Bab 6 Energi dan Perubahan Kimia

Presentasi berjudul: "Bab 6 Energi dan Perubahan Kimia"— Transcript presentasi:

1 Bab 6 Energi dan Perubahan Kimia
Brady and Senese 5th Edition

2 Kalorimetri digunakan untuk mengukur kalor reaksi
Kalor reaksi – jumlah kalor yang diserap atau dilepas pada suatu reaksi kimia Kalorimeter – suatu alat yang digunakan untuk mengukur perubahan suhu pada material yang mengelilingi suatu reaksi yang dihasilkan dari suatu reaksi kimia Berdasarkan perubahan suhu ini, kita dapat menghitung kalor reaksi, q qv; kalor yang terukur pada kondisi volume konstan qp: kalor yang terukur pada kondisi tekanan konstan qp: disebut juga entalpi, H 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

3 Energi Dalam diukur menggunakan Kalorimeter Bom
Digunakan untuk reaksi dimana perubahan jumlah mol pada gas yang bereaksi Kalorimeter mengukur nilai qv Dinding yang tidak berpindah dapat diartikan nilai kerja pada reaksi ini sama dengan nol. ΔE = qv FIG. 6.7 A bomb calorimeter. The water bath is usually equipped with devices for adding or removing heat from the water, thus keeping its temperature constant up to the moment when the reaction occurs in the bomb. The reaction chamber is of fixed volume, so P V must equal zero for reactions in this apparatus. 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

4 Uji pemahaman: Kalorimeter Bom
Suatu sampel sebanyak 500 mg naphtalene (C10H8) dibakar dalam kalorimeter bom yang berisi 1000 g air. Suhu air meningkat dari °C to °C. Konstanta kalorimeternya ialah 420 J/°C. Berapakah perubahan energi dalam untuk reaksi tersebut? sair = J/g°C qv reaksi + qair + qkal = 0 by the first law qair= g × ( ) °C × J/g°C qcal= 420 J/g × ( ) °C qv reaksi = ΔE = -2.0 × 104 J 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

5 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan
Entalpi Pembakaran Ketika satu mol zat bahan bakar direaksi dengan unsur oksigen, reaksi pembakaran dapat dituliskan Selalu bernilai negatif Uji pemahaman: Apakah persamaan yang dikaitkan dengan entalpi pembakaran C6H12O6(s)? Chem FAQ: How do I write an equation for a standard heat of combustion? C6H12O6(s) + 9O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l) 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

6 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan
Giliranmu! Suatu sampel asam benzoat C6H5CO2H sebanyak 252 mg, dibakar dalam kalorimeter bom yang berisi 814 g air pada suhu °C. Reaksi ini kemudian meningkatkan suhu air menjadi °C. Berapakah energi internal yang dilepaskan pada proses ini? -711 J -2.85 J +711 J +2.85 J Tidak ada satu pun dari opsi di atas qw + qkal + qv reaksi = 0; qkal diabaikan pada masalah ini qv reaksi = -qw = -814 g × ( ) °C × J g-1 °C-1 qv reaksi = J -5.79 kJ swater = J/g °C 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

7 Perubahan Entalpi (ΔH)
Entalpi adalah kalor yang ditransfer pada tekanan tetap ΔH = qp ΔE = qp - PΔV = ΔH - PΔV ΔH = ΔHakhir - ΔHawal ΔH = ΔHproduk - ΔHreaktan 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

8 Entalpi diukur menggunakan kalorimeter cangkir kopi
Jika diperkirakan tidak ada perubahan mol gas yang terjadi, maka kita dapat menggunakan kalorimeter cangkir kopi Sistem terbuka menyebabkan tekanannya dapat tetap konstan Maka, kita dapat mengukur qp ΔE = qp + w atau ΔE = ΔH – PΔV Karena tidak ada perubahan mol gas yang terjadi, maka nilai kerja juga tidak ada Maka, kita juga dapat mengukur ΔE FIG. 6.8 A coffee cup calorimeter used to measure heats of reaction at constant pressure. 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

