Aktiviti Makmal 3C (Menentukan Haba Penyesaran):
Tujuan : Menentukan dan membandingkan haba penyesaran kuprum daripada larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 oleh logam zink, Zn dan logam magnesium, Mg.
Bahan : Larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 0.5 mol dm−3, serbuk magnesium, Mg dan serbuk zink, Zn.
Radas : Cawan polistirena dengan penutup, termometer, silinder penyukat dan spatula.
Prosedur:
1. Berpandukan Rajah 3.9, senarai radas dan bahan yang dibekalkan, rancangkan prosedur bagi eksperimen serta langkah berjaga-jaga yang perlu diambil untuk menghitung haba penyesaran kuprum, Cu.
2. Bincangkan prosedur eksperimen yang telah anda rancang dengan guru sebelum menjalankannya
Keputusan:
Bina jadual bersesuaian untuk merekod bacaan anda.
Perbincangan:
1. Berdasarkan ekperimen:
(a) Tuliskan persamaan kimia dan persamaan ion bagi kedua-dua tindak balas yang berlaku.
(b) Hitungkan haba penyesaran, ∆H kuprum, Cu oleh magnesium, Mg dan zink, Zn.
[Diberi: Muatan haba tentu larutan, c = 4.2 J g−1 °C−1; ketumpatan larutan = 1 g cm−3]
(c) Terangkan sebab nilai haba penyesaran kuprum, Cu oleh logam magnesium, Mg dan logam zink, Zn berbeza.
(d) Lukiskan gambar rajah aras tenaga bagi kedua-dua tindak balas itu.
2. Mengapakah kedua-dua logam itu digunakan secara berlebihan dalam eksperimen ini?
3. Selain perubahan suhu, nyatakan pemerhatian lain yang dapat diperhatikan semasa anda menjalankan eksperimen ini.
4. Apakah definisi secara operasi bagi haba penyesaran dalam eksperimen ini?
5. Adakah nilai haba penyesaran kuprum, Cu, ∆H akan sama jika larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 digantikan dengan larutan kuprum(II) nitrat, Cu(NO3)2? Terangkan jawapan anda.
Kesimpulan:
Tuliskan kesimpulan bagi eksperimen ini.
Jawapan:
Prosedur:
1. Sukat 25 cm3 larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 , 0.2 mol dm−3 dan tuangkan ke dalam cawan polistirena.
2. Masukkan termometer ke dalam larutan itu dan biarkannya selama dua minit.
3. Catatkan suhu awal larutan dalam jadual.
4. Tambahkan satu spatula serbuk magnesium, Mg dengan cepat dan cermat ke dalam cawan polistirena.
5. Tutup cawan polisterina dan kacau campuran dengan termometer.
6. Catatkan suhu tertinggi campuran.
7. Ulangi langkah 1 hingga 6 dengan menggunakan serbuk zink, Zn bagi menggantikan serbuk magnesium, Mg.
Keputusan:
Perbincangan:
1. (a)
Persamaan kimia: $$ \begin{aligned} & \mathrm{Mg}(\mathrm{p})+\mathrm{CuSO}_4(\mathrm{ak}) \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{p})+\mathrm{MgSO}_4(\mathrm{ak}) \\ & \mathrm{Zn}(\mathrm{p})+\mathrm{CuSO}_4(\mathrm{ak}) \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{p})+\mathrm{ZnSO}_4(\mathrm{ak}) \end{aligned} $$ Persamaan ion: $$ \begin{aligned} & \mathrm{Mg}(\mathrm{p})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{ak}) \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{p})+\mathrm{Mg}^{2+}(\mathrm{ak}) \\ & \mathrm{Zn}(\mathrm{p})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{ak}) \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{p})+\mathrm{Mg}^{2+}(\mathrm{ak}) \end{aligned} $$
(b) Langkah-langkah pengiraan:
(i) Hitungkan bilangan mol kuprum, Cu yang disesarkan daripada larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 Bilangan mol larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4
$$ =0.5 \mathrm{~mol} \mathrm{dm} \mathrm{~m}^{-3} \times \frac{25}{1000} \mathrm{dm}^3=0.0125 \mathrm{~mol} $$
Daripada persamaan, 1 mol kuprum, Cu disesarkan daripada 1 mol larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4.
Oleh itu, 0.0125 mol kuprum, Cu disesarkan daripada 0.0125 mol kuprum(II) sulfat, CuSO4.
