Kalorimetri Penentuan Perubahan Entalpi

50 Kimia XI SMA

2.4 Penentuan Perubahan Entalpi

Δ ΔΔ ΔΔH Untuk menentukan perubahan entalpi pada suatu reaksi kimia dapat dilakukan melalui eksperimen, biasanya digunakan alat seperti kalorimeter, hukum Hess, dan energi ikatan.

A. Kalorimetri

Kalor reaksi dapat ditentukan me- lalui percobaan dengan kalorimeter. Proses pengukuran kalor reaksi disebut kalorimetri . Data ΔH reaksi yang terdapat pada tabel-tabel umumnya di- tentukan secara kalorimetri. Kalorimetri sederhana ialah mengukur perubahan suhu dari sejumlah air atau larutan sebagai akibat dari suatu reaksi kimia dalam suatu wadah terisolasi. Kalorimeter dapat disusun seperti gam- bar 2.1. Plastik merupakan bahan nonkon- duktor, sehingga jumlah kalor yang diserap atau yang berpindah ke lingkungan dapat diabaikan. Jika suatu reaksi berlangsung secara eksoterm, maka kalor sepenuhnya akan diserap oleh larutan di dalam gelas. Sebaliknya, jika reaksi tergolong endoterm, maka kalor itu diserap dari larutan di dalam gelas. Jadi, kalor reaksi sama dengan jumlah kalor yang diserap atau yang dilepaskan larutan di dalam gelas. Jumlah kalor yang diserap atau dilepaskan larutan dapat ditentukan dengan mengukur perubahan suhunya Ted Lister and Janet Renshaw, 2000. Karena energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, maka: q reaksi + q larutan = 0 atau q reaksi = – q larutan q larutan = m · c · Δ ΔΔ ΔΔt dengan: q = jumlah kalor J m = massa campuran gram c = kalor jenis larutan J g –1 K –1 Δt = kenaikan suhu K Gambar 2.1 Kalorimeter Sumber: www.yahooimage.com – + mesin penggerak indikator termometer tabung tertutup lubang O 2 ruang reaksi kawat halus mangkuk air Di unduh dari : Bukupaket.com 51 Kimia XI SMA dan q kalorimeter = C Δt dengan C = kapasitas kalor dari kalorimeter JK –1 Sebanyak 50 mL larutan HCl 1 M bersuhu 27 °C dicampur dengan 50 mL larutan NaOH 1 M bersuhu 27 °C dalam suatu kalorimeter plastik ρ air = 1 g cm –3 . Ternyata suhu campuran naik menjadi 35 °C. Jika kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air yaitu 4,18 J g –1 K –1 , tentukan besarnya perubahan entalpi ΔH untuk reaksi penetralan: HClaq + NaOHaq ⎯⎯ → NaClaq + H 2 Ol Jawab: • Volume HCl = 50 mL = 50 cm –3 • Volume NaOH = 50 mL = 50 cm –3 • Bila ρ air = 1 g cm –3 , maka massa HCl = massa jenis × volume = ρ × volume = 1 g cm –3 × 50 cm –3 = 50 gram • Bila ρ air = 1 g cm –3 , maka massa NaOH = massa jenis × volume = ρ × volume = 1 g cm –3 × 50 cm –3 = 50 gram • Massa campuran = massa HCl + massa NaOH = 50 g + 50 g = 100 g • Mol HCl = M × V = 1 × 0,05 = 0,05 mol • Mol NaOH = M × V = 1 × 0,05 = 0,05 mol • Kenaikan suhu = Δt = 35 + 273 – 27 + 273 = 8 K • q larutan = m · c · Δt = 100 × 4,18 × 8 = 3.344 J • q reaksi = –q larutan = –3.344 J • Persamaan reaksi: HClaq + NaOHaq ⎯⎯ → NaClaq + H 2 Ol 0,05 mol 0,05 mol 0,05 mol • q reaksi tersebut untuk 0,05 mol NaCl, sedangkan ΔH penetralan untuk 1 mol NaCl, maka ΔH = 1 0,05 × –3.344 J = –66.880 J = –66,88 kJ C o n t o h 2.3 Di unduh dari : Bukupaket.com 52 Kimia XI SMA • Jadi, persamaan ΔH penetralan untuk reaksi adalah: HClaq + NaOHaq ⎯⎯ → NaClaq + H 2 Ol ΔH = –66,88 kJ Sebanyak 7,5 gram LiOH A r Li = 7, O = 16, H = 1 dimasukkan ke dalam kalorimeter yang berisi 120 gram air. Setelah kristal LiOH itu larut, ternyata suhu kalorimeter beserta isinya naik dari 24 °C menjadi 35 °C. Kalor jenis larutan = 4,2 J g –1 K –1 dan kapasitas kalor kalorimeter = 12 J K –1 . Tentukan besarnya entalpi pelarutan LiOH dalam air sesuai persamaan reaksi: LiOHs ⎯⎯ → Li + aq + OH – aq ΔH = ? Jawab: • Massa campuran = massa LiOH + massa air = 7,5 + 120 = 127,5 gram • Kenaikan suhu = Δt = 35 + 273 – 24 + 273 = 11K • Kalor jenis larutan = c = 4,2 J g –1 K –1 • Kapasitas kalor kalorimeter = C = 12 J K –1 • q larutan = m · c · Δt = 127,5 × 4,2 × 11 = 5.890,5 J • q kalorimeter = C × Δt = 12 J × 11K = 132 J • q reaksi = –q larutan + q kalorimeter = –5.890,5 + 132 = –6.022,5 J • q reaksi tersebut untuk pelarutan 7,5 gram LiOH, sedangkan ΔH untuk pelarutan 1 mol LiOH massa 1 mol LiOH = M r LiOH = 24 grammol, maka: ΔH = 24 7,5 × –6.022,5 = –19.272 J = –19.272 kJ • Jadi ΔH pelarutan LiOH = –19.272 kJ • Persamaan reaksi: LiOHs ⎯⎯ → Li + aq + OH – aq ΔH = –19.272 kJ C o n t o h 2.4 Di unduh dari : Bukupaket.com 53 Kimia XI SMA 1. 