Laporan Resmi Termokimia [PDF]

Citation preview

I. II. III. IV.



Judul Percobaan : Termokimia Hari/Tanggal Percobaan : Rabu/04 November 2105; 13.00 Selesai Percobaan : Rabu/04 November 2015; 15.30 Tujuan Percobaan 1. Membuktikan bahwa setiap reaksi kimia disertai penyerapan atau



pelepasan kalor. 2. Menghitung perubahan kalor yang terjadi dalam berbagai reaksi kimia. V. Tinjauan Pustaka Termokimia merupakan salah satu kajian khusus dari Termodinamika, yaitu kajian mendalam mengenai hubungan antara kalor dengan bentuk energi lainnya. Termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan antara energy panas dengan energi kimia. Energi kimia didefinisikan sebagai energi yang dikandung setiap unsur atau senyawa. Perubahan energi dapat terjadi dalam suatu sistem maupun lingkungan.Dalam termodinamika, kita mempelajari keadaan sistem, yaitu sifat makroskopis yang dimiliki materi, seperti energi, temperatur, tekanan, dan volume. Keempat sifat tersebut merupakan fungsi keadaan, yaitu sifat materi yang hanya bergantung pada keadaan sistem, tidak memperhitungkan bagaimana cara mencapai keadaan tersebut. Artinya, pada saat keadaan sistem mengalami perubahan, besarnya perubahan hanya bergantung pada kondisi awal dan akhir sistem, tidak bergantung pada cara mencapai keadaan tersebut. Perubahan energi dalam (ΔU) dapat dinyatakan dalam persamaan ΔU = Uf – Ui, dimana Uf adalah energi dalam setelah mengalami suatu proses dan Ui adalah energi dalam sebelum mengalami suatu proses. Perubahan energi dalam (ΔU) merupakan fungsi keadaan. Energi dalam (U) akan bertambah jika sistem menerima kalor dari lingkungan dan menerima usaha (kerja) dari lingkungan. Sebaliknya, energi dalam (U) akan berkurang jika sistem melepaskan kalor ke lingkungan dan melakukan kerja (usaha) terhadap lingkungan. Dengan demikian, hubungan antara kalor, usaha (kerja), dan perubahan energi dalam (ΔU) dapat dinyatakan dalam persamaan sederhana berikut: ΔU = Q + W Kalor adalah perpindahan energy termal. Kalor mengalir dari satu bagian ke bagian yang lain atau dari satu sistem ke sistem yang lain, Karena 1



adanya perbedaan temperature. Aliran kalor yang terjadi dalam reaksi kimia dapat dijelaskan melalui konsep system – lingkungan. Sistem adalah bagian spesifik (khusus) yang sedang dipelajari oleh kimiawan. Reaksi kimia yang sedang diujicobakan (reagen-reagen yang sedang dicampurkan) dalam tabung reaksi merupakan sistem. Sementara, lingkungan adalah area di luar sistem, area yang mengelilingi sistem. Dalam hal ini, tabung reaksi, tempat berlangsungnya reaksi kimia, merupakan lingkungan. Ada tiga jenis sistem. Sistem terbuka, mengizinkan perpindahan massa dan energi dalam bentuk kalor dengan lingkungannya. Sistem tertutup, hanya mengizinkan perpindahan kalor denganlingkungannya, tetapi tidak untuk massa. Sedangkan sistem terisolasi tidak mengizinkan perpindahan massa maupun kalor dengan lingkungannya. Pembakaran gas hidrogen dengan gas oksigen adalah salah satu contoh reaksi kimia dapat menghasilkan kalor dalam jumlah besar. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + energi kalor yang dihasilkan dari reaksi pembakaran ini sesungguhnya merupakan hasil perpindahan kalor dari sistem menuju lingkungan. Ini adalah contoh reaksi Eksoterm, yaitu reaksi yang melepaskan kalor, reaksi yang memindahkan kalor ke lingkungan. Penguraian (dekomposisi) senyawa raksa (II) oksida hanya dapat terjadi pada temperatur tinggi. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: energi + 2 HgO(s) → 2 Hg(l) + O2(g) Reaksi ini adalah salah satu contoh dari reaksi Endoterm, yaitu reaksi yang menyerap (membutuhkan) kalor, reaksi yang memindahkan kalor dari lingkungan ke sistem.



