Praktikum Virtual Entalpi Pembakaran: Alkohol, Kalor Hilang

Praktikum virtual entalpi pembakaran ini mengikuti praktikum klasik lampu spiritus dalam kimia IB, A-level, dan sekolah menengah atas di Australia. Siswa menimbang lampu spiritus, memanaskan 100 g air dalam kaleng tembaga sampai suhunya naik sekitar 20 °C, lalu menghitung ΔcH dari q = mcΔT dan n = Δm/M. Mereka membandingkan empat alkohol dengan nilai tabel, mencari perubahan per gugus CH₂, dan menguji cara mengurangi kalor yang hilang. Setiap nilai di bawah dibaca dari simulasi.

Keterkaitan dengan kurikulum

• IB Diploma Chemistry (asesmen pertama 2025): Reactivity 1.1, mengukur perubahan entalpi dengan kalorimetri, dan Reactivity 1.3, energi dari bahan bakar.
• AQA A-level Chemistry 3.1.4.2 (kalorimetri) dan praktikum wajib 2 (required practical 2), pengukuran perubahan entalpi.
• NSW HSC Chemistry, Module 7 Organic Chemistry: penyelidikan yang membandingkan entalpi pembakaran berbagai alkohol.
• VCE Chemistry Unit 3: energi dari bahan bakar dan kalorimetri.

Simulic tidak berafiliasi dengan IB, AQA, NESA, maupun VCAA dan tidak didukung oleh mereka.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Nilai tabel entalpi pembakaran etanol adalah −1367 kJ/mol. Bagaimana nilai Anda dari lampu spiritus dan kaleng tembaga dibandingkan dengan nilai itu?"

Banyak siswa memperkirakan percobaan yang teliti akan mendekati nilai tabel.

Langkah kerja dalam simulasi

1. Biarkan Tampilan: Lampu spiritus: alkohol, Air 100 g, Jarak nyala 3,0 cm, dan Set data 1. Biarkan pelindung angin, tutup kaleng, dan hitung kalor kaleng tembaga tidak dicentang.
2. Pilih Bahan bakar: metanol. Catat m₁ dan T₁ dari tampilan bacaan, lalu tekan Nyalakan.
3. Saat ΔT mencapai sekitar 20 °C, tekan Padamkan. Tunggu pesan bahwa suhu sudah melewati puncaknya, lalu tekan Catat.
4. Ulangi langkah 2–3 untuk etanol, propan-1-ol, dan butan-1-ol, dengan urutan itu.
5. Untuk setiap percobaan, hitung q = 100 × 4,18 × ΔT (J), n = Δm/M, dan ΔcH = −q/n. Lalu bandingkan dengan tabel.
6. Uji perbaikan: pilih etanol, centang pelindung angin, dan lakukan satu percobaan lagi. Pakai tabel Anda sendiri: simulasi memasukkan percobaan ini ke rata-rata etanol.

Percobaan	Alkohol	M (g/mol)	m₁ (g)	m₂ (g)	T₁ (°C)	T₂ (°C)	ΔcH (kJ/mol)
1	metanol	32,04
2	etanol	46,07
3	propan-1-ol	60,10
4	butan-1-ol	74,12
5	etanol + pelindung angin	46,07

Hasil yang diharapkan

Pada set data 1, m₁ dan T₁ tetap untuk setiap percobaan; Δm dan ΔT bergantung pada kapan Anda memadamkan nyala.

Percobaan	Alkohol	Δm (g)	ΔT (°C)	ΔcH (kJ/mol)	Nilai tabel	%
1	metanol	0,87	20,3	−312	−726	43
2	etanol	0,63	20,0	−611	−1367	45
3	propan-1-ol	0,53	20,6	−976	−2021	48
4	butan-1-ol	0,55	20,5	−1155	−2676	43

• Contoh perhitungan, etanol: q = 100 × 4,18 × 20,0 = 8360 J = 8,36 kJ; n = 0,63 / 46,07 = 0,0137 mol; ΔcH = −8,36 / 0,0137 = −611 kJ/mol.
• Tren: sekitar −281 kJ/mol per CH₂ dari metanol ke butan-1-ol (kurva cocok simulasi: −289), kurang dari setengah nilai tabel −654.
• Pada set data 1–12, percobaan dengan model simulasi memberi etanol −501 sampai −692 kJ/mol (38–50%).
• Perbaikan (etanol): pelindung angin memberi 63% (percobaan 5); pelindung angin dan tutup memberi 61%. Mencentang hitung kalor kaleng tembaga menambah sekitar 5%.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Bagaimana ΔcH etanol Anda dibandingkan dengan nilai tabel?
2. Mana yang merupakan variabel kontrol saat Anda membandingkan keempat alkohol?
3. Berapa ΔcH etanol dari percobaan Anda?
4. Berapa perubahan ΔcH per gugus CH₂, dari metanol ke butan-1-ol?
5. Mengapa nilai Anda jauh lebih kecil daripada nilai tabel, dan apa yang memperbaikinya?

Jawaban untuk guru: (1) Jauh kurang negatif, sekitar setengahnya (45% pada percobaan 2). (2) Massa air dan jarak nyala. (3) Terima −720 sampai −480 kJ/mol (−611 pada set data 1). (4) Terima −350 sampai −200 kJ/mol per CH₂ (−281 pada set data 1). (5) Kalor lepas ke udara dan kaleng; sebagian bahan bakar terbakar tidak sempurna. Pelindung angin menaikkan etanol dari 45% menjadi 63% (percobaan 5).

Miskonsepsi umum

• "ΔcH positif karena airnya makin panas." Kalor keluar dari reaksi, jadi ΔcH negatif.
• "Butan-1-ol memanaskan air lebih banyak, jadi melepaskan energi lebih banyak." Setiap percobaan dihentikan pada ΔT ≈ 20 °C; yang berubah hanya massa yang diperlukan: 0,87 g metanol, 0,55 g butan-1-ol.
• "Makin dekat kalengnya, makin baik." Dalam percobaan model kami, etanol mencapai sekitar 51% pada 2,0 cm, tetapi 45% pada 1,0 cm, dengan lebih banyak jelaga.

Pengayaan

• Jarak nyala: dalam percobaan model kami, etanol turun menjadi sekitar 32% pada 5,0 cm dan 19% pada 8,0 cm.

Pertanyaan umum

Bisakah siswa menghitung ΔcH sendiri tanpa dihitungkan simulasi?

Bisa. Pada nilai awal tautan kelas, centang Siswa menghitung (sembunyikan hasil). Tabel lalu hanya menampilkan massa dan suhu, dan tampilan bacaan menyembunyikan rata-rata, meskipun grafik ΔcH tetap memplot setiap hasil.

Mengapa siswa saya mendapat angka yang sedikit berbeda?

Nilai awal dan efisiensi setiap percobaan berasal dari Set data (mengulang pengukuran yang sama) dan nomor percobaan. Rentang untuk pertanyaan 3 dan 4 berlaku untuk set data 1–12 dan urutan percobaan apa pun.

Bagaimana jika siswa mencatat sebelum puncak?

Simulasi memperingatkan bahwa T₂ mungkin terlalu rendah. Minta mereka mengulang percobaan: mencatat terlalu awal membuat ΔcH kurang negatif.

Simulasi dan panduan terkait

Kalorimetri – entalpi penetralan HCl + NaOH Entalpi ikatan – menghitung ΔH reaksi

Untuk kalorimetri dalam larutan, lihat praktikum virtual kalorimetri. Untuk perubahan entalpi yang ditentukan secara tidak langsung, lihat praktikum virtual hukum Hess.