Dalam penerapan arti reaksi kimia selalu melibatkan penggunaan ataupun pelepasan energi. Untuk tercapainya suatu reaksi dibutuhkan energi dengan jumlah yang sesuai dengan energi aktivasi untuk menginisiasi terjadinya reaksi tersebut. Perubahan energi yang terjadi dalam suatu proses reaksi kimia dibahas secara lengkap dalam termokimia.
Oleh karena itulah banyak soal pembahasan terkait dengan termokimia baik dalam perubahan entalpi ataupun dalam pemutusan energi ikatan, Oleh karena demikian pada postingan kali ini kami akan memberikan penjelasan dan jawaban terkait dengan contoh soal yang disebutkan.
Termokimia
Termokimia merupakan ilmu kimia yang mempelajari perubahan energi dan panas dalam suatu reaksi. Setiap peristiwa dalam penerapan kimia melibatkan suatu sistem dan lingkungan dimana sistem merupakan bagian objek yang diamati sedangkan lingkungan merupakan bagian diluar yang berinteraksi dengan sistem.
Contoh Soal Termokimia
Adapun untuk contoh soal dan jawaban termokimia antara lain sebagai berikut;
- Hitung berapa energi yang dibutuhkan untuk mendidihkan sebanyak 45 gram molekul air pada suhu ruang?
Tahap 1
Diketahui bahwa suhu awal air tersebut adalah suhu ruang (25oC) dan suhu yang diinginkan ketika air mendidih adalah 100oC karena suhu tersebut merupakan titik didih air murni. Dengan demikian kita telah mengetahui variabel ΔT sebesar 75o C.
Tahap 2
Setelah kita mengetahui perubahan suhu, maka kita dapat menghitung jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mencapai suhu titik didih tersebut dengan rumus kalor. Dalam hal ini kita mengetahui bahwa massa air adalah 45 gram dan Cp adalah 4.184 J/g oC.
- q = m Cp ΔT
- q = 45 x 75 x 4.184
- q = 14121 J = 14.121 kJ
Tahap 3
Dalam proses pendidihan air, kita mengetahui bahwa terjadi juga proses penguapan. Oleh karena itu kita juga harus mempertimbangkan kalor penguapan air. Dalam hal ini kita mengetahui bahwa ΔH penguapan air adalah 40.7 kJ/mol. Kemudian untuk menghitung kalor penguapan kita juga harus menghitung jumlah mol air.
- Mol air = massa air / Mr air = (45 g) / (18 g/mol) = 2.5 mol
- Q vap = mol air x ΔH vap
- Q vap = 2.5 x 40.7
- Q vap = 101.75 kJ
Tahap 4
Terakhir kita hanya perlu menjumlahkan kalor untuk mendapatkan kalor total yang dibutuhkan.
Q total = 101.75 kJ + 14.121 kJ = 116 kJ
Jadi total kalor yang dibutuhkan untuk mendidihkan 45 gram air dari suhu ruang adalah 116 kJ.
- Diketahui data perubahan entalpi dari beberapa reaksi?
- 2 A + 3 B → C + D ΔH = -64 kJ
- E + A → C ΔH = 100 kJ
- A + 0.5 D → B ΔH = 74 kJ
- Tentukan nilai perubahan entalpi untuk keseluruhan reaksi jika produk akhir adalah E dan tuliskan reaksi totalnya?
Tahap 1
Pertama kita harus memperhatikan bahwa produk akhir reaksi tersebut adalah E. Kita dapat menemukan E dalam reaksi kedua dimana E berperan sebagai reaktan. Dalam hal ini karena E merupakan produk maka kita harus membalik reaksi tersebut sehingga menghasilkan E sebagai produk.