2



Reaksi eksoterm merupakan reaksi yang memancarkan (melepaskan) kalor saat reaktan berubah menjadi produk. Pada reaksi endoterm, terjadi penyerapan kalor pada perubahan dari reaktan menjadi produk. Besarnya kalor reaksi bergantung pada jumlah zat yang bereaksi, keadaan fisika, temperature, tekanan, jenis reaksi ( P tetap atau Vteap ). Kalor reaksi adalah kaor yang menyertai suatu reaksi dengan koefisien yang paling sederhana (Oxtoby.dkk, 2001). Ditinjau dari jenis reaksi, terdapat beberapa jenis reaksi diantaranya : 1. Kalor Pembentukan (∆Hf) Kalor pembentukan adalah kalor yang menghasilkan atau diperlukan untuk pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsurnya (unsur yang berupa gas ditulis dengan rumus molekulnya) Contoh : O2, H2, Cl2, Br2 2. Kalor Penguraian (∆Hd) Kalor penguraian adalah kalor yang dihasilkan atau diperlukan untuk menguraikan 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya. 3. Kalor Pembakaran (∆Hc) Kalor yang dihasilkan atau diperlukan untuk membakar 1 mol zat (unsur /senyawa). 4. Kalor Netralisasi (∆Hn) Kalor netralisasi adalah kalor yang dihasilkan atau diperlukan untuk membentuk 1 mol H2O dari reaksi antara asam dan basa. Kalor netralisasi termasuk reaksi eksoterm karena pada reaksi ini terjadi kenaikan suhu. 5. Kalor Pelarutan (∆Hs) Kalor pelarutan adalah kalor yang dihasilkan atau diperlukan untuk melarutkan 1 mol zat padat menjadi larutan.



3



VI.



Cara Kerja  Percobaan 1 (Penentuan tetapan kalorimeter)



25 mL air



25 mL air



 Dimasukkan kedalam kalorimeter  Dicatat temperaturnya T1



 Dimasukkan kedalam gelas kimia  Dipanaskan sampai kenaikkan suhu 100 C dari suhu kamar  T Dicatat temperaturnya 2



Dimasukkan kedalam kalorimeter  Dikocok  Dicatat temperatur maksimum yang konstan



4



 Percobaan 2 (Penentuan kalor reaksi Zn-CuSO4)



25 mL CuSO4 0,2M



Serbuk Zn  Ditimbang sampai 0,5 gram



 Dimasukkan kedalam kalorimeter  Dicatat temperaturnya



0,5 gram Serbuk Zn T3 Dimasukkan kedalam kalorimeter  Dicatat temperatur maksimum yang konstan



T4



5



 Percobaan 3 (Penentuan kalor penetralan HCl-NaOH)



25 mL HCl 0,5M



25 mL NaOH 0,5M



 Dimasukkan kedalam kalorimeter  Dicatat temperaturnya



T5



 Dimasukkan kedalam gelas kimia  Diatur temperaturnya hingga sama dengan temperatur HCl



Dimasukkan kedalam kalorimeter  Dicatat temperatur campuran yang maksimum dan konstan T6



6



VII. Hasil Pengamatan



Perc



1.



Sebelum Pecobaan



Warna Air = Tidak bewarna T1 = 340C (Air Dingin)



Sesudah Percobaan



Warna Air = Tidak Bewarna T = 380C



T2= 440C (Air Panas)



2.



3.



