Rangka Isi Pelajaran(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)TAJUK 3 TERMOKIMIA: HABA (ENTALPI ) DAN HABA TINDAK BALASSINOPSISSemua tindak balas kimia melibatkan tenaga. Ada tindak balas kimia yang menyerap haba daripada persekitaran dan ada juga tindak balas yang membebaskan haba ke persekitaran.Dalam tajuk ini, anda akan mengenali entalpi bahan dan hubungan perubahan entalpi dengan haba tindak tindak balas. Anda juga akan mengkaji pelbagai tindak balas yang melibatkan haba seperti tindak balas peneutralan, pembakaran, pemendakan dan penyesaran sambil berupaya menyelesaikan masalah mengenai haba tindak balasHASIL PEMBELAJARAN Mendefinisikan entalpiMentakrifkan haba tindak balas peneutralan, pemendakan, pembakaran dan penyesaran Menyelesaikan masalah berangka mengenai haba tindak balas Melukis gambar rajah tahap tenaga sesuatu tindak balasKERANGKA TAJUK-TAJUK3.1 Haba (Entalpi)3.TERMOKIMIA 3.2 HabaTindak balasISI KANDUNGAN3.1 EntalpiTindak balas kimia seperti pembakaran, pengaratan dan penyejatan air dalam kolam semua melibatkan tenaga. Entalpi adalah istilah termodinak merujuk kepada kandungan haba dalam sesuatu 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 + KPerubahan entalpi (H) = haba tindak balas= (HJ + HK) (HF + HG)Jika haba diserapkan semasa tindak balas berlaku, H adalah positif kerana sistem kimia ini menerima tenaga dari persekitarannya. Tindak balas ini dikenali sebagai tindak balas endotermik (Rajah 1)PERSEKITARANSISTEM Menyerap Haba HABAH = + (POSITIF)Rajah 1Jika 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.PERSEKITARANSISTEM Membebaskan Haba HABAH = - (NEGATIF)Rajah 2Nilai 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 terlibatKita 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-3Perubahan entalpi pada keadaan piawai dinyatakan sebagai tindak balas piawai dan bersimbol H298 atau HContohnya: Persamaan termokimia pada keadaan piawai bagi tindak balas pembakaran metana dalam oksigen berlebihan adalah berikut:CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O (ce) H298 = -890 kJLatihan1. 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 balasHaba 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 kimia melibatkan haba. Anda akan mempelajari beberapa tindak balas kimia dan cara mengira haba tindak balasnya.3.2.1 Haba PeneutralanPeneutralan ialah tindak balas antara asid dengan bes (atau alkali) untuk menghasilkan garam dan air sahaja.Asid + Bes/Alkali Garam + AirContoh: HCl(ak) + KOH KCl(ak) + H2O(ce)H2SO4(ak) + 2NaOH(ak) Na2SO4(ak) + H2O(ce)Adakah tindak balas peneutralan eksotermik?Semua tindak balas peneutralan merupakan tindak balas eksotermik, kerana haba dibebaskan dan H bertanda negatifHaba peneutralan ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol ion H+bertindak balas dengan satu mol ion OH- untuk menghasilkan satu mol airpada keadaan piawai.H+(ak) + OH- (ak) H2O(ce) H = negatifH ialah haba peneutralan dalam unit kJmol-1Contohnya, dalam tindak balas peneutralan antara asid nitrik (HNO3) dan natrium hidroksida (NaOH), haba peneutralan ialah -57.3kJmol-1.Contoh Pengiraan Haba PeneutralanSoalan: Apabila 50cm3 asid hidroklorik 1.2 mol dm-3 dicampurkan kepada50 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-1oC-1; ketumapatan larutan = 1.0 gcm-3)Penyelesaian:Langkah 1: Hitungkan haba yang dibebaskan dalam eksperimen iniHaba 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= 0.06molBilangan mol NH4OH (ak) yang digunakan = MV/1000= 1.2 x 50 /1000= 0.06molDaripada 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 membebaskan3.15kJ x (1/0.06) = 52.5 kJKesimpulannya, haba peneutralan untuk tindak balas antara asid hidroklorik dengan larutan ammonium hidroksida ialah-52.5 kJ mol-1. Ini dapat ditulis secara ringkas sebagaiH = - 52.5 kJ mol-1.Latihan1. 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 berubah daripada 23oC kepada 32 oC(b) Lukis gambarajah aras tenaga bagi tindak balas peneutralan ini.3.2.2 HABA PEMBAKARANPembakaran 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-1H2(g) + O2(g) H2O(ce)H= -286kJmol-1Haba 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 pembakaran bahan api sama dengan haba yang diserap oleh air.Layari InternetAkses 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?Pengiraan haba pembakaranSoalan:Apabila 2.7 g glukosa (C6H12O6) dibakar dengan lengkap dalam oksigen berlebihan, haba yang terbebas dapat menaikkan suhu 600g air sebanyak12.5 0C. Hitungkan haba pembakaran glukosa.(Muatan haba tentu air: 4.2 Jg-1 0C-1 , Ketumpatan larutan = 1.0g cm-3,Jisim atom relatif: H,1;C,12; O,16)PenyelesaianLangkah 1: Hitungkan haba yang terbebas dalam eksperimen ini.Haba yang dibebaskan = Jisim air (m) x Muatan haba tentu (c) x kenaikansuhu (T)= 600 x 4.2 x 12.5 J = 31 500 J=31.5 kJLangkah 2: Hitungkan bilangan mol glukosa yang terbakar dalam eksperimen ini.Jisim molekul relatif glukosa (C6H12O6) =(6 x 12) + 12 x 1 + 6 x 16)= 180Bilangan mol glukosa yang terbakar = 2.7/180 = 0.015molLangkah 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.Latihan1. Haba pembakaran propana ialah -2220 kJmol-1C3H8(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?MemikirCuba anda fikirkan satu eksperimen yang dapat dijalankan dalam makmal untuk mengenal pasti haba pembakaran etanolApakah langkah berjaga-jaga semasa menjalankan eksperimen ini?3.2.3 HABA PEMENDAKANHaba 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:2- -1Pb2+(ak) + SO4 (ak) PbSO4(p) H = -51kJmolHaba sebanyak 51kJ dibebaskan apabila 1 mol plumbum sulfat dimendakan pada keadaan piawai.Latihan1. Apabila 1mol dm-3 argentum nitrat bertindak balas dengan 1 mol dm-3 kalium klorida, 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 pemendakanSoalan:25 cm3 larutan argentum nitrat dicampurkan kepada 25 cm3 larutan kalium klorida. Keputusan eksperimen yang diperoleh adalah seperti yang berikut:Suhu awal larutan kalium klorida = 32.5 0CSuhu awal argentum nitrat = 31.5 0C Suhu maksimum campuran larutan = 37.6 0CDengan 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-)Penyelesaian:Suhu purata larutan sebelum tindak balas = (32.5 + 31.5) 2 = 32 0C Perubahan suhu = 37.6 0C 32.0 0C= 5.6 0C.Isi padu campuran tindak balas = 25 + 25 = 50 cm3Dengan menganggap ketumpatan larutan = 1.0 g cm-3, jisim campuran tindak balas = 50cm3 x 1.0 g cm-3 = 50.0 gLangkah1: 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 kJLangkah 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 menghasilkan1.176 x (1/ 0.023) = 51.1 kJJadi, haba pemendakan argentum klorida, H = -51.1 kJ mol-1Latihan1. CuSO4(p) + air CuSO4(ak) H = -66 kJmol-1Hitungkan 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 )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 dengan1.0 mol ion Br- ?