Softcopy of CHEMISTRY-F5.pdf

Teacher's Editions

FORM

5 Bil al ingu

Teacher’s Editions

Nilam Publication Sdn. Bhd. (919810-T)

Tingkat 1, No. 35, Jalan 5/10B, Spring Crest Industrial Park 68100 Batu Caves, Selangor, Malaysia. Tel: 03 - 6178 0132 • Fax: 03 - 6185 2402 www.nilampublication.com • [email protected] All right reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrival system, or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without the prior permission from Nilam Publication Sdn. Bhd. © Nilam Publication Sdn. Bhd. (919810-T), 2014 Printed by Pramaju Sdn. Bhd. No. 35, Jalan 5/10B Spring Crest Industrial Park 68100 Batu Caves Selangor Darul Ehsan

With Compliment

From Nilam Publication Sdn. Bhd. CHONG: 013-311 1713 (WM) ALVIN GOH: 012-392 7921 (EM)

CONTENTS

KANDUNGAN Exercise for Common Chemical Equations in SPM Chemistry Syllabus Latihan untuk Persamaan Kimia Biasa dalam Sukatan Pelajaran Kimia SPM

1

Rate of Reaction

2

Carbon Compounds

3

Redox Reactions

4

Termochemistry

5

Chemical for Consumers

000_Content_ChemF5 2013.indd 1

Kadar Tindak Balas

Sebatian Karbon

Tindak Balas Redoks

Termokimia

Bahan Kimia untuk Pengguna

1

9

41

96

137

164

07/11/2013 1:52 AM

1

001-008_B0_ChemF5 2013(4pf).indd 1

1

CH3COOH

HCl

H2SO4

HNO3

Acid Asid

Acid Asid

2Al + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2 Zn + 2H+ Æ Zn2+ + H2 Pb + 2H+ Æ Pb2+ + H2 Mg + 2H+ Æ Mg2+ + H2 2Al + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2 Zn + 2H+ Æ Zn2+ + H2 Mg + 2H+ Æ Mg2+ + H2 2Al + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2

2Al + 6HNO3 Æ 2Al(NO3)3 + 3H2 Zn + 2HNO3 Æ Zn(NO3)2 + H2 Pb + 2HNO3 Æ Pb(NO3)2 + H2 Mg + H2SO4 Æ MgSO4 + H2 2Al + 3H2SO4 Æ Al2(SO4)3 + 3H2 Zn + H2SO4 Æ ZnSO4 + H2 Mg + 2HCl Æ MgCl2 + H2 2Al + 6HCl Æ 2AlCl3 + 3H2

Al Zn Pb Mg Al Zn Mg

Zn + 2H+ Æ Zn2+ + H2 Mg + 2H+ Æ Mg2+ + H2 2Al + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2 Zn + 2H+ Æ Zn2+ + H2 Pb + 2H+ Æ Pb2+ + H2

Zn + 2HCl Æ ZnCl2 + H2 Mg + 2CH3COOH Æ (CH3COO)2Mg + H2 2Al + 6CH3COOH Æ 2(CH3COO)3Al + 3H2 Zn + 2CH3COOH Æ (CH3COO)2Zn + H2 Pb + 2CH3COOH Æ (CH3COO)2Pb + H2

Zn Mg Al Zn Pb

Al

Mg + 2H+ Æ Mg2+ + H2

Acid Asid

Mg + 2HNO3 Æ Mg(NO3)2 + H2

Balanced chemical equation Persamaan kimia seimbang

Acid Asid

Metal Logam

Preparation of salt Penyediaan garam

Mg

Metal Logam

Metal Logam

Wooden splinter Kayu uji

Acid and base Asid dan bes

Chemical Properties of Acid / Sifat Kimia Asid (a) Metal + Acid Æ Salt + Hydrogen: / Logam + Asid Æ Garam + Hidrogen: Application: / Digunakan dalam:

Exercises for Common Chemical Equations in SPM Chemistry Syllabus Latihan untuk Persamaan Kimia Biasa dalam Sukatan Pelajaran Kimia SPM

Ionic equation Persamaan ion

Metal Logam

Rate of reaction Kadar tindak balas

Persamaan Kimia Sukatan Pelajaran Kimia SPM Chemical Equations in SPM Chemistry Syllabus

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:23 AM



(b)

© Nilam Publication Sdn Bhd

001-008_B0_ChemF5 2013(4pf).indd 2

HNO3

Acid Asid

Metal Logam

CO32– + 2H+ Æ H2O + CO2 CaCO3 + 2H+ Æ Ca2+ + H2O + CO2 MgCO3 + 2H+ Æ Mg2+ + H2O + CO2 Al2(CO3)3 + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2O + 3CO2 ZnCO3 + 2H+ Æ Zn2+ + H2O + CO2 FeCO3 + 2H+ Æ Fe2+ + H2O + CO2 PbCO3 + 2H+ Æ Pb2+ + H2O + CO2 CuCO3 + 2H+ Æ Cu2+ + H2O + CO2