100 mL larutan HCl 0,1 M bersuhu mula-mula 23 °C dicampur dengan 100 mL larutan NaOH 0,1 M bersuhu mula-mula 23 °C. Setelah bercampur, suhu menjadi 30 °C. Jika c air = 4,2 J g –1 K –1 dan ρ air = 1 g cm –3 , tentukan besarnya entalpi penetralan pada reaksi: HClaq + NaOHaq ⎯⎯ → NaClaq + H 2 Ol ΔH = ? 2. 50 mL larutan perak nitrat AgNO 3 0,2 M dicampur dengan 50 mL larutan NaCl 0,2 M, masing-masing bersuhu mula-mula sama yaitu 27 °C. Setelah dicampur ke dalam kalorimeter, suhu menjadi 31 °C. Bila kalor jenis larutan = 4,2 J g –1 K –1 , ρ air = 1 g cm –3 , tentukan besarnya ΔH pada reaksi: AgNO 3 aq + NaClaq ⎯⎯ → AgCls + NaNO 3 aq ΔH = ? 3. Jika serbuk seng dimasukkan ke dalam 100 mL larutan CuSO 4 , 0,2 M terjadi kenaikan suhu 10 °C menurut reaksi: Zns + Cu 2+ aq ⎯⎯ → Zn 2+ aq + Cus Jika kalor jenis larutan = 4,2 J g –1 K –1 dan kapasitas panas kalorimeter diabaikan, tentukan ΔH reaksi tersebut 4. Pada pembakaran 0,786 gram belerang dalam suatu kalorimeter terjadi kenaikan suhu dari 25 °C menjadi 26 °C. Persamaan reaksi: 1 8 S 8 s + O 2 g ⎯⎯ → SO 2 g Jika kapasitas kalor kalorimeter dan isinya adalah 11 kJ °C –1 , tentukan ΔH pembakaran 32 gram belerang 5. Pada pelarutan 15,3 natrium nitrat dalam sebuah kalorimeter terjadi penurunan suhu dari 25 °C menjadi 21 °C. Jika kapasitas kalor larutan dan kalorimeter adalah 1.050 J °C –1 tentukan ΔH pelarutan 1 mol NaNO 3 A r Na = 23, N = 14, dan O = 16, sesuai reaksi: NaNO 3 s ⎯⎯ → Na + aq + NO 3 – aq ΔH = ? Percobaan Menentukan Δ ΔΔ ΔΔH dengan Kalorimeter A. Alat dan Bahan 1. kalorimeter 6. larutan CuSO 4 1 M 2. gelas ukur 50 mL 7. larutan NaOH 0,01 M 3. termometer 8. larutan HCl 2 M 4. pengaduk 9. serbuk Zn 5. pemanas 10. stopwatch Latihan 2.5 Tugas Kelompok Di unduh dari : Bukupaket.com 54 Kimia XI SMA B. Penetapan Kapasitas Panas Kalorimeter 1. Masukkan 20 mL air dingin ke dalam kalorimeter, catat suhunya sebagai t 1 . 2. Masukkan 20 mL air panas ± 50 °C ke dalam gelas beker, catat suhunya sebagai t 2 lalu tambahkan segera ke dalam kalorimeter yang telah berisi air dingin. Aduk dan ukur suhu campuran selama 10 menit dengan selang waktu 1 menit setelah pencampuran. 3. Buat kurva pengamatan suhu terhadap waktu pengamatan untuk menentukan penurunan suhu air panas dan kenaikan suhu air dingin setelah pencampuran. 4. Hitung tetapankapasitas panas kalorimeter. Catatan: • Massa jenis air dianggap konstan = 1 g cm –3 • Kalor jenis air dianggap konstan = 4,2 J g –1 °K –1 C. Penentuan Kalor Reaksi Zns + CuSO 4 aq 1. Masukkan 40 cm 3 larutan CuSO 4 1 M ke dalam kalorimeter, catat suhunya. 2. Timbang dengan teliti 3 – 3,1 gram serbuk seng Zn. 3. Masukkan serbuk seng Zn ke dalam kalorimeter yang telah berisi larutan CuSO 4 1 M, lalu catat suhunya selama 10 menit dengan selang waktu 1 menit setelah pencampuran. 4. Buat kurva pengamatan suhu terhadap waktu pengamatan. 5. Tentukan panas reaksinya Catatan: • Massa jenis larutan = 1,14 g cm –3 • Kalor jenis larutan = 3,52 J g –1 °K –1 D. Penentuan Kalor Reaksi Netralisasi Larutan Asam – Basa 1. Masukkan 20 cm 3 larutan HCl 2 M ke dalam kalorimeter, catat suhunya. 2. Ambil 20 cm 3 larutan NaOH 0,01 M. 3. Masukkan larutan NaOH tersebut ke dalam kalorimeter yang telah berisi larutan HCl 2 M. Catat suhunya selama 5 menit dengan selang waktu 0,5 menit setelah pencampuran. 4. Buat kurva untuk menentukan perubahan suhu larutan 5. Hitung kalor reaksinya. Catatan: • Massa jenis larutan = 1,03 g cm –3 • Kalor jenis larutan = 3,96 J g –1 K –1 Di unduh dari : Bukupaket.com 55 Kimia XI SMA

B. Hukum Hess