(b) Berapakah perubahan haba jika 1.0 mol ion Pb2+ dicampurkan dengan2.0 mol ion Br-?(c) Berapakah perubahan haba jika 2.0 mol ion Pb2+ dicampurkan dengan4.0 mol ion Br-3.2.4 HABA PENYESARANHaba 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 ferum yang 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-1Di 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.MemikirCuba anda fikirkan satu eksperimen yang dapat dijalankan dalam makmal untuk menentukan haba penyesaran kuprum oleh zinkApakah langkah berjaga-jaga semasa menjalankan eksperimen ini?Pengiraan haba penyesaranSoalan:Apabila serbuk aluminium berlebihan ditambahkan kepada 100 cm3 larutan ferum(ll)sulfat, 0.48 g ferum dihasilkan dan suhu larutan berubah daripada 30 0C 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-1 0C-1, Ketumpatan larutan =1.0gcm-3, Jisim atom relatif: Fe = 56)Penyelesaian:Langkah 1: Hitungkan haba yang dibebaskan dalam eksperimen iniKenaikan suhu = 35.5 30.0 = 5.5 0CHaba yang dibebaskan = Jisim larutan x Muatan haba tentu x kenaikan suhu= 100 x 4.2 x 5.5 J = 2310J = 2.31kJLangkah 2: Hitungkan bilangan mol ferum yang disesarkanJisim atom relatif Fe = 56Bilangan mol Fe yang dihasilkan = jisim jisim atom relatif = 0.480/56= 0.0086Langkah 3: Hitungkan haba penyesaran ion ferum oleh aluminiumPembentukan 0.0086 mol ferum membebaskan haba sebanyak2.31 kJ habaPembentukan 1.0 mol ferum membebaskan haba sebanyak:= 2.31 x (1/ 0.0086) = 268.6 kJJadi, haba penyesaran ion ferum oleh aluminium,H = - 268.6 kJmol-1Latihan1. 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)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 ke29.0 0C(Muatan haba tentu larutan = 4.2 Jg-1 0C-1, Ketumpatan larutan =1.0 gcm-3)(a) Kirakan haba peneutralan(b) Lakarkan gambarajah aras tenaga bagi tindak balas ini3Tiga jenis alkohol dibakar dan haba yang dibebaskan diukur seperti ditunjukkan dalam jadual berikut:AlkoholJisim alkohol terbakar(g)Haba dibebaskan(kJ)MetanolEtanolPropan-ol3.29.27.571268252(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?Terangkan4. Apabila 500 cm3 larutan M+1 1.0 mol dm-3 dicampurkan dengan2-500cm3 larutan ion sulfat SO4sebanyak 6 0C. 1.0 mol dm-3, suhu larutan naikHitungkan 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 ).TAJUK 4 TERMOKIMIA: HABA PEMBENTUKAN DANHUKUM HESSSINOPSISTajuk ini mengandungi dua sub topik iaitu haba pembentukan dan Hukum Hess. Anda dapat mentakrifkan haba pembentukan dan menghubungkait nya dengan kestabilan bahan. Dalam tajuk ini juga, Hukum Hess diaplikasikan untuk menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan entalpi bahan.HASIL PEMBELAJARAN Mentakrifkan haba pembentukanMengira perubahan haba tindak balas menggunakan nilai berangka haba pembentukan Meramal kestabilan relatif sesuatu sebatian Mendefinisikan Hukum Hess Mengaplikasikan Hukum HessKERANGKA TAJUK-TAJUK4.1 HABA PEMBENTUKANPengiraan nilaiTERMOKIMIA4.2 HUKUM HESSAplikasi Hukum HessISI KANDUNGAN4.1 Haba PembentukanHaba pembentukan piawai suatu bahan ialah haba yang dibebaskan ataudiserap apabila 1 mol bahan itu terbentuk dari unsur-unsurnya di bawah keadaan piawai. Misalnya, haba (entalpi) pembentukan piawai bagi air ialah-285.5 kJmol-1. Ini bererti apabila 1 mol air cecair terbentuk dari hidrogen danoksigen dalam keadaan bergas, 285.5 kJ haba dibebaskan (eksotermik). Habapembentukan piawai bagi bahan diberi simbol Hf.H2(g) + O2(g) H2O(ce) Hf = -187.6 kJmol-1Boleh anda ramalkan tenaga yang perlu untuk menguraikan satu mol air kepada hidrogen dan oksigen? Nilai Hf membantu ahli sains untuk meramalkan kestabilan bahan.Latihan1. Haba pembentukan piawai beberapa sebatian diberi dalam Jadual 1Jadual 1Sebatian Hf(kJmol-1)Al2O3NaClC2H4-1676-411+52.3Tulis persamaan termokimia bagi setiap tindak balas dalam Jadual 1.4.1.1 Kestabilan SebatianHaba pembentukan piawai bagi sebatian mewakili tenaga yang dipindah dari atau kepada persekitaran apabila ikatan kimia dalam unsur pecah dan ikatanbaru terbentuk dalam sebatian itu. Nilai Hf sebatian memberi maklumat tentangkestabilannya tentang penguraian kepada unsur-unsurnya. Sebatian yang terbentuk dengan membebaskan tenaga haba yang tinggi dan mempunyai nilaiHf yang paling negatif biasanya paling stabil. Sebatian ini tidak mudah teruraimenjadi unsur-unsurnya. Sebaliknya sebatian yang terbentuk dengan menyerap haba dan mempunyai nilai Hf yang paling positif tidak stabil. Sebatian jenis inimudah terurai apabila dipanaskan sedikit ataupun pada keadaan biasa.SebatianStabil Hf(kJmol-1) SebatianTak Stabil Hf(kJmol-1)Al2O3NaClC2H4-1676 Cl2O7 +75.7-411 NCl3 +230+52.3 SnH4 +163Sebatian 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 letupan4.1.2 Pengiraan perubahan entalpi tindak balasEntalpi 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)Contoh: Hf bagi karbon monoksida dan karbon dioksida masing-masing adalah -110 kJmol-1 dan -393.5 kJmol-1. Hitung nilai Hf bagi tindak balasCO(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-1Latihan1. Hf bagi Ag+, Cl- dan AgCl masing-masing adalah +105.0 kJ,-167 kJ dan -127 kJ. Hitung Hf bagi tindak balasAg+ + Cl- AgCl4.2 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: secara terus menerus melibatkan haba tindak balas Hrmelalui 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 + H3Rajah 1Satu 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 ialah393kJ mol-1.C(p) + O2(g) CO2 H = -393kJCara kedua: 2 langkahLangkah1: 1 mol karbon terbakar dalam oksigen yang terhad dan menghasilkan karbon monoksida. Haba terbebas hanya111kJ mol-1.C(p) + O2(g) CO(g) H = -111kJ Langkah2: Karbon monoksida boleh bertukar kepada karbon dioksidadengan pembebasan haba sebanyak 282kJ mol-1CO(g) + O2(g) CO2(g) H = -282kJHaba 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=-111kJH=-282kJ+O2C(p) CO2H=-393kJRajah 2: Kitaran Tenaga Pembentukan Karbon DioksidaLayari InternetAkses internet untuk mengumpul maklumat mengenai Hukum Hess. Bagaimana anda mengait Hukum Hess dengan Hukum Keabadian Tenaga4.2.1 Aplikasi Hukum HessHukum 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.H14C + 5H2(g) C4H10(g)+6O2(g) +6O2(g) H2H34CO2(g) + 5H2O(ce) Rajah 3: Kitaran Tenaga Pembentukan ButanaMengikut Hukum Hess:H3 = H1 + H2H1 = H3 - H2 H3 dan H2 dapat diketahui melalui