Contoh Soal dan Pembahasan Persamaan Termokimia
Termokimia merupakan cabang dari ilmu kimia yang mempelajari perubahan energi yang terjadi selama reaksi kimia berlangsung, khususnya perpindahan panas. Termokimia melibatkan konsep-konsep seperti entalpi, entropi, dan energi bebas Gibbs yang digunakan untuk memprediksi arah dan kespontanan reaksi. Dalam artikel ini, kita akan mengeksplorasi beberapa contoh soal beserta pembahasan terkait persamaan termokimia.
Konsep Dasar Termokimia
Sebelum masuk ke contoh soal dan pembahasannya, penting untuk mengetahui beberapa konsep dasar dari termokimia:
1. Entalpi (H): Entalpi adalah salah satu bentuk energi dalam sistem yang diukur dalam kondisi tekanan konstan. Perubahan entalpi (\( \Delta H \)) dapat dinyatakan sebagai:
\[ \Delta H = H_{produk} – H_{reaktan} \]
2. Reaksi Endotermik dan Eksotermik:
– Reaksi eksotermik adalah reaksi yang melepaskan panas ke lingkungan (\( \Delta H < 0 \)).
- Reaksi endotermik adalah reaksi yang menyerap panas dari lingkungan (\( \Delta H > 0 \)).
3. Hukum Hess: Hukum Hess menyatakan bahwa total perubahan entalpi dari suatu reaksi kimia adalah sama, baik reaksi itu terjadi dalam satu tahap maupun beberapa tahap. Dapat dinyatakan sebagai:
\[ \Delta H_{total} = \Delta H_1 + \Delta H_2 + … + \Delta H_n \]
Contoh Soal dan Pembahasan
Contoh Soal 1: Menghitung Perubahan Entalpi
Diberikan reaksi berikut:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) \]
Jika diketahui bahwa perubahan entalpi pembentukan (\( \Delta H_f \)) air adalah -285.8 kJ/mol. Hitung perubahan entalpi total untuk reaksi tersebut.
Pembahasan:
Perubahan entalpi reaksi (\( \Delta H_{reaksi} \)) dapat dihitung dengan menggunakan perubahan entalpi pembentukan produk dan reaktan.
Diketahui:
– \[ \Delta H_f(H_2O(l)) = -285.8 \text{ kJ/mol} \]
Karena ada dua mol air yang terbentuk, perubahan entalpi total reaksi adalah:
\[ \Delta H_{reaksi} = 2(-285.8 \text{ kJ/mol}) \]
\[ \Delta H_{reaksi} = -571.6 \text{ kJ} \]
Jadi, perubahan entalpi total untuk reaksi ini adalah -571.6 kJ. Reaksi ini adalah reaksi eksotermik karena \( \Delta H \) negatif.
Contoh Soal 2: Penggunaan Hukum Hess
Diberikan reaksi berikut:
\[ C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(1)} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)} \]
\[ CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \hspace{2mm} \text{(3)} \]
Diketahui:
– \(\Delta H_1 = -393.5 \text{ kJ}\)
– \(\Delta H_2 = -110.5 \text{ kJ}\)
Hitung perubahan entalpi untuk reaksi (3).
Pembahasan:
Gunakan Hukum Hess untuk menentukan perubahan entalpi reaksi (3). Perhatikan bahwa reaksi (3) dapat disusun dari reaksi (1) dan (2):
\[ \text{Reaksi } (3): CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \]
Inversikan reaksi (2) untuk menggunakan Hukum Hess:
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) \hspace{2mm} \text{(inverse 1)}, \Delta H = +393.5 \text{ kJ} \]
\[ C(s) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) \hspace{2mm} \text{(2)}, \Delta H = -110.5 \text{ kJ} \]
Sekarang jumlahkan reaksi tersebut:
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 O_2(g) \]
\[ CO_2(g) \rightarrow C(s) + O_2(g) \rightarrow CO(g) + 1/2 O_2(g) \]
Jumlahkan perubahan entalpi:
\[ \Delta H_{reaksi} = 393.5 – 110.5 \text{ kJ}\]
\[ \Delta H_{reaksi} = 283.0 \text{ kJ}\]
Jadi, untuk reaksi \( CO(g) + 1/2 O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \), perubahan entalpi adalah -283.0 kJ.
Contoh Soal 3: Reaksi Kalorimeter
Diberikan larutan asam hidroklorida (HCl) 1.0 M sebanyak 100 mL dan natrium hidroksida (NaOH) 1.0 M 100 mL. Ketika keduanya dicampur dalam kalorimeter, suhu meningkat dari 25.0 °C menjadi 31.0 °C. Jika kapasitas kalor larutan air adalah 4.18 J/g°C dan dianggap kepadatan larutan adalah 1.0 g/mL, hitung perubahan entalpi netralisasi.
Pembahasan:
Langkah-langkah:
1. Hitung massa larutan:
\[ \text{Total volume} = 100 \text{ mL} + 100 \text{ mL} = 200 \text{ mL} \]
\[ \text{Massa} = 200 \text{ g} \] (karena densitas larutan 1 g/mL)
2. Hitung perubahan suhu:
\[ \Delta T = 31.0 \text{ °C} – 25.0 \text{ °C} = 6.0 \text{ °C} \]
3. Hitung energi yang diserap oleh larutan:
\[ q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
\[ q = 200 \text{ g} \times 4.18 \text{ J/g°C} \times 6.0 \text{ °C} \]
\[ q = 5016 \text{ J} \]
\[ q = 5.016 \text{ kJ} \]
4. Hitung perubahan entalpi:
\[ \Delta H = \frac{q_{\text{larutan}}}{\text{mol HCl}} \]
Mengingat mol HCl dan NaOH sama:
\[ \text{Mol HCl} = 1.0 \text{ M} \times 0.100 \text{ L} = 0.100 \text{ mol} \]
\[ \Delta H = \frac{5.016 \text{ kJ}}{0.100 \text{ mol}} \]
\[ \Delta H = -50.16 \text{ kJ/mol} \]
Jadi, perubahan entalpi untuk netralisasi HCl dan NaOH adalah -50.16 kJ/mol, yang menunjukkan reaksi eksotermik.
Kesimpulan
Termokimia merupakan cabang vital dari kimia yang membantu memahami bagaimana energi diubah dan dikonversi dalam reaksi kimia. Dengan memahami konsep dasar seperti entalpi dan hukum Hess serta mampu mengaplikasikan pada soal-soal praktis, kita dapat memprediksi perubahan energi yang terjadi dalam berbagai reaksi kimia. Artikel ini telah menunjukkan beberapa contoh soal yang diharapkan dapat membantu memperkuat pemahaman Anda tentang persamaan termokimia.
