08 isi pelajaran c
TRANSCRIPT
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
1/125
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
2/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
2
ISI KANDUNGAN
3.1 Entalpi
Tindak balas kimia seperti pembakaran, pengaratan dan penyejatan air dalam
kolam semua melibatkan tenaga. Entalpi adalah istilah termodinak merujuk
kepada kandung an haba dalam sesu atu sistem. Simbol untuk entalpi ialah H
Kita tidak dapat mengukur nilai mutlak entalpi sistem,tetapi kita dapat mengukur
perubahan entalpi. Perubahan entalpi diwakili oleh simbol H dan diukur dalam
unit kJ.
Jika diukur pada tekanan tetap, haba tindak balas sama dengan perubahan
entalpi bagi sistem ini.
Bagi tindak balas F + G J + K
Perubahan entalpi (H) = haba tindak balas
= (HJ + HK) (HF + HG)
Jika haba diserapkan semasa tindak balas berlaku, H adalah positif keranasistem kimia ini menerima tenaga dari persekitarannya. Tindak balas ini dikenali
sebagai tindak balas endotermik (Rajah 1)
PERSEKITARAN
H = + (POSITIF)
Rajah 1
SISTEM
Menyerap Haba
HABA
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
3/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
3
Jika haba dibebaskan semasa tindak balas berlaku, H adalah negatif kerana
sistem kimia ini membebaskan tenaga ke persekitarannya. Tindak balas ini
dikenali sebagai tindak balas eksotermik.
PERSEKITARAN
H = - (NEGATIF)
Rajah 2
Nilai berangka perubahan entalpi dipengaruhi oleh:
Suhu eksperimen dijalankan,
Keadaan fizik (pepejal,cecair atau gas) bahan tindak balas dan
hasil tindak balas,
Tekanan bahan tindak balas bergas, dan
Kepekatan larutan yang terlibat
Kita harus menentukan bahawa keadaan sistem adalah sama sebelum
dan selepas tindak balas. Keadaan piawai untuk ukuran termokimia ialah
Suhu 25 0C (298 K)
Tekanan 1 atm (101kPa) dan
Larutan yang terlibat mempunyai kepekatan 1 mol dm-3
Perubahan entalpi pada keadaan piawai dinyatakan sebagai tindak balas piawai
dan bersimbol H298 atau H
Contohnya: Persamaan termokimia pada keadaan piawai bagi tindak balas
pembakaran metana dalam oksigen berlebihan adalah berikut:
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O (ce) H
298 = -890 kJ
SISTEM
Membebaskan
Haba
HABA
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
4/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
4
Latihan
1. Jawab soalan berdasarkan tindak balas ini:
H2(g) + O2(g) H2O(ce) H298 = -287kJ
(a)Adakah tindak balas ini eksotermik atau endotermik?
(b) Yang manakah mempunyai entalpi yang lebih besar, bahan tindak
balas ataupun hasil?
(c) Kirakan kuantiti haba yang dibebaskan jika 3 mol hidrogen terbakar
dalam oksigen berlebihan.
(d) Lukis gambar rajah aras tenaga bagi tindak balas ini.
3.2 Haba tindak balas
Haba tindak balas boleh ditakrifkan sebagai tenaga haba yang diserap atau
dibebaskan apabila satu mol bahan tindak balas digunakan atau satu mol hasil
tindak balas terbentuk dalam keadaan piawai. Haba tindak balas sama dengan
perubahan entalpi jika diukur dalam keadaan piawai. Semua tindak balas kimiamelibatkan haba. Anda akan mempelajari beberapa tindak balas kimia dan cara
mengira haba tindak balasnya.
3.2.1 Haba Peneutralan
Peneutralan ialah tindak balas antara asid dengan bes (atau alkali) untuk
menghasilkan garam dan air sahaja.
Asid + Bes/Alkali Garam + Air
Contoh: HCl(ak) + KOH KCl(ak) + H2O(ce)
H2SO4(ak) + 2NaOH(ak) Na2SO4(ak) + H2O(ce)
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
5/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
5
Adakah tindak balas peneutralan eksotermik?
Semua tindak balas peneutralan merupakan tindak balas eksotermik, kerana
haba dibebaskan dan H bertanda negatif
Haba peneutralan ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol ionH+
bertindak balas dengan satu mol ionOH- untuk menghasilkan satu mol air
pada keadaan piawai.
H+(ak) + OH- (ak) H2O(ce) H= negatif
H ialah haba peneutralan dalam unit kJmol-1
Contohnya, dalam tindak balas peneutralan antara asid nitrik (HNO3) dan
natrium hidroksida (NaOH), haba peneutralan ialah -57.3kJmol-1.
Contoh Pengiraan Haba Peneutralan
Soalan:Apabila 50cm3
asid hidroklorik 1.2 mol dm-3
dicampurkan kepada
50 cm3
larutan ammonium hidroksida 1.2 mol dm-3
, suhu larutan berubah
daripada 30 oC kepada 37.5 oC. Hitungkan haba peneutralan untuk tindak balas
antara asid hidroklorik dengan larutan ammonia.
(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg
-1o
C
-1
; ketumapatan larutan = 1.0 gcm
-3
)
Penyelesaian:
Langkah 1: Hitungkan haba yang dibebaskan dalam eksperimen ini
Haba yang dibebaskan = m x c x T
= (50 + 50) x 4.2 x (37.5 30.0)
= 3150J = 3.15kJ
Langkah2: Hitungkan bilangan mol molekul air yang dihasilkan dalameksperimen ini.
Bilangan mol HCI (ak) yang digunakan = MV/1000
= 1.2 x 50 /1000
= 0.06mol
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
6/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
6
Bilangan mol NH4OH (ak) yang digunakan = MV/1000
= 1.2 x 50 /1000
= 0.06mol
Daripada persamaan HCl(ak) + NH4OH(ak) NH4Cl + H2O(ce), boleh
disimpulkan bahawa 0.06 mol ion H+ bertindak balas dengan 0.06 mol ion
OH- untuk menghasilkan 0.06 mol molekul air.
Langkah 3: Daripada langkah 1 dan 2, pembentukan 0.06 mol molekul H2Omembebaskan 3.15 kJ tenaga.
Maka, pembentukan 1.0 mol molekul H2O membebaskan
3.15kJ x (1/0.06) = 52.5 kJ
Kesimpulannya, haba peneutralan untuk tindak balas antara
asid hidroklorik dengan larutan ammonium hidroksida ialah
-52.5 kJ mol-1. Ini dapat ditulis secara ringkas sebagai
H = - 52.5 kJ mol-1.
Latihan
1. Kirakan haba peneutralan bagi tindak balas berikut:
(a) 25 cm3 asid nitrik (HNO3) 1.5M bertindak balas dengan 25 cm3
larutan natrium hidroksida (NaOH) 1.5M, larutan suhu berubahdaripada 23oC kepada 32 oC
(b) Lukis gambarajah aras tenaga bagi tindak balas peneutralan ini.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
7/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
7
3.2.2 HABA PEMBAKARAN
Pembakaran ialah tindak balas antara satu bahan api dengan oksigen untuk
menghasilkan tenaga haba. Pembakaran biasanya disertai dengan cahaya atau
nyalaan api. Semua tindak balas pembakaran merupakan tindak balas
eksotermik.
Haba pembakaran ialah haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan api
terbakar dengan lengkap dalam oksigen berlebihan pada keadaan piawai.
Contoh: Haba pembakaran unsur karbon dan hidrogen adalah -392 kJmol-1
dan
-286 kJmol-1
masing-masing.
C(p) + O2(g) CO2(g) H= -392 kJmol-1
H2(g) + O2(g) H2O(ce) H= -286kJmol-1
Haba pembakaran boleh ditentukan dengan membakar bahan api dan haba
yang dibebaskan digunakan untuk memanaskan air. Haba pembakaran bahan
api tersebut dapat ditentukan daripada kenaikan suhu air. Anggapkan haba tidak
hilang ke alam persekitaran, maka haba yang terbebas semasa pembakaranbahan api sama dengan haba yang diserap oleh air.
Layari Internet
Akses internet untuk mengumpul maklumat mengenai haba pembakaran
pelbagai jenis alkohol. Bandingkan haba pembakaran bagi metanol,
etanol,propan-ol dan butan-ol. Dapatkah anda hubungkait bilangan atom
karbon dalam satu molekul alkohol dengan haba pembakaran alkohol?
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
8/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
8
Pengiraan haba pembakaran
Soalan:
Apabila 2.7 g glukosa (C6H12O6) dibakar dengan lengkap dalam oksigen
berlebihan, haba yang terbebas dapat menaikkan suhu 600g air sebanyak
12.5 0C. Hitungkan haba pembakaran glukosa.
(Muatan haba tentu air: 4.2 Jg-10C-1 , Ketumpatan larutan = 1.0g cm-3,
Jisim atom relatif: H,1;C,12; O,16)
Penyelesaian
Langkah 1: Hitungkan haba yang terbebas dalam eksperimen ini.
Haba yang dibebaskan = Jisim air (m) x Muatan haba tentu (c) x kenaikan
suhu (T)
= 600 x 4.2 x 12.5 J = 31 500 J=31.5 kJ
Langkah 2: Hitungkan bilangan mol glukosa yang terbakar dalam eksperimen ini.
Jisim molekul relatif glukosa (C6H12O6) =(6 x 12) + 12 x 1 + 6 x 16)= 180
Bilangan mol glukosa yang terbakar = 2.7/180 = 0.015mol
Langkah 3: Hitungkan haba yang dibebaskan apabila 1 mol glukosa terbakar
Daripada langkah 1 dan 2, 0.015 mol glukosa membebaskan 31.5kJ
tenaga haba.
Maka, 1 mol glukosa membebaskan 31.5 x (1/0.015) = 2100 kJ
Jadi, haba pembakaran glukosa (C6H12O6), H = -2100 kJmol-1.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
9/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
9
Latihan
1. Haba pembakaran propana ialah -2220 kJmol-1
C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(ce) H= - 2220kJmol-1
(a) Lukis gamba rajah aras tenaga bagi tindak balas ini
(b) Berapakah tenaga haba yang dibebaskan apabila 20g karbon
dioksida dihasilkan daripada pembakaran lengkap propana?
2. Haba pembakaran metanol yang ditentukan dalam satu eksperimen
ialah -560 kJmol-1. Sebenarnya, nilai teori haba pembakaran ialah
-715 kJmol-1. Mengapa perbezaan ini boleh berlaku?
Memikir
Cuba anda fikirkan satu eksperimen yang dapat dijalankan dalam makmaluntuk mengenal pasti haba pembakaran etanol
Apakah langkah berjaga-jaga semasa menjalankan eksperimen ini?
3.2.3 HABA PEMENDAKAN
Haba pemendakan ialah perubahan tenaga haba apabila satu mol mendakan
terbentuk daripada ion-ionnya. Contohnya: Larutan plumbum(II) nitrat bertindak
balas dengan larutan kalium sulfat untuk menghasilkan mendakan plumbum(II)
sulfat. Persamaan termokimia bagi tindak balas ini adalah seperti yang berikut:
Pb2+
(ak) + SO42-
(ak) PbSO4(p) H = -51kJmol-1
Haba sebanyak 51kJ dibebaskan apabila 1 mol plumbum sulfat dimendakan
pada keadaan piawai.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
10/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
10
Latihan
1. Apabila 1mol dm-3
argentum nitrat bertindak balas dengan 1 mol dm-3
kaliumklorida, 1mol argentum klorida dimendakan dan haba sebanyak 58.8kJ
dibebaskan
(a) Tuliskan persamaan termokimia.
(b) Kirakan haba yang dibebaskan jika 0.4 mol argentum klorida
dimendakan.
(c) Lukis gambar rajah aras tenaga bagi pemendakan argentum
klorida.
Haba pemendakan bagi pepejal Mn+Xn- ditentukan dengan menyukat perubahan
suhu semasa pemendakan berlaku, iaitu apabila isipadu tertentu larutan ion Mn+
dicampurkan kepada isi padu tertentu larutan ion Xn+
. Anda perlu tahu kepekatan
kedua-dua larutan.
