Kimia notesnota, bab 3
Konsep Mol, Formula dan Persamaan Kimia
Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), pageshalaman 42–77
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh mentakrifkan jisim atom relatif dan jisim molekul relatif berdasarkan skala karbon-12 (3.1.1)
- Saya boleh menghitung jisim molekul relatif dan jisim formula relatif (3.1.2)
- Saya boleh mentakrifkan mol dan pemalar Avogadro, serta menghubung kait bilangan zarah dengan bilangan mol (3.2.1, 3.2.2)
- Saya boleh menyatakan maksud jisim molar dan menghubung kait jisim molar, jisim dan bilangan mol (3.2.3, 3.2.4)
- Saya boleh menyatakan maksud isi padu molar dan menghubung kait isi padu molar, isi padu gas dan bilangan mol (3.2.5, 3.2.6)
- Saya boleh menyelesaikan masalah numerikal yang melibatkan bilangan zarah, bilangan mol, jisim dan isi padu gas (3.2.7)
- Saya boleh menyatakan maksud formula kimia, formula empirik dan formula molekul (3.3.1)
- Saya boleh menentukan formula empirik magnesium oksida dan kuprum(II) oksida melalui aktiviti (3.3.2, 3.3.3)
- Saya boleh menyelesaikan masalah numerikal formula empirik dan formula molekul (3.3.4)
- Saya boleh membina formula kimia dan menamakan sebatian ion dan sebatian molekul ringkas (3.3.5)
- Saya boleh menulis persamaan kimia yang seimbang dan mentafsirnya secara kualitatif dan kuantitatif (3.4.1, 3.4.2)
- Saya boleh menyelesaikan masalah numerikal stoikiometri (3.4.3)
3.1Jisim atom relatif dan jisim molekul relatif
Atom terlalu kecil untuk dikira atau ditimbang satu per satu. Ahli kimia membandingkan jisim sesuatu atom dengan atom piawai, jadi jisim sebenar atom tidak perlu diketahui. Pada tahun 1961, ahli kimia seluruh dunia bersetuju menjadikan atom karbon-12 sebagai atom piawai, dengan jisim tepat 12 unit.
Jisim atom relatif (JAR) sesuatu unsur ialah jisim purata satu atom unsur itu berbanding dengan 1⁄12 kali jisim satu atom karbon-12.
Jisim molekul relatif (JMR) sesuatu molekul ialah jisim purata molekul itu berbanding dengan 1⁄12 kali jisim satu atom karbon-12.
JAR helium ialah 4. Maksudnya, jisim purata satu atom helium ialah 4 kali 1⁄12 jisim satu atom karbon-12. JMR air ialah 18, jadi satu molekul air 18 kali lebih besar daripada 1⁄12 jisim satu atom karbon-12. Jisim relatif ialah nilai perbandingan, jadi tiada unit. Nilai JAR diambil daripada Jadual Data Unsur (m.s. 276).
Menghitung jisim relatif
- JMR (bahan molekul) = jumlah JAR semua atom dalam molekul itu.
- Jisim formula relatif (JFR) (bahan ion) = jumlah JAR semua atom yang ditunjukkan oleh formula bahan itu.
Contoh
JMR glukosa, C6H12O6 [H = 1, C = 12, O = 16]
= 6(12) + 12(1) + 6(16) = 72 + 12 + 96 = 180
= 6(12) + 12(1) + 6(16) = 72 + 12 + 96 = 180
Contoh
JFR aluminium sulfat, Al2(SO4)3 [O = 16, Al = 27, S = 32]
= 2(27) + 3[32 + 4(16)] = 54 + 3(96) = 342
= 2(27) + 3[32 + 4(16)] = 54 + 3(96) = 342
Apabila kurungan mempunyai subskrip, darabkan semua atom di dalam kurungan dengan nombor itu. Mg(NO3)2 mempunyai 1 Mg, 2 N dan 6 O.
Hitungkan JMR asid sulfurik, H2SO4 [H = 1, S = 32, O = 16].
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
2(1) + 32 + 4(16) = 2 + 32 + 64 = 98
3.2Konsep mol
Dalam kehidupan harian, kita menggunakan unit pasang (2 objek) dan dozen (12 objek). Dalam kimia, unit mol digunakan untuk mengukur kuantiti bahan.
