Share PDF

Search documents:
  Report this document  
    Download as PDF   
      Share on Facebook

SCE 3109 TENAGA DALAM KIMIA

AMALI 1 HABA PENEUTRALAN (HEAT OF NEUTRALISATION)

PENGENALAN

Amali ini adalah berkaitan dengan termokimia. Termokimia merupakan kajian tentang perubahan haba dalam tindak balas kimia. Bahan kimia mempunyai ikatan-ikatan di antara atom-atom atau molekul-molekul, dan ini memerlukan tenaga untuk bercantum dan berpecah antara satu sama lain. Perubahan haba akan wujud apabila suhu bahan kimia berubah hasil daripada tindak balas. Salah satu tindak balas dalam termokimia adalah haba peneutralan.

Haba peneutralan merupakan perubahan haba yang berlaku apabila 1 mol ion H+ daripada asid meneutralkan 1mol ion OH- daripada alkali bagi menghasilkan air pada keadaan piawai.

Apabila asid dan alkali bertindak balas, ia akan membentuk air dan garam. Sebagai contoh, HCl(aq)+NaOH(aq) NaCl(aq)+H20(l). Hasil tindak balas atau proses ini adalah dikenali sebagai tindak balas peneutralan. Tenaga haba yang dibebaskan adalah dipanggil sebagai peneutralan. Sewaktu peneutralan, air akan dihasilkan. Ini kerana ion hidrogen, H+ daripada asid akan bergabung dengan io hidroksida, OH- daripada alkali untuk membentuk H20. Ion-ion lain adalah tidak terganggu.

Tenaga haba yang dihasilkan adalah apabila 1 mol ion OH- bergabung dengan 1 mol ion H+ untuk menghasilkan 1 mol air, H20. Semua haba peneutralan adalah sentiasa bersamaan dengan -57.0kJmol-1. Ianya terhasil apabila 1 mol ion OH- bergabung dengan 1 mol ion H+ untuk menghasilkan 1 mol air.

Semua tindak balas haba peneutralan merupakan tindak balas eksotermik. Jumlah haba yang dibebaskan semasa tindak balas peneutralan bergantung kepada :

a)Kepekatan asid dan alkali

b)Kuantiti asid dan alkali yang digunakan

c)Kebesan asid

OBJEKTIF:

Menentukan haba peneutralan bagi:

(i)Asid hidroklorik (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH)

(ii)Asid sulfurik (H2SO4) dan natrium hidroksida (NaOH)

(iii)Asid nitrik (HNO3) dan kalium hidroksida (KOH)

BAHAN-BAHAN:

EC1 merupakan 1.0 mol dm-3 asid hidroklorik (HCl)

EC2 merupakan 1.0 mol dm-3 asid sulfurik (H2SO4 )

EC3 merupakan 1.0 mol dm-3 natrium hidroksida (NaOH) EC4 merupakan 1.0 mol dm-3 asid nitrik (HNO3)

EC5 merupakan 1.0 mol dm-3 kalium hidroksida (KOH)

PERALATAN:

a)25cm3 pipette

b)Termometer (O°C -110°C) ± 0.2°C

c)100cm3 silinder penyukat

d)Cawan plastik

e)Air suling

PROSEDUR:

1.25.0 cm3 larutan EC1 dipipette ke dalam cawan plastik. Suhu bagi larutan EC1 telah direkodkan sebagai suhu awal bagi larutan campuran R dalam jadual seperti di bawah.

2.Dengan menggunakan silinder penyukat, 60cm3 larutan EC3 telah ditambahkan ke dalam cawan plastik yang mengandungi larutan EC1.

3.Campuran R dikacau dengan berhati-hati dengan menggunakan termometer dan suhu tertinggi direkodkan seperti dalam jadual di bawah.

4.Kemudian campuran R dicampurkan dari cawan plastik. Kemudian, ianya dibersihkan dan dikeringkan dengan air suling.

5.Langkah-langkah di atas diulang dengan menggunakan larutan seperti di bawah berikut:

i)25cm3 larutan EC2 untuk menghasilkan larutan campuran S.

ii)25cm3 larutan EC4 dan 60cm3 EC5 untuk menggantikan masing- masing larutan campuranEC1 dan EC3 untuk memperoleh larutan campuran T.