Pengiraan Haba pemendakan
Soalan:25 cm
3larutan argentum nitrat dicampurkan kepada 25 cm
3larutan kalium
klorida. Keputusan eksperimen yang diperoleh adalah seperti yang berikut:
Suhu awal larutan kalium klorida = 32.50C
Suhu awal argentum nitrat = 31.50C
Suhu maksimum campuran larutan = 37.60C
Dengan menggunakan data eksperimen, kira haba pemendakan argentum
klorida. (Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1 0C-1; Larutan tersebut masing-
masing mengandungi 0.23 mol ion Ag + dan 0.023 mol ion Cl-)
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
11/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
11
Penyelesaian:
Suhu purata larutan sebelum tindak balas = (32.5 + 31.5) 2 = 32 0C
Perubahan suhu = 37.60C 32.0
0C= 5.6
0C.
Isi padu campuran tindak balas = 25 + 25 = 50 cm
3
Dengan menganggap ketumpatan larutan = 1.0 g cm
-3, jisim campuran tindak
balas = 50cm3
x 1.0 g cm-3
= 50.0 g
Langkah1: Hitungkan haba yang terbebas dalam eksperimen ini.
Haba yang dibebaskan = m x c x T = 50 x 4.2 x 5.6
= 1176 J = 1.176 kJ
Langkah 2: Hitungkan bilangan mol AgCl yang terbentuk dalam eksperimen ini.
Daripada persamaan ion: Ag+
(ak) + Cl-(ak) AgCl(p)
0.023 mol ion Ag+ bertindak balas dengan 0.023 mol ion Cl - untuk
membentuk 0.023 mol AgCl.
Langkah 3: Hitungkan haba yang dibebaskan apabila 1 mol AgCl terbentuk.
Daripada Langkah 1 dan 2, pembentukan 0.023 mol AgCl
menghasilkan 1.176 kJ haba.
Maka, pembentukan 1 mol AgCl akan menghasilkan
1.176 x (1/ 0.023) = 51.1 kJ
Jadi, haba pemendakan argentum klorida, H = -51.1 kJ mol-1
Latihan
1. CuSO4(p) + air CuSO4(ak) H = -66 kJmol-1
Hitungkan jisim kuprum(ll) sulfat kontang yang diperlukan untuk dilarutkan
dalam air supaya 16.5 kJ haba dibebaskan.
(Jisim atom relatif Cu: 64, S = 32, O =16 )
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
12/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
12
2. Apabila larutan plumbum(ll) nitrat dan larutan natrium bromida
dicampurkan, plumbum(ll) bromida dihasilkan:
Pb2+(ak) + 2Br-(ak) PbBr2(p) H = -x kJmol-1
(a) Berapakah perubahan haba jika 1.0 mol ion Pb2+ dicampurkan dengan
1.0 mol ion Br- ?
(b) Berapakah perubahan haba jika 1.0 mol ion Pb2+ dicampurkan dengan
2.0 mol ion Br-?
(c) Berapakah perubahan haba jika 2.0 mol ion Pb2+ dicampurkan dengan
4.0 mol ion Br-
3.2.4 HABA PENYESARAN
Haba penyesaran ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol logam
disesarkan daripada larutan garamnya pada keadaan piawai. Logam yang reaktif
menyesarkan ion logam yang kurang reaktif daripada larutannya. Contohnya,
apabila serbuk magnesium berlebihan dicampurkan kepada larutan ferum(ll)
klorida, larutan hijau ferum(II) klorida menjadi tidak berwarna dan serbuk ferumyang berwarna kelabu dihasilkan.Haba juga dibebaskan dalam tindak balas ini.
Tindak balas penyesaran boleh diwakili oleh persamaan termokimia:
Mg(p) + FeCl2(ak) MgCl2(ak) + Fe(p) H= - 202 kJmol-1
Di makmal, haba penyesaran ditentukan dengan mencampurkan serbuk logam
yang lebih elektropositif dengan berlebihan kepada isi padu tertentu larutan
garam logam lain dan seterusnya menyukat suhu maksimum yang tercapai.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
13/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
13
Memikir
Cuba anda fikirkan satu eksperimen yang dapat dijalankan dalam makmal
untuk menentukan haba penyesaran kuprum oleh zink
Apakah langkah berjaga-jaga semasa menjalankan eksperimen ini?
Pengiraan haba penyesaran
Soalan:
Apabila serbuk aluminium berlebihan ditambahkan kepada 100 cm3 larutan
ferum(ll)sulfat, 0.48 g ferum dihasilkan dan suhu larutan berubah daripada 300
C
kepada 35.5 0C. Hitungkan haba penyesaran ion ferum oleh aluminium
berdasarkan tindak balas:
3Fe2+(ak) + 2Al(p) 3Fe(p) + 2Al3+(ak)
(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg -10C-1, Ketumpatan larutan =1.0gcm-3, Jisim
atom relatif: Fe = 56)
Penyelesaian:
Langkah 1: Hitungkan haba yang dibebaskan dalam eksperimen ini
Kenaikan suhu = 35.5 30.0 = 5.50C
Haba yang dibebaskan = Jis im larutan x Muatan haba tentu x
kenaikan suh u
= 100 x 4.2 x 5.5 J = 2310J = 2.31kJ
Langkah 2: Hitungkan bilangan mol ferum yang disesarkan
Jisim atom relatif Fe = 56
Bilangan mol Fe yang dihasilkan = jisim jisim atom relatif = 0.480/56
= 0.0086
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
14/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
14
Langkah 3: Hitungkan haba penyesaran ion ferum oleh aluminium
Pembentukan 0.0086 mol ferum membebaskan haba sebanyak
2.31 kJ haba
Pembentukan 1.0 mol ferum membebaskan haba sebanyak:
= 2.31 x (1/ 0.0086) = 268.6 kJ
Jadi, haba penyesaran ion ferum oleh aluminium,
H = - 268.6 kJmol-1
Latihan
1. Zn(p) + CuSO4(g) Cu(p) + ZnSO4(ak) H = -218 kJmol-1
(a) Lakarkan gambarajah aras tenaga bagi tindak balas penyesaran ini
(b) Hitungkan jisim minimum zink yang perlu digunakan supaya
tindakannya terhadap larutan kuprum(ll)sulfat berlebihan dapat
menghasilkan 46.8 kJ haba. (Jisim atom relatif zink : 65.4)
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
15/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
15
Tutorial (2 Jam)
1. (a) Apa yang anda faham tentang istilah entalpi(b) Ramalkan perubahan entalpi yang berlaku dalam tindak balas
berikut: (nyatakan sama ada entalpi berkurang atau bertambah)
i. Br2(g) Br2 (ce)
ii. NaCl(s) + ak NaCl (ak)
iii CO(g) + O2(g) CO2(g)
(c) Mengapakah keadaan piawai patut dinyatakan dalam pengiraan
perubahan entalpi?
2. 100 cm3
natrium hidroksida (1 mol dm-3
) meneutralkan 50cm3
asid
sulfurik (1mol dm-3) dan suhu awal larutan pada 21.0 0C meningkat ke
29.0 0C
(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-10C-1,
Ketumpatan larutan =1.0 gcm-3)
(a) Kirakan haba peneutralan
(b) Lakarkan gambarajah aras tenaga bagi tindak balas ini
3 Tiga jenis alkohol dibakar dan haba yang dibebaskan diukur seperti
ditunjukkan dalam jadual berikut:
Alkohol Jisim alkohol terbakar
(g)
Haba dibebaskan
(kJ)
MetanolEtanol
Propan-ol
3.29.2
7.5
71268
252
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
16/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
16
(a) Tuliskan persamaan kimia seimbang bagi setiap jenis alkohol.
(b) Kirakan bilangan mol setiap alkohol yang dibakar
(c) Kirakan haba pembakaran (kJmol-1) setiap alkohol
(d) Alkohol manakah boleh dijadikan bahan api yang paling efisen?
Terangkan
4. Apabila 500 cm3 larutan M+1 1.0 mol dm-3 dicampurkan dengan
500cm3 larutan ion sulfat SO42- 1.0 mol dm-3, suhu larutan naik
sebanyak 60C.
Hitungkan haba pemendakan M2SO4 dalam tindak balas ini.
(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1
0C
-1)
5. Zn(p) + CuSO4(ak) ZnSO4(ak) + Cu (p) H= -218kJmol-1
(a) Lakar gambarajah aras tenaga bagi tindak balas ini
(b) Kirakan haba yang dibebaskan jika 12.4g kuprum dimendakkan.
( jisim atom relatif kuprum = 63.5 )
.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
17/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
17
TERMOKIMIA
4.1 HABA PEMBENTUKAN
Pengiraan nilai
4.2 HUKUM HESS
Aplikasi Hukum Hess
TAJUK 4 TERMOKIMIA: HABA PEMBENTUKAN DAN
HUKUM HESS
SINOPSIS
Tajuk ini mengandungi dua sub topik iaitu haba pembentukan dan Hukum
Hess. Anda dapat mentakrifkan haba pembentukan dan menghubungkaitnya
dengan kestabilan bahan. Dalam tajuk ini juga, Hukum Hess diaplikasikan
untuk menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan entalpi bahan.
HASIL PEMBELAJARAN
Mentakrifkan haba pembentukan
Mengira perubahan haba tindak balas menggunakan nilai berangka haba
pembentukan
Meramal kestabilan relatif sesuatu sebatian
Mendefinisikan Hukum Hess
Mengaplikasikan Hukum Hess
KERANGKA TAJUK-TAJUK
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
18/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
18
ISI KANDUNGAN
4.1 Haba Pembentukan
Haba pembentukan piawai suatu bahan ialah haba yang dibebaskan atau
diserap apabila 1 mol bahan itu terbentuk dari unsur-unsurnya di bawah keadaanpiawai. Misalnya, haba (entalpi) pembentukan piawai bagi air ialah
-285.5 kJmol-1
. Ini bererti apabila 1 mol air cecair terbentuk dari hidrogen dan
oksigen dalam keadaan bergas, 285.5 kJ haba dibebaskan (eksotermik). Haba
pembentukan piawai bagi bahan diberi simbol Hf.
H2(g) + O2(g) H2O(ce) Hf
= -187.6 kJmol-1
Boleh anda ramalkan tenaga yang perlu untuk menguraikan satu mol air kepada
hidrogen dan oksigen? Nilai Hf
membantu ahli sains untuk meramalkan
kestabilan bahan.
Latihan
1. Haba pembentukan piawai beberapa sebatian diberi dalam Jadual 1
Jadual 1
Sebatian Hf(kJmol
-1)
Al2O3 -1676
NaCl -411
C2H4 +52.3
Tulis persamaan termokimia bagi setiap tindak balas dalam Jadual 1.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
19/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
19
4.1.1 Kestabilan Sebatian
Haba pembentukan piawai bagi sebatian mewakili tenaga yang dipindah dari
atau kepada persekitaran apabila ikatan kimia dalam unsur pecah dan ikatan
baru terbentuk dalam sebatian itu. Nilai Hf sebatian memberi maklumat tentang
kestabilannya tentang penguraian kepada unsur-unsurnya. Sebatian yang
terbentuk dengan membebaskan tenaga haba yang tinggi dan mempunyai nilai
Hf yang paling negatif biasanya paling stabil. Sebatian ini tidak mudah terurai
menjadi unsur-unsurnya. Sebaliknya sebatian yang terbentuk dengan menyerap
haba dan mempunyai nilai Hf
yang paling positif tidak stabil. Sebatian jenis ini
mudah terurai apabila dipanaskan sedikit ataupun pada keadaan biasa.
SebatianStabil
Hf(kJmol
-1) Sebatian
Tak StabilHf
(kJmol
-1)
Al2O3 -1676 Cl2O7 +75.7
NaCl -411 NCl3 +230
C2H4 +52.3 SnH4 +163
Sebatian yang mengandungi entalpi positif yang tinggi boleh bertindak balas
sangat reaktif dan boleh meletup. Contohnya, Mekuri fulminat Hg(ONC)2 yang
mempunyai haba pembentukan +269kJ digunakan dalam bahan letupan
4.1.2 Pengiraan perubahan entalpi tindak balas
Entalpi pembentukan piawai Hf diguna untuk menghitung perubahan entalpi
dalam tindak balas kimia.