Na2CO3 + 2HNO3 Æ 2NaNO3 + H2O + CO2 CaCO3 + 2HNO3 Æ Ca(NO3)2 + H2O + CO2 MgCO3 + 2HNO3 Æ Mg(NO3)2 + H2O + CO2 Al2(CO3)3 + 6HNO3 Æ 2Al(NO3)3 + 3H2O + 3CO2 ZnCO3 + 2HNO3 Æ Zn(NO3)2 + H2O + CO2 FeCO3 + 2HNO3 Æ Fe(NO3)2 + H2O + CO2 PbCO3 + 2HNO3 Æ Pb(NO3)2 + H2O + CO2 CuCO3 + 2HNO3 Æ Cu(NO3)2 + H2O + CO2

Na2CO3 CaCO3 MgCO3

ZnCO3 FeCO3 PbCO3 CuCO3

Al2(CO3)3

CO32– + 2H+ Æ H2O + CO2

Ionic equation / Persamaan ion

Acid Asid

Rate of reaction / Kadar tindak balas

K2CO3 + 2HNO3 Æ 2KNO3 + H2O + CO2

Balanced chemical equation / Persamaan kimia seimbang

Acid Asid

Metal carbonate Logam karbonat

Preparation and qualitative analysis of salt Penyediaan dan analisis kualitatif garam

K2CO3

Metal carbonate Logam karbonat

Lime water Air kapur

Metal carbonate + acid Logam karbonat + asid

Chemical properties of acid Sifat kimia asid

Metal Carbonate + Acid Æ Salt + Carbon dioxide + Water Logam karbonat + Asid Æ Garam + Karbon dioksida + Air Application: Digunakan dalam:

MODULE • Chemistry Form 5

2

07/11/2013 12:23 AM

001-008_B0_ChemF5 2013(4pf).indd 3

HCl

H2SO4

Acid Asid

3

FeCO3 + 2H+ Æ Fe2+ + H2O + CO2 CuCO3 + 2H+ Æ Cu2+ + H2O + CO2 Ag2CO3 + 2H+ Æ 2Ag+ + H2O + CO2 CO32– + 2H+ Æ H2O + CO2 CO32– + 2H+ Æ H2O + CO2 CaCO3 + 2H+ Æ Ca2+ + H2O + CO2 MgCO3 + 2H+ Æ Mg2+ + H2O + CO2 Al2(CO3)3 + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2O + 3CO2 ZnCO3 + 2H+ Æ Zn2+ + H2O + CO2 FeCO3 + 2H+ Æ Fe2+ + H2O + CO2 CuCO3 + 2H+ Æ Cu2+ + H2O + CO2

FeCO3 + H2SO4 Æ FeSO4 + H2O + CO2 CuCO3 + H2SO4 Æ CuSO4 + H2O + CO2 Ag2CO3 + H2SO4 Æ Ag2SO4 + H2O + CO2 K2CO3 + 2HCl Æ 2KCl + H2O + CO2 Na2CO3 + 2HCl Æ 2NaCl + H2O + CO2 CaCO3 + 2HCl Æ CaCl2 + H2O + CO2 MgCO3 + 2HCl Æ MgCl2 + H2O + CO2 Al2(CO3)3 + 6HCl Æ 2AlCl3 + 3H2O + 3CO2 ZnCO3 + 2HCl Æ ZnCl2 + H2O + CO2 FeCO3 + 2HCl Æ FeCl2 + H2O + CO2 CuCO3 + 2HCl Æ CuCl2 + H2O + CO2

FeCO3 CuCO3 Ag2CO3 K2CO3 Na2CO3 CaCO3 MgCO3

ZnCO3 FeCO3 CuCO3 Ag2CO3

Al2(CO3)3

–

ZnCO3 + 2H+ Æ Zn2+ + H2O + CO2

ZnCO3 + H2SO4 Æ ZnSO4 + H2O + CO2

ZnCO3

–

Al2(CO3)3 + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2O + 3CO2

Al2(CO3)3 + 3H2SO4 Æ Al2(SO4)3 + 3H2O + 3CO2

Al2(CO3)3

MgCO3

MgCO3 + 2H+ Æ Mg2+ + H2O + CO2

—

MgCO3 + 2H2SO4 Æ MgSO4 + H2O + CO2

—

CO32– + 2H+ Æ H2O + CO2

Na2CO3 + H2SO4 Æ Na2SO4 + H2O + CO2

Na2CO3 CaCO3

CO32– + 2H+ Æ H2O + CO2

Ionic equation / Persamaan ion

K2CO3 + H2SO4 Æ K2SO4 + H2O + CO2

Balanced chemical equation / Persamaan kimia seimbang

K2CO3

Metal carbonate Logam karbonat

Persamaan Kimia Sukatan Pelajaran Kimia SPM Chemical Equations in SPM Chemistry Syllabus

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:23 AM



(c)

HNO3

Acid / Asid

H+ + OH– Æ H2O H+ + OH– Æ H2O CaO + 2H+ Æ Ca2+ + H2O MgO + 2H+ Æ Mg2+ + H2O Al2O3 + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2O ZnO + 2H+ Æ Zn2+ + H2O FeO + 2H+ Æ Fe2+ + H2O PbO + 2H+ Æ Pb2+ + H2O CuO + 2H+ Æ Cu2+ + H2O

NaOH + HNO3 Æ NaNO3 + H2O CaO + 2HNO3 Æ Ca(NO3)2 + H2O MgO + 2HNO3 Æ Mg(NO3)2 + H2O Al2O3 + 6HNO3 Æ 2Al2(NO3)3 + 3H2O ZnO + 2HNO3 Æ Zn(NO3)2 + H2O FeO + 2HNO3 Æ Fe(NO3)2 + H2O PbO + 2HNO3 Æ Pb(NO3)2 + H2O CuO + 2HNO3 Æ Cu(NO3)2 + H2O