eksperimenMaka H1 dapat dikira.Soalan: Hitungkan H bagi tindak 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) SO3Jadi, H = H1 + H2 = -297 + (-99) = -396 kJTutorial (2 jam)1. Nilai entalpi berikut berkait dengan sebatian CF4 ,sejenis gas pada suhu 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 kJNa(p) + Cl2(g) NaCl(p)H = - 411 kJ4. Kirakan H untuk tindak balas:Hg2Cl2(p) + Cl2(g)2HgCl2(p)Diberi: 2Hg(ce) + Cl2(g)Hg2Cl2(p)H = -265 kJHg(ce) + Cl2(g)HgCl2(p)H = -224 kJH2(g) + O2(g)H2O(ce)H= -285 kJC(p) + O2(g)CO2(g)H= -393 kJ2C(p) + H2(g)C2H2(g)H= +227 kJ5.Bandingkan haba pembakaran satu gram gas hidrogen dan asetilen (acetylene C2H2). Pilih gas yang sesuai untuk kimpalan(welding). Gunakan maklumat yang berikut:TAJUK 5 TERMOKIMIA: MAKANAN DAN BAHAN APITENAGA SOLARSINOPSISTajuk 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 tenagaMenerangkan perubahan kimia yang terlibat dalam penghasilkan tenaga daripada makanan Menjelaskan bahan api sebagai sumber apiMenerangkan perubahan kimia yang terlibat dalam penghasilkan tenaga daripada bahan api Menerangkan kepentingan tenaga solar kepada semua benda hidup Mengenalpasti cara untuk menggunakan aktiviti PPIK (PengetahuanPedagogi Isi Kandungan) untuk mengajar bidang kurikulum yang sesuaiKERANGKA TAJUK-TAJUK5.1 MAKANAN DAN BAHAN APINilai bahan apiTERMOKIMIA5.2 TENAGA SOLARISI KANDUNGAN5.1 MAKANAN DAN BAHAN APIMakanan adalah satu sumber tenaga untuk badan kita. Makanan mempunyai tiga fungsi: Membekalkan tenaga untuk aktiviti badan seperti berlari dan berjalanMemberikan bahan atau nutrien untuk tisu atau sel-sel badan bertumbuh dan membaiki sel badanMembekalkan bahan untuk mengawal proses badan seperti perkumuhan, bernafas dan penghadamanMakanan 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-1Sebahagian 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 MakananBagaimanakah 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.Jenis bahanTenaga (kJg-1)KarbohidratLemakProtin173717Jadual 1: Kandungan Tenaga Karbohidrat, Lemak dan ProtinKandungan tenaga sesuatu makanan bergantung kepada kadar kuantiti tiga jenis bahan yang ada dalam makanan. Jadual 2 senaraikan kandungan tenagabeberapa makanan.MakananKarbohidrat(%)Lemak(%)Protin(%)Nilai tenaga/Nilai Klori(kJg-1)MantegaAyam gorengubi kentang (rebus) RotiTelur (rebus) SusuKeju0022.053.20.65.04.080.317.604.011.84.037029.42.08.012.53.32829.912.14.211.76.73.020.0Jadual 2: Komposisi dan kandungan tenaga beberapa makananLatihan1. Sekeping roti 1.5g dibakar dengan sempurna dalam kalorimeter bom. Haba yang dibebaskan menaikan suhu air 300 cm3 dari 18.6 0C ke 20 0C. Berapakah nilai kalori (dalam unit kJg-1) roti?(Muatan haba tentu air = 4.2 Jg-1C-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 APIBahan 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 hidrogenBahan api berbeza dari segi nilai bahan api. Nilai bahan api ialah tenaga haba yang dibebaskan apabila satu gram bahan api terbakar dalam oksigen berlebihan. Unit nilai bahan api ialah kJ/g atau kJg-1. Jadual 3 menunjukkan nilaibahan api bagi beberapa jenis bahan apiBahan apiNilai bahan api/kJg-1HidrogenKayuArang batu Gas asli Petrol Butana1432134524250Jadual 3: Nilai tenaga bahan apiDari 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) dankos (ringgit per kg) bagi dua bahan api, gas asli dan petrolBahan apiNilai tenaga (kJg-1)kosGas asliPetrol5242RM0.35 per kgRM 1 per kgBandingkan 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 kos per gram bahan api(b) Kos tenaga:Gas asli1 kg gas asli berharga RM 0.351 kg gas asli menghasilkan 52 x 1000kJ tenaga haba52 x 1000kJ tenaga haba berharga RM0.35Jadi, 1000kJ tenaga berharga RM 0.035/52 = RM0.0067 Petrol1kg petrol berharga RM 1.001kg petrol menghasilkan 42 x 1000 kJ tenaga haba1000kJ tenaga haba berharga RM1/42 = RM0.024Berdasarkan kiraan, petrol lebih mahal daripada gas asliPemilihan bahan apiApabila memilih bahan api yang sesuai bagi tujuan tertentu, tiga faktor utama dipertimbangkan: Nilai bahan apiSemakin tinggi nilai bahan api, semakin banyak tenaga haba dibebaskan per gram bahan api Kesan terhadap persekitaranKebanyakan 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 apiArang batu merupakan bahan api yang paling murah manakala bahan api seperti butana dan petrol agak mahal.Latihan1.Berdasarkan tiga kupulan makanan iaitu, karbohidrat, lemak dan protin, cadangkan makanan yang sesuai untuk:(a) bayi(b) remaja(c) ibu berkandung2.Bandingkan penggunaan gas asli dengan arang batu untuk memasak di rumah.5.2 TENAGA SOLARTenaga 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 InternetAkses internet untuk mengumpul maklumat tentang kepentingan tenaga solar kepada:(a) sistem bumi (proses-proses semula jadi) (b) tumbuhan(c) manusiaLakarkan satu peta minda yang menggambarkan penggunaan tenaga solar5.2.1 Aplikasi tenaga solarTenaga 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 telahdibina pada tahun 2006. Kawasan seluas 150 ekar digunakan dan berupaya menjana 11MW(megawat) kuasa elektrik. Kuasa elektrik ini mencukupi membekal elektrik untuk 8000 rumah.Matahari Panel ElektrikPanel Solar Motor ElektrikRajah 1 :Tenaga solar ditukar ke tenaga elektrik melalui sel fotoelektrikKaedah 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 bolehdan mengalirkan haba itu melalui pengaliran udara yang asli.Pengumpul tenaga solar TangkiAirRajah 2 : Sistem pemanasan air menggunakan tenaga solarMengumpul MaklumatKaji huraian sukatan pelajaran sains sekolah rendah Tahun Lima dan Tahun Enam dan senaraikan semua aktiviti pembelajaran yang berkaitan dengan topik haba. Komen tentang kesesuaian aktiviti-aktiviti pembelajaran berkenaan.Cadangkan aktiviti alternatif jika anda fikirkan aktiviti pembelajaran itu kurang sesuai.Tutorial (2 jam)Jawab semua soalan1. 