Perubahan entalpi piawai bagi tindak balas
=hasil tambah Hf
bagi hasil hasil tambah Hf
bagi bahan tindak balas
=Hf
(hasil) - Hf
(bahan tindak balas)
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
20/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
20
Contoh:Hf
bagi karbon monoksida dan karbon dioksida masing-masing
adalah -110 kJmol-1 dan -393.5 kJmol-1. Hitung nilai Hfbagi tindak balas
CO(g) + O2(g) CO2(g)
Penyelesaian: CO(g) + O2(g) CO2(g)
(-110) (0) (-393.5)
(Perhatian: entalpi pembentukan piawai bagi unsur diberi nilai sifar pada
keadaan piawai)
H = (-393.5) (-100 + 0) = -283.5 kJmol-1
Latihan
1. Hf bagi Ag+, Cl- dan AgCl masing-masing adalah +105.0 kJ,
-167 kJ dan -127 kJ. Hitung Hf bagi tindak balas
Ag+ + Cl- AgCl
4.2 Hukum Hess
Pada tahun 1841, Germain Henri Hess, seorang saintis Swiss telah
menunjukkan haba yang dibebaskan atau diserap dalam sesuatu tindak balas
adalah sama dan tidak bergantung kepada proses tindak balas. Proses tindak
balas boleh melibatkan beberapa langkah atau secara terus-menerus.
Hukum Hess menyatakan bahawa haba yang dibebaskan atau diserap semasa
perubahan kimia tidak bergantung kepada jalan perubahan itu disempurnakan.
Rajah 1 menunjukkan bahawa bahan A bertindak balas menjadi B melalui dua
cara:
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
21/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
21
secara terus menerus melibatkan haba tindak balas Hr
melalui 3 langkah iaitu bahan A bertindak balas menjadi X dan X
bertindak balas menjadi Y dan Y bertindak balas menukar ke B
yang melibatkan haba tindak balas H1, H2, H3 masing-masing.
Mengikut Hukum Hess, Hr= H1, + H2 + H3
Rajah 1
Satu contoh untuk menjelaskan Hukum Hess ialah tindak balas di antara karbon
dan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida.
Cara pertama: Secara langsung 1 mol karbon bertindak balas dengan oksigen
berlebihan untuk menghasilkan karbon dioksida dan haba yang dibebaskan ialah
393kJ mol-1.
C(p) + O2(g) CO2 H= -393kJ
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
22/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
22
Cara kedua: 2 langkah
Langkah1: 1 mol karbon terbakar dalam oksigen yang terhad dan
menghasilkan karbon monoksida. Haba terbebas hanya
111kJ mol-1.
C(p) + O2(g) CO(g) H= -111kJ
Langkah2: Karbon monoksida boleh bertukar kepada karbon dioksida
dengan pembebasan haba sebanyak 282kJ mol-1
CO(g) + O2(g) CO2(g) H= -282kJ
Haba tindak balas keseluruhan ialah hasil tambah haba peringkat berasingan
iaitu -393 = -111 + (-282). Rajah 2 merumuskan haba tindak balas yang terlibat
dalam pembentukan karbon dioksida.
CO(g)
+ O2(g) + O2(g)H=-111kJ
H=-282kJ
+O2
C(p) CO2H=-393kJ
Rajah 2: Kitaran Tenaga Pembentukan Karbon Dioksida
Layari Internet
Akses internet untuk mengumpul maklumat mengenai Hukum Hess.Bagaimana anda mengait Hukum Hess dengan Hukum Keabadian Tenaga
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
23/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
23
4.2.1 Aplikasi Hukum Hess
Hukum Hess digunakan oleh ahli kimia untuk mengira entalpi tindak balas yang
tidak dapat diukur secara langsung. Contohnyanya, entalpi tindak balas bagi
tindak balas antara karbon dan hidrogen tidak dapat diukur secara langsung:4C(p) + 5H2(g) C4H10(g)
Bagaimanapun, karbon, hidrogen dan butana mudah terbakar dan entalpi
pembakaran dapat ditentukan melalui eksperimen menggunakan kalorimeter.
Satu kitaran tenaga dibina (Rajah 3) untuk mudahkan pengiraan entalpi.
H1
4C + 5H2(g) C4H10(g)
+6O2(g) +6O2(g) H2
H3
4CO2(g) + 5H2O(ce)
Rajah 3: Kitaran Tenaga Pembentukan Butana
Mengikut Hukum Hess:
H3= H1 + H2
H1= H3 - H2 H3 dan H2 dapat diketahui melalui eksperimen
Maka H1dapat dikira.
Soalan: Hitungkan Hbagitindak balas S(p) + 1O2 (g) SO3(g).
Diberi: (1) S(p) + O2(g) SO2(g) H1 = -297 kJ
(2) SO2(p) + O2(g) SO3(g) H 2 = -297 kJPenyelesaian:
Apabila persamaan (1) + persamaan (2), kita akan dapat:
S(p) + 1O2 (g) SO3
Jadi, H = H1 + H2 = -297 + (-99) = -396 kJ
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
24/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
24
Tutorial (2 jam)
1. Nilai entalpi berikut berkait dengan sebatian CF4 ,sejenis gas padasuhu bilik.
C(s) + 2F2(g) CF4(g) H = -92 kJ
CF4(p) CF4(g) H = +15 kJ
(a) Terangkan mengapa tanda nilai haba tindak balas berbeza.
(b) Terangkan mengapa nilai H bagi kedua-dua tindak balas jauh
berbeza.
(c) Bolehkah gas CF4 berada dalam keadaan stabil pada suhu bilik.
Jelaskan
(d) Nyatakan keadaan piawai tindak balas ini berlaku.
2. (a) Nyatakan Hukum Hess
(b) Kirakan entalpi pembentukan propana berasaskan data berikut:
C(s) + O2(g) CO2 (g) H = - 393 kJ
H2O(ce) H2(g) + O2(g) H = + 285 kJ
C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(ce) H = - 2217 kJ
(c) Tindak balas manakah yang eksotermik?
3. Kirakan perubahan entalpi piawai apabila kalsium klorida diturunkan
oleh logam natrium.
CaCl2(p) + 2Na(s) Ca(p) + 2NaCl(p)
Diberi : Ca(p) + Cl2(g) CaCl2(p) H = - 796 kJ
Na(p) + Cl2(g) NaCl(p) H = - 411 kJ
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
25/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
25
4. Kirakan H untuk tindak balas:
Hg2Cl2(p) + Cl2(g) 2HgCl2(p)
Diberi: 2Hg(ce) + Cl2(g) Hg2Cl2(p) H = -265 kJ
Hg(ce) + Cl2(g) HgCl2(p) H = -224 kJ
5. Bandingkan haba pembakaran satu gram gas hidrogen dan
asetilen (acetylene C2H2). Pilih gas yang sesuai untuk
kimpalan(welding). Gunakan maklumat yang berikut:
H2(g) + O2(g) H2O(ce) H = -285 kJ
C(p) + O2(g) CO2(g) H = -393 kJ
2C(p) + H2(g) C2H2(g) H = +227 kJ
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
26/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
26
TERMOKIMIA
5.1 MAKANAN DAN BAHAN API
Nilai bahan api
5.2 TENAGA SOLAR
TAJUK 5 TERMOKIMIA: MAKANAN DAN BAHAN API
TENAGA SOLAR
SINOPSIS
Tajuk ini dibahagikan kepada tiga subtopik; makanan, bahan api dan tenaga
solar. Anda akan memahami makanan sebagai bahan api untuk badan kita
dan dapat menerangkan perubahan kimia yang berlaku di sel-sel untuk
mengeluarkan tenaga. Anda juga akan bandingkan pelbagai bahan api
sebagai sumber api dan menerangkan kepentingan tenaga solar kepada
manusia,haiwan dan tumbuhan.
HASIL PEMBELAJARAN
Menyatakan makanan sebagai sumber tenaga
Menerangkan perubahan kimia yang terlibat dalam penghasilkan tenaga
daripada makanan
Menjelaskan bahan api sebagai sumber api
Menerangkan perubahan kimia yang terlibat dalam penghasilkan tenaga
daripada bahan api
Menerangkan kepentingan tenaga solar kepada semua benda hidup Mengenalpasti cara untuk menggunakan aktiviti PPIK (Pengetahuan
Pedagogi Isi Kandungan) untuk mengajar bidang kurikulum yang sesuai
KERANGKA TAJUK-TAJUK
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
27/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
27
ISI KANDUNGAN
5.1 MAKANAN DAN BAHAN API
Makanan adalah satu sumber tenaga untuk badan kita. Makanan mempunyai
tiga fungsi: Membekalkan tenaga untuk aktiviti badan seperti berlari dan berjalan
Memberikan bahan atau nutrien untuk tisu atau sel-sel badan bertumbuh
dan membaiki sel badan
Membekalkan bahan untuk mengawal proses badan seperti perkumuhan,
bernafas dan penghadaman
Makanan yang kita makan dihadam dan menukar bahan ringkas seperti glukosa
dan asid amino. Bahan ringkas ini dihantar ke sel-sel seluruh badan melalui
sistem salur darah. Respirasi adalah satu proses di mana bahan ringkas
makanan seperti glukosa bertindak balas dengan oksigen untuk membekalkan
tenaga. Tindak balas yang berlaku semasa respirasi ialah:
C6H12O6(ak) + 6O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(ce) H= -2803kJmol-1
Sebahagian tenaga kimia terkandung dalam glukosa ditukar ke haba untuk
memanaskan badan, sebahagian tenaga untuk gerakan di otot dan juga sebagai
tenaga elektrik di urat saraf. Proses respirasi ialah satu tindak balas
pengoksidaan dan makanan dianggap seperti bahan api untuk badan kita.
5.1.1 Pengukuran Kandungan Tenaga Makanan
Bagaimanakah anda tahu kandungan tenaga sesuatu makanan? Makanan
dibakar dalam kalorimeter bom dan tenaga yang dikeluarkan semasa
penoksidaan makanan dapat diukur. Kita boleh anggapkan tenaga makanan
yang diukur adalah sama dengan tenaga yang dibebaskan semasa respirasi.
Makanan biasanya mengandungi tiga jenis bahan; karbohidrat (gula dan kanji);lipid (minyak dan lemak) dan protin. Setiap bahan ini mengandungi kandungan
tenaga yang berbeza (Jadual 1). Lemak mengeluarkan dua kali lebih tenaga
berbanding karbohidrat atau protin.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
28/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
28
Jenis bahan Tenaga (kJg-1
)
Karbohidrat
Lemak
Protin
17
37
17
Jadual 1: Kandungan Tenaga Karbohidrat, Lemak dan Protin
Kandungan tenaga sesuatu makanan bergantung kepada kadar kuantiti tiga jenis
bahan yang ada dalam makanan. Jadual 2 senaraikan kandungan tenaga
beberapa makanan.
Makanan Karbohidrat
(%)
Lemak
(%)
Protin
(%)
Nilai tenaga/
Nilai Klori
(kJg-1)
Mantega
Ayam goreng
ubi kentang (rebus)
Roti
Telur (rebus)Susu
Keju
0
0
22.0
53.2
0.65.0
4.0
80.3
17.6
0
4.0
11.84.0
37
0
29.4
2.0
8.0
12.53.3
28
29.9
12.1
4.2
11.7
6.73.0
20.0
Jadual 2: Komposisi dan kandungan tenaga beberapa makanan
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
29/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
29
Latihan
1. Sekeping roti 1.5g dibakar dengan sempurna dalam kalorimeter bom. Haba
yang dibebaskan menaikan suhu air 300 cm3
dari 18.60C ke 20
0C.
Berapakah nilai kalori (dalam unit kJg-1) roti?
(Muatan haba tentu air = 4.2 Jg-1
C-1
.)