Kemudian kita juga dapat mengalikan reaksi ketiga dengan 2 sehingga didapatkan angka yang bulat untuk memudahkan kita dalam menghitung. Sehingga kita dapatkan reaksinya sebagai berikut:
- 2 A + 3 B → C + D
- C → E + A
- 2 A + D → 2 B
Tahap 2
Dari persamaan reaksi yang telah didapatkan dari tahap 1 maka kita dapat menentukan reaksi totalnya. Dalam hal ini kita dapat menjumlahkan spesi yang berada dalam satu sisi tersebut dan dapat mengurangi spesi yang berada dalam berbeda sisi. Didapatkan reaksi total sebagai berikut:
C dan D dihilangkan karena jumlahnya di sisi reaktan dan di sisi produk sama.
Tahap 3
Untuk menghitung perubahan entalpi dalam reaksi total kita hanya perlu menjumlahkan semua nilai ΔH yang telah diketahui. Dengan catatan kita telah mengubah reaksi kedua menjadi arah yang sebaliknya sehingga nilai ΔH juga akan berubah menjadi sebaliknya yakni menjadi negatif.
Maka total perubahan entalpi dari reaksi total tersebut adalah -16 kJ.
- Hitung nilai perubahan entalpi untuk reaksi dibawah ini jika diketahui ΔHf metanol -239 kJ/mol, ΔHf oksigen 0, ΔHf karbon dioksida -393.5 kJ/mol, dan ΔHf air -286 kJ/mol.
Untuk menyelesaikan soal tersebut sangat mudah karena telah diketahui nilai perubahan entalpi pembentukan dari setiap spesi reaksi:
- ΔHr = ΔH produk – ΔH reaktan
- ΔHr = [(2 x ΔHf CO2 ) + (4 x ΔHf H2O)] – [(2 x ΔHf CH3OH) + (3 x ΔHf O2)]
- ΔHr = [ 2(-393.5) + 4(-286)] – [ 2(-239) + 3(0)]
- ΔHr = -1932 – (-478) = -1453 kJ/mol
- Sebanyak 25.6 gram etanol dibakar dalam bom kalorimeter yang memiliki kapasitas panas sebesar 6.53 kJ/oC. Jika diketahui suhu awal dari kalorimeter adalah 24oC maka tentukan suhu akhir.
Tahap 1
Nilai ΔHr sebesar -1235 kJ tersebut adalah nilai perubahan entalpi reaksi untuk 1 mol etanol. Oleh karena itu kita harus mengetahui berapa ΔHr untuk metanol dalam reaksi tersebut. Pertama kita harus menentukan jumlah mol dari etanol dalam reaksi.
Mol etanol = massa etanol / Mr etanol = (25.6 g) / (46.07 g/mol) = 0.556 mol
Tahap 2
Setelah mengetahui jumlah mol etanol dalam reaksi, maka kita dapat menghitung nilai ΔHr untuk reaksi dengan jumlah etanol tersebut dan dapat kita tuliskan dengan kalor reaksi (qr).
qr = 0.556 mol x (-1235 kJ/mol) = -686.26 kJ
Tahap 3
Tahap selanjutnya adalah untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi dalam sistem reaksi tersebut. Kita dapat menggunakan rumus kalor umum untuk menentukan ΔT sistem. Dalam hal ini kita gunakan kalor dari kalorimeter yang dapat juga diketahui dari kalor reaksi.
- qcal = – qr = 686.26 kJ
- qcal = C ΔT
- ΔT = qcal / C
- ΔT = 686.26 / 6.53 = 105.09 oC
Tahap 4
Setelah kita mengetahui perubahan suhu dalam reaksi dan juga suhu awal reaksi, maka kita dapat mengetahui suhu akhir dari reaksi tersebut.
- ΔT = T akhir – T awal
- T akhir = ΔT + T awal
- T akhir = 105.09 + 24
- T akhir = 129 oC
Jadi suhu akhir dari reaksi pembakaran etanol tersebut adalah 129 oC
Itulah tadi artikel yang bisa kami uraikan pada semua pembaca berkenaan dengan contoh-contoh soal termokimia, rumus, tahapan, dan jawaban yang bisa diberikan. Semoga memberikan edukasi bagi kalian yang saat ini sedang membutuhkannya.