Warna CuSO4 = Biru



Warna Larutan = Abu – Abu



Warna serbuk Zn = Abu – Abu



Warna Endapan = Hitam



Suhu CuSO4 (T3) = 430C



T4 = 420C



Warna HCl = Tidak Bewarna Warna NaOH = Tidak Bewarna 0



T5 = 38 C



Warna Larutan = Coklat (+) Warna Endapan = Coklat (++) T6 = 440C



7



VIII. Analisis Data / Perhitungan / Persamaan Reaksi yang Terlibat A. Analisis Data  Percobaan 1 : Penentuan Tetapan Kalorimeter Penetuan tetapan kalorimeter dapat



dilakukan



dengan



cara



mencampurkan air dingin dan air panas yang telah diukur suhunya dengan selisih 10ᵒC kedalam kalorimeter. Setelah dicampurkan, diaduk atau dikocok, pengadukan ini dilakukan untuk mempercepat jalan nya reaksi antara air panas dan air dingin. Dilakukan pengukuran suhu selama 10 menit agar dapat mengetahui perubahan kalor yang terjadi. Berdasarkan data hasil pengamatan penentuan tetapan kalorimeter tersebut, di peroleh suhu campuran sebesar 380 C dari suhu awal air dingin 340C dan suhu awal air panas sebesar 440C. Pada percobaan ini, jumlah kalor yang di serap air dingin sebesar 420 J dan kalor yang di serap air panas sebesar 630 J. Sehingga kalor yang di serap kalorimeter sebesar 210 J. Tetapan kalorimeter dapat diperoleh dengan membandingkan jumlah kalor yang diserap pada kalorimeter dengan perubahan suhu. Dan dari hasil perhitungan, diperoleh tetapan kalorimeter sebesar 52,5 J/K. 



Percobaan 2 : Penentuan Kalor Reaksi Zn - CuSO4 Penentuan reaksi kalor Zn + CuSO4 dapat dilakukan dengan cara memasukkan larutan CuSO4 0.2 M sebanyak 25 mL kedalam kalorimeter. Dan dicatat temperaturnya (43 0C). Hal ini bertujuan untuk mengetahui kenaikan atau penurunan suhu CuSO4 dalam kalorimeter. Kemudian bubuk Zn yang sudah ditimbang menggunakan neraca ohaus sebanyak 0.5 gr di masukkan ke larutan CuSO4 dalam kalorimeter. Hal ini bertujuan untuk mereaksikan Zn dengan CuSO4. Lalu dikocok, pengocokan ini dilakukan untuk mempercepat jalannya reaksi antara Zn dan CuSO 4. Kemudian dicatat temperatur setelah pencampuran kurang lebih 10 menit. Pada percobaan yang telah dilakukan dengan menambahkan Zn, temperatur larutan di kalorimeter semula mengalami kenaikan tetapi beberapa menit kemudian temperaturnya turun menjadi 42°C. Pada percobaan ini, jumlah kalor yang di serap kalorimeter sebesar 52.5 J,



kalor yang di serap larutan sebesar -2.97 J dan kalor yang 8



dihasilkan sistem reaksi



sebesar 55.47 J. Sehingga kalor reaksi yang



dihasilkan dalam satu mol larutan sebesar 11.094 Joule/mol. Penurunan temperatur pada percobaan 2 ini tidak sesuai dengan teori yang ada. Dalam teori dijelaskan bahwa reaksi yang berlangsung dalam Penentuan Kalor Reaksi Zn - CuSO4 bersifat eksoterm,namun hasil percobaan yang kami peroleh mengalami penurunan temperatur sehingga reaksinya bersifat endoterm. 



Percobaan 3 : Penentuan Kalor Penetralan HCl dan NaOH Percobaan ini bertujuan untuk menentukan kalor penetralan HCl dan NaOH. Percobaan ini dilakukan dengan cara memasukkan 25 mL HCl 0.5 M kedalam kalorimeter. Lalu dicatat temperaturnya (38 0C). Kemudian 25 mL NaOH 1 M dimasukkan ke HCl dalam kalorimeter dan dicatat temperaturnya.