2. Kirakan kandungan tenaga satu kotak susu 100cm3
yang mengandungi 5.2g
lemak, 6.8g karbohidrat dan 3.4 protin. (Rujuk Jadual 1)
5.1.2 BAHAN API
Bahan api ialah bahan kimia yang mudah terbakar dalam udara untuk
membebaskan tenaga haba. Bahan api boleh dikelaskan kepada tiga kumpulan
mengikut keadaan fiziknya:
(a) bahan api pepejal: arang batu, arang kok
(b) bahan api cecair: petrol, diesel dan kerosin
(c) bahan api gas : gas asli dan gas hidrogen
Bahan api berbeza dari segi nilai bahan api. Nilai bahan api ialah tenaga haba
yang dibebaskan apabila satu gram bahan api terbakar dalam oksigenberlebihan. Unit nilai bahan api ialah kJ/g atau kJg
-1. Jadual 3 menunjukkan nilai
bahan api bagi beberapa jenis bahan api
Bahan api Nilai bahan api/kJg-
Hidrogen
Kayu
Arang batu
Gas asli
Petrol
Butana
143
21
34
52
42
50
Jadual 3: Nilai tenaga bahan api
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
30/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
30
Dari segi tenaga haba yang dibebaskan per gram bahan api, hidrogen
merupakan bahan api yang terbaik. Kayu api merupakan bahan api yang
membebaskan tenaga yang sedikit berbanding bahan api lain. Nilai bahan api
digunakan dalam bidang perindustrian untuk membandingkan kos penghasilan
tenaga bagi pelbagai bahan api melalui kaedah penghitungan.
Contoh: Jadual berikut menunjukkan nilai bahan api (kJg-1) dan
kos (ringgit per kg) bagi dua bahan api, gas asli dan petrol
Bahan api Nilai tenaga (kJg- ) kos
Gas asli
Petrol
52
42
RM0.35 per kg
RM 1 per kg
Bandingkan gas asli dan petrol dari segi
(a) kos bahan api.
(b) kos tenaga.
Penyelesaian:
(a) Kos bahan api: Petrol lebih mahal daripada gas asli dari segi kosper gram bahan api
(b) Kos tenaga:
Gas asli
1 kg gas asli berharga RM 0.35
1 kg gas asli menghasilkan 52 x 1000kJ tenaga haba
52 x 1000kJ tenaga haba berharga RM0.35
Jadi, 1000kJ tenaga berharga RM 0.035/52 = RM0.0067
Petrol
1kg petrol berharga RM 1.00
1kg petrol menghasilkan 42 x 1000 kJ tenaga haba
1000kJ tenaga haba berharga RM1/42 = RM0.024
Berdasarkan kiraan, petrol lebih mahal daripada gas asli
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
31/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
31
Pemilihan bahan api
Apabila memilih bahan api yang sesuai bagi tujuan tertentu, tiga faktor
utama dipertimbangkan:
Nilai bahan api
Semakin tinggi nilai bahan api, semakin banyak tenaga haba
dibebaskan per gram bahan api
Kesan terhadap persekitaran
Kebanyakan bahan api mengeluarkan banyak jelaga apabila
dibakar dan ini menyebabkan pencemaran udara. Hidrogen
dikenali sebagai bahan api bersih kerana pembakaran hidrogen
tidak menghasilkan jelaga atau gas-gas yang mencemarkan udara
Kos per gram bahan api
Arang batu merupakan bahan api yang paling murah manakala
bahan api seperti butana dan petrol agak mahal.
Latihan
1. Berdasarkan tiga kupulan makanan iaitu, karbohidrat, lemak dan protin,
cadangkan makanan yang sesuai untuk:
(a) bayi
(b) remaja
(c) ibu berkandung
2. Bandingkan penggunaan gas asli dengan arang batu untuk memasak di
rumah.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
32/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
32
5.2 TENAGA SOLAR
Tenaga solar atau tenaga suria merupakan sumber tenaga terbesar di dunia.
Malangnya manusia masih kekurangan teknologi untuk menggunakan tenaga
solar sepenuhnya. Pada hari yang terang lebih kurang 1kJ tenaga solar terdapat
pada 1 meter persegi tanah di permukaan bumi setiap saat.
Tenaga solar sangat penting untuk kehidupan manusia, haiwan dan tumbuhan
serta proses-proses semula jadi yang berlaku di bumi. Contohnya, proses
fotosinthesis dan kitaran hidrologi tidak boleh berlaku tanpa tenaga solar.
Layari Internet
Akses internet untuk mengumpul maklumat tentang kepentingantenaga solar kepada:
(a) sistem bumi (proses-proses semula jadi)(b) tumbuhan(c) manusia
Lakarkan satu peta minda yang menggambarkan penggunaan tenagasolar
5.2.1 Aplikasi tenaga solar
Tenaga solar digunakan melalui dua kaedah:
Kaedah 1: Cahaya matahari boleh ditukarkan kepada arus elektrik dalam sel
fotoelektrik. Kadar keberkesanan sel fotoelektrik semakin bertambah melalui
penyelidikan Sel fotovoltik yang digunakan untuk menjanakan elektrik bagi satelit.
Rajah 1 menunjukkan sel fotoelektrik yang ringkas untuk menyalakan sebuah
mentol. Di Portugal selatan, penjana elektrik berasaskan tenaga solar telah
dibina pada tahun 2006. Kawasan seluas 150 ekar digunakan dan berupaya
menjana 11MW(megawat) kuasa elektrik. Kuasa elektrik ini mencukupi
membekal elektrik untuk 8000 rumah.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
33/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
33
Rajah 1 :Tenaga solar ditukar ke tenaga elektrik melalui sel fotoelektrik
MatahariPanel Elektrik
Panel SolarMotor Elektrik
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
34/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
34
Kaedah 2: Tenaga solar diserap ke atas plat pengumpul yang bercat hitam.
Kaedah pemanasan solar pasif ini digunakan untuk memanaskan bekalan air di
rumah (Rajah 2). Rekabentuk rumah yang menggunakan tenaga solar berbeza
dengan rumah biasa. Pintu rumah atau sebahagian besar rumah menuju ke
matahari supaya tenaga diserap dan dibebaskan waktu malam.Rumah yang
menggunakan tenaga solar akan mengumpul seberapa banyak haba yang boleh
dan mengalirkan haba itu melalui pengaliran udara yang asli.
Rajah 2 : Sistem pemanasan air menggunakan tenaga solar
Mengumpul Maklumat
Kaji huraian sukatan pelajaran sains sekolah rendah Tahun Lima dan
Tahun Enam dan senaraikan semua aktiviti pembelajaran yang berkaitandengan topik haba. Komen tentang kesesuaian aktiviti-aktiviti
pembelajaran berkenaan.Cadangkan aktiviti alternatif jika anda fikirkan
aktiviti pembelajaran itu kurang sesuai.
Pengumpul
tenaga solar
Tangki
Air
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
35/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
35
Tutorial (2 jam)
Jawab semua soalan
1. Sejenis kacang mengandungi 62% karbohidrat, 22% protin dan 1.5%
lemak. Anggarkan nilai makanan kacang ini. (Rujuk Jadual 1)
2. Semasa senaman ringan, seperti berjalan, seorang dewasa
menggunakan 15kJ/min. Berapa minitkah senaman ini boleh diteruskan
jika tenaga yang dibekalkan bersamaan dengan semangkuk sup ayam
yang mengandungi 13g protin, 20g karbohidrat dan 5g lemak?
3. Sebotol yang mengandungi 10g minyak Canola bernilai tenaga 346kJ,
manakala sebotol lain yang mengandungi 60 g sirap buah-buahan bernilai
tenaga 820kJ. Jelaskan perbezaan nilai tenaga kedua-dua bahan
makanan.
4. Sarapan pagi seorang pelajar sekolah terdiri daripada 120g susu, 30g roti
dan sebiji telur masak. Gunakan nilai makanan purata di jadual 1 untuk
mengira tenaga yang diperolehi melalui sarapan pagi ini
5. Tenaga solar merupakan tenaga masa depan di bumi ini. Berikan
kebaikan dan kelemahan tenaga solar.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
36/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
36
Perbincangan ( 1 jam)
PPIK 3
Tenaga yang boleh diperbaharui dan tenaga yang tidak boleh diperbaharui.
Tenaga boleh dibahagi kepada dua jenis yang tersebut di atas.
1. Hasilkan penyusun grafik tentang tenaga yang boleh diperbaharui dan tenaga
yang tidak boleh diperbaharui.
2. Apakah peranan anda dalam penjimatan tenaga dalam kehidupan harian ?
Bincangkan.
Pada akhir aktiviti ini, jawab soalan-soalan berikut:
Apakah yang telah anda pelajari daripada aktiviti tersebut?
Dari bahagian manakah dalam kurikulum sains sekolah rendah
yang berkaitan dengan topik berkenaan?
Bincangkan bagaimana anda boleh menggunakan aktiviti ini dalam
pengajaran dan pembelajaran.
Apakah peranan guru dalam aktiviti ini?
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
37/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
37
TAJUK 6 ELEKTROKIMIA: PENGOKSIDAAN DAN
PENURUNAN
SINOPSIS
Kebanyakan tindak balas kimia yang berlaku melibatkan pengoksidaan dan
penurunan yang berlaku serentak. Pengoksidaan ialah tindaka balas yang
berlaku apabila sesuatu bahan tindak balas mengalami penambahan
oksigen atau kehilangan hidrogen. Penurunan ialah tindak balas yang
berlaku apabila sesuatu bahan tindak balas mengalami kehilangan oksigen
atau penambahan hidrogen. Tindak balas yang melibatkan kedua-dua
proses pengoksidaan dan penurunan dikenali sebagai tindak balas redoks.
Bahan tindak balas yang dioksidakan apabila mengalami penambahan
oksigen atau kehilangan hidrogen dikenal sebagai agen penurunan. Agen
pengoksidaan ialah bahan yang mengoksidakan bahan tindak balas lain dan
sendiri mengalami proses penurunan. Tindak balas redoks dapat
dikenalpasti melalui perubahan nombor pengoksidaan.
HASIL PEMBELAJARAN
Mentakrifkan pengoksidaan
Mentakrifkan penurunan
Mengenali nombor pengoksidaan
Mengenali tindak balas redoks dari segi perubahan nombor pengoksidaan
Mengimbangan persamaan tindak balas redoks
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
38/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
38
ELEKTROKIMIA
6.1 PENGOKSIDAAN
6.2 PENURUNAN
6.3 NOMBOR PENGOKSIDAAN
6.4 TINDAK BALAS REDOKS DARI SEGIPERUBAHAN NOMBOR PENGOKSIDAAN
6.5 MENGIMBANGAN PERSAMAAN REDOKS
KERANGKA TAJUK-TAJUK
TINDAK BALAS REDOKS
PENGOKSIDAAN
(Dialami oleh agen penurunan)
PENURUNAN
(Dialami oleh agen pengoksidaan)
melibatkan
melibatkan
Penambahan oksigen
Kehilangan Hidrogen
Kehilangan elektron
Kekurangan oksigen
Penambahan Hidrogen
Penambahan elektron
melibatkan
Penambahan nombor
pengoksidaan Pengurangan nombor
pengoksidaan
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
39/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
39
ISI KANDUNGAN
6.1 Pengoksidaan
Udara mengandungi 21% oksigen. Banyak bahan bertindak balas dengan
oksigen secara semula jadi.
Pengoksidaan ialah tindak balas yang berlaku apabila sesuatu bahan tindak
balas mengalami penambahan oksigen atau kehilangan hidrogen. Bahan yang
mengalami penambahan oksigen atau kehilangan hidrogen dikenali sebagai
agen penurunan.
Contohnya:
Magnesium bergabung dengan oksigen di udara untuk
menghasilkan magnesium oksida. Magnesium bertindak sebagai
agen penurunan.
Gas metana bertindakbalas dengan oksigen untuk menghasikan
karbon dioksida dan air. Metana kehilangan hidrogen dalam proses
ini. Metana dikenali sebagai agen penurunan.
6.2 Penurunan
Bagi sesetengah tindak balas, bahan tindak balas kehilangan oksigen ataupenambahan hidrogen. Tindak balas ini dikenali sebagai penurunan.
Bahan yang mengalami kehilangan oksigen atau penambahan hidrogen dikenali
sebagai agen pengoksidaan.
Contohnya:
Magnesium bertindakbalas dengan zink oksida menghasilkan
magnesium oksida dan zink. Dalam tindak balas ini, zink oksida
bertindak sebagai agen penurunan kerana kehilangan oksigen.