Mol ialah unit SI bagi kuantiti sesuatu bahan. Satu mol bahan mengandungi 6.02 × 1023 zarah. Nombor ini ialah pemalar Avogadro, NA = 6.02 × 1023 mol−1, iaitu bilangan zarah yang terkandung dalam satu mol bahan.
Jenis zarah bergantung kepada jenis bahan.
| Jenis bahan | Zarah dalam 1 mol | Contoh |
|---|---|---|
| Bahan atom | atom | 1 mol kuprum, Cu = 6.02 × 1023 atom Cu |
| Bahan molekul | molekul | 1 mol air, H2O = 6.02 × 1023 molekul H2O |
| Bahan ion | unit formula | 1 mol natrium klorida, NaCl = 6.02 × 1023 unit NaCl |
Tiga faktor penukaran
| Hubungan | Faktor penukaran | Rumus |
|---|---|---|
| Bilangan mol dan bilangan zarah | Pemalar Avogadro, NA | n = bilangan zarah ÷ NA |
| Bilangan mol dan jisim | Jisim molar (g mol−1) | n = jisim ÷ jisim molar |
| Bilangan mol dan isi padu gas | Isi padu molar | n = isi padu gas ÷ isi padu molar |
Jisim molar ialah jisim satu mol bahan. Unitnya g mol−1. Nilainya sama dengan JAR (bahan atom), JMR (bahan molekul) atau JFR (bahan ion). Contoh: JAR karbon = 12, jadi jisim molar karbon = 12 g mol−1.
Isi padu molar ialah isi padu yang ditempati oleh 1 mol gas: 22.4 dm3 mol−1 pada STP (suhu 0 °C, tekanan 1 atm) dan 24 dm3 mol−1 pada keadaan bilik (25 °C, 1 atm).
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), Rajah 3.9, m.s. 56.
Contoh: bilangan zarah
2 mol gas oksigen, O2. Bilangan molekul = 2 × 6.02 × 1023 = 1.204 × 1024. Setiap molekul O2 ada 2 atom O, jadi bilangan atom O = 1.204 × 1024 × 2 = 2.408 × 1024.
Contoh: isi padu daripada jisim
Isi padu 26.4 g karbon dioksida, CO2, pada keadaan bilik [C = 12, O = 16]
Jisim molar = 12 + 2(16) = 44 g mol−1
n = 26.4 ÷ 44 = 0.6 mol
Isi padu = 0.6 × 24 = 14.4 dm3
Jisim molar = 12 + 2(16) = 44 g mol−1
n = 26.4 ÷ 44 = 0.6 mol
Isi padu = 0.6 × 24 = 14.4 dm3
Contoh: bilangan zarah daripada isi padu
Bilangan molekul dalam 672 cm3 gas hidrogen, H2, pada STP
n = 672 ÷ (22.4 × 1000) = 0.03 mol
Bilangan molekul = 0.03 × 6.02 × 1023 = 1.806 × 1022
n = 672 ÷ (22.4 × 1000) = 0.03 mol
Bilangan molekul = 0.03 × 6.02 × 1023 = 1.806 × 1022
Contoh: isi padu dalam cm3
Isi padu 0.01 mol ammonia, NH3, pada keadaan bilik = 0.01 × 24 = 0.24 dm3 = 0.24 × 1000 = 240 cm3
Terlupa menukar unit isi padu: 1 dm3 = 1000 cm3. Isi padu molar hanya digunakan untuk gas, bukan pepejal atau cecair. Perhatikan juga sama ada soalan meminta bilangan molekul atau bilangan atom.
Sentiasa melalui bilangan mol: jisim → bilangan mol → isi padu, bukan jisim terus kepada isi padu. Tentukan jisim molar dahulu.
Berapakah bilangan mol dalam 4.7 g kalium oksida, K2O [K = 39, O = 16]?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
JFR = 2(39) + 16 = 94; n = 4.7 ÷ 94 = 0.05 mol
Hitungkan isi padu 0.6 mol gas klorin, Cl2, pada STP.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
0.6 × 22.4 = 13.44 dm3
3.3Formula kimia
Formula kimia ialah perwakilan sesuatu bahan kimia menggunakan huruf untuk mewakili atom dan nombor subskrip untuk menunjukkan bilangan setiap jenis atom dalam entiti asas bahan itu. Nombor subskrip 1 tidak ditulis.