NaOH CaO MgO Al2O3 ZnO FeO PbO CuO

Ionic equation / Persamaan ion

Polystyrene cup Cawan polisterina

Acid + alkali Asid + alkali

Rate of reaction / Kadar tindak balas

KOH + HNO3 Æ KNO3 + H2O

Balanced chemical equation / Persamaan kimia seimbang

Acid Asid

Metal oxide Logam oksida

Preparation of salt / Penyediaan garam

KOH

Base / Bes

Alkali Alkali

Acid Asid

Acid and base / Asid dan bes

43 42 41 40 39 38 37 36

001-008_B0_ChemF5 2013(4pf).indd 4 35

© Nilam Publication Sdn Bhd 34

Acid + Base Æ Salt + Water: Asid + Bes Æ Garam + Air: Application: Digunakan dalam:

MODULE • Chemistry Form 5

4

07/11/2013 12:23 AM

001-008_B0_ChemF5 2013(4pf).indd 5

HCl

H2SO4

Acid / Asid

5

FeO + H2SO4 Æ FeSO4 + H2O CuO + H2SO4 Æ CuSO4 + H2O KOH + HCl Æ KCl + H2O NaOH + HCl Æ NaCl + H2O CaO + 2HCl Æ CaCl2 + H2O MgO + 2HCl Æ MgCl2 + H2O

FeO CuO KOH NaOH CaO MgO

CuO + 2HNO3 Æ Cu(NO3)2 + H2O

FeO + 2HCl Æ FeCl2 + H2O

FeO CuO

ZnO + 2HCl Æ ZnCl2 + H2O

ZnO

Al2O3 + 6HCl Æ 2AlCl3 + 3H2O

ZnO + 2H2SO4 Æ ZnSO4 + H2O

ZnO

Al2O3

Al2O3 + 3H2SO4 Æ Al2(SO4)3 + 3H2O

MgO + H2SO4 Æ MgSO4 + H2O

Al2O3

MgO

–

2NaOH + H2SO4 Æ Na2SO4 + 2H2O

NaOH CaO

2KOH + H2SO4 Æ K2SO4 + 2H2O

Balanced chemical equation / Persamaan kimia seimbang

KOH

Base / Bes

CuO + 2H+ Æ Cu2+ + H2O

FeO + 2H+ Æ Fe2+ + H2O

ZnO + 2H+ Æ Zn2+ + H2O

Al2O3 + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2O

MgO + 2H+ Æ Mg2+ + H2O

CaO + 2H+ Æ Ca2+ + H2O

H+ + OH– Æ H2O

H+ + OH– Æ H2O

CuO + 2H+ Æ Cu2+ + H2O

FeO + 2H+ Æ Fe2+ + H2O

ZnO + 2H+ Æ Zn2+ + H2O

Al2O3 + 6H+ Æ 2Al3+ + 3H2O

MgO + 2H+ Æ Mg2+ + H2O

H+ + OH– Æ H2O

H+ + OH– Æ H2O

–

Ionic equation / Persamaan ion

Persamaan Kimia Sukatan Pelajaran Kimia SPM Chemical Equations in SPM Chemistry Syllabus

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:23 AM

2

Zn(NO3)2 / ZnCl2 / ZnSO4 * Choose one solution Pilih satu larutan

Pb(NO3)2

CuSO4/ CuCl2 / Cu(NO3)2 * Choose one solution Pilih satu larutan

AgNO3

Salt solution Larutan garam

More electropositive metal / Logam lebih elektropositif

2Al + 3Cu2+ Æ 2Al3+ + 3Cu Zn + Cu2+ Æ Zn2+ + Cu Fe + Cu2+ Æ Fe2+ + Cu Pb + Cu2+ Æ Pb2+ + Cu Mg + Pb2+ Æ Mg2+ + Pb 2Al + 3Pb2+ Æ 2Al3+ + 3Pb Zn + Pb2+ Æ Zn2+ + Pb Fe + Pb2+ Æ Fe2+ + Pb

2Al + 3CuSO4 Æ Al2(SO4)3 + 3Cu Zn + CuSO4 Æ ZnSO4 + Cu Fe + CuSO4 Æ FeSO4 + Cu Pb + CuSO4 Æ PbSO4 + Cu Mg + Pb(NO3)2 Æ Mg(NO3)2 + Pb 2Al + 3Pb(NO3)2 Æ 2Al(NO3)3 + 3Pb Zn + Pb(NO3)2 Æ Zn(NO3)2 + Pb Fe + Pb(NO3)2 Æ Fe(NO3)2 + Pb