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 ini5.Tenaga solar merupakan tenaga masa depan di bumi ini. Berikan kebaikan dan kelemahan tenaga solar.PPIK 3 Perbincangan ( 1 jam)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?TAJUK 6 ELEKTROKIMIA: PENGOKSIDAAN DANPENURUNANSINOPSISKebanyakan 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 . Agenpengoksidaan 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 redoksKERANGKA TAJUK-TAJUK6.1 PENGOKSIDAAN6.2 PENURUNANELEKTROKIMIA 6.3 NOMBOR PENGOKSIDAAN6.4 TINDAK BALAS REDOKS DARI SEGI PERUBAHAN NOMBOR PENGOKSIDAAN6.5 MENGIMBANGAN PERSAMAAN REDOKSTINDAK BALAS REDOKSmelibatkanPENGOKSIDAAN (Dialami oleh agen penurunan) PENURUNAN(Dialami oleh agen pengoksidaan)melibatkan melibatkanPenambahan oksigen Kekurangan oksigenKehilangan Hidrogen Penambahan HidrogenKehilangan elektron Penambahan elektronPenambahan nomborpengoksidaan Pengurangan nomborpengoksidaanISI KANDUNGAN6.1 PengoksidaanUdara 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 PenurunanBagi sesetengah tindak balas, bahan tindak balas kehilangan oksigen atau penambahan 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.6.3 Nombor PengoksidaanSatu atom atau molekul sesuatu unsur dalam keadaan bebas mempunyai nombor pengoksidaan sama dengan sifar.Contoh: Formula nombor pengoksidaanH20O20S0Fe0Cu0 Untuk ion monoatom, nombor pengoksidaan ialah cas pada ion itu.Contoh: Ion Nombor pengoksidaanNa+ +1Cu2+ +2Fe3+ +3F- -1O2- -2N3- -3Untuk ion poliatomik, jumlah nombor pengoksidaan untuk semua atom yang hadir dalam ion itu sama dengan cas yang ada pada ion tersebut.Contoh: SO4 2- (+6)+4(-2)=-24MnO - (+7)+4(-2)=-1Untuk sebatian ion atau sebatian kovalen, jumlah nombor pengoksidaan untuk semua atom yang hadir dalam formula sebatian adalah sifar.Contoh: CaCO3 (+2)+(+4)+3(-2)=0CO2 (+4)+2(-2)=0Dalam 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 bertambahLatihanCari nombor pengoksidaan untuk unsur-unsur yang dihitamkan berikut:(a) CH4(b) S2O3-(c) ClO3-(d) NO3(e) MgCl26.4 Tindak balas redoks dari segi perubahan nombor pengoksidaan6.4.1 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)4MnO - + 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 redoksSatu proses di mana kedua-dua tindak balas pengoksidaan dan penurunan berlaku serentak.Contoh: 5Fe2+ 5Fe3+ + 5e- Pengoksidaan4MnO - + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O Penurunan45Fe2+ + MnO - + 8H+ 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Redoks6.5 Mengimbangkan persamaan redoksUntuk 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 6.4.3LatihanImbangkan persamaan-persamaan yang berikut: (a) Sn2+(ak) Sn4+(ak)(b) Cu2+(ak) Cu(p)2- - + 3+(c) Cr2O7 (ak) + I (ak) + H (ak) Cr (ak) + I2(ak) + H2O(c)Layari InternetAkses internet untuk mengumpul maklumat mengenai tinadak balas redoks yang berlaku dalam:i pembakaran gas asli (metana)ii proses respirasi iii pengaratan besi(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)Tutorial (2 jam)1.Gunakan kaedah nombor pengoksidaan, kenalpastikan agen pengoksidaan 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)(ak)(b) 2Ag+ + Mg(p) 2Ag(p) + Mg2+ (ak)TAJUK 7 ELEKTROKIMIA: SEL KIMIA (SEL VOLTA)SINOPSISTindak 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 PEMBELAJARANMenerangkan tindak balas redoks yang berlaku dalam sel kimia untuk menghasilkan tenaga elektrik Menerangkan proses molekular di elektrod Menyedari bahawa bateri adalah sel kimiaMengenalpasti cara untuk menggunakan aktiviti PPIK (Pengetahuan Pedagogi Isi Kandungan) untuk mengajar bidang kurikulum yang sesuaiMenggunakan Eksperimen 4 untuk menerangkan tindak balas redoks dan pemindahan elektron pada satu jarak dalam satu sel kimiaKERANGKA TAJUK-TAJUKELEKTROKIMIA7.1TINDAK BALAS REDOKS DI SEL KIMIA 7.2PROSES MOLEKULAR DI ELEKTROD 7.3BATERI SEBAGAI SEL KIMIAISI KANDUNGAN7.1 Tindak balas redoks yang berlaku dalam sel kimiaTenaga 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 luar dan pergerakan ion-ion berlaku di litar dalam.Elektrod ZinkElektrod KuprumContoh: Sel Volta Daniell (Sel kimia Zn-Cu)Rajah 1: Sel Volta Daniell (Sel kimia Zn-Cu)Elektrod zinkElektrod 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 negatif yang dipanggilanod. Tindak balas ini merupakan tindak balas pengoksidaan dan zinkbertindak 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 kuprumElektrod 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 positif yang dipanggilkatod. Tindak balas ini merupakan tindak balas penurunan dan ionCu2+(ak) bertindak sebagai agen pengoksidaan.Elektrod kuprum menjadi semakin tebal kerana kuprum (pepejal perang) dimendakkan pada elektrod kuprumWarna biru larutan kuprum(II) sulfat semakin pudar kerana ion kuprum daripada larutan ini telah diturunkan kepada kuprum.Tindak balas keseluruhan redoksZn(p) Zn2+(ak) + 2e- PengoksidaanCu2+(ak) + 2 e- Cu(p) PenurunanZn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+(ak) + Cu (p) RedoksPerhatikan 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 ElektrokimiaKeelektropositifansemakin bertambahLi K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Cu AgLatihanSatu 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.7.3 Bateri sebagai sel kimiaSemua 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 InternetKumpul maklumat tentang pelbagi jenis bateri dan kegunaannya.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.(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)Perbincangan (1 jam)Aktiviti PPIK 4 untuk mengkaji jenis bateri1. Anda dibekalkan dengan beberapa bateri berikut . Sel kering Sel alkali Sel merkuri Akumulator Asid-Plumbum Sel Nikel kadmiumTentukan 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?(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)Perbincangan (2 jam)Aktivti Eksperimen 4 untuk mengkaji pemindahan elektron pada satu jarakEKSPERIMEN 4Tujuan : 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 kaliumdikromat (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. Biarkan radas tersebut selama 30 minit, perhatikan sebarang perubahan yang berlaku.8. Gunakan penitis yang bersih, keluarkan 1 cm3 larutan ferum(II) sulfat daritiub-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 kaliumiodida dan 0.2 moldm-3 larutan kalium manganat (VII) berasid bagi menggantikan larutan ferum (II) sulfat dan larutan kalium dikromat(VI) berasid10. Ulangi langkah 8 untuk menguji larutan kalium iodida dengan larutan kanji1 %.GalvanometerLarutan ferum(II) sulfatTiub-U Elektrod karbonLarutan berasid kalium dikromat (VI)Asid sulfurikRajah 2Soalan: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?TAJUK 8 ELEKTROKIMIA: DAYA GERAK ELEKTRIK SELSINOPSISApabila 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 sesuatuelektrod.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 (Esel) dari nilai-nilai Ered yang diberiKERANGKA TAJUK-TAJUKELEKTROKIMIA8.1Daya GerakElektrik Sel 8.2KeupayaanElektrod Piawai 8.3KeupayaanPenurunanPiawai 8.4Pengiraand.g.e.selpiawaiISI KANDUNGAN8.1 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 keupay aan. 