Gas metana bertindakbalas dengan oksigen untuk menghasikan
karbon dioksida dan air. Oksigen merupakan sebagai agen
pengoksidaan kerana mengalami penambahan hidrogen menjadi
air.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
40/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
40
6.3 Nombor Pengoksidaan
Satu atom atau molekul sesuatu unsur dalam keadaan bebas
mempunyai nombor pengoksidaan sama dengan sifar.
Contoh: Formula nombor pengoksidaan
H2 0
O2 0
S 0
Fe 0
Cu 0
Untuk ion monoatom, nombor pengoksidaan ialah cas pada ion itu.
Contoh: Ion Nombor pengoksidaan
Na+
+1
Cu
2+
+2Fe
3++3
F-
-1
O2-
-2
N3-
-3
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
41/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
41
Untuk ion poliatomik, jumlah nombor pengoksidaan untuk semua
atom yang hadir dalam ion itu sama dengan cas yang ada pada ion
tersebut.
Contoh: SO42-
(+6)+4(-2)=-2
MnO4-
(+7)+4(-2)=-1
Untuk sebatian ion atau sebatian kovalen, jumlah nombor
pengoksidaan untuk semua atom yang hadir dalam formula
sebatian adalah sifar.
Contoh: CaCO3
(+2)+(+4)+3(-2)=0
CO2
(+4)+2(-2)=0
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
42/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
42
Dalam sebatian kovalen, atom yang lebih elektonegatif akan diberi
nombor pengoksidaan negatif dan yang kurang elektronegatif akan
diberi nombor pengoksidaan positif.
F2O HClO
2(-1) (+2) (+1) (+1) (-2)
I,Br,Cl,N,O,F Keelektronegatifan bertambah
Latihan
Cari nombor pengoksidaan untuk unsur-unsur yang dihitamkan berikut:
(a) CH4
(b) S2O3(c) ClO3
-
(d) NO3-
(e) MgCl2
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
43/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
43
6.4 Tindak balas redoks dari segi perubahan nombor pengoksidaan
6.4.1 Tindak Balas Pengoksidaan
Satu proses yang melibatkan kehilangan elektron.
Satu proses yang melibatkan penambahan dalam nombor
pengoksidaan.
Proses pengoksidaan dapat diwakili oleh persamaan setengah.
Contoh: Mg Mg2+
+ 2 e-
(perubahan no. pengoksidaan magnesium dari 0 ke +2)
Fe2+ Fe3+ + e-
(perubahan no. pengoksidaan ion Fe2+ dari +2 ke +3)
2I- I2 + 2e-
(perubahan no. pengoksidaan ion I- dari -1 ke +0)
6.4.2 Tindak Balas Penurunan
Satu proses yang melibatkan penerimaan elektron.
Satu proses yang melibatkan pengurangan dalam nombor
pengoksidaan.
Proses penurunan dapat diwakili oleh persamaan setengah.
Contoh: Cl2 + 2e- 2 Cl
-
(perubahan no. pengoksidaan Cl2 dari 0 ke -1)
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
44/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
44
MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O
(perubahan no. pengoksidaan Mn dari +7 ke +2)
Fe3+ + e- Fe2+
(perubahan no. pengoksidaan ion Fe3+ dari +3 ke +2)
6.4.3 Tindak balas redoks
Satu proses di mana kedua-dua tindak balas pengoksidaan dan penurunan
berlaku serentak.
Contoh: 5Fe2+ 5Fe3+ + 5e- Pengoksidaan
MnO4-+ 8H
++ 5e
- Mn
2++ 4H2O Penurunan
_______________________________________________
5Fe2+
+MnO4
-+ 8H
+ 5Fe
3++ Mn
2++ 4H2O Redoks
6.5 Mengimbangkan persamaan redoks
Untuk pengimbangan, langkah-langkah yang berikut patut diikuti:
Tulis persamaan pengoksidaan dan penurunan yang betul.
Letakkan pekali di hadapan kedua-dua tindak balas pengoksidaan
dan penurunan (jika perlu) supaya bilangan elektron untuk kedua-
dua tindak bals adalah sama. Jumlahkan kedua-dua persamaan setengah untuk mendapat
persamaan redoks yang seimbang.
Sila rujuk contoh di 6.4.3
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
45/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
45
Latihan
Imbangkan persamaan-persamaan yang berikut:
(a) Sn2+(ak) Sn4+
(ak)
(b) Cu2+(ak) Cu(p)
(c) Cr2O72-
(ak) + I-(ak) + H
+(ak) Cr
3+(ak) + I2(ak) + H2O(c)
Layari Internet
Akses internet untuk mengumpul maklumat mengenai tinadak balas redoks
yang berlaku dalam:
i pembakaran gas asli (metana)
ii proses respirasi
iii pengaratan besi
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
46/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
46
Tutorial (2 jam)
1. Gunakan kaedah nombor pengoksidaan, kenalpastikan agenpengoksidaan dan agen penurunan untuk tindak balas yang berikut:
(a) CuO(p) + H2(g) Cu(p) + H2O(c)
(b) FeO(p) + C(g) Fe(p) + CO(g)
(c) 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)
2. Tulis persamaan setengah bagi tindak balas yang berikut:
(a) 2Na(p) + I2(g) 2NaI(p)
(b) 2Ag+(ak) + Mg(p) 2Ag(p) + Mg2+
(ak)
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
47/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
47
ELEKTROKIMIA
7.1
TINDAK BALAS
REDOKS DI SEL
KIMIA
7.2
PROSES
MOLEKULAR DI
ELEKTROD
7.3
BATERI SEBAGAI
SEL KIMIA
TAJUK 7 ELEKTROKIMIA: SEL KIMIA (SEL VOLTA)
SINOPSIS
Tindak balas redoks yang berlaku dalam sesuatu sistem mempunyai tenaga
kimia. Jika tenaga kimia itu dapat diubah kepada tenaga elektrik, maka satu
sel kimia telah dihasilkan dalam sistem tersebut.
HASIL PEMBELAJARAN
Menerangkan tindak balas redoks yang berlaku dalam sel kimia
untuk menghasilkan tenaga elektrik
Menerangkan proses molekular di elektrod
Menyedari bahawa bateri adalah sel kimia
Mengenalpasti cara untuk menggunakan aktiviti PPIK
(Pengetahuan Pedagogi Isi Kandungan) untuk mengajar bidang
kurikulum yang sesuai
Menggunakan Eksperimen 4 untuk menerangkan tindak balas
redoks dan pemindahan elektron pada satu jarak dalam satu selkimia
KERANGKA TAJUK-TAJUK
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
48/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
48
ISI KANDUNGAN
7.1 Tindak balas redoks yang berlaku dalam sel kimia
Tenaga kimia yang dibebaskan dalam tindak balas redoks spontan boleh ditukar
kepada tenaga elektrik yang berguna. Pertukaran tenaga kimia kepada tenaga
elektrik dapat dilakukan melalui satu alat yang dipanggil sel kimia atau sel volta.
Sel kimia atau sel volta adalah satu alat di mana pemindahan elektron berlaku
melalui litar luardan pergerakan ion-ion berlaku di litar dalam.
Contoh: Sel Volta Daniell (Sel kimia Zn-Cu)
Rajah 1: Sel Volta Daniell (Sel kimia Zn-Cu)
ElektrodKuprum
ElektrodZink
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
49/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
49
Elektrod zink
Elektrod ini dicelup dalam larutan zink sulfat yang merupakan satu
elektrolit.
Perhatikan bahawa zink adalah lebih elektropositif berbanding
dengan kuprum, maka adalah lebih cenderung untuk ion positif zink
dibentuk. (Sila rujuk Siri Elektrokimia yang dilampirkan di
hujung bahagian ini untuk keelektropositifan unsur-unsur)
Tindak balas yang berlaku adalah: Zn(p) Zn2+(ak) + 2e-
Maka elektrod zink merupakan terminal negatifyang dipanggil
anod.
Tindak balas ini merupakan tindak balas pengoksidaan dan zink
bertindak sebagai agen penurunan.
Perhatikan bahawa elektron yang telah dibebaskan akan mengalir
melalui litar luar (wayar) dari elektrod zink ke elektrod kuprum.
Elektrod zink menjadi semakin nipis (terhakis/terkakis) kerana telah
diionkan.
Elektrod kuprum
Elektrod ini dicelup dalam larutan kuprum (II) sulfat yang
merupakan satu elektrolit.
Perhatikan bahawa kuprum adalah kurang elektropositif berbanding
dengan zink, maka adalah lebih cenderung untuk ion positif kuprum
dari elektrolit untuk menerima elektron yang telah dibebaskan oleh
zink.
Tindak balas yang berlaku adalah:Cu2+(ak)+ 2 e- Cu(p)
Maka elektrod kuprum merupakan terminal positifyang dipanggil
katod.
Tindak balas ini merupakan tindak balas penurunan dan ion
Cu2+(ak) bertindak sebagai agen pengoksidaan.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
50/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
50
Elektrod kuprum menjadi semakin tebal kerana kuprum (pepejal
perang) dimendakkan pada elektrod kuprum
Warna biru larutan kuprum(II) sulfat semakin pudar kerana ion
kuprum daripada larutan ini telah diturunkan kepada kuprum.
Tindak balas keseluruhan redoks
Zn(p) Zn2+(ak) + 2e- Pengoksidaan
Cu2+(ak)+ 2 e- Cu(p) Penurunan
Zn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+(ak) + Cu (p) Redoks
Perhatikan bahawa pemindahan elektron berlaku melalui wayar di litar
luar(anod ke katod) manakala ion-ion mengalir di litar dalam melalui
titian garam untuk melengkapkan litar elektrik ini.
Siri Elektrokimia
LiKCaNaMgAl
ZnFeSnCuAg
Keelektropos
itifan
semakinbertambah
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
51/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
51
Latihan
Satu sel kimia Zn-Ag terdiri daripada satu elektrod zink yang dicelup
dalam larutan akues zink nitrat dan satu elektrod argentum yang dicelup
dalam larutan argentum nitrat. Kedua-dua elektrod ini disambung melalui
wayar di litar luar dan melalui satu titian garam di litar dalam.
(a) Tulis persamaan setengah yang berlaku di kedua-dua elektrod ini.
(b) Tulis persamaan redoks untuk sel kimia ini.
(c) Nyatakan pemerhatian yang mungkin diperhatikan.
(d) Namakan satu bahan kimia yang boleh digunakan sebagai titian garam.
Mengapakah bahan ini sesuai digunakan?
7.2 Proses molekular di elektrod untuk Sel Volta Daniell (Sel kimia Zn-Cu)
7.2.1 Pergerakan elektron di litar luar (wayar)
Perhatikan bahawa pada permukaan eletrod zink (anod), atom zink hilang
/membebaskan dua elektron dan menjadi ion zink(ak). Dua elektron ini akan
mengalir dari anod ke katod melalui litar luar (wayar). Apabila dua elektron ini
sampai ke permukaan katod, ion kuprum(ak) daripada larutan kuprum(II) sulfat
akan menerima elektron ini dan diturunkan kepada atom kuprum yang dienapkan
pada permukaan katod itu.
7.2.2 Pergerakan ion di litar dalam (titian garam)
Perhatikan bahawa litar hanya dapat dilengkapkan jika ada pergerakan ion untuk
mengekalkan pengimbangan cas keseluruhan di kedua-dua elektrod. Oleh itu,
ion zink(ak) di anod dan ion sulfat di katod akan bergerak ke arah titian garam
untuk bergabung menjadi zink sulfat.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
52/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
52
7.3 Bateri sebagai sel kimia
Semua jenis bateri merupakan sel kimia yang dapat mengubah tenaga kimia
kepada tenaga elektrik. Ada bateri yang mengandungi satu sel volta dengan dua
elektrod dan elektrolit yang sesuai. Contohnya, sel Daniell dan sel kering. Ada
juga bateri yang mengandungi dua atau lebih sel volta yang disambung secara
bersiri untuk meningkatkan jumlah voltan bateri tersebut. Contohnya, akumulator
asid-plumbum. Untuk keterangan lanjut mengenai tindak balas kimia yang
berlaku dalam beberapa jenis bateri, sila rujuk Tajuk 10 dalam modul ini.
Layari Internet
Kumpul maklumat tentang pelbagi jenis bateri dan kegunaannya.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
53/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
53
Tutorial ( 2 jam )
1. Tindak balas Al(p) + Cu2+(ak) Al3+(ak) + Cu(p) boleh digunakan
untuk membina sel voltan.