Al Zn Fe Pb Mg Al Zn Fe

2Al + 3Zn2+ Æ 2Al3+ + 3Zn

Mg + Cu2+ Æ Mg2+ + Cu

Mg + CuSO4 Æ MgSO4 + Cu

Mg

2Al + 3Zn(NO3)2 Æ 2Al(NO3)3 + 3Zn

Cu + 2Ag+ Æ Cu2+ + 2Ag

Cu + 2AgNO3 Æ Cu(NO3)2 + 2Ag

Cu

Al

Pb + 2Ag+ Æ Pb2+ + 2Ag

Pb + 2AgNO3 Æ Pb(NO3)2 + 2Ag

Pb

Mg + Zn2+ Æ Mg2+ + Zn

Fe + 2Ag+ Æ Fe2+ + 2Ag

Fe + 2AgNO3 Æ Fe(NO3)2 + 2Ag

Fe

Mg + Zn(NO3)2 Æ Mg(NO3)2 + Zn

Zn + 2Ag+ Æ Zn2+ + 2Ag

Zn + 2AgNO3 Æ Zn(NO3)2 + 2Ag

Zn

Mg

Al + 3Ag+ Æ Al3+ + 3Ag

Al + 3AgNO3 Æ Al(NO3)3 + 3Ag

Al

Ionic equation Persamaan ion Mg + 2Ag+ Æ Mg2+ + 2Ag

Salt solution of less electropositive metal Larutan garam bagi logam kurang elektropositif

Mg + 2AgNO3 Æ Mg(NO3)2 + 2Ag

Balanced chemical equation Persamaan kimia seimbang

More electropositive metal Logam lebih elektropositif

(iii) Thermochemistry / Termokimia

Mg

Metal Logam

Salt solution of less electropositive metal Larutan garam bagi logam kurang elektropositif

(i) Electrochemistry / Elektrokimia (ii) Redox / Redoks

43 42 41 40 39 38 37 36

001-008_B0_ChemF5 2013(4pf).indd 6 35

© Nilam Publication Sdn Bhd 34

Displacement Reactions / Tindak Balas Penyesaran Application. / Digunakan dalam:

MODULE • Chemistry Form 5

6

07/11/2013 12:23 AM

3

7

AgNO3

Ba(NO3)2 atau / or BaCl2

Pb(NO3)2

Salt solution (i) Larutan garam (i)

Salt solution contains anion of insoluble salt Larutan garam mengandungi garam tak terlarut

2AgNO3 + Na2CO3 Æ Ag2CO3 + 2NaNO3

2Ag+ + CO32– Æ Ag2CO3

Ag+ + Cl– Æ AgCl

AgNO3 + NaCl Æ AgCl + NaNO3

NaCl Na2CO3

Ba2+ + CO32– Æ BaCO3

Ba2+ + SO42– Æ BaSO4

Ba(NO3)2 + Na2SO4 Æ BaSO4 + 2NaNO3 BaCl2 + Na2CO3 Æ BaCO3 + 2NaCl

Pb2+ + 2I– Æ PbI2

Pb(NO3)2 + 2KI Æ PbI2 + 2KNO3

Na2CO3

Na2SO4

KI

Pb2+ + CO32– Æ PbCO3

Pb(NO3)2 + Na2CO3 Æ PbCO3 + 2NaNO3

Pb2+ + SO42– Æ PbSO4

Pb(NO3)2 + Na2SO4 Æ PbSO4 + 2NaNO3

Na2SO4 Na2CO3

Pb2+ + 2Cl– Æ PbCl2

Ionic equation Persamaan ion

Mixture of salt solution contains cation and anion of insoluble salt Campuran larutan garam yang mengandungi kation dan anion garam tak terlarut

(iii) Thermochemistry / Termokimia

Pb(NO3)2 + 2NaCl Æ PbCl2 + 2NaNO3

Balanced chemical equation Persamaan kimia seimbang

Salt solution contains Larutan garam mengandungi Al3+/ Pb2+

NaCl(aq/ak)/Na2SO4/KI(aq/ak)

(ii) Qualitative analysis of salt Analisis kualitatif garam

NaCl

Salt solution (ii) Larutan garam (ii)

Insoluble salt Garam tak terlarut

Salt solution contains cation of insoluble salt Larutan garam mengandungi garam tak terlarut

(i) P  reparation of insoluble of salt Penyediaan garam tak terlarut

43 42 41 40 39 38 37 36 35

001-008_B0_ChemF5 2013(4pf).indd 7 34

Double Decomposition Reaction / Tindak Balas Penguraian Ganda Dua Application / Digunakan dalam:

Persamaan Kimia Sukatan Pelajaran Kimia SPM Chemical Equations in SPM Chemistry Syllabus

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:23 AM

C3H8 + 5O2 Æ 3CO2 + 4H2O

C3H8

C5H12 + 8O2 Æ 5CO2 + 6H2O C2H4 + 3O2 Æ 2CO2 + 2H2O

C5H12 C2H4

C2H5OH + 3O2 Æ 2CO2 + 3H2O

C2H5OH

C3H11OH + 2 O2 Æ 5CO2 + 6H2O

15

C4H9OH + 6O2 Æ 4CO2 + 5H2O

C4H9OH

C5H11OH

C3H7OH + 2 O2 Æ 3CO2 + 4H2O

C3H7OH

9

CH3OH + 2 O2 Æ CO2 + 2H2O

CH3OH

3

C5H10 + 2 O2 Æ 5CO2 + 5H2O

15

C4H8 + 6O2 Æ 4CO2 + 4H2O

C4H8

C5H10

C3H6 + 2 O2 Æ 3CO2 + 3H2O

C3H6

9

C4H10 + 2 O2 Æ 4CO2 + 5H2O

C4H10

13

C2H6 + 2 O2 Æ 2CO2 + 3H2O

C2H6

7

CH4 + 2O2 Æ CO2 + 2H2O

CH4

--------------------- ------------- -

Balanced chemical equation / Persamaan kimia seimbang

Alcohol Alkohol

Copper can Tin kuprum

Carbon Compound / Sebatian Karbon

Alkane / alkene / alcohol Alkana / alkena / alkohol

Soot Jelaga

Water Air

Thermometer Termometer

(ii) Thermochemistry / Termokimia

Application / Digunakan dalam:



43 42 41 40 39 38 37 36

001-008_B0_ChemF5 2013(4pf).indd 8 35

© Nilam Publication Sdn Bhd 34

(i) Carbon Compound / Sebatian Karbon

Combustion of Carbon Compound / Pembakaran Sebatian Karbon Carbon compound + Oxygen Æ Carbon dioxide + Water Karbon dioksida Oksigen Air Sebatian karbon

4

MODULE • Chemistry Form 5

8

07/11/2013 12:23 AM

1

RATE OF REACTION

U N I T

Kadar Tindak Balas

1

Meaning of Rate of Reaction / Definisi Kadar Tindak Balas • State the meaning of rate of reaction. / Menyatakan maksud kadar tindak balas. • Identify observable changes to reactants and products. Mengenal pasti perubahan pada bahan dan hasil tindak balas yang boleh diperhatikan. • Specify the method of measurement involved. / Menentukan kaedah pengukuran yang terlibat.

Measuring the Rate of Reaction / Pengukuran Kadar Tindak Balas • Plot a graph of quantity of product/reactant against time. / Melukis graf kuantiti hasil/bahan tindak balas melawan masa. • Calculate the average rate of reaction. / Mengira kadar tindak balas purata. • Calculate the rate of reaction at any given time from the graph. Mengira kadar tindak balas pada masa tertentu menggunakan maklumat daripada graf. • Solve numerical problems involving: / Menyelesaikan masalah kuantitatif melibatkan: – the average rate of reaction. / kadar tindak balas purata. – the rate of reaction at any given time. / kadar tindak balas pada masa yang diberi.

Factors that Affect the Rate of Reaction / Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas Experiment on the effect of: Eksperimen mengkaji kesan: (i) Size of the reactant Saiz bahan (ii) Concentration Kepekatan (iii) Temperature Suhu (iv) A catalyst Mangkin

• Draw a labelled diagram of the apparatus set-up for each experiment. Melukis gambar rajah berlabel bagi susunan alat radas bagi setiap eksperimen. • Describe the experiments (i)–(iv) to investigate factors affecting the rate of reaction. Menghuraikan eksperimen (i)–(iv) bagi mengkaji faktor yang memberi kesan terhadap kadar tindak balas. • Draw the graph for each of the experiment based on the data obtained. Melukis graf bagi setiap eksperimen berdasarkan data yang diperoleh. • Determine the average rate of reaction and the rate of reaction at any given time from the graph. / Menentukan kadar tindak balas purata dan kadar tindak balas bagi masa tertentu daripada graf. • Interpret the various types of graphs. / Mentafsir pelbagai bentuk graf. • Solve problems involving factors affecting rate of reaction. / Menyelesaikan masalah yang melibatkan faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas.

Explain How Factors Affect the Rate of Reaction Menerangkan Bagaimana Faktor Mempengaruhi Kadar Tindak Balas • Understand collision theory / Memahami teori perlanggaran – Activation energy, Ea and energy profile diagram / Tenaga pengaktifan, Ea dan gambar rajah profil tenaga – Effective collision / Perlanggaran berkesan – Frequency of effective collisions and rate of reaction / Frekuensi perlanggaran berkesan dan kadar tindak balas • Relate collision theory with factors affecting the rate of reaction / Menghubungkan teori perlanggaran dengan faktorfaktor yang mempengaruhi kadar tindak balas • Size of reactant / Saiz bahan Explain how each factor increases the rate of reaction by • Concentration of the reactant increasing the number of effective collisions. / Menerangkan Kepekatan bahan tindak balas bagaimana setiap faktor boleh meningkatkan kadar tindak • Temperature of reaction / Suhu tindak balas balas dengan meningkatkan bilangan perlanggaran berkesan. • Use of catalyst / Penggunaan mangkin Application of the Knowledge on Factors Affecting the Rate of Reaction in Everyday Activities and Industrial Processes Aplikasi Pengetahuan mengenai Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas dalam Aktiviti Harian dan dalam Proses Industri

9

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 9

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:38 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Meaning of Rate of Reaction / Maksud Kadar Tindak Balas

U N I T

1

1 2

The rate of reaction is a measurement of the change in quantity of reactant or product against time: Kadar tindak balas ialah pengukuran perubahan kuantiti bahan atau hasil tindak balas terhadap masa: Change in quantity of reactant/product / Perubahan kuantiti bahan/hasil Rate of reaction = / Masa yang diambil Kadar tindak balas Time taken for the change to occur



The change in amount of reactant or product in any reaction which is chosen for the purpose of measuring rate of reaction must be observable and measurable. The possible observable and measurable changes are: Perubahan jumlah bahan atau hasil dalam tindak balas yang dipilih untuk mengukur kadar tindak balas mestilah boleh diperhatikan dan diukur. Perubahan yang boleh dilihat dan diukur adalah: (a) Decrease in the mass of reactant. / Pengurangan dalam jisim bahan tindak balas. (b) Increase in the mass of product. / Peningkatan dalam jisim hasil tindak balas. (c) Increase in volume of gas released. / Peningkatan dalam isi padu gas yang dibebaskan. (d) Formation of precipitate as a product. / Pembentukan mendakan sebagai hasil.