9 Uji pemahaman: Kalorimetri cangkir kopi
Jika 50.0 mL H2SO M ditambahkan ke 50.0 mL NaOH 1.00 M pada suhu 25.0 °C dalam kalorimeter cangkir kopi, suhu larutan meningkat menjadi 31.7 °C. Kalkulasikan kalor reaksi pe mol reaktan pembatas. Misalkan kalor jenis larutan 4.18 J/g°C, kerapatan 1.00 g/mL, dan kalorimeter tersebut menyerap kalorimeter yang nilainya dapat diabaikan H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → 2H2O(l) + Na2SO4(aq) mol H2SO4 = mol mol NaOH = mol, merupakan pembatas qp reaksi + qkal + qlarutan = 0, thus qp reaksi = -qlarutan qlarutan = 100 g larutan × ( ) °C × 4.18 J/g°C qp reaksi = -2.8 × 103 J qp reaksi = -5.6 × 104 J 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

10 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan
Giliranmu! Suatu sampel sebanyak mL HCl M pada suhu °C ditambahkan ke dalam mL Ca(OH) M pada suhu °C. Konstanta kalorimeternya adalah 72 J g-1 °C-1. Suhu larutan (s = J g-1 °C-1, d = 1.00 g/mL) meningkat menjadi °C. Manakah dari opsi berikut yang tidak benar? qkal = 67.7 J qlarutan = J qreaksi = J qreaksi = J Tidak ada satupun dari opsi di atas 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

11 Ringkasan Kalorimetri
Peralatan yang digunakan bergantung pada jenis reaksinya Jika tidak ada perubahan mol pada gas, kita bias menggunakan calorimeter cangkir kopi atau suatu sistem tertutup. Pada keadaan seperti ini, kita dapat mengukur qp. Jika terdapat perubahan mol gas dalam jumlah besar, maka kita gunakan calorimeter untuk mengukur qv. 6.5 Kalor reaksi diukur pada volume konstan atau tekanan konstan

12 Persamaan Termokimia Berhubungan dengan energi yang berasal dari reaksi yang terjadi serta jumlah zat yang terlibat dalam reaksi tersebut Harus diseimbangkan, namun dapat menggunakan koefisien pecahan Jumlah zat diasumsikan dalam bentuk mol Contoh: C(s) + O2(g) → CO2(g) H° = kJ 6.6 Persamaan termokimia adalah persamaan kimia yang dapat diukur kadarnya berdasarkan jumlah zat serta melibatkan kalor

13 Uji Pemahaman 2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = -2511 kJ
Reaktan (asetilen dan oksigen) memiliki jumlah energi (2511kJ) yang lebih banyak daripada produknya. Berapakah energi yang dihasilkan (dalam kJ) untuk pembuatan 1 mol C2H2? 1256 kJ 6.6 Persamaan termokimia adalah persamaan kimia yang dapat diukur kadarnya berdasarkan jumlah zat serta melibatkan kalor

14 Uji Pemahaman 6CO2(g) + 6H2O(l) → C6H12O6(s) + 6O2(g) ΔH = 2816 kJ
Berapakah jumlah energi (dalam kJ) 44 g CO2 yang diperlukan pada reaksi berikut? (massa molar = g/mol)? Jika terdapat energi sebanyak 100 kJ, berapakah massa CO2 yang dapat diubah menjadi glukosa? 470 kJ 9.38 g 6.6 Persamaan termokimia adalah persamaan kimia yang dapat diukur kadarnya berdasarkan jumlah zat serta melibatkan kalor