(a) Lukiskan sel voltan tersebut.
(b) Label anod dan katod serta tandakan arah pengaliran elektron dan
ion pada sel voltan yang telah dilukis.
(c) Tulis persamaan tindak balas setengah yang berlaku di katod dan
anod.
2. Satu tiub-U diisi dengan asid sulfirik cair sehingga parasnya adalah
lebih kurang 6 cm dari mulut tiub itu. Larutan kalium manganat(VII)
berasid dituangkan ke dalam lengan kiri sehingga 4 cm tinggi diikuti
dengan larutan kalium iodida di lengan kanan dengan ketinggian 4 cm
juga. Kemudian elektrod karbon diletak ke dalam kedua-dua lengan.
Seterusnya, kedua-dua elektrod itu disambung kepada sebuah
galvanometer.
(Petunjuk: Ion manganat (VII) berasid merupakan satu agen
pengoksidaan dan ion iodida merupakan satu agen
penurunan)
(a) Lukiskan sel voltan tersebut.
(b) Apakah akan diperhatikan pada jarum galvanometer?
Jelaskan pemerhatian anda.
(c) Label anod dan katod serta tandakan arah pengaliran elektron
pada sel voltan yang telah dilukis.
(d) Tulis persamaan tindak balas setengah yang berlaku di katod dan
anod.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
54/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
54
Perbincangan (1 jam)
Aktiviti PPIK 4 untuk mengkaji jenis bateri
1. Anda dibekalkan dengan beberapa bateri berikut .
Sel kering
Sel alkali
Sel merkuri
Akumulator Asid-Plumbum
Sel Nikel kadmium
Tentukan terminal positif dan negatif setiap sel yang tersebut dia atas dan
nyatakan kegunannya.
2. Terdapat sel kimia lain seperti logam nikel hidrida (NiMH), lithium-ion (Li-
ion), lithium-polimer (Li-Poly), sel bahanapi and sel solar. Nyatakan
kegunaan setiap sel ini.
Pada akhir aktiviti ini, jawab soalan-soalan berikut:
Apakah yang telah anda pelajari daripada aktiviti tersebut?
Dari bahagian manakah dalam kurikulum sains sekolah rendah
yang berkaitan dengan topik berkenaan?
Bincangkan bagaimana anda boleh menggunakan aktiviti ini dalam
pengajaran dan pembelajaran.
Apakah peranan guru dalam aktiviti ini?
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
55/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
55
Perbincangan (2 jam)
Aktivti Eksperimen 4 untuk mengkaji pemindahan elektron pada satu jarak
EKSPERIMEN 4
Tujuan : Untuk menyiasat proses penurunan dan pengoksidaan untuk
pemindahan elektron pada satu jarak.
Bahan : 2.0 moldm-3
asid sulfurik, 0.5 moldm-3
larutan ferum(II) sulfat
(disediakan semasa larutan ini digunakan sahaja), 0.2 moldm -3
larutan kalim manganat(VII) berasid, 0.5 moldm-3 larutan kalium
iodida, 0.2 moldm-3 kalium dikromat (VI) berasid, 0.2 moldm-3
larutan kalium tiosianat dan larutan kanji 1 % .
Alat Radas : Tiub - U, galvanometer, penyambung klip buaya, elektrod karbon,
kaki retot dan pemegang, tabung uji, penitis dan penutup satu
lubang.
Prosedur :
1. Letakkan tiub U pada pemegang kaki retot.
2. Masukkan asid sulfurik cair ke dalam tiub-U sehingga paras 6 cm dari
mulut tiub-U.
3. Dengan menggunakan penitis, tambahkan dengan berhati-hati larutan 0.5
moldm-3
ferum(II) sulfat ke satu lengan tiub-U sehingga paras larutan
ferum(II) sulfat mencapai 3 cm.
4. Seterusnya dengan berhati-hati, tambahkan 0.2 moldm-3
larutan kalium
dikromat (VI) berasid ke lengan tiub-U yang satu lagi.
5. Letakkan elektrod karbon ke dalam setiap satu lengan tiub-U.6. Sambungkan elektrod ke galvanometer seperti yang ditunjukkan dalam
Rajah 2. Berasaskan pesongan jarum galvanometer, tentukan elektrod
yang bertindak sebagai terminal positif dan elektrod yang bertindak
sebagai terminal negatif.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
56/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
56
7. Biarkan radas tersebut selama 30 minit, perhatikan sebarang perubahan
yang berlaku.
8. Gunakan penitis yang bersih, keluarkan 1 cm3 larutan ferum(II) sulfat dari
tiub-U dam masukkannnya ke dalam tabung uji.Tambah beberapa titis
larutan 0.2 mol dm-3 kalium tiosianat ke dalam tabung uji tersebut.
Rekodkan pemerhatian anda.
9. Ulangi langkah 1 hingga 7 menggunakan larutan 0.5 moldm-3 kalium
iodida dan 0.2 moldm-3 larutan kalium manganat (VII) berasid bagi
menggantikan larutan ferum (II) sulfat dan larutan kalium dikromat(VI)
berasid
10. Ulangi langkah 8 untuk menguji larutan kalium iodida dengan larutan kanji
1 %.
Rajah 2
Larutan ferum(II) sulfat
Tiub-U
Asid sulfurik
Larutan berasidkalium dikromat (VI)
Elektrodkarbon
Galvanometer
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
57/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
57
Soalan:
1. (i) Tuliskan persamaan redoks untuk kedua-dua tindak balas redoks yang
dijalankan dalam amali ini.
(ii) Dalam seIiap tindak balas, nyatakan agen pengoksidaan dan agen
penurunan.
2. Tunjukkan arah pengaliran elektron dalam setiap tindak balas redoks
tersebut.
3. Nyatakan fungsi asid sulfurik yang digunakan.
4. Tuliskan dua pasangan larutan lain yang boleh digunakan dalam amali di
atas.
5. Mengapakah larutan kalium bromida tidak boleh digunakan untuk
menggantikan asid sulfurik?
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
58/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
58
ELEKTROKIMIA
8.1
Daya Gerak
Elektrik Sel
8.2
Keupayaan
Elektrod Piawai
8.3
Keupayaan
Penurunan
Piawai
8.4
Pengiraan
d.g.e.sel
piawai
TAJUK 8 ELEKTROKIMIA: DAYA GERAK ELEKTRIK SEL
SINOPSIS
Apabila tindak balas redoks berlaku dalam satu sel kimia, perbezaan nilai
keupayaan elektrod di antara anod dan katod ialah daya gerak elektrik
(d.g.e.) sel kimia tersebut. Pengaliran elektron boleh berlaku dalam sel kimia
disebabkan oleh perbezaan nilai keupayaan elektrod. Keupayaan elektrod
ialah beza keupayaan untuk tindak balas yang berlaku pada sesuatu
elektrod.
HASIL PEMBELAJARAN
Menerangkan konsep daya gerak elektrik sel
(d.g.e.sel = Esel)
Menerangkan konsep keupayaan elektrod piawai (E)
Menerangkan konsep keupayaan penurunan piawai (E
red)
Mengira nilai d.g.e sel piawai (E
sel) dari nilai-nilai E
red yang
diberi
KERANGKA TAJUK-TAJUK
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
59/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
59
ISI KANDUNGAN
8.1 Daya Gerak Elektrik Sel (d.g.e.sel = Esel)
Dalam sel Zn-Cu yang telah dibincang dalam Tajuk 7, apakah yang
menyebabkan elektron bergerak dari anod ke katod secara spontan di litar
luar? Elektron dapat bergerak secara spontan dari anod ke katod dalam satu
sel kimia disebabkan oleh perbezaan tenaga keupayaan. Tenaga keupayaan
elektron di anod adalah lebih tinggi daripada di katod, maka elektron dapat
bergerak secara spontan ke katod.
Perbezaan keupayaan antara dua elektrod dalam satu sel kimia memberi
satu daya penggerak (driving force) untuk elektron bergerak. Maka,
perbezaan keupayaan ini dipanggil daya gerak elektrik sel (d.g.e. sel).
Daya gerak elektrik sel diwakili oleh simbol Esel. Daya gerak elektrik sel juga
digelar sebagai keupayaan sel. Oleh kerana Esel diukur dalam volt, Esel juga
dipanggil sebagai voltan sel.
Nilai d.g.e. sel untuk sesuatu sel kimia yang tertentu bergantung kepada
kepekatan bahan dan hasil tindak balas, dan suhu tindak balas. Dalam
keadaan piawai, kepekatan bahan dan hasil tindak balas ialah 1 moldm -3
dan suhu ialah 250C. Untuk bahan dan hasil tindak balas dalam bentuk gas,
kepekatan piawai ialah pada tekanan 1 atm.
Dalam keadaan piawai, d.g.e. sel digelar sebagai daya gerak elektrik
piawai dan diwakili oleh simbol E
sel. E
seljuga dikenali sebagai keupayaan
sel piawai.Daya gerak elektrik sel diukur dalam unit volt (V). Satu volt ialah
perbezaan tenaga keupayaan 1J untuk 1C cas elektrik bergerak.
Contoh: D.g.e piawai untuk sel Zn-Cu yang telah dipelajari di Tajuk 7 ialah
1.10 V. Kaedah untuk memperoleh nilai ini akan dibincang dalam bahagian
8.4.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
60/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
60
8.2 KeupayaanElektrod Piawai (E)
Keupayaan elektrod piawai (E) adalah beza keupayaan untuk tindak balas
yang berlaku pada sesuatu elektrod. Nilai E bergantung kepada
kepekatan, suhu dan tekanan bahan tindak balas dan hasil tindak balas
yang ada pada elektrod itu. Keadaan piawai ialah kepekatan pada
1mol dm-3, suhu pada 250C dan tekanan pada 1 atm (101 325 Pa).
8.2.1 Keupayaan Elektrod Piawai Logam
Rajah 1: Elektrod Kuprum
Untuk logam seperti kuprum, apabila sebatang logam kuprum dicelup dalam
larutan yang mengandungi ion-ion kuprum (Rajah 1), maka keseimbangan
berikut tercapai:
Cu (p) Cu2+(ak) + 2e
Keseimbangan ini bergantung kepada kecenderungan logam kuprummenjadi ion kuprum dan juga tenaga penghidratan ion kuprum. Elektron
yang dibebaskan terkumpul pada batang logam kuprum. Oleh sebab itu,
batang logam kuprum yang bercas negatif akan menarik ion-ion kuprum
yang bercas positif. Keadaan ini menghasilkan beza keupayaan di antara
logam kuprum dengan larutannya dan disebut keupayaan elektrod kuprum.
http://www.google.com.my/imgres?q=standard+electrode+potential&start=131&num=10&hl=en&biw=1024&bih=567&tbm=isch&tbnid=rUOxqh1FOeM5TM:&imgrefurl=http://notes4students.webs.com/apps/forums/topics/show/1415043&docid=6gcn0MwS1DLU9M&imgurl=http://img19.imageshack.us/img19/7861/45200885.png&w=310&h=210&ei=mA2GUKHtKtDPrQfExoGgBQ&zoom=1&iact=hc&vpx=510&vpy=147&dur=2437&hovh=168&hovw=248&tx=188&ty=58&sig=104046629189065888652&page=11&tbnh=150&tbnw=221&ndsp=12&ved=1t:429,r:2,s:131,i:138 -
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
61/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
61
Jika kepekatan dan suhu adalah pada keadan piawai, maka keupayaan
elektrod itu digelar sebagai keupayaan elektrod piawai logam kuprum.
8.2.2 Keupayaan Elektrod Piawai Bukan Logam
Untuk bukan logam seperti gas hidrogen, apabila gas hidrogen dialirkan
masuk ke dalam satu tiub yang mengandungi satu elektrod lengai yang
bersentuhan dengan larutan asid cair (Rajah 2), keseimbangan berikut
tercapai:
H2 (g) 2H+
(ak) + 2e
Keadaan ini juga akan menghasilkan beza keupayaan di antara gas
hidrogen dengan larutan asid cair yang mengandungi ion-ion hidrogen dan
disebut keupayaan elektrod hidrogen. Jika kepekatan, suhu dan tekanan
gas adalah pada keadan piawai, maka keupayaan elektrod itu digelar
sebagai keupayaan elektrod piawai hidrogen.