Example: / Contoh:



Chemical reaction Tindak balas kimia

Observable changes Perubahan yang boleh diperhatikan

Reaction between magnesium and hydrochloric acid: Tindak balas antara magnesium dan asid hidroklorik:

Decrease in mass of magnesium Pengurangan jisim magnesium

Method of measuring the observable changes Kaedah pengukuran perubahan yang boleh diperhatikan

Hydrochloric acid Asid hidroklorik

Mg(s/p) + 2HCl(aq/ak) → MgCl2(aq/ak) + H2(g/g)

100 g

Magnesium Magnesium

Reading from the balance is recorded in every 30 seconds. Bacaan daripada penimbang direkodkan setiap 30 saat. Increase in volume of hydrogen Peningkatan isi padu hidrogen Hydrochloric acid Asid hidroklorik Water Air

Magnesium Magnesium

Hydrogen gas is collected by water displacement in a burette. The volume of hydrogen gas collected is recorded every 30 seconds. / Gas hidrogen diperoleh dengan cara penyesaran air di dalam buret. Isi padu gas hidrogen yang diperoleh direkod setiap 30 saat. * This apparatus set-up can also be used to measure the increase in volume of other gases that are insoluble for example oxygen, hydrogen and carbon dioxide. / Susunan alat radas ini juga boleh digunakan untuk mengukur peningkatan isi padu gas lain yang tak larut seperti oksigen, hidrogen dan karbon dioksida. Reaction between sodium thiousulphate and hydrochloric acid: Tindak balas antara natrium tiosulfat dan asid hidroklorik:

3

The rate of reaction is Kadar tindak balas

© Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 10

high tinggi

Sodium thiosulphate solution + hydrochloric acid Larutan natrium tiosulfat + asid hidroklorik

X

Na2S2O3 (aq/ak) + 2HCl(aq/ak) → 2NaCl(aq/ak) + H2O(l/ce ) + SO2(g/g) + S(s/p)

Formation of sulphur as a precipitate Pembentukan sulfur sebagai mendakan * Volume of sulphur dioxide gas, SO2 cannot be measured by water displacement because sulphur dioxide is soluble in water / Isi padu gas sulfur dioksida, SO2 tidak boleh diukur dengan cara penyesaran air kerana sulfur dioksida larut dalam air.

Amount of solid sulphur formed is measured by the time taken for the mark ‘X’ placed under the conical flask no longer to be seen. Jumlah pepejal sulfur yang terbentuk diukur dengan masa yang diambil untuk tanda ‘X’ yang diletak di bawah kelalang kon hilang dari penglihatan.

fast if the reaction occurs jika tindak balas berlaku dengan

within a short period of time. dalam jangka masa yang pendek.

cepat

10

07/11/2013 12:38 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

4 5

low slowly The rate of reaction is if the reaction occurs within a long period of time. rendah perlahan Kadar tindak balas jika tindak balas berlaku dengan dalam jangka masa yang panjang. The rate of reaction is inversely proportional to time: / Kadar tindak balas berkadar songsang dengan masa:



1 Rate of reaction ∝ Time taken / Masa yang diambil Kadar tindak balas

1

Measurement of Rate of Reaction / Pengukuran Kadar Tindak Balas Example of reaction Contoh tindak balas

Reaction between calcium carbonate and hydrochloric acid to produce calcium chloride, water and carbon dioxide: Tindak balas antara kalsium karbonat dengan asid hidroklorik menghasilkan kalsium klorida, air dan karbon dioksida: CaCO3(s/p)+ 2HCl (aq/ak) → CaCl2(aq/ak) + H2O + CO2(g/g)

U N I T

Reaction between sodium thiosulphate solution and hydrochloric acid to produce sodium chloride, water, sulphur dioxide and sulphur: / Tindak balas antara larutan natrium tiosulfat dengan asid hidroklorik menghasilkan natrium klorida, air, sulfur dioksida dan sulfur: Na2S2O3(aq/ak) + 2HCl(aq/ak) → 2NaCl(aq/ak) + H2O + S(s/p) + SO2(g/g)

Set-up of apparatus Susunan radas Water Air

Hydrochloric acid Asid hidroklorik

X

Calcium carbonate Kalsium karbonat

Sodium thiosulphate solution + hydrochloric acid Larutan natrium tiosulfat + asid hidroklorik

Observable changes Perubahan yang diperhatikan

Volume of carbon dioxide in every 30 seconds by water displacement in the burette. Isi padu gas karbon dioksida dalam setiap 30 saat melalui penyesaran air di dalam buret.

Time taken, t for the mark ‘X’ placed under the conical flask to disappear from view. Masa yang diambil, t untuk tanda ‘X’ yang diletakkan di bawah kelalang kon hilang dari penglihatan.