15 Uji Pemahaman: Kalorimetri dari Reaksi Kimia
Makanan-siap-untuk-makan (meals-ready-to-eat (MRE)) terdapat di militer dan dapat dipanaskan dengan pemanas tanpa-api. Asumsikan reaksi yang terjadi pada pemanas tersebut ialah Mg(s) + 2H2O(l) → Mg(OH)2(s) + H2(g) ΔH = -353 kJ Berapakah jumlah magnesium yang diperlukan untuk menghasilkan kalor yang dibutuhkan untuk menghangatkan 25 mL air dengan suhu 25 menjadi 85 °C? Kalor jenis air = J g-1 °C-1. Misalkan kerapatan larutannya sama dengan air pada suhu 25 °C, 1.00 g mL-1 massalarutan = 25 mL × 1.00 g mL-1 = 25 g qlarutan = 25 g × ( ) °C × J g-1 °C-1 = 6.3 × 103 J (6.3 kJ)(1 mol Mg/353 kJ)(24.3 g mol-1 Mg) = 0.43 g 6.6 Persamaan termokimia adalah persamaan kimia yang dapat diukur kadarnya berdasarkan jumlah zat serta melibatkan kalor

16 Giliranmu! Misalkan reaksi pembuatan suatu termit. Reaksi ini diinisiasi dengan kalor yang dilepaskan dari proses atau reaksi peleburan. Perubahan entalpi yang terjadi ialah sebesar -848 kJ mol-1 Fe2O3 at 298 K. 2Al(s) + Fe2O3(s) → 2Fe(s) + Al2O3(s) Berapakah massa Fe (massa molar: g mol-1) yang terbentuk jika kalor sebesar 500 kJ dilepaskan? 65.9 g 0.587 g 32.8 g Tidak ada satu pun dari opsi di atas 6.6 Persamaan termokimia adalah persamaan kimia yang dapat diukur kadarnya berdasarkan jumlah zat serta melibatkan kalor

17 Uji Pemahaman: Peninjauan kembali reaksi pembuatan etil klorida
Etil klorida dibuat berdasarkan reaksi etilen dengan HCl: C2H4(g) + HCl(g) → C2H5Cl(g) ΔH° = kJ Berapakah nilai ΔE jika 89.5 g etilen and 125 g HCl direaksikan pada tekanan atmosfir dan perubahan volumenya sebesar L? mol HCl: 3.43 mol mol C2H4: 3.19 mol, merupakan pembatas ΔHreaksi =3.19mol ×-72.3 kJ/mol = kJ w = -1 atm × L = 71.5 L·atm = kJ ΔE= kJ+7.2kJ= -223 kJ Ethylene = g/mol; HCl = g/mol 6.6 Persamaan termokimia adalah persamaan kimia yang dapat diukur kadarnya berdasarkan jumlah zat serta melibatkan kalor

18 Diagram Entalpi FIG. 6.9 An enthalpy diagram for the formation of CO2( g) from its elements by two different paths. On the left is path 1, the direct conversion of C(s) and O2( g) to CO2( g). On the right, path 2 shows two shorter, downward pointing arrows. The first step of path 2 takes the elements to CO(g ), and the second step takes CO( g) to CO2( g ). The overall enthalpy change is identical for both paths, as it must be, because enthalpy is a state function. 6.7 Persamaan termokimia dapat digabungkan karena entalpi merupakan fungsi keadaan

19 Chem FAQs: Use Hess's Law to predict H° for a net reaction.
Hukum Hess Secara keseluruhan perubahan entalpi suatu reaksi sama dengan total perubahan entalpi dengan tahap-tahap individual pada reaksi tersebut Contohnya: 2Fe(s) + 3/2O2(g) → Fe2O3(s) ΔH = kJ Fe2O3(s) + 2Al(s) → Al2O3(s) + 2Fe(s) ΔH = -848 kJ 3/2O2(g) + 2Al(s) → Al2O3(s) ΔH = kJ kJ Chem FAQs: Use Hess's Law to predict H° for a net reaction. -1670 kJ 6.7 Persamaan termokimia dapat digabungkan karena entalpi merupakan fungsi keadaan

20 Aturan dalam Penambahan Reaksi Termokimia
Jika suatu persamaan dibalik – ditulis dengan arah yang terbalik – maka tanda H juga harus dibalik. Rumus yang digunakan di kedua sisi persamaan tersebut harus untuk senyawa tersebut dengan wujud fisik yang sama. Jika semua koefisien pada persamaan tersebut dikalikan atau dibagi dengan pengali yang sama, nilai H juga harus dapat dikali atau dibagi dengan pengali tersebut. 6.7 Persamaan termokimia dapat digabungkan karena entalpi merupakan fungsi keadaan