KEPUTUSAN:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Campuran R

Campuran S

Campuran T

 

 

EC1 + EC3

EC2 + EC3

EC4 + EC5

 

 

 

 

 

Suhu

tertinggi

31

36

31

(°C)

 

 

 

 

 

 

 

 

Suhu awal (°C)

28

28

28

 

 

 

 

Peningkatan

 

 

 

suhu (°C)

 

3

8

3

 

 

 

 

 

PENGIRAAN BAGI NILAI HABA PENEUTRALAN CAMPURAN R, S dan T:

Campuran R = HCl + NaOH  NaCl + H20

Suhu awal = 28 0C Suhu tertinggi = 31 0C

Peningkatan suhu = 31°C - 28°C = 3 0C

Jumlah mol bagi asid hidroklorik (HCl) n = m/ v

=(1) 25 / 1000

=0.025

Jumlah mol bagi natrium hidroksida (NaOH) n = m/ v

=(1) 60 / 1000

=0.060

∆H = mcө

=(60+25) x 4.2 x 3°C

=1071 J.

0.025

 1071

1 mole

 x

X = 1071/0.025

=42840J mol-1

=42.8 kJ mol-1

Haba peneutralan bagi campuran R adalah 42.8 kJ mol-1.

Campuran S = H2SO 4 + 2NaOH  Na2SO 4 + 2H20

Suhu awal = 28 0 Suhu tertinggi = 36 0C

Peningkatan suhu = 36°C -28°C = 8 0C

Jumlah mol bagi asid sulfurik (H2SO 4) n = m/ v

=(1) 25 / 1000

=0.025mol

Jumlah mol bagi natrium hidroksida (NaOH) n = m/ v

=(1) (60) / 1000

=0.060 mol

∆H = mcө

=(60+25) x 4.2 x 8.0

=2856 J

0.025

 2856

1 mole

 x

X = 2856/0.025

=114 240 J mol-1

=114.2 kJ mol-1

Haba peneutralan adalah 114.2kJ mol-1.

Campuran T = HNO3 + KOH  KNO3 + H20

Suhu awal = 28 0 Suhu tertinggi = 31 0C

Peningkatan suhu = 31°C -28°C = 30C

Jumlah mol bagi asid nitrik ( HNO3) n = m/ v

= (1) 25 / 1000

= 0.025mol

Jumlah mol bagi kalium hidroksida (KOH) n = m/ v

=(1) (60) 2 / 1000

=0.060X2

=0.12 mol

∆H = mcө

=(60+25) x 4.2 x 3

=1071 J

0.025

 1071

1 mole

 x

X = 1071/0.025

=42840J mol-1

=42.8 kJ mol-1

Haba peneutralan bagi KNO3 adalah 42.8 kJ mol-1.

PERBINCANGAN:

a)Dalam amali ini, nilai haba peneutralan adalah biasanya lebih rendah berbanding dengan nilai secara teori. Ini kerana sebahagian daripada haba peneutralan tersebut telah dibebaskan ke persekitaran atau pun telah diserap oleh termometer dan juga plastik cawan semasa tindak balas berlaku.

b)Larutan asid dan alkali yang digunakan dalam amali ini adalah merupakan asid dan alkali kuat. Oleh itu, semasa tindak balas haba peneutralan, asid kuat tersebut bertindak balas ion (ionize) secara keseluruhan di dalam air.

c)Asid dan alkali akan bertindak balas untuk menghasilkan garam dan air.

Sebagai contoh dalam amali ini,

 

Asid + alkali

→ garam + air

EC1 + EC3 : HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

EC2 + EC3 : H2SO4 (aq) + 2NaOH (aq) → NaSO4 (aq) + 2H2O(l) EC4 + EC5 : HNO3 (aq) + KOH (aq) → KNO3 (aq) + H2O(l)

d)Dalam tindak balas ini, ianya dipanggil sebagai tindak balas peneutralan. Tenaga haba yang dibebaskan adalah merupakan haba peneutralan.

e)Semasa tindak balas haba peneutralan, air telah dihasilkan seperti persamaan yang ditunjukkan di atas.

f)Ini kerana ion H+ daripada asid telah bergabung dengan ion OH- daripada alkali untuk menghasilkan molekul air iaitu H2O.

g)Dalam amali ini, persamaan ion adalah seperti berikut:

Persamaan ion: Campuran R (EC1 + EC3) :

Na+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + Cl- (aq)  Na+ (aq) + Cl- (aq)+ H20 (l)

Campuran S (EC2 + EC3) :

Na+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + ½ SO42-(aq)  Na+ (aq) + ½ SO42-(aq) )+ H20(l)

