.0 mol dm⁻³. Suhu meningkat daripada 29.0 °C kepada 42.6 °C. Kira haba peneutralan.

Penyelesaian.

• Jumlah isipadu campuran = 50 + 50 = 100 cm³, jadi jisim m = 100 g.
• Perubahan suhu θ = 42.6 − 29.0 = 13.6 °C.
• Perubahan haba Q = mcθ = 100 × 4.2 × 13.6 = 5712 J = 5.712 kJ.
• Mol air terbentuk = mol HCl = (50 ÷ 1000) × 2.0 = 0.10 mol.
• Haba peneutralan = 5.712 ÷ 0.10 = 57.1 kJ mol⁻¹. Suhu meningkat, jadi tindak balas eksotermik: ΔH = −57.1 kJ mol⁻¹.

Kesilapan lazim: menggunakan 50 g dan bukan 100 g untuk jisim, haba memanaskan keseluruhan 100 cm³ campuran.

Contoh 2, Haba penyesaran

Soalan. Serbuk zink berlebihan ditambah kepada 100 cm³ larutan kuprum(II) sulfat 0.50 mol dm⁻³. Suhu meningkat daripada 28.0 °C kepada 39.5 °C. Kira haba penyesaran kuprum.

Penyelesaian.

• Jisim larutan m = 100 g.
• θ = 39.5 − 28.0 = 11.5 °C.
• Q = mcθ = 100 × 4.2 × 11.5 = 4830 J = 4.83 kJ.
• Mol kuprum disesarkan = mol CuSO₄ = (100 ÷ 1000) × 0.50 = 0.050 mol.
• Haba penyesaran = 4.83 ÷ 0.050 = 96.6 kJ mol⁻¹, eksotermik, jadi ΔH = −96.6 kJ mol⁻¹.

Kesilapan lazim: menggunakan jisim zink dalam Q = mcθ. Jisim dalam rumus sentiasa jisim larutan yang dipanaskan.

Contoh 3, Haba pemendakan

Soalan. 50 cm³ larutan argentum nitrat 1.0 mol dm⁻³ dicampurkan dengan 50 cm³ larutan natrium klorida 1.0 mol dm⁻³. Mendakan putih terbentuk dan suhu meningkat daripada 27.0 °C kepada 30.4 °C. Kira haba pemendakan argentum klorida.

Penyelesaian.

• Jisim campuran m = 100 g.
• θ = 30.4 − 27.0 = 3.4 °C.
• Q = mcθ = 100 × 4.2 × 3.4 = 1428 J = 1.428 kJ.
• Mol AgCl terbentuk = mol AgNO₃ = (50 ÷ 1000) × 1.0 = 0.050 mol.
• Haba pemendakan = 1.428 ÷ 0.050 = 28.6 kJ mol⁻¹, eksotermik, jadi ΔH = −28.6 kJ mol⁻¹.

Kesilapan lazim: terlupa nisbah 1 : 1 dan menggandakan mol kerana dua larutan dicampurkan.

Contoh 4, Haba pembakaran

Soalan. Apabila 1.15 g etanol (C₂H₅OH, jisim molar 46 g mol⁻¹) terbakar lengkap, ia menaikkan suhu 200 cm³ air daripada 28.0 °C kepada 60.0 °C. Kira haba pembakaran etanol.

Penyelesaian.

• Jisim air m = 200 g (ketumpatan 1 g cm⁻³).
• θ = 60.0 − 28.0 = 32.0 °C.
• Q = mcθ = 200 × 4.2 × 32.0 = 26 880 J = 26.88 kJ.
• Mol etanol terbakar = 1.15 ÷ 46 = 0.025 mol.
• Haba pembakaran = 26.88 ÷ 0.025 = 1075.2 kJ mol⁻¹, eksotermik, jadi ΔH = −1075 kJ mol⁻¹ (3 a.b.).

Kesilapan lazim: membahagi haba dengan jisim air dan bukan mol bahan api, atau terlupa mengira mol bahan api daripada jisim ÷ jisim molar.

Contoh 5, Membaca gambar rajah aras tenaga

Soalan. Dalam satu tindak balas, suhu campuran menurun daripada 30.0 °C kepada 24.5 °C. Nyatakan sama ada tindak balas itu eksotermik atau endotermik, tanda ΔH, dan huraikan gambar rajah aras tenaga.

Penyelesaian. Suhu menurun, jadi haba diserap daripada persekitaran: tindak balas itu endotermik dan ΔH positif. Pada gambar rajah aras tenaga, hasil dilukis lebih tinggi daripada bahan tindak balas, dan anak panah ΔH menuju ke atas dari aras bahan tindak balas ke aras hasil.

Kesilapan lazim: mengaitkan penurunan suhu dengan tindak balas eksotermik. Penurunan sentiasa bermakna haba diserap, jadi tindak balas itu endotermik.

Contoh 6, Membandingkan asid kuat dan lemah

Soalan. Haba peneutralan asid hidroklorik dengan natrium hidroksida lebih tinggi daripada haba peneutralan asid etanoik dengan natrium hidroksida. Terangkan mengapa.

Penyelesaian. Asid hidroklorik ialah asid kuat dan terion sepenuhnya dalam air, jadi semua ion hidrogennya sudah bebas untuk bertindak balas. Asid etanoik ialah asid lemah dan hanya terion separa, jadi sebahagian tenaga haba diserap untuk melengkapkan pengionan asid itu semasa tindak balas. Oleh itu kurang haba dibebaskan secara keseluruhan, memberi haba peneutralan yang lebih rendah.

Kesilapan lazim: menjawab “kerana ia lebih kuat” tanpa menerangkan bahawa tenaga digunakan untuk mengionkan asid lemah.

Contoh 7, Mengira balik untuk kenaikan suhu

Soalan. Haba peneutralan asid kuat dengan alkali kuat ialah 57.0 kJ mol⁻¹. Ramalkan kenaikan suhu apabila 100 cm³ asid 1.0 mol dm⁻³ dicampurkan dengan 100 cm³ alkali 1.0 mol dm⁻³.

Penyelesaian.

• Mol air terbentuk = (100 ÷ 1000) × 1.0 = 0.10 mol.
• Haba dibebaskan Q = 57.0 × 0.10 = 5.7 kJ = 5700 J.
• Jumlah jisim campuran m = 200 g.
• Menyusun semula Q = mcθ: θ = Q ÷ (mc) = 5700 ÷ (200 × 4.2) = 6.8 °C (2 a.b.).

Kesilapan lazim: terlupa campuran itu 200 g, bukan 100 g, yang memisahkan ramalan kenaikan suhu kepada separuh.

Daripada contoh kepada markah

Setiap contoh menggunakan laluan yang sama: cari Q dengan Q = mcθ, tukar kepada kilojoule, kira bilangan mol yang dinamakan definisi, bahagi, kemudian letakkan unit dan tanda daripada arah perubahan suhu. Ulang latih ini sehingga automatik, kemudian cuba soalan latihan bab ini dan tanda kerja anda baris demi baris. Seorang guru satu-ke-satu boleh menyemak bahawa setiap langkah pengiraan anda ditunjukkan dan tiada jawapan yang meninggalkan unit atau tandanya, dua tabiat yang menukar angka yang betul menjadi jawapan markah penuh Kimia SPM.