21 Strategi dalam menggabungkan reaksi bersamaan
Pilihlah senyawa yang paling kompleks pada persamaan tersebut (1) Pilihlah persamaan (2 atau 3 atau ...) yang memiliki senyawa tersebut Tuliskan persamaan tersebut sehingga senyawa yang dipilih tersebut terletak pada sisi yang sesuai dengan persamaan yang dipilih serta memiliki koefisien yang sesuai dengan reaksi yang kita inginkan Temukan senyawa terkompleks selanjutnya 6.7 Persamaan termokimia dapat digabungkan karena entalpi merupakan fungsi keadaan

22 Hukum Hess (Lanjutan) Pilihlah persamaan yang dapat digunakan untuk menghilangkan persamaan sebelumnya, kemudian kalikan dengan koefisien yang sesuai Jumlahkan reaksi tersebut dan hilangkan senyawa dengan jumlah yang sama Jumlahkan seluruh energinya, modifikasi nilai entalpinya sesuai dengan cara anda memodifikasi persamaan tersebut Jika anda membalikkan persamaan reaksinya, maka ganti juga tanda entalpinya Jika anda melipat gandakan nilai persamaan reaksi tersebut, maka lipat gandakan juga nilai energinya 6.7 Persamaan termokimia dapat digabungkan karena entalpi merupakan fungsi keadaan

23 Uji Pemahaman Bagaimana cara menghitung nilai perubahan entalpi untuk reaksi 2 H2(g) + N2(g) → N2H4(g) menggunakan persamaan reaksi di bawah ini? N2H4(g) + H2(g) → 2NH3(g) ΔH° = kJ 3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g) ΔH° = kJ Balikkan reaksi pertama dan ganti tanda entalpinya 2NH3(g) → N2H4(g) + H2(g) ΔH° = kJ Tambahkan reaksi kedua (dan jumlahkan entalpinya) 2NH3(g) + 3H2(g) + N2(g) → N2H4(g) + H2(g) + 2NH3(g) 2H2(g) + N2(g) → N2H4(g) ( ) = kJ 2 6.7 Persamaan termokimia dapat digabungkan karena entalpi merupakan fungsi keadaan

24 Uji pemahaman -1(H2O(l) → H2(g) + ½ O2(g) ΔH° = +285.9 kJ)
Kalkulasikan ΔH untuk reaksi 2C(s) + H2(g) → C2H2(g) menggunakan: 2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(l) ΔH° = kJ C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH° = kJ H2O(l) → H2(g) + ½ O2(g) ΔH° = kJ -½(2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(l) ΔH° = ) 2CO2(g) + H2O(l) → C2H2(g) + 5/2O2(g) ΔH° = 2(C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH° = kJ) 2C(s)+ 2O2(g) → 2CO2(g) ΔH° = kJ -1(H2O(l) → H2(g) + ½ O2(g) ΔH° = kJ) H2(g) + ½ O2(g) →H2O(l) ΔH° = kJ 2C(s) + H2(g) → C2H2(g) ΔH° = kJ 6.7 Persamaan termokimia dapat digabungkan karena entalpi merupakan fungsi keadaan

25 Giliranmu! Berapakah energi yang dihasilkan dari proses berikut:
6A + 9B + 3D + F → 2G Jika diberikan: C → A + 2B ∆H = 20.2 kJ/mol 2C + D → E + B ∆H = 30.1 kJ/mol 3E + F → 2G ∆H = kJ/mol 70.6 kJ -29.8 kJ kJ Tidak satu pun dari opsi di atas 6.7 Persamaan termokimia dapat digabungkan karena entalpi merupakan fungsi keadaan