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 Esel. Esel juga 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 ialah1.10 V. Kaedah untuk memperoleh nilai ini akan dibincang dalam bahagian8.4.8.2 Keupayaan Elektrod Piawai (E)Keupayaan elektrod piawai (E) adalah beza keupayaan untuk tindak balas yang berlaku pada sesuatu elektrod. Nilai E bergantung kepadakepekatan, suhu dan tekanan bahan tindak balas dan hasil tindak balas yang ada pada elektrod itu. Keadaan piawai ialah kepekatan pada1mol dm-3, suhu pada 250C dan tekanan pada 1 atm (101 325 Pa).8.2.1 Keupayaan Elektrod Piawai LogamRajah 1: Elektrod KuprumUntuk 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) + 2eKeseimbangan ini bergantung kepada kecenderungan logam kuprum menjadi 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 antaralogam kuprum dengan larutannya dan disebut keupayaan elektrod kuprum.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 LogamUntuk 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) + 2eKeadaan 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 Hidrogen8.2.3 Nilai-nilai Keupayaan ElektrodPerhatikan 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 keupayaanelektrod 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 cont oh- 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 balassetengah yang berlaku sama ada di katod atau anod. Jadual 1 di bawah menunjukkan beberapa nilai keupayaan penurunan piawai (Ered).Jadual 18.3.1 Menentukan agen pengoksidaan dan agen penurunan daripada nilai Ered(a) Nilai Ered yang negatifDengan merujuk Jadual 1, keupayaan penurunan piawai untuk elektrod zink2+boleh ditulis secara ringkas sebagai EZn /Zn = - 0.76 V. Ini bermaksudapabila 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.MemikirPenerangan di atas adalah merujuk kepada unsur logam sebagai agen penurunan. Bagaimanakah pula dengan kuasa penurunan untuk unsur bukan logam?(b) Nilai Ered yang positifKeupayaan penurunan piawai untuk elektrod kuprum boleh ditulis secara2+ringkas sebagai ECu /Cu = + 0.34 V. Ini bermaksud apabila elektrod kuprumdisambung 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 VOleh 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 ionkuprum (II).MemikirPenerangan di atas adalah merujuk kepada ion logam sebagai agen pengoksidaan. Bagaimanakah pula dengan kuasa pengoksidaan untuk ion bukan logam?LatihanSalah satu kegunaan nilai-nilai keupayaan penurunan piawai (Ered) 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 kua sa 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 InternetMelayari internet untuk mengumpul maklumat tentang kegunaan keupayaan penurunan piawai (Ered) dalam menentukan kekuatan relatif agen pengoksidaan dan penurunan.8.4 Pengiraan Nilai d.g.e Sel Piawai (Esel) dari Nilai-nilai Ered(a) Jika dua nilai Ered diberi, nilai d.g.e sel piawai, Esel, boleh diperoleh dari nilai-nilai Ered dengan menggunakan formula:Esel = Ered (katod) Ered(anod)Contoh: untuk sel kimia Zn-CuEsel = Ered (katod) Ered(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 pertama ialah menulis persamaan pengoksidaan dan penurunan berdasarkan persamaan yang diberi. Untuk sel kimia, anod adalah elektrod negatif di mana elektron dibebas dan pengoksidaan berlaku di situ. Sebaliknya, katod adalah elektrod positif di 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) Zn2+(ak) + Cu (p).Maka persamaan setengah adalah:Anod: Zn(p) Zn2+(ak) + 2e- Pengoksidaan Katod: Cu2+(ak) + 2 e- Cu(p) Penurunan Maka, Esel = Ered (katod) Ered(anod)= 0.34 V - (- 0.76 V)= 1.10 VLatihan1.Tentukan nilai Esel untuk satu sel kimia yang dibina dari sel-sel setengah yang berikut:2+ - 2+(a) EZn /Zn = - 0.76 V dan E MnO4 ,H+/Mn = + 1.23 V(b) EMnO4-,H+/Mn2+ = + 1.23 V dan EMg2+/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.Tutorial ( 2 jam )1. Diberi:ECu2+/Cu = + 0.34 V2+EZn /Zn = - 0.76 VEMnO4-,H+/Mn2+ = + 1.23 V EMg2+/Mg = - 2.37 VBerdasarkan 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.TAJUK 9 ELEKTROKIMIA:PERUBAHAN SPONTAN TINDAK BALAS REDOKS KESAN KEPEKATAN KE ATAS D.G.E. SELSINOPSISNilai 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.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. Kesanperubahan dapat diterangkan secara kualitatitif dengan menggunakan Prinsip Le Chatelier manakala Persamaan Nernst digunakan untuk pengiraan secara kuantitatif.HASIL PEMBELAJARAN Meramalkan perubahan spontan tindak balas redoksMenerangkan kesan kepekatan ion ke atas daya gerak elektrik sel (d.g.e.sel = Esel) Menggunakan persamaan Nernst untuk mengira daya gerakelektrik sel (d.g.e.sel = Esel) apabila kepekatan ion berubahMenggunakan persamaan Nernst untuk menentukan pemalar keseimbangan tindak balas redoksKERANGKA TAJUK-TAJUKELEKTROKIMIA9.1Perubahan SpontanTindak Balas Redoks 9.2Kesan Kepekatan Ion Ke atas Daya Gerak Elektrik Sel 9.3Persamaan NernstISI KANDUNGAN9.1 Perubahan Spontan Tindak Balas redoksNilai 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 = Ered(proses penurunan) - Ered(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.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) + 2ePenurunan: 2H+(ak) + 2e H2(g)E = Ered(proses penurunan) - Ered(proses pengoksidaan)= (0.00 V) (+0.80 V) = - 0.80 VNilai negatif menunjukkan tindak balas tidak spontan dan ini bermaksud argentum tidak akan bertindakbalas dengan asid (ion H+).(b) Pengoksidaan: 2Br-(ak) Br2(c) + 2ePenurunan: Cl2(g) + 2e 2Cl-(ak)E = Ered(proses penurunan) - Ered(proses pengoksidaan)= (+ 1.36 V) (+ 1.07 V) = + 0.29 VNilai positif menunjukkan tindak balas spontan dan ini bermaksud gas klorin akan bertindakbalas dengan larutan akues bromida (ion bromida).LatihanDengan menggunakan Jadual 1 dalam Tajuk 8, ramalkan sama ada tindak balas berikut berlaku secara spontan dalam keadaan piawai.(a) Cu(p) + 2H+(ak) Cu2+(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 Esel digunakan danbukan 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 kualitatif dengan 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 Ered berkurang (menjadi kurang positif). Akibatnya, nilai Esel akan berkurang.