Termokimia — Nota JomSkor
Mengkaji perubahan haba dalam tindak balas kimia, termasuk tindak balas eksotermik dan endotermik, serta haba pemendakan, penyesaran, peneutralan, dan pembakaran.
Kimia · Tingkatan 5
Mengkaji perubahan haba dalam tindak balas kimia, termasuk tindak balas eksotermik dan endotermik, serta haba pemendakan, penyesaran, peneutralan, dan pembakaran.
Tindak Balas Eksotermik dan Endotermik
- Eksotermik: haba dibebaskan ke persekitaran. ΔH negatif (-). Suhu persekitaran meningkat.
- Contoh eksotermik: pembakaran, peneutralan, pemendakan, penyesaran logam, respirasi.
- Endotermik: haba diserap daripada persekitaran. ΔH positif (+). Suhu persekitaran menurun.
- Contoh endotermik: fotosintesis, tindak balas termal (CaCO₃ → CaO + CO₂), larutan ammonium nitrat dalam air.
- Gambar rajah aras tenaga: eksotermik — produk lebih rendah dari reaktan; endotermik — produk lebih tinggi.
Pengiraan Haba Tindak Balas (Q = mcθ)
- Formula: Q = mcθ, di mana m = jisim larutan (g), c = muatan haba tentu air (4.18 J g⁻¹ °C⁻¹), θ = perubahan suhu (°C).
- Haba tindak balas = Q ÷ mol bahan yang tindak balas (dalam kJ mol⁻¹).
- Untuk eksotermik: ΔH = -Q/mol (negatif).
- Untuk endotermik: ΔH = +Q/mol (positif).
- Anggapan: ketumpatan larutan = 1 g cm⁻³ (kecuali dinyatakan lain); semua haba diserap oleh larutan.
Jenis Haba Tindak Balas
- Haba peneutralan: haba yang dibebaskan apabila 1 mol air terbentuk daripada H⁺ dan OH⁻. Nilai piawai ≈ -57 kJ mol⁻¹ untuk asid kuat + alkali kuat.
- Haba pemendakan: haba yang dibebaskan apabila 1 mol mendakan terbentuk.
- Haba penyesaran: haba yang dilepaskan/diserap apabila 1 mol logam menyesarkan logam lain daripada larutannya.
- Haba pembakaran: haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan terbakar sepenuhnya dalam oksigen berlebihan.
- Nilai bahan api: haba yang dibebaskan per gram bahan api yang terbakar (kJ g⁻¹).
Hukum Hess dan Tenaga Pengaktifan
- Hukum Hess: perubahan entalpi keseluruhan tindak balas tidak bergantung pada laluan — hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir.
- Digunakan untuk mengira ΔH tindak balas yang tidak boleh diukur terus secara eksperimen.
- Tenaga pengaktifan (Eₐ): tinggi tenaga antara dalam gambar rajah aras tenaga.
- Pemangkin menurunkan Eₐ — gambar rajah aras tenaga menunjukkan puncak yang lebih rendah apabila pemangkin hadir.
Contoh soalan
50 cm³ larutan HCl 1.0 mol dm⁻³ dicampurkan dengan 50 cm³ larutan NaOH 1.0 mol dm⁻³. Suhu meningkat daripada 28.0°C kepada 34.8°C. Kira haba peneutralan tindak balas ini. [c = 4.18 J g⁻¹ °C⁻¹; anggap ketumpatan = 1 g cm⁻³]
- Jisim larutan = 50 + 50 = 100 g
- Perubahan suhu, θ = 34.8 - 28.0 = 6.8°C
- Q = mcθ = 100 × 4.18 × 6.8 = 2842.4 J = 2.84 kJ
- Mol HCl = mol NaOH = 1.0 × (50/1000) = 0.05 mol
- Mol air terbentuk = 0.05 mol
- Haba peneutralan = Q/mol = 2.84/0.05 = 56.8 kJ mol⁻¹
- ΔH = -56.8 kJ mol⁻¹ (eksotermik)
Contoh soalan
Nyatakan perbezaan antara tindak balas eksotermik dan endotermik dari segi (a) aliran haba, (b) tanda ΔH, (c) gambar rajah aras tenaga.
- (a) Eksotermik: haba dibebaskan ke persekitaran; Endotermik: haba diserap daripada persekitaran.
- (b) Eksotermik: ΔH negatif (-); Endotermik: ΔH positif (+).
- (c) Eksotermik: aras tenaga produk lebih rendah dari reaktan; Endotermik: aras tenaga produk lebih tinggi dari reaktan.
- Isipadu cm³ = jisim dalam gram (jika ketumpatan 1 g/cm³) — jumlah isipadu kedua-dua larutan
- Perubahan suhu: θ = suhu akhir TOLAK suhu awal — bukan sebaliknya
- Penukaran J ke kJ: bahagi 1000 sebelum kira kJ/mol
- Eksotermik: ΔH NEGATIF (-); suhu naik — ramai pelajar terbalik tanda
- Haba peneutralan piawai ≈ -57 kJ mol⁻¹ (negatif, bukan positif)
- Nilai yang dikira menggunakan Q/mol mestilah ditambah tanda negatif untuk eksotermik
- Pengiraan Q=mcθ: langkah wajib — (1) cari jisim total, (2) cari Δθ, (3) kira Q dalam J, (4) tukar ke kJ, (5) bahagi mol, (6) tambah tanda ΔH
- Soalan gambar rajah aras tenaga: label dengan betul — reaktan, produk, Eₐ, ΔH (tanda anak panah betul)
- Haba peneutralan asid lemah + alkali kuat kurang negatif daripada -57 kJ mol⁻¹ (contohnya -54 kJ mol⁻¹) sebab tenaga diperlukan untuk mengion asid lemah
- Hukum Hess: tulis persamaan termokimia, ubah tanda jika terbalik, darab jika perlu — kemudian tambah
- Hukum Hess
- Perubahan entalpi tindak balas adalah malar tanpa mengira laluan yang diambil
- termokimia
- Kajian tentang perubahan haba dalam tindak balas kimia
- entalpi (ΔH)
- Perubahan kandungan haba dalam sistem pada tekanan malar; unit kJ mol⁻¹
- haba pembakaran
- Haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan terbakar sepenuhnya dalam oksigen berlebihan
- haba peneutralan
- Haba yang dibebaskan apabila 1 mol air terbentuk daripada H⁺ dan OH⁻; ≈ -57 kJ mol⁻¹ untuk asid/alkali kuat
- tenaga pengaktifan
- Tenaga minimum untuk memulakan tindak balas; ditunjukkan sebagai puncak dalam gambar rajah aras tenaga
- tindak balas eksotermik
- Tindak balas yang membebaskan haba ke persekitaran; ΔH negatif, suhu persekitaran meningkat
- tindak balas endotermik
- Tindak balas yang menyerap haba daripada persekitaran; ΔH positif, suhu persekitaran menurun