Jika HCl direaksikan dengan NaOH maka akan



menghasilkan NaCl dan air. Pada percobaan ini, jumlah kalor yang di serap larutan sebesar 16.1622 J, kalor yang di serap kalorimeter sebesar 315 J, dan kalor yang dihasilkan sistem reaksi sebesar -331.1622 J. Sehingga kalor penetralan yang dihasilkan dalam satu mol larutan sebesar -26492 J/mol. Hasil percobaan penentuan kalor penetralan HCl dan NaOH ini sudah sesuai dengan teori yang ada. Karena pada reaksi tersebut suhu larutan meningkat dari suhu awal, hal ini terjadi karena pada saat reaksi terjadi pelepasan kalor, sehingga pada percobaan ini reaksi yang berlangsung bersifat Eksoterm.



9



B. Perhitungan Percobaan 1 Diketahui: mair= 25 mL= 25 gram mair panas= 25 mL=25 gram T1=34oC= 307 K T2= 44oC= 317 K ΔT= 38oC= 311 K Ditanya: K ? Jawab: a.



b.



c.



d.



q1= mair x kalor jenis air x kenaikan suhu = 25 gram x 4,2 J/gram K x (ΔT-T1) K = 25 gram x 4,2 J/gram K x (311-307) K = 420 J q2 = (mair panas x kalor jenis air x penurunan suhu) = (25 gram x 4,2 J/gram K x (T2-ΔT) K = (25 gram x 4,2 J/gram K x (317-311) = 630 J q3 = q2-q1 = 630 J – 420 J = 210 J K= K= K= K=



52.5 J/K



10



Percobaan 2 Diketahui: VCuSO4= 25mL= 0,025 Liter mZn= 0,5 gram Ar Zn= 65 Mr ZnSO4= 1. Ar Zn + 1. Ar S + 4. Ar O = 1. 65 + 1. 32 + 4 . 16 = 161 T3= 43oC= 316 K T4= 42oC= 315 K Ditanya: Jawab: 







∆Hr ?



Mol Zn = massa / Mr = 0,5 / 65 = 0,008 mol atau 8 mmol Mol CuSO4= M x V = 0,2 x 25 mL = 5 mmol



CuSO4(aq) + Zn(s) → ZnSO4(aq) + Awal : 5 mmol



8 mmol



Reaksi : 5 mmol



5 mmol



5 mmol



5 mmol



Sisa



3 mmol



5 mmol



5 mmol







a.



b.



:-



-



Cu(s) -



Massa ZnSO4= mol x Mr ZnSO4 = 5 x 161 = 805 mg atau 0,805 gram



q4 = k (T4-T3) = 52,5 x (315-316) = - 52,5 J q5 = mlarutan x kalor jenis larutan x kenaikan suhu = 0,805 gram x 3,69 J/gram K x (315 - 316)K



11



c.



= - 2,97 J q6 = - (q5+q4 ) = - [ (- 52,5) + (- 2,97 ) ] = - 55,47 J



d.



= = 11,094 J/mol Percobaan 3 Diketahui: M larutan campuran= 51,5 gram Massa jenis larutan = 1,03 gram/mL Kalor jenis larutan = 3,69 J/gram K. T5= 38oC = 311 K T6= 44oC = 317 K Ditanya: ∆Hn ?  Mol HCl = M x V = 0,5 x 25 mL = 12,5 mmol  Mol NaOH = M x V = 0,5 x 25 mL = 12,5 mmol



12



 Massa larutan campuran = ρlarutan x V = 1,03 x 50 = 51,5 gram HCl(aq) + NaOH(aq)



→ NaCl(aq) + H2O(l)



Awal : 12,5 mmol 12,5 mmol -



-



Reaksi :12,5 mmol 12,5 mmol 12,5 mmoL 12,5 mmol Sisa



:



-



-



12,5 mmol



12,5 mmol



a. q7 = m larutan x kalor jenis larutan x kenaikan suhu = 51,5 gram x 3,69 J/gram K x (317-311) K = 1140,21 J b. q8 = K x (T6-T5) = 52,5 x (317-311) = 315 J c. q9= - ( q7+q8 ) = - (1140,21 +315) = -1455,21 J d.