(ii) Hitungkan perubahan haba
Jisim larutan, m = 25 cm3 × 1 g cm−3 = 25 g
$$ \begin{aligned} &\text { Haba yang dibebaskan dalam tindak balas, }\\ &\begin{aligned} \mathrm{Q} & =\mathrm{mc} \theta \\ & =25 \mathrm{~g} \times 4.2 \mathrm{~J} \mathrm{~g}^{-1}{ }^{\circ} \mathrm{C}^{-1} \times \theta \\ & =x \mathrm{~J} \end{aligned} \end{aligned} $$
(iii) Hitungkan haba penyesaran
Penyesaran 0.0125 mol kuprum, Cu membebaskan x J haba
Maka 1 mol kuprum, Cu akan membebaskan
$$ =x \mathrm{~J} \times \frac{1 \mathrm{~mol}}{0.0125 \mathrm{~mol}}=y \mathrm{~J}=z \mathrm{~kJ} \text { haba } $$
(iv) Tuliskan haba penyesaran dengan meletakkan tanda negatif bagi tindak balas eksotermik.
Haba pemendakan kuprum, Cu = – z kJ mol−1
Nota: Ikut langkah yang sama bagi haba penyesaran kuprum, Cu dengan menggunakan zink, Zn.
(c) Magnesium merupakan logam yang lebih elektropositif berbanding zink. Maka perubahan suhu yang dihasilkan lebih tinggi. Ini menyebabkan nilai ∆H yang berbeza.
(d)
Nota: Masukkan nilai ∆H yang dihitung
2. Untuk memastikan semua ion kuprum(II) telah disesarkan menjadi kuprum.
3. (i) Pepejal warna perang terenap.
(ii) Warna biru larutan menjadi biru pudar.
4. Definisi secara operasi haba penyesaran : Apabila logam magnesium dimasukkan ke dalam larutan kuprum(II) sulfat untuk menyesarkan 1 mol kuprum, bacaan termometer meningkat.
5. (i) Mengacau larutan perlahan-lahan sepanjang eksperimen dijalankan untuk memastikan suhu campuran adalah sekata.
(ii) Pepejal logam ditambahkan dengan cepat dan cermat.
(iii) Menggunakan serbuk logam bukan ketulan supaya memastikan tindak balas berlaku dengan lebih cepat.
6. Sama. Haba penyesaran masih melibatkan ion kuprum yang terdapat dalam larutan kuprum(II) nitrat.
Tujuan : Menentukan dan membandingkan haba penyesaran kuprum daripada larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 oleh logam zink, Zn dan logam magnesium, Mg.
Bahan : Larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 0.5 mol dm−3, serbuk magnesium, Mg dan serbuk zink, Zn.
Radas : Cawan polistirena dengan penutup, termometer, silinder penyukat dan spatula.
Prosedur:
1. Berpandukan Rajah 3.9, senarai radas dan bahan yang dibekalkan, rancangkan prosedur bagi eksperimen serta langkah berjaga-jaga yang perlu diambil untuk menghitung haba penyesaran kuprum, Cu.
2. Bincangkan prosedur eksperimen yang telah anda rancang dengan guru sebelum menjalankannya
Keputusan:
Bina jadual bersesuaian untuk merekod bacaan anda.
Perbincangan:
1. Berdasarkan ekperimen:
(a) Tuliskan persamaan kimia dan persamaan ion bagi kedua-dua tindak balas yang berlaku.
(b) Hitungkan haba penyesaran, ∆H kuprum, Cu oleh magnesium, Mg dan zink, Zn.
[Diberi: Muatan haba tentu larutan, c = 4.2 J g−1 °C−1; ketumpatan larutan = 1 g cm−3]
(c) Terangkan sebab nilai haba penyesaran kuprum, Cu oleh logam magnesium, Mg dan logam zink, Zn berbeza.
(d) Lukiskan gambar rajah aras tenaga bagi kedua-dua tindak balas itu.
2. Mengapakah kedua-dua logam itu digunakan secara berlebihan dalam eksperimen ini?
3. Selain perubahan suhu, nyatakan pemerhatian lain yang dapat diperhatikan semasa anda menjalankan eksperimen ini.
4. Apakah definisi secara operasi bagi haba penyesaran dalam eksperimen ini?
5. Adakah nilai haba penyesaran kuprum, Cu, ∆H akan sama jika larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 digantikan dengan larutan kuprum(II) nitrat, Cu(NO3)2? Terangkan jawapan anda.
Kesimpulan:
Tuliskan kesimpulan bagi eksperimen ini.
Jawapan:
Prosedur:
1. Sukat 25 cm3 larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 , 0.2 mol dm−3 dan tuangkan ke dalam cawan polistirena.