Campuran T (EC4 + EC5) :

K+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + NO3- (aq)  K+ (aq) + NO3- (aq) + H20(l)

h)Dalam amali ini juga, beberapa langkah berjaga-jaga perlu diberi perhatian. Suhu awal yang diambil perlulah diambil selepas termometer dicecah ke dalam larutan untuk seketika. Ini bagi memastikan suhu dalam larutan tersebut telah stabil.

i)Semasa mencampurkan larutan asid dan alkali ke dalam cawan plastik, campuran kedua-dua larutan tersebut perlulah dikacau sebaik selepas dicampurkan bersama. Ini bagi mengurangkan kehilangan haba secara pantas ke persekitaran.

j)Selain itu, campuran yang bertindak balas tersebut juga perlulah dikacau agar percampuran secara homogenous dapat diperoleh.

k)Di akhir prosedur, hanya suhu yang tertinggi pada termometer yang perlu diambil.

KESIMPULAN:

a)Haba peneutralan bagi asid hidroklorik (HCl) dan natrium hidroksida (NaOH) adalah 42.8 kJmol-1.

b)Haba peneutralan bagi asid sulfurik (H2SO4) dan natrium hidroksida (NaOH) adalah 114.2 kJmol-1.

c)Haba peneutralan bagi asid nitrik (HNO3) dan kalium hidroksida (KOH) adalah 42.8 kJmol-1.

SOALAN:

1.Tuliskan persamaan ion bagi tindak balas yang terlibat dalam campuran R, S dan T. (2m)

Persamaan ion: Campuran R :

Na+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + Cl- (aq)  Na+ (aq) + Cl- (aq)+ H20 (l)

Campuran S:

Na+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + ½ SO42-(aq)  Na+ (aq) + ½ SO42-(aq) )+ H20(l)

Campuran T:

K+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + NO3- (aq)  K+ (aq) + NO3- (aq) + H20(l)

2.Bandingkan nilai haba peneutralan yang diperolehi bagi

a)Campuran R dan S

b)Campuran R dan T

c)Campuran S dan T

Terangkan mengapa berbeza atau sama di antara dua nilai yang diperolehi. (6m)

Pengiraan nilai haba peneutralan: Campuran R = HCl + NaOH  NaCl + H20

Suhu awal = 28 0C Suhu tertinggi = 31 0C

Peningkatan suhu = 31°C - 28°C = 3 0C

Jumlah mol bagi asid hidroklorik (HCl) n = m/ v

=(1) 25 / 1000

=0.025

Jumlah mol bagi natrium hidroksida (NaOH) n = m/ v

=(1) 60 / 1000

=0.060

∆H = mcө

=(60+25) x 4.2 x 3°C

=1071 J.

0.025

 1071

1 mole

 x

X = 1071/0.025

=42840J mol-1

=42.8 kJ mol-1

Oleh yang demikian, haba peneutralan bagi campuran R adalah 42.8 kJ mol-1.

Campuran S = H2SO 4 + 2NaOH  Na2SO 4 + 2H20

Suhu awal = 28 0 Suhu tertinggi = 36 0C

Peningkatan suhu = 36°C -28°C = 8 0C

Jumlah mol bagi asid sulfurik (H2SO 4) n = m/ v

=(1) 25 / 1000

=0.025mol

Jumlah mol bagi natrium hidroksida (NaOH) n = m/ v

=(1) (60) / 1000

=0.060 mol

∆H = mcө

=(60+25) x 4.2 x 8.0

=2856 J

0.025

 2856

1 mole

 x

X = 2856/0.025

=114 240 J mol-1

=114.2 kJ mol-1

Oleh yang demikian, haba peneutralan adalah 114.2kJ mol-1.

Campuran T = HNO3 + KOH  KNO3 + H20

Suhu awal = 28 0

Suhu tertinggi = 31 0C Peningkatan suhu = 31°C -28°C

= 30C

Jumlah mol bagi asid nitrik ( HNO3) n = m/ v

=(1) 25 / 1000

=0.025mol

Jumlah mol bagi kalium hidroksida (KOH) n = m/ v

=(1) (60) 2 / 1000

=0.060X2

=0.12 mol

∆H = mcө

=(60+25) x 4.2 x 3

=1071 J

0.025

 1071

1 mole

 x

X = 1071/0.025

=42840J mol-1

=42.8 kJ mol-1

Oleh yang demikian, haba peneutralan bagi KNO3 adalah 42.8 kJ mol-1.