Contoh: Mg (atom magnesium sahaja), O2 (molekul dengan dua atom oksigen), H2O (dua atom hidrogen bergabung dengan satu atom oksigen), Al2O3 (dua atom aluminium bergabung dengan tiga atom oksigen).
Formula empirik dan formula molekul
| Formula | Menunjukkan | Glukosa |
|---|---|---|
| Formula empirik | nisbah paling ringkas bilangan atom setiap jenis unsur dalam sebatian | CH2O (nisbah C : H : O = 1 : 2 : 1) |
| Formula molekul | bilangan sebenar atom setiap jenis unsur dalam satu molekul sebatian | C6H12O6 |
| Bahan | Formula molekul | Formula empirik | n |
|---|---|---|---|
| Air | H2O | H2O | 1 |
| Hidrazin | N2H4 | NH2 | 2 |
| Propena | C3H6 | CH2 | 3 |
| Benzena | C6H6 | CH | 6 |
Formula molekul = (formula empirik)n, dengan n ialah integer positif. Untuk menentukan formula molekul, formula empirik mesti diketahui dahulu.
Menentukan formula empirik
- Tulis jisim (atau peratus jisim) setiap unsur.
- Bahagikan dengan JAR untuk mendapat bilangan mol atom.
- Bahagikan semua nilai dengan nilai yang terkecil untuk mendapat nisbah mol atom.
- Jika perlu, darabkan dengan 2 atau 3 untuk mendapat nisbah integer yang paling ringkas.
Contoh
1.35 g aluminium berpadu dengan 1.2 g oksigen [O = 16, Al = 27]
Bilangan mol atom: Al 1.35 ÷ 27 = 0.05; O 1.2 ÷ 16 = 0.075
Nisbah: 1 : 1.5 → ×2 → 2 : 3. Formula empirik = Al2O3
Bilangan mol atom: Al 1.35 ÷ 27 = 0.05; O 1.2 ÷ 16 = 0.075
Nisbah: 1 : 1.5 → ×2 → 2 : 3. Formula empirik = Al2O3
Contoh: daripada peratus
Sebatian yang memberikan bau pisang ranum: 64.62% C, 10.77% H, 24.61% O [H = 1, C = 12, O = 16]
Mol atom (dalam 100 g): C 64.62 ÷ 12 = 5.385; H 10.77 ÷ 1 = 10.77; O 24.61 ÷ 16 = 1.538
Bahagi dengan 1.538: C 3.5; H 7; O 1 → ×2 → 7 : 14 : 2. Formula empirik = C7H14O2
Mol atom (dalam 100 g): C 64.62 ÷ 12 = 5.385; H 10.77 ÷ 1 = 10.77; O 24.61 ÷ 16 = 1.538
Bahagi dengan 1.538: C 3.5; H 7; O 1 → ×2 → 7 : 14 : 2. Formula empirik = C7H14O2
Menentukan formula empirik secara eksperimen
| Oksida | Kaedah | Sebab |
|---|---|---|
| Magnesium oksida (Aktiviti 3.12) | Panaskan pita magnesium yang digosok bersih dalam mangkuk pijar bertutup; timbang, panaskan dan timbang semula sehingga jisim tetap. Jisim oksigen = jisim magnesium oksida − jisim magnesium | Magnesium ialah logam reaktif dan terbakar dalam udara |
| Kuprum(II) oksida (Aktiviti 3.13) | Panaskan kuprum(II) oksida dalam aliran gas hidrogen sehingga serbuk hitam menjadi perang. Jisim oksigen = jisim kuprum(II) oksida − jisim kuprum | Kuprum kurang reaktif terhadap oksigen, jadi hidrogen menyingkirkan oksigen daripada oksida |
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), Rajah 3.12 m.s. 62 dan Rajah 3.13 m.s. 63.
Panaskan, sejukkan dan timbang berulang kali sehingga jisim tetap supaya tindak balas lengkap. Dalam Aktiviti 3.12, penutup dibuka sedikit sekali-sekala untuk membolehkan oksigen masuk. Dalam Aktiviti 3.13, gas hidrogen dibiarkan mengalir 10 saat sebelum pemanasan (menyingkirkan udara) dan terus mengalir sehingga salur kaca sejuk (mengelakkan kuprum panas teroksida semula).