= = -116416,8 J/mol



13



C. Persamaan Reaksi 



Percobaan 2 ( Penentuan kalor reaksi Zn + CuSO4 ) Zn(s) + CuSO4(aq) = ZnSO4(aq) + Cu↓



 Percobaan 3 (Penentuan kalor penetralan HCl dan NaOH ) HCl(aq) + NaOH(aq) = NaCL(aq) + H2O(l)



14



IX.



Pembahasan Pada percobaan Termokimia kali ini, dilakukan tiga kali percobaan, yaitu penentuan tetapan kalorimeter, penentuan kalor Zn + CuSO4, dan penentuan kalor penetralan HCl dan NaOH ( asam kuat dan basa kuat ). Percobaan ini menggunakan kalorimeter yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor yang diserap atau yang dilepaskan, dan kalorimeter juga mempunyai sifat yang khas dalam mengukur panas, karena kalorimeter dapat menghisap panas yang diserap sehingga semua panas dapat terukur. 



Percobaan 1 ( Penentuan tetapan kalorimeter ) Pada percobaan penentuan tetapan kalorimeter digunakan air biasa



dan air panas masing – masing sebanyak 25 ml. Suhu air biasa didapatkan sebesar 34°C dan suhu panas sebanyak 44°C serta suhu campuran yang didapat sebanyak 38°C. Pada percobaan ini terjadi kesetimbangan termal. Pada proses ini ternyata tidak terjadi proses kimia, tetapi



terjadi



proses fisika. Karena kenaikan temperatur air dingin dapat dihitung dengan menggunakan pengurangan temperatur maksimum yang konstan dengan temperatur air dingin. Sedangkan penurunan temperatur air panas dapat dihitung dengan menggunakan pengurangan temperatur air panas dengan suhu maksimum konstan. Pada percobaan ini, jumlah kalor yang di serap air dingin sebesar 420 J dan kalor yang di serap air panas sebesar 630 J. Sehingga kalor yang di serap kalorimeter sebesar 210 J. Tetapan kalorimeter dapat diperoleh dengan membandingkan jumlah kalor yang diserap pada kalorimeter dengan perubahan suhu. Dan dari hasil perhitungan, diperoleh tetapan kalorimeter sebesar 52,5 J/K. 



Percobaan 2 ( Penentuan kalor reaksi Zn + CuSO4 ) Pada percobaan penentuan kalor reaksi Zn dengan CuSO4 diperoleh



suhu larutan CuSO4 sebesar 43°C. Setelah dicampurkan serbuk ZnSO4 0.5 gr temperatur larutan semula mengalami kenaikan tetapi beberapa menit kemudian temperaturnya turun menjadi 43°C. Pada percobaan yang telah 15



kami lakukan ini hasilnya tidak sesuai dengan teori. Temperatur larutan yang kami peroleh semakin menurun yakni dari temperatur 43°C turun menjadi 42°C. Hal ini tidak sesuai dengan teori yang ada,bahwa kalor reaksi pada pencampuran Zn - CuSO4 merupakan reaksi yang membebaskan kalor ( reaksi eksoterm ). Sedangkan pada percobaan yang kami lakukan kalor reaksi pada pencampuran Zn - CuSO4 merupakan rfeaksi Endoterm karena dalam reaksi tersebut terjadi



penurunan



temperatur yang menunjukkan bahwa adanya kalor yang diserap pada reaksi tersebut. Pada percobaan ini, jumlah kalor yang di serap kalorimeter sebesar -52.5 J,



kalor yang di serap larutan sebesar -2.97 J dan kalor yang



dihasilkan sistem reaksi



sebesar 55.47 J. Sehingga kalor reaksi yang



dihasilkan dalam satu mol larutan sebesar 11.094 Joule/mol. Persamaan reaksi antara Zn dengan CuSO4 sebagai berikut : Zn(s) + CuSO4(aq) = ZnSO4(aq) + Cu↓ 



