LKS Menentukan Kalor Reaksi dengan Mengunakan Kalorimeter Klasik

Oleh: Rofa Yulia Azhar
Tanggal terbit: 1 Juli 2014

Catatan: LKS bertipe semi open

Indikator Percobaan
Setelah melakukan percobaan ini diharapkan siswa dapat:

Kognitif

1.      Menjelaskan salah satu cara yang dapat digunakan dalam menentukan ∆H reaksi

2.      Menentukan nilai tetapan kalorimeter klasik

3.      Menentukan ∆H reaksi netralisasi HCl dan NaOH dengan menggunakan kalorimeter klasik

Psikomotorik

1.      Merangkai alat percobaan kalorimeter klasik

2.      Mengaduk larutan di dalam kalorimeter klasik

3.      Mengukur suhu larutan dengan termometer

4.      Mengukur volum larutan dengan menggunakan silinder ukur

5.      Menggunakan pipet tetes

6.      Mematikan api pada pembakar spiritus

Apektif

1.      Bekerjasama dalam melaksanakan percobaan

2.      Disiplin ketika melaksanakan prosedur percobaan yang telah dibuat

3.      Jujur ketika menuliskan data pengamatan hasil percobaan

4.      Positif terhadap kegagalan dari praktikum yang telah dilakukan apabila hasil percobaan tidak sesuai harapan

Tujuan Percobaan

1.      Melakukan percobaan untuk menentukan ∆H suatu reaksi dengan metode diskusi kelompok

2.      Melakukan percobaan untuk menghitung tetapan kalorimeter klasik

Pendahuluan

Penyerapan atau pelepasan kalor dari sistem ke lingkungan atau yang dikenal sebagai reaksi endoterm dan eksoterm yang menyertai suatu reaksi dapat diukur secara eksperimen. Meskipun sudah dikenal ada beberapa macam perubahan entalpi tetapi yang akan kita hitung pada praktikum kali ini adalah perubahan entalpi pada reaksi penetralan.

Keseluruhan energi yang dimiliki oleh suatu sistem dalam keadaan tertentu disebut energi dalam (U). Energi dalam tidak dapat diukur tetapi perubahannya dapat diukur. Jika perubahan itu dilakukan pada tekanan tetap (sistem terbuka), perubahan energi dalam yang terjadi dinamakan perubahan entalpi. Reaksi kimia pada umumnya dilakukan dalam sistem terbuka. Oleh karena itu, pada setiap proses yang melibatkan perubahan volume akibat tekanan tetap, ada kerja yang menyertai proses tersebut meskipun kecil tetapi cukup berarti. Menurut Hukum Termodinamika I (Hukum Kekekalan Energi):

Keterangan:

∆U       = Perubahan energi dalam (J)	∆H       = Perubahan entalpi (J)
q          = Energi kalor (J)	P          = Tekanan (atm)
W        = Kerja (J)	V         = Volum (L)
H         = Entalpi (J)

Alat yang digunakan untuk menentukan ∆H suatu reaksi disebut kalorimeter. Kalorimeter sengaja dibuat dari bahan-bahan isolator. Sehingga wadah dapat dianggap tidak menyerap energi kalor pada saat reaksi berlangsung. Meskipun sistem diusahakan terisolasi, tetapi ada kemungkinan sistem masih dapat menyerap atau melepaskan kalor ke lingkungan, dalam hal ini lingkungannya adalah kalorimeter sendiri (wadah logam, pengaduk dan termometer/sensor suhu) menyerap kalor, sehingga tidak semua kalor yang terjadi dapat terukur. Jika kalorimeter juga terlibat dalam pertukaran kalor, maka besarnya kalor yang diserap atau dilepas oleh kalorimeter (kapasitas kalorimeter, C) harus diperhitungkan. Jumlah kalor yang dilepas atau diserap sebanding dengan massa, kalor jenis zat, dan perubahan suhu. Hubungannya adalah sebagai berikut:

q = mc∆T

Keterangan:

q          = Energi kalor yang diserap atau dilepas (J)

m         = Massa zat (g)

c          = Kalor jenis (J/g ⁰C)