Menentukan formula molekul
Contoh
Formula empirik CH2, JMR = 56 [H = 1, C = 12]
Formula molekul = (CH2)n; JMR = n[12 + 2(1)] = 14n
14n = 56, n = 4. Formula molekul = C4H8
Formula molekul = (CH2)n; JMR = n[12 + 2(1)] = 14n
14n = 56, n = 4. Formula molekul = C4H8
Contoh: jisim atom relatif
1.2 g unsur Y bertindak balas dengan bromin menghasilkan 6 g sebatian dengan formula empirik YBr2 [Br = 80]
Jisim bromin = 6 − 1.2 = 4.8 g; mol Br = 4.8 ÷ 80 = 0.06
Nisbah Y : Br = 1 : 2, jadi mol Y = 0.03
JAR Y = 1.2 ÷ 0.03 = 40
Jisim bromin = 6 − 1.2 = 4.8 g; mol Br = 4.8 ÷ 80 = 0.06
Nisbah Y : Br = 1 : 2, jadi mol Y = 0.03
JAR Y = 1.2 ÷ 0.03 = 40
Formula sebatian ion dan penamaan
Sebatian ion terdiri daripada kation (ion positif) dan anion (ion negatif). Gunakan kaedah silang: tukar silang cas kation dan anion untuk mendapat bilangan ion, kemudian semak bahawa jumlah cas ialah sifar. Cas ion tidak ditulis pada formula.
| Kation | Formula | Anion | Formula |
|---|---|---|---|
| Ion natrium | Na+ | Ion oksida | O2− |
| Ion kalium | K+ | Ion klorida | Cl− |
| Ion magnesium | Mg2+ | Ion hidroksida | OH− |
| Ion kalsium | Ca2+ | Ion karbonat | CO32− |
| Ion aluminium | Al3+ | Ion nitrat | NO3− |
| Ion zink | Zn2+ | Ion sulfat | SO42− |
| Ion ferum(II) / ferum(III) | Fe2+ / Fe3+ | Ion fosfat | PO43− |
| Ion kuprum(II) | Cu2+ | Ion ammonium (kation) | NH4+ |
Contoh
Zink klorida: Zn2+ dan Cl−. Tukar silang cas: 1 Zn2+ : 2 Cl−. Formula = ZnCl2. Semak: 1 × (+2) + 2 × (−1) = 0.
Aluminium oksida: Al3+ dan O2− → 2 Al : 3 O → Al2O3.
Aluminium oksida: Al3+ dan O2− → 2 Al : 3 O → Al2O3.
Menamakan sebatian
- Sebatian ion: nama kation ditulis dahulu, kemudian nama anion (natrium klorida). Logam yang membentuk lebih daripada satu ion menggunakan nombor Roman: Fe2+ ialah ferum(II), Fe3+ ialah ferum(III). Fe2O3 ialah ferum(III) oksida.
- Sebatian molekul ringkas: unsur yang lebih elektropositif dinamakan dahulu dan namanya dikekalkan; nama unsur kedua berakhir dengan ‘ida’. Awalan Yunani menunjukkan bilangan atom: mono (1), di (2), tri (3), tetra (4), pent (5), heks (6), hept (7). CO ialah karbon monoksida; SO3 ialah sulfur trioksida.
Nombor Roman dan awalan Yunani tidak sama. Nombor Roman ada pada sebatian ion untuk cas logam; awalan Yunani ada pada sebatian molekul untuk bilangan atom.
Sebatian hidrokarbon mempunyai formula empirik CH2 dan jisim molar 42 g mol−1. Apakah formula molekulnya [C = 12, H = 1]?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Jisim CH2 = 14; n = 42 ÷ 14 = 3; formula molekul = C3H6
Tulis formula kimia kalsium nitrat dan namakan N2O3.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Ca2+ dan NO3− → Ca(NO3)2. N2O3 ialah dinitrogen trioksida.
3.4Persamaan kimia
Bahan tindak balas ditulis di sebelah kiri, hasil tindak balas di sebelah kanan, dan anak panah bermaksud ‘menghasilkan’. Simbol keadaan fizik: pepejal (p), cecair (ce), gas (g) dan larutan akueus (ak). Huruf Yunani Δ di atas anak panah bermaksud pemanasan diperlukan.
