Contoh Soal Pembahasan Termokimia
Pendahuluan
Termokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara reaksi kimia dan perubahan energi, terutama dalam bentuk panas. Ini adalah topik penting dalam kimia fisik karena membantu kita memahami bagaimana energi ditransfer dan berubah selama reaksi kimia. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal pembahasan termokimia untuk membantu memperjelas konsep-konsep ini.
Contoh Soal 1: Perubahan Entalpi Pembakaran
Soal:
Diketahui entalpi pembakaran (ΔHc) dari etanol (C2H5OH) adalah -1367 kJ/mol. Tentukan jumlah energi yang dilepas ketika 2 mol etanol dibakar sempurna!
Pembahasan:
Perubahan entalpi pembakaran (ΔHc) adalah energi yang dilepas ketika satu mol suatu zat dibakar sempurna dalam oksigen. Untuk etanol, ΔHc = -1367 kJ/mol.
Jika 2 mol etanol dibakar, jumlah energi yang dilepas adalah:
\[ \text{Energi pelepasan} = 2 \, \text{mol} \times (-1367 \, \text{kJ/mol}) \]
\[ \text{Energi pelepasan} = -2734 \, \text{kJ} \]
Jadi, ketika 2 mol etanol dibakar sempurna, energi yang dilepas adalah -2734 kJ.
Contoh Soal 2: Perhitungan Entalpi Reaksi dari Data Entalpi Pembentukan
Soal:
Gunakan data entalpi pembentukan standar berikut ini untuk menghitung entalpi reaksi dari pembentukan uap air:
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) = 0 \, \text{kJ/mol}\)
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) = 0 \, \text{kJ/mol}\)
– \(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) = -241.8 \, \text{kJ/mol}\)
Reaksi:
\[ \text{H}_2(g) + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(g) \]
Pembahasan:
Entalpi reaksi (\(\Delta H_{\text{rxn}}\)) dapat dihitung menggunakan entalpi pembentukan standar (\(\Delta H_{\text{f}}^{\circ}\)) dengan rumus:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{produk} – \Sigma \Delta H_{\text{f}}^{\circ} \text{reaktan} \]
Untuk reaksi ini:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O}(g)) – \left[ \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{H}_2(g)) + \frac{1}{2} \Delta H_{\text{f}}^{\circ}(\text{O}_2(g)) \right] \]
Memasukkan nilai entalpi pembentukan:
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} – \left[ 0 + \frac{1}{2} \times 0 \right] \]
\[ \Delta H_{\text{rxn}} = -241.8 \, \text{kJ/mol} \]
Jadi, entalpi reaksi untuk pembentukan uap air adalah -241.8 kJ/mol.
Contoh Soal 3: Hukum Hess
Soal:
Tentukan perubahan entalpi (\(\Delta H\)) untuk reaksi berikut:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Gunakan data berikut:
1. \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ}\)
2. \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Pembahasan:
Gunakan Hukum Hess yang menyatakan bahwa jika suatu reaksi kimia dapat dinyatakan sebagai jumlah beberapa reaksi lain, maka perubahan entalpi reaksi keseluruhan adalah jumlah perubahan entalpi reaksi tersebut.
Langkah 1: Tuliskan reaksi yang perlu dibalik atau diubah koefisiennya untuk mencocokkan target reaksi:
– Reaksi (1): \(\text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ}\)
– Reaksi (2): \(\text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -283.0 \, \text{kJ}\)
Langkah 2: Balikkan reaksi (2) dan ubah tanda \(\Delta H\):
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
Langkah 3: Jumlahkan reaksi (1) dan reaksi yang telah dibalik (2):
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) \, \Delta H = -393.5 \, \text{kJ} \]
\[ \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \, \Delta H = 283.0 \, \text{kJ} \]
Langkah 4: Tambahkan kedua reaksi:
\[ \text{C(s)} + \text{O}_2(g) + \text{CO}_2(g) \rightarrow \text{CO}_2(g) + \text{CO(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_2(g) \]
Simplifikasi menghasilkan:
\[ \text{C(s)} + \frac{1}{2} \text{O}_2(g) \rightarrow \text{CO(g)} \]
Perubahan entalpi total (\(\Delta H\)):
\[ \Delta H = -393.5 \, \text{kJ} + 283.0 \, \text{kJ} = -110.5 \, \text{kJ} \]
Jadi, perubahan entalpi untuk reaksi tersebut adalah -110.5 kJ.
Contoh Soal 4: Kalorimetri
Soal:
Dalam sebuah percobaan kalorimetri, 50 g air (c = 4.18 J/g°C) dipanaskan dari 25°C hingga 75°C. Hitung jumlah kalor (q) yang diperlukan.
Pembahasan:
Jumlah kalor (q) yang diperlukan untuk memanaskan air dapat dihitung menggunakan rumus:
\[ q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
– m = massa air = 50 g
– c = kapasitas kalor spesifik = 4.18 J/g°C
– \(\Delta T = \) perubahan suhu \( = 75°C – 25°C = 50°C \)
\[ q = 50 \, \text{g} \times 4.18 \, \text{J/g°C} \times 50°C \]
\[ q = 10450 \, \text{J} \]
Jadi, jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan 50 g air dari 25°C hingga 75°C adalah 10450 J.
Penutup
Pembahasan contoh soal di atas memberikan gambaran mendetail tentang bagaimana konsep-konsep termokimia dapat diterapkan untuk menyelesaikan berbagai masalah yang berkaitan dengan reaksi kimia dan perubahan energi. Termokimia sangat penting dalam berbagai bidang, termasuk industri, energi, dan penelitian ilmiah, karena memungkinkan kita memahami dan memanipulasi perubahan energi yang terjadi dalam reaksi kimia. Dengan pemahaman yang baik tentang termokimia, kita dapat merancang proses yang lebih efisien dan mengembangkan teknologi baru yang lebih ramah lingkungan.
