Contoh Soal Pembahasan Perubahan Entalpi dalam Keadaan Standar
Pendahuluan
Perubahan entalpi merupakan konsep fundamental dalam termokimia yang memainkan peran penting dalam berbagai proses kimia. Dalam artikel ini, kita akan membahas secara mendetail mengenai bagaimana cara menghitung dan memahami perubahan entalpi dalam keadaan standar melalui beberapa contoh soal dan pembahasan yang komprehensif. Hal ini berguna bagi siswa, mahasiswa, dan siapa saja yang belajar kimia untuk memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang topik ini.
Pengertian Entalpi dan Perubahannya
Entalpi (H) adalah energi total dari suatu sistem yang terdiri dari energi dalam dan energi yang terkait dengan tekanan dan volume. Dalam kasus reaksi kimia, kita sering kali tertarik pada perubahan entalpi (ΔH), yang mencerminkan perubahan energi total selama reaksi tersebut berlangsung pada tekanan konstan.
Perubahan entalpi dalam keadaan standar (ΔH⁰) adalah perubahan entalpi ketika semua reaktan dan produk berada dalam keadaan standar, yaitu pada tekanan 1 atm dan suhu biasanya 25°C (298 K).
Contoh Soal dan Pembahasan
Soal 1: Pembakaran Metana
Soal: Hitung perubahan entalpi standar (ΔH⁰) untuk pembakaran 1 mol metana (\(CH_4\)) berdasarkan persamaan berikut:
\[ CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l) \]
Diketahui:
– ΔH⁰f \(CH_4(g)\) = -74.8 kJ/mol
– ΔH⁰f \(CO_2(g)\) = -393.5 kJ/mol
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 kJ/mol
Pembahasan:
Perubahan entalpi standar untuk reaksi kimia dapat dihitung menggunakan hukum Hess melalui formula berikut:
\[ \Delta H⁰ = ∑ ΔH⁰f(produk) – ∑ ΔH⁰f(reaktan) \]
Pertama, identifikasi entalpi pembentukan standar untuk setiap zat dalam reaksi:
– \( ΔH⁰f_{CH_4(g)} = -74.8 \) kJ/mol
– \( ΔH⁰f_{CO_2(g)} = -393.5 \) kJ/mol
– \( ΔH⁰f_{H_2O(l)} = -285.8 \) kJ/mol (×2 untuk dua mol \(H_2O\))
Lalu, hitung jumlah entalpi pembentukan produk dan reaktan:
\[ ∑ ΔH⁰f(produk) = [-393.5] + [2(-285.8)]
= -393.5 + (-571.6)
= -965.1 \text{ kJ/mol} \]
\[ ∑ ΔH⁰f(reaktan) = [-74.8] + [0] \]
(Seluruh senyawa unsur dalam bentuk dasarnya memiliki entalpi pembentukan standar sebesar 0 kJ/mol)
Kemudian, hitung perubahan entalpi standar (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = -965.1 – (-74.8)
= -965.1 + 74.8
= -890.3 \text{ kJ/mol} \]
Jadi, perubahan entalpi standar untuk pembakaran 1 mol metana adalah -890.3 kJ/mol.
Soal 2: Reaksi Pembentukan Air
Soal: Hitung perubahan entalpi standar (ΔH⁰) untuk pembentukan air dari hidrogen dan oksigen berdasarkan persamaan berikut:
\[ 2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) \]
Diketahui:
– ΔH⁰f \(H_2O(l)\) = -285.8 kJ/mol
Pembahasan:
Kita perlu mencari perubahan entalpi standar untuk satu reaksi dari zat dasarnya ke produk yang diinginkan. Dengan menggunakan entalpi pembentukan standar:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(produk) – ∑ ΔH⁰f(reaktan) \]
Hitung entalpi pembentukan produk dan reaktan:
\[
\begin{align }
∑ ΔH⁰f(produk) & = [2(-285.8)] \\
∑ ΔH⁰f(produk) & = -571.6 \text{ kJ/mol}
\end{align }
\]
\[
ΔH⁰f(H_2(g)) = 0 \text{ kJ/mol} \\
ΔH⁰f(O_2(g)) = 0 \text{ kJ/mol} \\
∑ ΔH⁰f(reaktan) = [2(0)] + [0] = 0 \text{ kJ/mol}
\]
Kemudian, hitung perubahan entalpi standar (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = -571.6 \text{ kJ/mol} \]
Jadi, perubahan entalpi standar untuk pembentukan air adalah -571.6 kJ/mol.
Soal 3: Penguraian Nitrogen Dioksida
Soal: Hitung perubahan entalpi standar (ΔH⁰) untuk penguraian nitrogen dioksida (\(NO_2\)) menjadi gas nitrogen monoksida (\(NO\)) dan gas oksigen (O₂) berdasarkan persamaan berikut:
\[ 2NO_2(g) \rightarrow 2NO(g) + O_2(g) \]
Diketahui:
– ΔH⁰f \(NO_2(g)\) = 33.2 kJ/mol
– ΔH⁰f \(NO(g)\) = 90.3 kJ/mol
Pembahasan:
Perhitungan serupa:
\[ ΔH⁰ = ∑ ΔH⁰f(produk) – ∑ ΔH⁰f(reaktan) \]
Hitung entalpi pembentukan produk:
\[
\begin{align }
∑ ΔH⁰f(produk) & = [2( ΔH⁰f_{NO(g)} )] + [ ΔH⁰f_{O_2(g)}] \\
& = [2(90.3)] + [0] \\
& = 180.6 \text{ kJ/mol}
\end{align }
\]
Hitung entalpi pembentukan reaktan:
\[
\begin{align }
∑ ΔH⁰f(reaktan) & = [2( ΔH⁰f_{NO_2(g)} )] \\
& = [2(33.2)] \\
& = 66.4 \text{ kJ/mol}
\end{align }
\]
Hitung Perubahan entalpi standar (ΔH⁰):
\[ ΔH⁰ = 180.6 – 66.4 = 114.2 \text{ kJ/mol} \]
Jadi, perubahan entalpi standar untuk penguraian nitrogen dioksida adalah 114.2 kJ/mol.
Kesimpulan
Menghitung perubahan entalpi standar (ΔH⁰) adalah teknik penting dalam termokimia. Dengan memahami cara menggunakan entalpi pembentukan standar dan menerapkan hukum Hess, kita dapat menentukan perubahan energi dalam berbagai reaksi kimia. Melalui contoh soal di atas, diharapkan pembaca memperoleh wawasan serta kemampuan dalam menghitung perubahan entalpi untuk berbagai reaksi kimia yang berbeda. Pengetahuan ini tidak hanya penting bagi studi akademis namun juga berbagai aplikasi di industri dan penelitian ilmiah.