∆T       = Perubahan temperatur (⁰C)

Sedangkan tetapan suatu kalorimeter dapat ditentukan dengan menggunakan rumus dibawah ini:

C = q_lepas-q_serap/∆Tq_lepas

C = m₂c(T₂-T_C)-m₁c(T_C-T₁)/T_C-T₁

Keterangan:

C = Kapasitas kalor (J/⁰C)

T₁ = Suhu air dingin (⁰C)

T₂ = Suhu air panas (⁰C)

T_C = Suhu campuran(⁰C)

Prinsip utama dalam perhitungan entalpi menggunakan Asas Black yang berbunyi kalor yang diserap akan sama dengan kalor yang dilepas selama reaksi berlangsung. Pada asas ini yang dapat dihitung adalah kalor atau panas reaksi bukan entalpi reaksi, tetapi karena proses reaksi ini dilakukan pada tekanan tetap, maka nilai kalor reaksi akan sama dengan nilai entalpinya. Dengan demikian, jika panas atau kalor reaksi dapat dihitung, maka secara otomatis nilai entalpi juga dapat ditentukan.

Sehingga kita dapat menentukan perubahan entalpi suatu reaksi dengan menggunakan persamaan:

Q_sistem           = q_{serap larutan}+ q_{serap kalorimeter}

Q_sistem           = mc∆T + C∆T

Pertanyaan Pra Lab.

1.  Mari mengingat kembali pelajaran yang telah kalian pelajari pada pertemuan sebelumnya dengan menjawab pertanyaan-pertanyaan di bawah ini: (skor 0-3)

a.       Apa yang dimaksud dengan kalor?

b.      Apa yang dimaksud dengan reaksi endoterm?

c.       Apa yang dimaksud dengan reaksi eksoterm?

2.     Percobaan kita kali ini adalah untuk menentukan kalor reaksi suatu reaksi. Jalaskanlah apa yang kamu ketahui mengenai kalor reaksi! (skor 0-1)

3.      Apa perbedaan yang terdapat pada kalorimeter klasik dan kalorimeter bom? Gambarkan kedua alat tersebut dengan dilengkapi penjelasan terhadap bagian-bagiannya! (skor 0-4)

Alat dan Bahan

Tabel 1. Daftar alat dan bahan yang diperlukan

No.	Alat/Bahan	Jumlah	No.	Alat/Bahan	Jumlah
1	Kalorimeter klasik	1 set	7	Gelas Kimia 100 mL	4 buah
2	Termometer	1 buah	8	Akuades	100 mL
3	Silinderukur 100 mL	1 buah	9	HCl 1 M	50 mL
4	Stopwatch	1 buah	10	NaOH 1 M	50 mL
5	Pembakar Spiritus	1 buah	11	Kaki tiga	1 buah
6	Kasa	1 buah

Prosedur Percobaan

1.      Penentuan tetapan kalorimeter

a.       Rangkailah alat seperti gambar di bawah ini:

Gambar 1. Rangkaian alat percobaan penentuan ∆H reaksi dengan kalorimeter klasik

b.      Tambahkanlah air ke dalam celah kalorimeter secukupnya sampai tidak ada ruang untuk udara pada kalorimeter.

c.       Masukkan 50 mL akuades dingin ke dalam kalorimeter. 

d.      Aduklah kalorimeter. Catat suhu setiap menitnya. Hentikan pencatatan suhu apabila telah didapatkan suhu yang konstan (jika suhu selama tiga menit tidak ada perubahan itu artinya suhu dapat dikatakan konstan).

e.       Suhu konstan yang telah didapatkan dinamakan T₁. Perhatikanlah cara Anda mengaduk kalorimeter, jauhkanlah tangan Anda agar tidak menyentuh logam pada kalorimeter.

f.   Selagi dilakukan pembacaan terhadap prosedur di poin e, siapkan 50 mL akuades panas yang suhunya ± 40⁰C (T₂).

g.      Tepat di menit selanjutnya setelah suhu konstan pada akuades dingin didapatkan, masukkan akuades panas ke dalam kalorimeter yang sudah berisi akuades dingin.

h.      Aduk terus kalorimeter, ukur suhunya setiap menit sampai diperoleh suhu yang konstan. Selanjutnya suhu konstan yang terukur dinamakan T_c.