Perbandingan nilai haba peneutralan bagi ketiga-tiga campuran:

a) Campuran R dan S

Campuran

Haba peneutralan (kJ mol-1)

 

 

R

42.8

 

 

S

114.2

 

 

Berdasarkan jadual di atas, nilai haba peneutralan bagi campuran S adalah lebih tinggi berbanding dengan campuran R.

b) Campuran R dan T

Campuran

Haba peneutralan (kJ mol-1)

 

 

R

42.8

 

 

T

42.8

 

 

Berdasarkan jadual di atas, nilai haba peneutralan bagi kedua-dua campuran R dan T adalah sama iaitu 42.8 kJmol-1.

c) Campuran S dan T

Campuran

Haba peneutralan (kJ mol-1)

 

 

S

114.2

 

 

T

42.8

 

 

Berdasarkan jadual di atas, nilai haba peneutralan bagi campuran S adalah tinggi berbanding dengan campuran T.

3.Haba peneutralan di antara asid kuat dan alkali kuat ialah -57.3 kJmol-1. Cadangkan dua cara untuk meningkatkan prosedur agar semasa amali anda dapat memperoleh nilai -57.3 kJ mol-1 tersebut. (4m)

Cara 1:

Dengan menggunakan cawan polistirena bagi menggantikan cawan plastik. Ini kerana cawan polistirena dapat menggurangkan haba yang yang terbebas ke persekitaran berbanding dengan menggunakan cawan plastik.

Cara 2:

Dengan mengambil langkah-langkah berjaga-jaga (safety precaution) iaitu dengan mengambil bacaan awal termometer setelah ianya dicecah ke dalam cawan plastik untuk seketika. Ini adalah bagi memastikan suhunya telah stabil. Selain itu, proses untuk mencampurkan asid dan alkali juga perlu

dijalankan dengan cepat. Ini adalah bagi menggurangkan kadar pembebasan haba ke persekitaran. Bagi meningkatkan prosedur amali juga, suhu yang diukur perlulah hanya diambil bagi suhu yang tertinggi sahaja.

4.Adakah haba peneutralan di antara asid kuat dan alkali lemah adalah tinggi atau rendah daripada -57.3 kJmol-1 ? Terangkan. (3m)

Haba peneutralan adalah tenaga haba yang dihasilkan apabila 1 mol ion hidroksida (OH–) bergabung dengan 1 mol ion hidrogen (H+ ) bagi membentuk 1 mol air (H2O). Haba peneutralan bagi asid kuat adalah bersamaan dengan -57.3 kJ mol-1. Ini kerana asid kuat mengion secara lengkap di dalam larutan air. Kesemua ion hidrogen H+ terion dan dineutralkan oleh ion hidroksida OH- tanpa menggunakan haba yang terhasil daripada tindak balas.

Manakala dalam peneutralan bagi asid lemah pula, asid lemah hanya mengion secara separa di dalam air. Hanya sebilangan kecil ion hidrogen, H+ akan terhasil. Ini adalah kerana kebanyakan molekul asid lemah masih wujud sebagai molekul tak terion. Tenaga haba diperlukan untuk memutuskan ikatan molekul asid tersebut supaya pengionan lengkap berlaku. Maka sebahagian daripada haba peneutralan yang terhasil digunakan untuk mengionkan molekul asid lemah tersebut. oleh yang demikian, haba peneutralan bagi asid lemah akan lebih rendah atau kurang daripada -57.3 kJmol-1.

BIBLIOGRAFI

Kooi F. Y & Ponnampalam J (2006), Excel in STPM Chemistry, First Edition, Selangor

Darul Ehsan: Penerbitan Pelangi Sdn. Bhd.

Sie L. I & Hong Y. K (2005), Pre-U Chemistry STPM Matriculation, First Edition, Selangor Darul Ehsan: Pearson Malaysia Sdn Bhd.

Heat of Neutralization http://www.chm.davidson.edu/Chemistryapplets/calorimetry/HeatOfNeutralization

.html diakses pada 9 Januari 2012

Heat of Neutralization http://www.transtutors.com/chemistry-homework- help/chemical-thermodynamics/heat-of-neutralization.aspx diakses pada 9 Januari 2012

Entalpy of Neutralization faculty.ccri.edu/aahughes/.../Enthalpy_of_Neutralization.pdf diakses pada 9 Januari 2012