Rajah 2: Elektrod Hidrogen
http://www.google.com.my/imgres?q=standard+electrode+potential&num=10&hl=en&biw=1024&bih=567&tbm=isch&tbnid=ZTSm9SgSdKueeM:&imgrefurl=http://glossary.periodni.com/dictionary.php?en=standard+hydrogen+electrode&docid=sIdEaFRYixkqrM&imgurl=http://glossary.periodni.com/image/standard_hydrogen_electrode.gif&w=198&h=303&ei=2AuGUKGAJoL5rQfMlICgCA&zoom=1&iact=hc&vpx=607&vpy=137&dur=7016&hovh=242&hovw=158&tx=78&ty=150&sig=104046629189065888652&page=2&tbnh=166&tbnw=108&start=19&ndsp=13&ved=1t:429,r:11,s:19,i:170 -
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
62/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
62
8.2.3 Nilai-nilai Keupayaan Elektrod
Perhatikan bahawa adalah mustahil untuk mengukur nilai keupayaan
elektrod piawai kerana litar elektrod adalah tidak lengkap (Rujuk Rajah 1
dan Rajah 2). Masalah ini diatasi dengan menggunakan elektrod hidrogen
piawai. Nilai elektrod hidrogen piawai ditetapkan pada nilai sifar. Jadi,
apabila elektrod yang lain disambung kepada elektrod hidrogen, bacaan
voltmeter yang disambung antara kedua-dua elektrod ialah nilai keupayaan
elektrod itu. Nilai negatif diberi kepada elektrod yang bertindak sebagai anod
(elektrod negatif) apabila disambung kepada elektrod hidrogen. Sebaliknya,
nilai positif diberi kepada elektrod yang bertindak sebagai katod (elektrod
positif) apabila disambung kepada elektrod hidrogen. Sila rujuk contoh-
contoh pada Jadual 1 di bahagian 8.3.
8.3 Keupayaan Penurunan Piawai (Ered)
Jika tindak balas elektrod ditulis dalam bentuk penurunan, maka keupayaan
elektrod piawai dikenali sebagai keupayaan penurunan piawai (Ered
)
elektrod tersebut. Ia merupakan beza keupayaan untuk tindak balas
setengah yang berlaku sama ada di katod atau anod. Jadual 1 di bawah
menunjukkan beberapa nilai keupayaan penurunan piawai (Ered).
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
63/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
63
Jadual 1
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
64/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
64
8.3.1 Menentukan agen pengoksidaan dan agen penurunan daripada
nilai Ered
(a) Nilai Ered yang negatif
Dengan merujuk Jadual 1, keupayaan penurunan piawai untuk elektrod zink
boleh ditulis secara ringkas sebagai EZn2+
/Zn = - 0.76 V. Ini bermaksud
apabila elektrod zink disambung ke elektrod hidrogen untuk membentuk satu
litar lengkap, elektrod zink adalah elektrod negatif, iaitu anod. Tindak balas
setengah yang berlaku di anod adalah pengoksidaan. Maka, persamaan di
anod adalah:
Zn(p) Zn2+
(ak) + 2e-
E
= + 0.76 V
(Perhatian: Apabila persamaan di Jadual 1 diterbalikkan, nilai negatif
menjadi positif)
Oleh kerana zink telah dioksidasikan, maka zink adalah satu agen
penurunan. Kesimpulannya, semakin negatif nilai Ered
untuk sesuatu unsur
logam, semakin tinggi kuasa penurunan untuk logam itu. Contohnya, litium
adalah agen penurunan yang lebih baik berbanding zink.
Memikir
Penerangan di atas adalah merujuk kepada unsur logam sebagai
agen penurunan. Bagaimanakah pula dengan kuasa penurunan
untuk unsur bukan logam?
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
65/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
65
(b) Nilai Ered yang positif
Keupayaan penurunan piawai untuk elektrod kuprum boleh ditulis secara
ringkas sebagai ECu2+
/Cu = + 0.34 V. Ini bermaksud apabila elektrod kuprum
disambung ke elektrod hidrogen untuk membentuk satu litar lengkap,
elektrod kuprum adalah elektrod positif, iaitu katod.Tindak balas setengah
yang berlaku di katod adalah penurunan. Maka, persamaan di katod adalah:
Cu2+
(ak)+ 2 e
- Cu(p) E
= + 0.76 V
Oleh kerana ion Cu2+
telah diturunkan, maka Cu2+
adalah satu agen
pengoksidaan. Kesimpulannya, semakin positif nilai Ered untuk sesuatu ion
logam, semakin tinggi kuasa pengoksidaan untuk ion logam itu . Contohnya,
ion argentum adalah agen pengoksidaan yang lebih baik berbanding ion
kuprum (II).
Memikir
Penerangan di atas adalah merujuk kepada ion logam sebagai
agen pengoksidaan. Bagaimanakah pula dengan kuasa
pengoksidaan untuk ion bukan logam?
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
66/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
66
Latihan
Salah satu kegunaan nilai-nilai keupayaan penurunan piawai (E
red)ialah ia boleh digunakan untuk menentukan kekuatan agen
pengoksidaan atau agen penurunan.
Dengan merujuk kepada Jadual 1, jawap soalan-soalan yang berikut:
(a) Mengapakah bahan di sebelah kiri persamaan setengah
merupakan agen pengoksidaan dan kuasa pengoksidaannya
semakin meningkat dari bawah ke atas jadual tersebut?
(b) Mengapakah bahan di sebelah kanan persamaan setengah
merupakan agen penurunan dan kuasa penurunannya
semakin meningkat dari atas ke bawah jadual tersebut?
Layari Internet
Melayari internet untuk mengumpul maklumat tentang kegunaan
keupayaan penurunan piawai (Ered) dalam menentukan kekuatan relatif
agen pengoksidaan dan penurunan.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
67/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
67
8.4 Pengiraan Nilai d.g.e Sel Piawai (Esel) dari Nilai-nilai E
red
(a) Jika dua nilaiEred diberi, nilai d.g.e sel piawai, E
sel,boleh diperoleh
dari nilai-nilai Ered dengan menggunakan formula:
Esel = E
red (katod) Ered(anod)
Contoh: untuk sel kimia Zn-Cu
E
sel = E
red (katod) E
red(anod)
= 0.34 V - (- 0.76 V)
= 1.10 V
(Petunjuk: Elektrod yang mempunyai nilai yang lebih negatif
adalah anod dan nilai yang lebih positif adalah katod)
(b) Jika tindak balas redoks diberi, untuk menentukan Esel, langkah yang
pertamaialah menulis persamaan pengoksidaan dan penurunan
berdasarkan persamaan yang diberi. Untuk sel kimia, anod adalah
elektrod negatifdi mana elektrondibebas dan pengoksidaan
berlaku di situ. Sebaliknya, katod adalah elektrod positifdi mana
elektron diterima dan penurunan berlaku di situ. Dengan cara ini,
anod dan katod dapat ditentukan daripada tindak redoks yang diberi.
Contohnya, untuk sel kimia Zn-Cu, persamaan tindak balas redoks
adalah:
Zn (p) + Cu2+
(ak) Zn
2+(ak) + Cu (p).
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
68/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
68
Maka persamaan setengah adalah:
Anod: Zn(p) Zn2+(ak) + 2e- Pengoksidaan
Katod: Cu2+(ak)+ 2 e- Cu(p) Penurunan
Maka, Esel = E
red (katod) E
red(anod)
= 0.34 V - (- 0.76 V)
= 1.10 V
Latihan
1. Tentukan nilai E
sel untuk satusel kimia yang dibina dari sel-sel
setengah yang berikut:
(a) EZn2+
/Zn = - 0.76 V dan E
MnO4-,H+/Mn
2+= + 1.23 V
(b) EMnO4-,H+/Mn
2+= + 1.23 V dan E
Mg
2+/Mg = - 2.37 V
Untuk setiap kes di atas, tentukan katod dan anod .
2. Satu tindak balas sesuatu sel kimia adalah seperti yang berikut:
2 I-(ak) + Ag
+(ak) I2(ak) + 2Ag(p)
Dengan bantuan Jadual 1, tentukan nilai Esel .
Tentukan agen pengoksidaan dan penurunan dalam sel kimia itu.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
69/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
69
Tutorial ( 2 jam )
1. Diberi:
ECu2+
/Cu = + 0.34 V
EZn2+
/Zn = - 0.76 V
E
MnO4-,H+/Mn
2+= + 1.23 V
EMg2+
/Mg = - 2.37 V
Berdasarkan maklumat di atas, tentukan agen pengoksidaan dan agen
penurunan yang paling kuat.
2. Diberi tindak redoks seperti yang berikut boleh berlaku:
Fe(p) + Cu2+
(ak) Fe2+
(ak) + Cu(p)
(a) Lukis satu sel kimia untuk tindak balas di atas.
(b) Labelkan anod dan katod pada sel kimia yang telah dilukis dan
tandakan arah pengaliran elektron.
(c) Dengan bantuan Jadual 1, tentukan nilai Esel untuk sel kimia ini.
(d) Tulis persamaan setengah yang berlaku di katod dan anod.
(e) Tentukan agen pengoksidaan dan agen penurunan yang
digunakan dalam sel kimia ini.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
70/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
70
TAJUK 9 ELEKTROKIMIA:
PERUBAHAN SPONTAN TINDAK BALASREDOKS
KESAN KEPEKATAN KE ATAS D.G.E. SEL
SINOPSIS
Nilai d.g.e. sel yang diperoleh daripada E
red dua elektrod yang berlainan
dapat digunakan untuk meramal sama ada tindak balas redoks itu boleh
berlaku secara spontan atau tidak. Jika nilai d.g.e. adalah positif, maka
tindak balas spontan diramalkan akan berlaku. Sebaliknya, jika nilai d.g.e.
adalah negatif, maka tindak balas spontan diramalkan tidak akan berlaku.
Nilai d.g.e. sel yang diperoleh daripada Ered dua elektrod yang berlainan
merujuk kepada keadaan piawai, iaitu: kepekatan larutan pada 1 moldm-3,
suhu pada 250C dan tekanan gas pada 1 atm (101325 Pa). Apabila
keadaan-keadaan ini berubah, nilai d.g.e. sel akan turut berubah. Kesan
perubahan dapat diterangkan secara kualitatitif dengan menggunakan
Prinsip Le Chatelier manakala Persamaan Nernst digunakan untuk
pengiraan secara kuantitatif.
HASIL PEMBELAJARAN
Meramalkan perubahan spontan tindak balas redoks
Menerangkan kesan kepekatan ion ke atas daya gerak elektrik
sel (d.g.e.sel = Esel)
Menggunakan persamaan Nernst untuk mengira daya gerak
elektrik sel (d.g.e.sel = Esel) apabila kepekatan ion berubah
Menggunakan persamaan Nernst untuk menentukan pemalar
keseimbangan tindak balas redoks
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
71/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
71
ELEKTROKIMIA
9.1
Perubahan Spontan
Tindak Balas Redoks
9.2
Kesan Kepekatan IonKe atas Daya Gerak
Elektrik Sel
9.3
Persamaan Nernst
KERANGKA TAJUK-TAJUK
ISI KANDUNGAN
9.1 Perubahan Spontan Tindak Balas redoks
Nilai d.g.e. sel yang diperoleh daripada Ered dua elektrod yang berlainan
dapat digunakan untuk meramal sama ada tindak balas redoks itu boleh
berlaku secara spontan atau tidak. Jika nilai d.g.e. adalah positif, maka
tindak balas spontan diramalkan akan berlaku. Sebaliknya, jika nilai d.g.e.
adalah negatif, maka tindak balas spontan diramalkan tidak akan berlaku.