Measurement of rate of reaction Pengukuran kadar tindak balas

• Graph of volume of carbon dioxide gas released against time • If the experiment is repeated using different concentration of is plotted. / Graf isi padu karbon dioksida yang dibebaskan sodium thiosulpahte solution, time taken for the mark ‘X’ melawan masa diplot. placed under the conical flask to disappear from view is the Volume of carbon dioxide time for the formation of fixed quantity of sulphur. / Jika Rate of reaction eksperimen diulang menggunakan kepekatan larutan natrium = Isi padu karbon dioksida Kadar tindak balas tiosulfat yang berbeza, masa yang diambil untuk tanda ‘X’ Time / Masa yang diletakkan di bawah kelalang kon tidak kelihatan adalah • Two ways to measure the rate of reaction from the graph: masa untuk pembentukan kuantiti tetap sulfur. Dua cara pengukuran kadar tindak balas dari graf: • When the concentration of sodium thiosulpahte solution (a) Average rate of Increase in amount of product increases, time taken for the mark ‘X’ to disappear from view Pertambahan kuantiti hasil reaction within a = becomes shorter: / Apabila kepekatan larutan natrium tiosulfat period of time Time taken for the change to bertambah, masa yang diambil untuk tanda ‘X’ tidak kelihatan Kadar tindak balas occur / Masa yang diambil untuk menjadi lebih pendek. purata dalam suatu perubahan berlaku jangka masa Concentration of sodium thiosulphate solution/ mol dm–3 Kepekatan larutan natrium tiosulfat / mol dm–3

Volume of gas/cm3 / Isi padu gas/cm3 V3 V2 V1

Time/s Masa/s

1

2

3

4

5

6

7

8

Time/minute Masa/minit

The average rate of reaction for the first 5 minutes (V3 – 0) cm3 = Kadar tindak balas purata (5 – 0) min dalam 5 minit pertama The average rate of reaction (V2 – V1) cm3 for the second minute = Kadar tindak balas purata (2 – 1) min dalam minit kedua

Quantity of sulphur formed Kuantiti sulfur terbentuk Time taken, t Masa yang diambil, t

• In every experiment, fixed quantity of sulphur is formed for ‘X’ sign to disappear from view, / Dalam setiap eksperimen, kuantiti tetap sulfur terbentuk untuk menghilangkan tanda ‘X’ dari penglihatan,

11

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 11

Rate of reaction = Kadar tindak balas

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:38 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(b) Instantaneous rate of reaction (rate of reaction at any given time) / Kadar tindak balas pada masa tertentu Volume of carbon dioxide gas/cm3 Isi padu gas karbon dioksida/cm3

U N I T

1 Rate of reaction = Kadar tindak balas Time taken, t / Masa yang diambil, t 1 is plotted, a straight t line is obtained as shown in the following sketch of the graph: 1 diplot, Apabila graf kepekatan larutan tiosulfat terhadap t garis lurus diperoleh sebagaimana ditunjukkan pada lakaran graf berikut:

• When a graph of concentration against

∆y

1

∆x

Concentration of sodium thiosulphate solution / mol dm–3 Kepekatan larutan natrium tiosulfat / mol dm–3

Time /s Masa /s

t1

The rate of reaction at t1 second Kadar tindak balas pada masa t1 saat = The gradient of tangent to the curve at t1 s Kecerunan tangen pada lengkung pada t1 s =

1 Time/s Masa/s

D y cm3

• The graph shows that when the concentration of sodium thiousulphate increases, rate of reaction increases Graf menunjukkan apabila kepekatan larutan natrium tiosulfat bertambah, kadar tindak balas bertambah

Dxs

Exercise / Latihan 1 An experiment is carried out to determine the rate of reaction of 20 cm3 of 0.5 mol dm–3 hydrochloric acid with excess calcium carbonate. The results are shown below. Suatu eksperimen dijalankan untuk menentukan kadar tindak balas 20 cm3 asid hidroklorik 0.5 mol dm–3 dengan kalsium karbonat berlebihan. Keputusannya ditunjukkan di bawah. Time/s Masa/s Volume of CO2/cm3 Isi padu CO2 /cm3

(a) (i)

0

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

0.00

10.00

16.00

22.00

27.00

31.50

36.00

39.50

42.00

44.00

44.00

44.00

Write a chemical equation for the above reaction. / Tuliskan persamaan kimia bagi tindak balas di atas. CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

(ii) State the observable and measurable changes in the experiment. Nyatakan perubahan yang boleh dilihat dan diukur dalam eksperimen ini. Increase in volume of carbon dioxide/decrease in mass of calcium carbonate Peningkatan isi padu gas karbon dioksida/penurunan jisim kalsium karbonat

(iii) State the meaning of the rate of reaction for the above reaction. Nyatakan maksud kadar tindak balas bagi tindak balas di atas. Change in volume of carbon dioxide gas in one second/change in mass of calcium carbonate in one second. Perubahan isi padu gas karbon dioksida dalam satu saat/ perubahan jisim kalsium karbonat dalam satu saat.

(iv) Draw an apparatus set-up to measure rate of reaction in the reaction. Lukiskan susunan alat radas yang digunakan untuk mengukur kadar tindak balas dalam tindak balas tersebut.

Hydrochloric acid / Asid hidroklorik

Water / Air

Calcium carbonate / Kalsium karbonat

© Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 12

12

07/11/2013 12:38 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

(b) Draw the graph of the volume of carbon dioxide gas collected against time. Lukiskan graf isi padu gas karbon dioksida yang terkumpul melawan masa.