26 Wujud zat penting! C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g)
ΔH = kJ C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l) ΔH = kJ Perhatikan bahwa ada perbedaan energi karena wujud zatnya tidak sama Jika H2O(l) → H2O(g) ΔH = 44 kJ/mol 4H2O(l) → 4H2O(g) ΔH = 176 kJ/mol kJ = kJ 6.8 Tabel kalor standar dari suatu reaksi dapat digunakan untuk memprediksi kalor reaksi manapun menggunakan hukum Hess

27 Keadaan standar Kebanyakan bentuk stabil dari senyawa murni ialah pada
Tekanan 1 atm Temperatur standar. Jika temperatur tidak disebutkan, maka diasumsikan suhunya 25 °C Konsentrasi larutan sebesar 1 M. Pengukuran dilakukan pada keadaan standar akan memiliki tanda °: ΔH° Kebanyakan nilai ΔH diberikan untuk senyawa atau unsur pada saat paling stabil. 6.8 Tabel kalor standar dari suatu reaksi dapat digunakan untuk memprediksi kalor reaksi manapun menggunakan hukum Hess

28 Menentukan keadaan paling stabil
Wujud senyawa yang paling stabil: Padatan – di bawah titik leleh Gas – di atas titik didih Cairan di antara dua suhu di atas Apakah keadaan standar dari GeH4? tl -165 °C td °C Apakah keadaan standar dari GeCl4? tl °C td 84 °C gas cairan 6.8 Tabel kalor standar dari suatu reaksi dapat digunakan untuk memprediksi kalor reaksi manapun menggunakan hukum Hess

29 Alotrop Adalah senyawa yang memiliki lebih dari satu bentuk pada saat/keadaan fisik yang sama Anda harus tahu wujud manakah yang paling stabil C, P, O dan S; seluruhnya memiliki beberapa alotrop. Apa saja keadaan standar masing-masingnya? C – padat, grafit P – padat, putih O – gas, O2 S – padat, rhombic (belah ketupat) 6.8 Tabel kalor standar dari suatu reaksi dapat digunakan untuk memprediksi kalor reaksi manapun menggunakan hukum Hess

30 Entalpi Pembentukan Ca(s) + C(graphite) + 3/2O2(g) → CaCO3(s)
Entalpi pembentukan adalah perubahan entalpi (ΔH°f) untuk pembentukan satu mol senyawa pada keadaan standar suatu senyawa dari keadaan standar unsur tersebut Catatan: ΔH°f = 0 untuk unsur yang terdapat dalam keadaan standar Uji pemahaman: Apakah persamaan yang dapat menjelaskan pembentukan CaCO3(s)? App. Table C.1. Thermodynamic Data for Selected Elements Chem FAQ: How do I write an equation for a standard heat of formation? Ca(s) + C(graphite) + 3/2O2(g) → CaCO3(s) 6.8 Tabel kalor standar dari suatu reaksi dapat digunakan untuk memprediksi kalor reaksi manapun menggunakan hukum Hess

31 Menghitung nilai ΔH untuk suatu reaksi dengan menggunakan ΔH°f
ΔH°reaksi = [total ΔH°f seluruh produk] – [total ΔH°f seluruh reaktan] 2Fe(s) + 6H2O(l) → 2Fe(OH)3(s) + 3H2(g) CO2(g) + 2H2O(l) → 2O2(g) + CH4(g) ΔH°reaksi = kJ Chem FAQs: How can we predict whether reactions involving atoms will absorb or release energy? How do I use Hess's Law to compute H° for a reaction, using standard enthalpies of formation? ΔH°reaksi = kJ 6.8 Tabel kalor standar dari suatu reaksi dapat digunakan untuk memprediksi kalor reaksi manapun menggunakan hukum Hess

32 Giliranmu! Berapakah nilai entalpi untuk reaksi berikut? 96.5 kJ
Tidak satu pun dari opsi di atas 2H2CO3(aq) + 2OH-(aq) → 2H2O(l) 2HCO3- (aq) ∆Hfº kJ/mol kJ/mol kJ/mol kJ/mol