Percobaan 3 (Penentuan kalor penetralan HCl dan NaOH ) Pada percobaan penetralan HCL dengan NaOH, yang bertindak



sebagai system adalah HCL dan NaOH sedangkan yang berperan sebagai lingkungan adalah air atau sebagai medium pelarut kedua zat tersebut. Dalam percobaan terjadi reaksi pada system yaitu reaksi antara asam klorida dengan natrium hidroksida yang menghasilkan garam dan air. Persamaan reaksi antara HCL dan NaOH adalah sebagai berikut: HCl(aq) + NaOH(aq) = NaCL(aq) + H2O(l) Pada reaksi tersebut suhu larutan meningkat dari suhu awal, hal ini terjadi karena pada saat reaksi terjadi pelepasan kalor, sehingga pada percobaan ini reaksi yang berlangsung yakni reaksi Eksoterm. Kalor yang dilepaskan oleh sistem reaksi (NaOH dan HCl) diserap oleh lingkungan pelarut dan kalorimeter. Akibatnya suhu lingkungan naik yang ditunjukkan oleh kenaikan suhu larutan. Jadi dalam percobaan tersebut yang diukur bukanlah suhu sistem, tapi suhu lingkungan tempat terjadinya reaksi. 16



Pada percobaan ini, jumlah kalor yang di serap larutan sebesar 16.1622 J, kalor yang di serap kalorimeter sebesar 315 J, dan kalor yang dihasilkan sistem reaksi sebesar -331.1622 J. Sehingga kalor penetralan yang dihasilkan dalam satu mol larutan sebesar -26492 J/mol.



17



X.



Diskusi Pada percobaan kedua, penentuan kalor reaksi Zn-CuSO4 terjadi reaksi endoterm. Sedangkan berdasarkan hasil teoritis reaksi yang berlangsung yakni reaksi eksoterm. Hal ini disebabkan karena kalorimeter yang kami gunakan untuk mengukur kalor kurang tertutup rapat, akibatnya suhu luar mempengaruhi berlangsungnya reaksi.



18



XI. Kesimpulan Dari percobaan yang telah kami lakukan, maka dapat disimpulkan bahwa diperoleh nilai tetapan kalorimeter sebesar 52.5 J/K.



Pada percobaan



penentuan kalor reaksi Zn + CuSO4 didapat nilai ∆Hr sebesar 11.094 J/mol. Dan pada percobaan penentuan kalor penetralan HCl dan NaOH didapat nilai ∆H sebesar -116416,8 J/mol. Setiap reaksi kimia selalu disertai dengan perubahan energy dan perubahan tersebut dapat dicari dengan cara menentukan kalor yang dapat diperoleh dengan menggunakan metode kalorimeter saat reaksi terjadi pada kondisi tekanan tetap. Perubahan kalor reaksi sama dengan perubahan energi entalpi.



19



XI. Daftar Pustaka Andayani, Pitri. 2014. Laporan Praktikum Kimia Dasar 1. Online. Web Publikasi:https://www.academia.edu/9512294/LAPORAN_PRAKTIKU M_KIMIA_DASAR1. Diakses pada tanggal 08 November 2015. Maharany, Anggraeny.2014. Reaksi – Reaksi Kimia Laporan. Online.Web Publikasi:https://www.academia.edu/9277282/Laporan_Pratikum_Kimi a_Dasar_1_Termokimia. Diakses pada tanggal 21 Oktober 2015. Tim Kimia Dasar 1. 2007. Kimia Dasar 1. Surabaya : Unesa Universty Press. Tim Kimia Dasar. 2015. Petunjuk Praktikum Kimia Dasar 1. Surabaya : Unesa University Press.



20



XII.Lampiran Alat



Percobaan 2



Larutan CuSO4 25 mL 0.2 M



Temperatur CuSO4 setelah dimasukkan kalorimeter



sebelum direaksikan



Warna larutan ZnSO4 setelah dimasukkan kalorimeter



Warna serbuk Zn yang direaksikan dengan CuSO4 dimasukkan kalorimeter



Percobaan 3



21



Temperatur HCl setelah dimasukkan kalorimeter



Warna endapan pada percobaan 3



Temperatur NaCl yang maksimum dan konstan



Hasil reaksi Zn + CuSO4



Warna larutan NaCl



22