2. Masukkan termometer ke dalam larutan itu dan biarkannya selama dua minit.
3. Catatkan suhu awal larutan dalam jadual.
4. Tambahkan satu spatula serbuk magnesium, Mg dengan cepat dan cermat ke dalam cawan polistirena.
5. Tutup cawan polisterina dan kacau campuran dengan termometer.
6. Catatkan suhu tertinggi campuran.
7. Ulangi langkah 1 hingga 6 dengan menggunakan serbuk zink, Zn bagi menggantikan serbuk magnesium, Mg.
Keputusan:
Perbincangan:
1. (a)
Persamaan kimia: $$ \begin{aligned} & \mathrm{Mg}(\mathrm{p})+\mathrm{CuSO}_4(\mathrm{ak}) \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{p})+\mathrm{MgSO}_4(\mathrm{ak}) \\ & \mathrm{Zn}(\mathrm{p})+\mathrm{CuSO}_4(\mathrm{ak}) \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{p})+\mathrm{ZnSO}_4(\mathrm{ak}) \end{aligned} $$ Persamaan ion: $$ \begin{aligned} & \mathrm{Mg}(\mathrm{p})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{ak}) \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{p})+\mathrm{Mg}^{2+}(\mathrm{ak}) \\ & \mathrm{Zn}(\mathrm{p})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{ak}) \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{p})+\mathrm{Mg}^{2+}(\mathrm{ak}) \end{aligned} $$
(b) Langkah-langkah pengiraan:
(i) Hitungkan bilangan mol kuprum, Cu yang disesarkan daripada larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4 Bilangan mol larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4
$$ =0.5 \mathrm{~mol} \mathrm{dm} \mathrm{~m}^{-3} \times \frac{25}{1000} \mathrm{dm}^3=0.0125 \mathrm{~mol} $$
Daripada persamaan, 1 mol kuprum, Cu disesarkan daripada 1 mol larutan kuprum(II) sulfat, CuSO4.
Oleh itu, 0.0125 mol kuprum, Cu disesarkan daripada 0.0125 mol kuprum(II) sulfat, CuSO4.
(ii) Hitungkan perubahan haba
Jisim larutan, m = 25 cm3 × 1 g cm−3 = 25 g
$$ \begin{aligned} &\text { Haba yang dibebaskan dalam tindak balas, }\\ &\begin{aligned} \mathrm{Q} & =\mathrm{mc} \theta \\ & =25 \mathrm{~g} \times 4.2 \mathrm{~J} \mathrm{~g}^{-1}{ }^{\circ} \mathrm{C}^{-1} \times \theta \\ & =x \mathrm{~J} \end{aligned} \end{aligned} $$
(iii) Hitungkan haba penyesaran
Penyesaran 0.0125 mol kuprum, Cu membebaskan x J haba
Maka 1 mol kuprum, Cu akan membebaskan
$$ =x \mathrm{~J} \times \frac{1 \mathrm{~mol}}{0.0125 \mathrm{~mol}}=y \mathrm{~J}=z \mathrm{~kJ} \text { haba } $$
(iv) Tuliskan haba penyesaran dengan meletakkan tanda negatif bagi tindak balas eksotermik.
Haba pemendakan kuprum, Cu = – z kJ mol−1
Nota: Ikut langkah yang sama bagi haba penyesaran kuprum, Cu dengan menggunakan zink, Zn.
(c) Magnesium merupakan logam yang lebih elektropositif berbanding zink. Maka perubahan suhu yang dihasilkan lebih tinggi. Ini menyebabkan nilai ∆H yang berbeza.
(d)
Nota: Masukkan nilai ∆H yang dihitung
2. Untuk memastikan semua ion kuprum(II) telah disesarkan menjadi kuprum.
3. (i) Pepejal warna perang terenap.
(ii) Warna biru larutan menjadi biru pudar.
4. Definisi secara operasi haba penyesaran : Apabila logam magnesium dimasukkan ke dalam larutan kuprum(II) sulfat untuk menyesarkan 1 mol kuprum, bacaan termometer meningkat.
5. (i) Mengacau larutan perlahan-lahan sepanjang eksperimen dijalankan untuk memastikan suhu campuran adalah sekata.
(ii) Pepejal logam ditambahkan dengan cepat dan cermat.
(iii) Menggunakan serbuk logam bukan ketulan supaya memastikan tindak balas berlaku dengan lebih cepat.
6. Sama. Haba penyesaran masih melibatkan ion kuprum yang terdapat dalam larutan kuprum(II) nitrat.