[ Peringatan: Esel = Ered(katod) - Ered(anod) dan logam kuprum adalah katoddi sini]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 akan berkurang[ Peringatan: Esel = Ered(katod) - Ered(anod) dan logam zink adalah anod disini]LatihanDengan menggunakan Prinsip Le Chatelier dan Jadual 1 dalam Tajuk8, ramalkan Esel berkurang atau bertambah untuk sel kimia Zn -Cu dalam keadaan-keadaan yang berikut:(a) Kepekatan ion Cu2+ bertambah dan kepekatan ion Zn2+ tidak berubah. Suhu dan tekanan adalah pada keadaan piawai(b)Kepekatan ion Zn2+ berkurang dan kepekatan ion Cu2+ tidak berubah. Suhu dan tekanan adalah pada keadaan piawai9.3 Persamaan NernstPersamaan Nernst digunakan untuk pengiraan secara kuantitatif kesan perubahan kepekatan ion ke atas daya gerak elektrik sel, Esel .Persamaan Nernst boleh ditulis sebagai:selEsel = E lg Q (Perhatian: lg Q = log 10Q)R = Pemalar universal = 8.31 JK-1mol-1T = Suhu mutlak dalam unit KelvinQ = Hasil bahagi tindak balas (mempunyai bentuk yang sama dengan pemalar keseimbangan)n = Bilangan elektron yang terlibatF = Pemalar Faraday = 96 500 Cmol-1Pada suhu piawai T= 250C = 298 K dan nilai-nilai R dan F digantikan ke dalam persamaan Nernst, persamaan boleh diringkaskan sebagai:selEsel = E lg QPersamaan Nernst ini boleh digunakan untuk:menentukan nilai daya gerak elektrik sel, Esel , pada keadaan tidak piawai menentukan kepekatan bahan atau hasil tindak balas jika Eseldapat diukur menentukan pemalar keseimbangan tindak balas redoksContoh 1Untuk sel kimia Zn-Cu, persamaan redoks adalah:Zn (p) + Cu2+ (ak) Zn2+(ak) + Cu (p) Diberi:Kepekatan larutan zink sulfat = 1 moldm-3Kepekatan larutan kuprum (II) sulfat = 0.5 moldm-3ECu2+/Cu = + 0.34 V2+EZn /Zn = - 0.76 VSuhu dan tekanan adalah pada keadaan piawaiTentukan:sel(a) daya gerak elektrik sel pada keadaan piawai (E ).(b) daya gerak elektrik sel pada keadaan yang tersebut di atas (Esel)Penyelesaiansel(a) E = E (katod) - E (anod) = 0.34 V (-0.76 V) =1.10 Vsel(b) Esel = E lg Q = 1.10 V lg ([Zn2+]/[Cu2+])= 1.10 V lg= 1.10 V 0.01 V= 1.09 VContoh 2Jika 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.PenyelesaianselEsel = E lg Q1.13 V = 1.10 V lg ([Zn2+]/[Cu2+])= 1.10 V lg ([Zn2+]/1)lg [Zn2+] = - 0.03 x = - 1.014[Zn2+] = 0.1 M (tepat kepada 1 tempat perpuluhan)Contoh 3Tindak 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.PenyelesaianKc = [Zn2+]/[Cu2+]Dengan menggunakan persamaan Nernst:selEsel = E lg Q = 1.10 V lg ([Zn2+]/[Cu2+])Pada keseimbangan, Esel = 0.Maka, 1.10 V = lg ([Zn2+]/[Cu2+]) = lg Kclg Kc = 37.3Kc = 1.9 x 1037redLatihan1. Untuk satu sel kimia Mg-Cu, hitungkansel(a) E . (Rujuk Jadual 1 di Tajuk 8 untuk nilai-nilai E yang berkaitan)(b) kepekatan ion Cu2+ jika daya gerak eletrik sel adalah 2.69 Vpada suhu 250C dan kepekatan ion magnesium adalah 1 moldm-3.2. Satu sel kimia mempunyai tindak balas redoks seperti yang berikut:2- + - 3+Cr2O7 (ak) + 14 H (ak) + 6I (ak) 2Cr (ak) + 3I2(p) + 7H2O(c)Diberi: Esel = 0.79 V2- + - -3[Cr2O7 ] = [H ] = [I ] = 1 moldm[Cr3+] = 1 x 10-5 moldm-3Hitungkan nilai daya gerak elektrik sel ini pada suhu 298 K.3. Cari nilai pemalar keseimbangan untuk sistem tindak balas di soalan 2.Layari InternetMelayari internet untuk mengumpul maklumat tentang kegunaanPersaman Nernst.(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)Tutorial ( 2 jam )red1. Dengan menggunakan nilai E yang diberi dalam Jadual 1 diTajuk 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)selApakah kesan terhadap E jika(a)elektrod zink dengan luas permukaan yang lebih besar digunakan?(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?3. Dengan merujuk kepada sel kimia di soalan 2 dan juga denganredmenggunakan nilai E yang diberi dalam Jadual 1 di Tajuk 8, jawabsoala-soalan yang berikut.sel(a) Kira nilai E untuk sel kimia itu.(b)Kira nilai Esel jika kepekatan zink nitrat ialah 2 M dan keadaan yang lain masih dalam keadaan piawai.(c)Jika Esel ialah 1.50 V, apakah perubahan pada kepekatan argentum nitrat jika keadaan yang lain masih dalam keadaan piawai?(d)Cari nilai pemalar keseimbangan untuk sistem tindak balas tersebut.TAJUK 11 ELEKTROKIMIA PROSES ELEKTROLISIS ELEKTROLISIS DLM KEADAAN LEBURAN ELEKTROLISIS DLM LARUTAN AKUES HUKUM FARADAYSINOPSISElektrolisis 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, misalny a dalam sebuah sel kering. Dalam tajuk ini anda akan mempelajari tentang prose s 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 akuesMenggunakan Hukum Faraday dalam pengiraan kuantitatif proses elektrolisis.KERANGKA TAJUK-TAJUK 11.1 Proses Elektrolisis11.2 Proses Elektrolisis dalam keadaanElektrolisis leburan11.3 Proses Elektrolisis dalam larutan akues11.4 Hukum FaradayISI KANDUNGAN11.1 Proses elektrolisisUntuk menerangkan proses elektrolisis beberapa istilah perlu diperkenalkan terlebih dahulu :Elektrolit ialah sebatian yang mengkonduksi arus elektrik dan terurai kepada komponen-komponennya dalam proses elektrolisisElektrod ialah konduktor dalam bentuk dawai, batang atau plat yang membawa arus elektrik ke dalam dan keluar dari sel elektrolisisElektrod lengai ialah elektrod yang tidak mengalami apa-apa perubahan / tindakbalas kimia dalam proses elektrolisis contohnya grafit dan platinum Katod ialah elektrod negatif dan anod ialah elektrod positifElektrolisis ialah proses penguraian elektrolit kepada komponen- komponennya dengan menggunakan tenaga elektrikBateriAnod KatodLarutanElektrolitRajah 11.1 Sel ElektrolisisDalam sel elektrolisis :1. Elektrod yang disambungkan kepada kutub positif sel bateri dinamakan anod. Jadi anod bercas positif. Manakala elektrod yang disambungkan ke kutub negatif dinamakan katod. Katod bercas negatif2. Proses pengoksidaan berlaku di anod manakala proses penurunan berlaku di katod.3. Dalam elektrolit terdapat ion-ion bercas positif dan negatif . Ion-ion akan bergerak ke elektrod yang bertentangan casnya iaitu ion-ion positif (kation) akan bergerak ke katod (elektrod bercas negatif) manakala ion bercas negatif (anion) akan bergerak ke anod (elektrod bercas positif).4. Pada kedua-dua elektrod proses nyahcas berlaku.5. Elektron akan mengalir pada litar luar dari anod ke katod.Peringatan : Dalam sel elektrolisis: katod bercas negatif manakala anod bercas positif.Dalam sel kimia: katod merupakan elektrod positif manakala anod merupakan elektrod negatif. Dalam kedua-dua sel didapati :Pengoksidaan berlaku di anod dan penurunan berlaku di katod11.2 Proses elektrolisis dalam keadaan leburanContoh : Elektrolisis leburan plumbum(II) bromidaLeburan plumbum bromida hanya mempunyai ion Pb2+ dan Br- sahaja.PbBr2 Pb2+ + 2Br-Katod (-ve) Anod (+ve)Rajah 11.2 Elektrolisis leburan plumbum bromida(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)KatodAnodPemerhatian:Terbentuk pepejal kelabuPemerhatian: Terhasil wap perangPersamaan setengahPb2+ + 2e- Pb( penurunan)Persamaan setengah2Br- Br2 + 2e-(pengoksidaan)Penerangan:Ion Pb(II) bercas positif akan bergerak ke katod yang bercas negatif. Ion Pb2+ akan menerima dua elektron untuk membentuk atom plumbum.Tindakbalas di katod di mana ion plumbum(II) menerima