2.      Penentuan perubahan entalpi penetralan

a.       Bersihkan alat kalorimeter yang yang telah ditentukan nilai tetapan kalorimeternya

b.      Masukan 50 mL HCl 1 M ke dalam kalorimeter.

c.       Aduklah kalorimeter. Catat suhu setiap menitnya. Hentikan pencatatan suhu apabila telah didapatkan suhu yang konstan (jika suhu selama tiga menit tidak ada perubahan itu artinya suhu telah konstan).

d.   Tepat di menit selanjutnya setelah suhu konstan didapatkan, tuangkanlah 50 mL NaOH 1 M ke dalam kalorimeter.

e.       Aduk terus kalorimeter, ukur suhunya setiap menit sampai diperoleh suhu yang konstan.

Analisis Data (skor 0-10)

1.      Penentuan tetapan kalorimeter

Vol. akuades panas     = ………………….

Vol. akuades dingin    = ………………….

Suhu akuades panas    = ………………….

Tabel 2. Pencatatan suhu akuades dingin

No.	Menit ke-	Suhu

Tabel 3. Pencatatan perubahan suhu akuades campuran

No.	Menit ke-	Suhu

2.      Penentuan kalor netralisasi

Vol. HCl                     = ………………….

Vol.NaOH                  = ………………….

Tabel 4. Pecatatan suhu HCl

No.	Menit ke-	Suhu

Tabel 5. Pencatatan perubahan suhu campuran HCl dan NaOH

No.	Menit ke-	Suhu

Pertanyaan Post Lab.

1.      Tentukan tetapan kalorimeter dengan langkah sebagai berikut: (skor 0-4)

a. Kalor yang diserap air dingin (q₁),

∆T₁          = T_c-T₁ = ………………………………………..

q₁          = m_{air dingin}c∆T₁ = ………………………………………..

b. Kalor yang dilepas air panas (q₂),

∆T₂          = T₂-T_c = ………………………………………..

q₂          = m_{air panas}c∆T₂ = ………………………………………..

c. Kalor yang diserap kalorimeter (q₃),

q₃ = q₂- q₁ = ………………………………………..

d. Tetapan kalorimeter (C) dihitung dari rumus

C = q₃/∆T₁ = ………………………………………..

2.      Hitung kalor reaksi dengan langkah-langkah sebagai berikut: (skor 0-4)

a.    Perubahan suhu pada reaksi pencampuran NaOH dan HCl

∆T                                             = Suhu tertinggi campuran – suhu konstan HCl

                                                  = ………………………………………..

b. Kalor yang diserap larutan (q_lar)

q_lar = mc∆T                               = ………………………………………..

b. Kalor yang diserap kalorimeter (q_k)

q_k = C∆T                                   = ………………………………………..

c. Kalor yang dihasilkan sistem (q_s)

q_s = q_lar + q_k                              = ………………………………………..

d. Kalor yang dihasilkan untuk 1 mol larutan (∆H)

100 mL larutan 1 M                  = 0,1 mol

∆H =  q_s /0,1 mol                      = ………………………………………..

3.      Berdasarkan nilai ∆H yang kalian dapatkan dari perhitungan pada soal no. 2 maka reaksi berlangsung secara eksoterm atau endoterm? Gambarkan grafik reaksinya! (skor 0-3)

4.      Bandingkan hasil penentuan ∆H dari praktikum yang kalian lakukan dengan ∆H dari daftar yang ada di buku. Apakah nilainya sama? Mengapa hal itu bisa terjadi? (skor 0-3)

Catatan

M = Molaritas = mol/L

Mol = massa zat/ massa molar (Mr)

c = kalor jenis air = 4,2 J/g⁰C (energi yang diperlukan untuk menaikan suhu 1 gram air sebesar 1⁰C)

C = kapasitas kalor = kalor yang diserap oleh wadah (dalam percobaan ini wadah yang dimaksud adalah kalorimeter)

ρ = massa jenis (g/mL)

ρ air = 1 g/mL