Perbincangan yang selanjutnya dalam topik ini bukan sahaja merujuk
kepada tindak balas redoks yang berlaku di sel kimia, tetapi juga merujuk
kepada tindak balas redoks yang berlaku secara am. Oleh itu, adalah wajar
untuk menulis formula d.g.e. sel kepada bentuk am seperti yang berikut:
d.g.e = E
= E
red(proses penurunan) - E
red(proses pengoksidaan)
Perhatikan bahawa perkataan sel tidak ditulis dalam formula di atas untuk
menunjukkan bahawa ia merujuk kepada semua tindak balas redoks secara
am dan bukan sahaja merujuk kepada tindak balas redoks yang berlaku
dalam sel kimia. Perkataan katod telah diganti dengan proses penurunan
dan perkataan anod diganti dengan proses pengoksidaan.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
72/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
72
Contoh: Dengan menggunakan Jadual 1 dalam Tajuk 8, ramalkan sama
ada tindak balas berikut berlaku secara spontan dalam keadaan piawai.
(a) 2Ag(p) + 2H+(ak) 2Ag
+(ak) + H2(g)
(b) Cl2(g) + 2Br-(ak) 2Cl-(ak) + Br2(c)
Penyelesaian:
(a) Pengoksidaan: 2Ag(p) 2Ag+(ak) + 2e
Penurunan: 2H+(ak) + 2e H2(g)
E
= E
red(proses penurunan) - E
red(proses pengoksidaan)
= (0.00 V) (+0.80 V) = - 0.80 V
Nilai negatifmenunjukkan tindak balas tidak spontan dan ini
bermaksud argentum tidak akan bertindakbalas dengan asid
(ion H+).
(b) Pengoksidaan: 2Br-(ak) Br2(c) + 2e
Penurunan: Cl2(g) + 2e 2Cl-
(ak)
E
= E
red(proses penurunan) - E
red(proses pengoksidaan)
= (+ 1.36 V) (+ 1.07 V) = + 0.29 V
Nilai positifmenunjukkan tindak balas spontan dan ini
bermaksud gas klorin akan bertindakbalas dengan larutan
akues bromida (ion bromida).
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
73/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
73
Latihan
Dengan menggunakan Jadual 1 dalam Tajuk 8, ramalkan sama ada
tindak balas berikut berlaku secara spontan dalam keadaan piawai.
(a) Cu(p) + 2H+(ak) Cu
2+(ak) + H2(g)
(b) Cl2(g) + 2I-(ak) 2Cl-(ak) + I2(p)
9.2 Kesan Kepekatan Ion ke atas Daya Gerak Elektrik Sel(d.g.e.sel = Esel)
Di Tajuk 8, pengiraan daya gerak elektrik sel cuma merujuk kepada keadaan
piawai di mana kepekatan larutan adalah pada 1 moldm-3, suhu pada 250C
dan tekanan gas pada 1 atm(101325 Pa). Apabila keadaan-keadaan ini
berubah, nilai d.g.e. sel akan turut berubah. Nilai Esel bergantung kepada
kepekatan ion, suhu, nilai pH larutan dan kesan pembentukan kompleks.
Perhatikan bahawa untuk keadaan bukan piawai, simbol Eseldigunakan dan
bukan Esel.
Jika hanya kepekatan ion berubah dan semua keadaan yang lain tetap tidak
berubah, kesan perubahan kepekatan ion ke atas nilai Esel boleh diramalkan
secara kualitatifdengan menggunakan Prinsip Le Chatelier.
Contohnya, dalam sel kimia Zn-Cu, jika hanya kepekatan ion Cu2+
berkurang, maka mengikut Prinsip Le Chatelier, keseimbangan tindak balas
Cu2+
(ak) + 2e Cu (p) akan beralih ke kiri, iaitu kecenderungan untuk
pembentukan Cu(p) dikurangkan dan ini akan mengakibatkan nilai E
red
berkurang (menjadi kurang positif). Akibatnya, nilai Esel akanberkurang.
[ Peringatan: Esel = E
red(katod) - E
red(anod) dan logam kuprum adalah katod
di sini]
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
74/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
74
Jika hanya kepekatan ion Zn2+
bertambah, maka mengikut Prinsip Le
Chatelier, keseimbangan tindak balas Zn2+(ak) + 2e Zn (p) akan
beralih ke kanan, iaitu kecenderungan untuk pembentukan Zn(p) bertambah
dan ini akan mengakibatkan nilai Ered bertambah (menjadi kurang negatif).
Akibatnya, nilai Esel akanberkurang
[ Peringatan: Esel = Ered(katod) - E
red(anod) dan logam zink adalah anod di
sini]
Latihan
Dengan menggunakan Prinsip Le Chatelier dan Jadual 1 dalam Tajuk
8, ramalkan Esel berkurang atau bertambah untuk sel kimia Zn-Cu
dalam keadaan-keadaan yang berikut:
(a) Kepekatan ion Cu2+ bertambahdan kepekatan ion Zn2+ tidak
berubah. Suhu dan tekanan adalah pada keadaan piawai
(b) Kepekatan ion Zn2+
berkurangdan kepekatan ion Cu2+
tidak
berubah. Suhu dan tekanan adalah pada keadaan piawai
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
75/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
75
9.3 Persamaan Nernst
Persamaan Nernst digunakan untuk pengiraan secara kuantitatifkesan
perubahan kepekatan ion ke atas daya gerak elektrik sel, Esel .
Persamaan Nernst boleh ditulis sebagai:
Esel = Esel
lg Q (Perhatian: lg Q = log10Q)
R = Pemalar universal = 8.31 JK-1mol-1
T = Suhu mutlak dalam unit Kelvin
Q = Hasil bahagi tindak balas (mempunyai bentuk yang sama denganpemalar keseimbangan)
n = Bilangan elektron yang terlibat
F = Pemalar Faraday = 96 500 Cmol-1
Pada suhu piawai T= 250C = 298 K dan nilai-nilai R dan F digantikan ke dalam
persamaan Nernst, persamaan boleh diringkaskan sebagai:
Esel = Esel
lg Q
Persamaan Nernst ini boleh digunakan untuk:
menentukan nilai daya gerak elektrik sel, Esel , pada keadaan
tidak piawai
menentukan kepekatan bahan atau hasil tindak balas jika Esel
dapat diukur
menentukan pemalar keseimbangan tindak balas redoks
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
76/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
76
Contoh 1
Untuk sel kimia Zn-Cu, persamaan redoks adalah:
Zn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+(ak) + Cu (p)
Diberi:
Kepekatan larutan zink sulfat = 1 moldm-3
Kepekatan larutan kuprum (II) sulfat = 0.5 moldm-3
E
Cu2+
/Cu = + 0.34 V
E
Zn2+
/Zn = - 0.76 V
Suhu dan tekanan adalah pada keadaan piawai
Tentukan:
(a) daya gerak elektrik sel pada keadaan piawai (Esel).
(b) daya gerak elektrik sel pada keadaan yang tersebut di atas (Esel)
Penyelesaian
(a) Esel = E(katod) - E
(anod) = 0.34 V (-0.76 V) =1.10 V
(b) Esel = Esel
lg Q = 1.10 V
lg ([Zn2+]/[Cu2+])
= 1.10 V
lg
= 1.10 V 0.01 V
= 1.09 V
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
77/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
77
Contoh 2
Jika sel Zn-Cu dalam Contoh 1 mempunyai Esel = 1.13 V dan kepekatan larutan
kuprum (II) sulfat adalah 1 moldm-3
, kirakan kepekatan larutan zink sulfat.
Penyelesaian
Esel = Esel
lg Q
1.13 V = 1.10 V
lg ([Zn
2+]/[Cu
2+])
= 1.10 V
lg ([Zn2+]/1)
lg [Zn2+] = - 0.03 x
= - 1.014
[Zn2+] = 0.1 M (tepat kepada 1 tempat perpuluhan)
Contoh 3
Tindak balas redoks yang berlaku dalam sel kimia Zn-Cu ialah:
Zn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+(ak) + Cu (p)
Dengan menggunakan persamaan Nernst, kirakan nilai pemalar keseimbangan,
Kc, bagi sistem sel tersebut.
Penyelesaian
Kc =[Zn2+
]/[Cu2+
]
Dengan menggunakan persamaan Nernst:
Esel = Esel
lg Q = 1.10 V
lg ([Zn
2+]/[Cu
2+])
Pada keseimbangan, Esel = 0.
Maka, 1.10 V =
lg ([Zn2+]/[Cu2+]) =
lg Kc
lg Kc = 37.3
Kc = 1.9 x 1037
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
78/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
78
Latihan
1. Untuk satu sel kimia Mg-Cu, hitungkan
(a) Esel. (Rujuk Jadual 1 di Tajuk 8 untuk nilai-nilai Ered yang berkaitan)
(b) kepekatan ion Cu2+ jika daya gerak eletrik sel adalah 2.69 V
pada suhu 250C dan kepekatan ion magnesium adalah 1 moldm
-3.
2. Satu sel kimia mempunyai tindak balas redoks seperti yang berikut:
Cr2O72-
(ak) + 14 H+(ak) + 6I
-(ak) 2Cr
3+(ak) + 3I2(p) + 7H2O(c)
Diberi:
Esel = 0.79 V
[Cr2O72-
] = [H+] = [I
-] = 1 moldm
-3
[Cr3+] = 1 x 10-5 moldm-3
Hitungkan nilai daya gerak elektrik sel ini pada suhu 298 K.
3. Cari nilai pemalar keseimbangan untuk sistem tindak balas di soalan 2.
Layari Internet
Melayari internet untuk mengumpul maklumat tentang kegunaanPersaman Nernst.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
79/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
79
Tutorial ( 2 jam )
1. Dengan menggunakan nilai Ered yang diberi dalam Jadual 1 di
Tajuk 8, ramalkan sama ada tindak balas redoks berikut berlaku secara
spontan atau tidak.
(a) Sn2+(ak) dan Zn(p)
(b) Fe2+
(ak) dan Ag (p)
(c) I2 (p) dan Br- (ak)
2. Satu sel kimia dibina dengan menggunakan tindak balas yang berikut:
Zn (p) + 2Ag+ (ak) Zn2+(ak) + 2Ag (p)
Apakah kesan terhadap Esel jika
(a) elektrod zink dengan luas permukaan yang lebih besardigunakan?
(b) pepejal zink nitrat ditambah di kawasan elektrod zink?
(c) pepejal argentum nitrat ditambah di kawasan elektrodargntum?
(d) air tulen ditambah di kawasan elektrod zink?
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
80/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
80
3. Dengan merujuk kepada sel kimia di soalan 2 dan juga dengan
menggunakan nilai Ered yang diberi dalam Jadual 1 di Tajuk 8, jawab
soala-soalan yang berikut.
(a) Kira nilai Esel untuk sel kimia itu.
(b) Kira nilai Eseljika kepekatan zink nitrat ialah 2 M dankeadaan yang lain masih dalam keadaan piawai.
(c) Jika Esel ialah 1.50 V, apakah perubahan pada kepekatanargentum nitrat jika keadaan yang lain masih dalamkeadaan piawai?
(d) Cari nilai pemalar keseimbangan untuk sistem tindak balastersebut.
-
7/27/2019 08 Isi Pelajaran C
81/125
(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)
81
TAJUK 11 ELEKTROKIMIA
PROSES ELEKTROLISIS
ELEKTROLISIS DLM KEADAAN LEBURAN
ELEKTROLISIS DLM LARUTAN AKUES HUKUM FARADAY
SINOPSIS
Elektrolisis ialah satu proses penguraian elektrolit kepada komponennya
dengan menggunakan tenaga elektrik, misalnya penggunaan elektrik dalam
pengekstrakan logam aluminium dari bijihnya. Dalam sel kimia pula, berlaku
perubahan kimia bagi menghasilkan tenaga elektrik, misalnya dalam sebuah
sel kering. Dalam tajuk ini anda akan mempelajari tentang proses elektrolisis,
elektrolisis dalam keadaan leburan dan larutan akues serta Hukum Faraday.
HASIL PEMBELAJARAN
Mengenali proses elektrolisis
Menerangkan proses elektrolisis untuk sebatian berbentuk leburan
Menerangkan Proses elektrolisis untuk sebatian berbentuk larutan akues
Menggunakan Hukum Faraday dalam pengiraan kuantitatif proses
elektrolisis.
KERANGKA TAJUK-TAJUK
11.1 Proses Elektrolisis
11.2 Proses Elektrolisis dalam keadaan
Elektrolisis leburan
11.3 Proses Elektrolisis dalam larutan
akues
11.4 Hukum Faraday
-
7/27/2019 08 Isi Pelajar