elektron dinamakan tindakbalas penurunanPenerangan:Ion Br- bercas negatif akan bergerak ke anod (+ve). Ion Br- akan kehilangan satu elektron untuk membentukatom bromin. Setiap dua atom bromin akan berpadu membentuk molekul bromin.Tindakbalas ion bromin kehilangan elektron dinamakan tindakbalas pengoksidaan8411.3 Proses elektrolisis dalam larutan akuesContoh : Elektrolisis larutan akues plumbum(II) nitrat3Pb(NO3)2 Pb2+ + 2NO -H2O H+ + OH-Terdapat empat jenis ion yang dihasilkan. Terdapat persaingan antara ion-ion untuk dinyahcaskan. Terdapat tiga faktor yang mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcaskan, iaitu: Kedudukan ion-ion dalam siri elektrokimia Kepekatan ion-ion Jenis elektrod11.3.1 Faktor kedudukan Ion-ion dalam siri elektrokimiaSiri elektrokimia dapat menunjukkan kemudahan sesuatu logam untuk membentuk kation. Lebih elektropositif logam itu lebih mudah kation terbentuk.M(p) Mnn+ + neOleh itu, tertib nyahcas ion ialah sonsangan tertib keelektropositifan logam.Mn+ + ne M(p)Kesimpulannya, semakin rendah kedudukan ion dalam siri elektrokimia semakin mudah ion itu dinyahcaskan. Konsep ini boleh diaplikasikan untuk kedua-dua kaion dan anion.Kation Anion K+ Mn+ + ne M(p) X n- X + ne NO3- Ca2+ SO2- Na+ Kemudahan nyahcas Cl- Mg2+ semakin bertambah Br-Al3+ I-Zn2+ OH-Fe2+ Sn2+ Pb2+H+ (H3O+) Cu2+Ag+Au3+Rajah 11.3 Siri ElektrokimiaDengan merujuk Jadual 1 dalam Tajuk 8 iaitu Jadual Keupayaan PenurunanPiawai, kenyataan berikut boleh dibuat: Penurunan berlaku di katod.redLebih positif nilai E untuk sesuatu ion positif, maka ion itu yang akandinyahcas. Pengoksidaan berlaku di anod.redLebih negatif nilai E untuk sesuatu ion negatif, maka ion itu yangakan dinyahcas.(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)Latihan1. Satu larutan mengandungi ion Cu2+ dan ion Zn2+ dielektrolisiskan.Ion manakah yang akan dinyahcaskan?2.Apakah yang terhasil di katod dan anod apabila larutan akues kalium nitrat (V) dielektrolisiskan dengan menggunakan elektrod platinum?11.3.2 Faktor kepekatan ion-ionJika kepekatan sesuatu ion itu lebih tinggi, ion itu lebih diutamakan untuk dinyahcaskan. Misalnya dalam satu larutan akues terdapat ion-ion berikut :kepekatan ion halida = 10-1 mol / dm-3kepekatan ion OH- = 10-7 mol / dm-3Didapati ion halida 106 kali lebih pekat dari ion OH-. Oleh yang demikian ion halida akan dinyahcaskan kerana kepekatannya tinggi.Sekiranya terdapat dua ion yang kedudukannya sangat jauh dalam SiriElektrokimia, faktor kepekatan menjadi tidak penting lagi. Contohnya jikaterdapat ion Na+ dan H+ dalam sesuatu larutan, maka ion H+ akan dinyahcaskan. Persamaan ion setengah :2H+ + 2e H2(g) gas hidrogen akan dibebaskanNa+ + e Na(p) ( tindakbalas ini TIDAK BERLAKU)41. Sekiranya terdapat ion OH- dan SO 2- dalam sesuatu larutan, ionyang manakah akan dinyacaskan terlebih dahulu? Bincangkan.2.Apakah ion-ion yang akan dinyahcaskan apabila bahan-bahan berikut dielektrolisiskan? Tuliskan persamaan tindak balas yang berlaku di anod dan katod. Apakah pemerhatian yang akan diperolehi? (Kedua-dua elektrod yang digunakan ialah platinum.)(a) larutan natrium klorida pekat(b) larutan kalium klorida cair(c) Larutan plumbum (II) nitrat11.3.3 Faktor jenis elektrodTindak balas yang berlaku bergantung kepada jenis elektrod yang digunakan. Kemudahan nyahcas oleh ion-ion tidak sama bagi tiap-tiap elektrod. Ion-ion yang tidak boleh dinyahcaskan dengan kemudahan biasa di elektrod tertentudikatakan mempunyai keupayaan melampau di elektrod tersebut. Faktor jenis elektrod akan lebih memberi kesan tertib ion dinyahcaskan berbanding dengan faktor Siri Elektrokimia dan faktor kepekatan ion.(SCE3109 TENAGA DALAM KIMIA)Contoh 1:Elektrolisis I - Larutan natrium klorida dielektrolisiskan dengan menggunakan elektrod platinum.Eleketrlisis II - Larutan natrium klorida dielektrolisiskan dengan menggunakan anod platinum dan katod merkuri.Perhatikan hasil berbeza akan diperolehi:Elektrod PlatinumKatod MerkuriPersamaan tindak balas:2H+ + 2e- H2(g)Pemerhatian:Gas hidrogen akan dibebaskanPersamaan tindak balas: Na+ + e Na(p)Pemerhatian:Terbentuk amalgam merkuriPenerangan:Ion H+ dinyahcaskan dan membentuk gas hidrogen. ion Na+ akan tertinggal dalam larutan.Penerangan:Ion Na+ dinyahcaskan menjadi logam natrium. Logam ini larut ke dalam katod merkuri akhirnya membentuk amalgam merkuri. Ion H+ kekal dalam larutan.MemikirApakah yang terhasil di anod dalam kedua-dua kes dalam Contoh 1di atas?Contoh 2:Elektrolisis I - larutan akues zink nitrat cair dielektrolisis dengan dengan menggunakan elektrod platinum.Elektrolisis II - larutan akues zink nitrat cair dielektrolisis dengan menggunakan elektrod zink.Perhatikan hasil berbeza akan diperolehi:Elektrod PlatinumElektrod ZinkKatod:Persamaan setengah2H+ + 2e- H2(g) Pemerhatian:Gas hidrogen akan dibebaskanKatod:Persamaan setengah Zn2+ + 2e Zn(p) Pemerhatian:Logam Zn akan terenap di elektrodPenerangan:Ion H+ dinyahcaskan kerana ion H+ terletak lebih bawah dari ion Zn 2+ dalam Siri Elektrokimia. Ion Zn2+ akan tertinggal dalam larutanPenerangan:Ion Zn2+ dinyahcaskan menjadi logam Zn. Hidrogen dikatakan mempunyai keupayaan melampau pada elektrod Zn dan ia tidak dinyahcaskan.MemikirApakah yang terhasil di anod dalam kedua-dua kes dalam Contoh 2di atas?Latihan1.Apakah yang berlaku dalam elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat dalam keadaan-keadaan berikut :(a) Menggunakan elektrod platinum(b) Menggunakan elektrod kuprumKenalpastikan ion-ion yang akan dinyahcaskan apabila elektrolisis berlaku. Tuliskan persamaan ion yang berlaku di anod dan katod. Apakah pemerhatian yang akan diperolehi?11.4 Hukum FaradayHukum Pertama Faraday menyatakan bahawa amaun bahan yang terhasil semasa elektrolisis adalah berkadar langsung dengan amaun cas elektrik yang mengalir melalui elektrolit. Amaun cas diberi oleh simbol Q dan diberi olehformulaQ = I x tdi mana: Q = amaun cas dalam Coulomb (C)I = arus yang mengalir dalam Ampere(A)t = masa yang diambil dalam saat (s) Pemalar Faraday diberi oleh formula:F = NAedi mana: F = Pemalar Faraday = 96500 C mol-1NA = Pemalar Avogadro( 6.02 x 10 23 mol-1)e = cas eleltron ( 1.6 x 10 -19 C)Contoh Pengiraan:Satu larutan kuprum (II) sulfat dielektrolisiskan dengan menggunakan arus0.150A selama 5 jam. Hitung jisim kuprum yang terenap pada katod. (Diberi J.A R Cu=63.5)Penyelesaian:Kuantiti cas elektrik yang digunakan, Q= I x t= 0.150A X (5 X 60 X 60) saat= 2700 COleh kerana 1 mol elektron = 1F = 96500 CMaka, bilangan mol elektron yang terlibat = 2700 / 96500 = 0.028Daripada persamaan ion : Cu 2+ + 2e Cu2 mol elektron akan mengenapkan 1 mol kuprum.Maka, 0.028 mol elektron akan mengenapkan X 0.028 = 0.014 mol kuprumJadi, jisim kuprum yang terenap = 0.014 X 63.5=0.889 gramHukum Kedua Faraday menyatakan bahawa amaun bahan yang berlainan yang terhasil (sama ada terenap, terbebas atau terlarut) oleh amaun cas elektrik yang sama adalah berkadar songsang dengan cas yang ada pada ion tersebut.Ini bermakna 1F elektrik akan menyahcaskan 1 mol Ag+ atau mol Pb2+ atau1/3 mol Al3+. Dengan lain perkataan, 1F elektrik diperlukan untuk menyahcaskan satu mol Ag+ , 2F diperlukan untuk menyahcaskan satu mol Pb2+ dan 3F diperlukan untuk menyahcaskan satu mol Al3+ . Ini dapat dilihat dengan lebihjelas lagi dengan berpandukan persamaan ion yang berikut:Ag+ + e Ag(1F elektrik diperlukan untuk menyahcaskan satu mol Ag+)Pb2+ + 2e Pb(2F elektrik diperlukan untuk menyahcaskan satu mol Pb2+)Al3+ + 3e Ag(3F elektrik diperlukan untuk menyahcaskan satu mol Al3+)Contoh Pengiraan:Dengan merujuk Rajah 11.4, didapati 0.32 gram argentum terenap. Kirakan(a) jisim kuprum yang terenap dan(b) isipadu oksigen yang dikumpulkan pada suhu bilik.[ Jisim atom relatif: Ag = 108, Cu = 63.5 dan isipadu molar gas pada suhu bilik = 24.0 dm3]H2SO4O2(g) H2(g)Elektrod Cu Elektrod AgPt (-) Pt (+)Larutan CuSO4 larutan AgNO3SumberA ElektrikRajah 11.4 Radas bagi coulometriPenyelesaian(a) Bilangan mol argentum yang terenap = 0.32/108 = 2.96 X 10 -3Maka, bilangan mol kuprum yang terenap = X 2.96 X 10 -3Jisim kuprum = ( X 2.96 X 10 -3) X 63.5 = 0.094 gram(b) Persamaan ion : 2H+ + 2e- H2(g)Maka, bilangan mol hidrogen yang terbebas = X 2.96 X 10 -3Isipadu hidrogen yang terbebas = ( X 2.96 X 10 -3) X 24 dm3= 0.0355 dm3Latihan1.Hitung isipadu gas (pada s.t.p.) yang dibebaskan pada anod apabila asid sulfurik dielektrolisiskan selama 20jam dengan menggunakan 0.025A arus elektrik.(Isipadu molar gas pada s.t.p = 22.4 dm3)2.Apabia 5.0A arus elektrik dialirkan melalui kalsium klorida lebur selama 20 minit, 2.21 gram gas klorin dihasilkan. Jika cas per elektron=1.6 X 10 -19C , hitung pemalar Avogadro [Cl=35.5]Layari InternetAkses internet untuk mengumpul maklumat untuk membanding beza antara sel elektrolisis dengan sel elektrokimiaTutorial ( 2 jam )1. Hitung masa yang diperlukan untuk menyadur suatu bahan dengan kromium agar tebal kromium ialah 0.01 cm. Luas bahan itu ialah200cm2 . dan arus elektrik yang digunakan ialah 1.0A. Ketumpatankromium ialah 7.19 g cm-32.Natrium borat, NaBO3 boleh disediakan dengan pengoksidanan elektrolisis boraks, Na2B4O7 :Na2B4O7 + 10NaOH 4NaBO3 + 5H2O + 8Na+ + 8eHitung jumlah NaBO3 yang diperolehi dalam masa 12.0 jam jika arus elektrik digunakan 20.0A.3.Apabila 0.45A arus elektrik dialirkan melalui larutan nikel (II) sulfat selama 1.0jam, 0.5 gram nikel dihasilkan. Jika pemalar Avogadro= 6.02 X 1023 mol-1. Hitung cas pada satu elektron [Ni=58.7].4.Satu arus elektrik membebaskan 0.056 gram aluminium daripada aluminium oksida. Jika arus elektrik yang sama digunakan untuk elektrolisis larutan argentum nitrat, hitung bilangan mol argentum yang dienapkan [Al=207].5.Dengan merujuk Jadual 1 di Tajuk 8, jelaskan mengapa florin tidak boleh disediakan melalui elektrolisis larutan natrium florida.6.Satu larutan kalium iodida yang mengandungi beberapa titis fenolptalein dielektrolisiskan,. Selepas beberapa ketika, huraikan apakah yang akan kelihatan di anod dan katod.TAJUK 12 ELEKTROKIMIA:- PENGGUNAAN KOMERSIAL ELEKTROLISIS- KERJA ELEKTRIK DALAM ELEKTROLISISSINOPSISElektrolisis memainkan peranan yang penting dalam kehidupan kita. Contohnya sumber air minuman mungkin tercemar oleh ion logam tertentu yang dihasilkan menerusi efluen industri. Proses elektrolisis digunakan untuk membantu mengeluarkan ion-ion logam tersebut bagi membolehkan sumber air menjadi bersih dan selamat untuk diminum. Dalam tajuk ini anda akan mempelajari tentang tujuh kegunaan elektrolisis serta mengira kerja elektrik yang digunakan dalam proses elektrolisis.HASIL PEMBELAJARAN Menerangkan 7 penggunaan komersial elektrolisis Mengira kerja maksima daripada sel kimia.Mengira kerja minima yang diperlukan untuk menghasilkan tindakbalas elektrolisis.KERANGKA TAJUK-TAJUK 12.1 Penggunaan Komersial ElektrolisisElektrolisis 12.2 Pengiraan Kerja MaksimumDalam Sel Kimia12.3 Pengiraan Kerja MinimumElektrolisisISI KANDUNGAN12.1 Kegunaan elektrolisisTerdapat beberapa kegunaan elektrolis. Antaranya ialah :12.1.1 Pengekstrakan logamLogam-logam seperti natrium, kalium, magnesium dan aluminium diekstrak dari bijihnya menerusi proses elektrolisis. Banyak tenaga digunakan dalam proses elektroslisi pengekstrakan logam yang mengakibatkan proses ini menjadi mahal.Contohnya aluminium diekstrak dai bijih bauksit (aluminium oksida) :Katod (karbon)Anod (karbon)Al3+ + 3e Al2O2- O2 + 4eRajah 12.1 Pengekstrakan logam aluminium dari bijih bauksit12.1.2 Pembuatan Bahan KimiaBahan kimia seperti klorin, natrium hidroksida, natrium klorat(I) atau natrium Klorat(V) boleh dihasilkan dari eklektrolisis larutan pekat air garam. Contohnya hidrolisis larutan garam pekat dengan katod merkuri boleh menghasilkan hidrogen, klorin dan natrium hidroksidaKatod (merkuri)Anod (titanium)terdapat ion-ion Na+ dan H+ dan cumaion Na+ akan dinyahcas.Na+ + e NaNa + Hg NaHg2NaHg + 2H2O 2NaOH + H2 + 2Hgterdapat ion- ion OH- dan Cl-dan cuma ion Cl- akan dinyahcas.2Cl- Cl2 + 2eApabila larutan natrium klorida tepu (air garam) dielektrolisiskan, hidrogen, klorin dan natrium hidroksida akan dihasilkan :2NaCl(ak) + 2H2O(c) 2NaOH(ak) + H2(g) + Cl2(g)12.1.3 Penulenan logamBanyak logam dapat ditulenkan menerusi proses elektrolisis. Contohnya, logam kuprum dan zink. Dalam proses penulenan logam kuprum, katod adalah kuprum tulen, anod adalah kuprum tak tulen dan elektrolit adalah larutan kuprum (II) sulfat. Semasa elektrolisis, kuprum tulen terenap di katod manakala anodkuprum akan terhakis (melarut / diionkan).Rajah 12.2 Penulenan logam kuprum12.1.4 Penyaduran logamPenyaduran logam bertujuan untuk mencantikan barangan atau alatan atau menjadikannya lebih tahan terhadap kakisan. Kromium, argentum dan nikel biasanya digunakan untuk tujuan ini. Penyaduran logam juga dikenali sebagai pengelekstrosaduran. Barangan atau peralatan yang hendak disadurkan dijadikan katod. Anod adalah logam saduran yang tulen dan elektrolit ialahlarutan yang mengandungi ion logam saduran.Rajah 12.3 Penyaduran logam kuprum kepada sudu besi12.1.5 PenganodanAluminium sangat tahan kakisan kerana kehadir