Menulis dan mengimbangkan persamaan
- Tulis persamaan perkataan.
- Tulis formula kimia setiap bahan tindak balas dan hasil tindak balas.
- Semak sama ada persamaan seimbang.
- Imbangkan dengan menyelaraskan pekali di hadapan formula, jangan ubah subskrip.
- Tulis simbol keadaan fizik.
Contoh
Hidrogen + oksigen → air
H2 + O2 → H2O (tidak seimbang: 2 atom O di kiri, 1 di kanan)
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(ce)
H2 + O2 → H2O (tidak seimbang: 2 atom O di kiri, 1 di kanan)
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(ce)
Persamaan mesti seimbang kerana hukum keabadian jisim: jirim tidak boleh dicipta atau dimusnahkan, jadi bilangan atom setiap unsur pada kedua-dua belah mesti sama.
Mentafsir persamaan
Secara kualitatif, persamaan menunjukkan bahan tindak balas, hasil tindak balas dan keadaan fizik. Secara kuantitatif, pekali menunjukkan nisbah entiti asas atau nisbah bilangan mol. Stoikiometri ialah kajian kuantitatif komposisi bahan yang terlibat dalam tindak balas kimia.
Contoh
2Na(p) + Cl2(g) → 2NaCl(p)
Kualitatif: logam natrium dan gas klorin menghasilkan pepejal natrium klorida.
Kuantitatif: 2 atom Na : 1 molekul Cl2 : 2 unit NaCl, atau 2 mol : 1 mol : 2 mol.
Kualitatif: logam natrium dan gas klorin menghasilkan pepejal natrium klorida.
Kuantitatif: 2 atom Na : 1 molekul Cl2 : 2 unit NaCl, atau 2 mol : 1 mol : 2 mol.
Masalah stoikiometri
| Langkah | Tindakan |
|---|---|
| 1 | Tulis persamaan yang seimbang |
| 2 | Tukarkan kuantiti yang diberi kepada bilangan mol |
| 3 | Gunakan nisbah mol untuk mendapat bilangan mol bahan yang dikehendaki |
| 4 | Tukarkan bilangan mol kepada kuantiti yang ditanya (jisim, isi padu atau bilangan zarah) |
Contoh
4Al(p) + 3O2(g) → 2Al2O3(p). Jisim Al2O3 daripada 5.4 g Al [O = 16, Al = 27]
n(Al) = 5.4 ÷ 27 = 0.2 mol
Nisbah Al : Al2O3 = 4 : 2, jadi n(Al2O3) = 0.1 mol
Jisim = 0.1 × [2(27) + 3(16)] = 0.1 × 102 = 10.2 g
n(Al) = 5.4 ÷ 27 = 0.2 mol
Nisbah Al : Al2O3 = 4 : 2, jadi n(Al2O3) = 0.1 mol
Jisim = 0.1 × [2(27) + 3(16)] = 0.1 × 102 = 10.2 g
Contoh: isi padu gas
2H2O2(ce) → 2H2O(ce) + O2(g). Isi padu O2 pada STP daripada 30.6 g H2O2 [H = 1, O = 16]
Jisim molar H2O2 = 34 g mol−1; n = 30.6 ÷ 34 = 0.9 mol
Nisbah 2 : 1, jadi n(O2) = 0.45 mol
Isi padu = 0.45 × 22.4 = 10.08 dm3
Jisim molar H2O2 = 34 g mol−1; n = 30.6 ÷ 34 = 0.9 mol
Nisbah 2 : 1, jadi n(O2) = 0.45 mol
Isi padu = 0.45 × 22.4 = 10.08 dm3
Nisbah dalam pekali ialah nisbah mol (atau zarah), bukan nisbah jisim. Satu lagi kesilapan ialah mengubah subskrip dalam formula untuk mengimbangkan persamaan; hanya pekali boleh diubah.
Zn(p) + 2HCl(ak) → ZnCl2(ak) + H2(g). Berapakah jisim zink yang menghasilkan 0.5 mol H2 [Zn = 65]?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Nisbah 1 : 1, jadi 0.5 mol Zn; jisim = 0.5 × 65 = 32.5 g
Imbangkan: C3H8(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(ce).
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(ce)