U N I T

Volume of CO2 /cm3 Isi padu CO2 /cm3

1

50

40

30

20

10

0

30

60

90

13

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 13

120

150

180

Time/s Masa/s

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:38 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(c) From the graph, determine: / Daripada graf, tentukan: (i) the average rate of reaction in the first minute. / kadar tindak balas purata dalam minit pertama

U N I T

Total volume of carbon dioxide gas collected in the first minute Jumlah isi padu gas karbon dioksida yang terkumpul dalam minit pertama

=

1

Time taken for the change to occur Masa yang diambil bagi perubahan berlaku 27 60

=

= 0.45 cm3 s–1



(ii) the average rate of reaction in the second minute / kadar tindak balas purata dalam minit kedua Total volume of carbon dioxide gas collected between first minute and the second minute Jumlah isi padu gas karbon dioksida yang terkumpul antara minit pertama dan minit kedua

=

Time taken for the change to occur Masa yang diambil bagi perubahan berlaku

= 42 – 27

60 = 0.25 cm3 s–1



(iii) the time when the reaction has completed / masa apabila tindak balas selesai 135 s



(iv) the average rate of reaction for overall reaction / kadar tindak balas purata bagi tindak balas keseluruhannya Total volume of carbon dioxide collected / Jumlah isi padu gas karbon dioksida yang terkumpul = Time taken for the change to occur / Masa yang diambil bagi perubahan berlaku =

44 135

= 0.326 cm3 s–1

(v) the rate of reaction at 30 seconds / kadar tindak balas pada masa 30 saat = the gradient of the graph at 30 seconds / kecerunan graf pada masa 30 saat 3 –1 = 0.405 ± 0.1 cm s (vi) the rate of reaction at 105 seconds / kadar tindak balas pada masa 105 saat = the gradient of the graph at 105 seconds / kecerunan graf pada masa 105 saat 3 –1 = 0.217 ± 0.1 cm s (d) Compare the rate of reaction at 30 seconds and 105 seconds. Explain your answer. Bandingkan kadar tindak balas pada masa 30 saat dan 105 saat. Terangkan jawapan anda. Rate of reaction at 30 seconds is higher than at 105 seconds because the concentration of hydrochloric acid decreases as time increases. / Kadar tindak balas pada masa 30 saat lebih tinggi daripada pada masa 105 saat kerana kepekatan asid hidroklorik berkurang dengan masa.

© Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 14

14

07/11/2013 12:38 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

2

Excess of zinc powder is added to 50 cm of 1 mol dm hydrochloric acid. The volume of hydrogen gas collected and time taken are recorded. Complete the following table. Serbuk zink berlebihan ditambah kepada 50 cm3 asid hidroklorik 1 mol dm–3. Isi padu gas yang dikumpul dan masa yang diambil direkodkan. Lengkapkan jadual berikut. 3

Sketch a curve for volume of hydrogen gas collected against time for the reaction between excess of zinc powder with 50 cm3 of 1 mol dm–3 hydrochloric acid. The tangents on the curve at t1, t2 and t3 are shown. Lakaran graf bagi isi padu gas hidrogen yang terkumpul melawan masa untuk tindak balas antara serbuk zink berlebihan dengan 50 cm3 asid hidroklorik 1 mol dm–3. Tangen bagi graf pada t1, t2 dan t3 ditunjukkan.

–3

Volume of hydrogen/cm3 / Isi padu hidrogen/cm3

0 t 1

Write the balanced equation for the reaction. Tuliskan persamaan seimbang bagi tindak balas. Calculate the volume of hydrogen gas collected in the experiment at room conditions. Hitung isi padu gas hidrogen yang terkumpul dalam eksperimen pada keadaan bilik. Compare the gradient of the curve at t1 and t2. Explain your answer. Bandingkan kecerunan graf pada t1 dan t2. Terangkan jawapan anda.

Time/min Masa/min

t3

t2

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

From the equation / Dari persamaan, 2 mol of HCl : 1 mol H2 0.05 mol HCl : 0.025 mol H2 Volume of H2 / Isi padu H2 = 0.025 mol × 24 dm3 mol–1 = 0.6 dm3 = 600 cm3

The gradient of tangent on the curve at t2 is lower

at t2 is because

than at t1. The rate of reaction

tindak balas di t2 lebih berkurang

than t1. The rate of reaction

decreases

rendah

rendah

berbanding di t1. Kadar

berbanding di t1. Kadar tindak balas jisim

apabila masa meningkat kerana

kepekatan

. The reaction is

reacted

zink dan

berkurang

asid hidroklorik

The gradient of tangent on the curve at t3 is zero

lower

as the time increases of zinc and concentration of hydrochloric acid decrease .

mass

Kecerunan tangen pada graf di t2 lebih

What is the gradient at t3? Explain your answer. Apakah kecerunan pada t3? Terangkan jawapan anda.

1

V

Tangent on the curve at t1, t2 and t3 respectively Tangen bagi graf pada t1, t2 dan t3

U N I T

completed

zero

, the rate of reaction at t3 is

at t3. All hydrochloric acid has excess

because zinc powder used is in

. At t3,

maximum volume hydrogen gas is collected. The maximum volume of hydrogen gas collected is

600 cm3

.

Kecerunan tangen bagi graf di t3 adalah sifar

adalah

hidroklorik telah

. Tindak balas ini bertindak balas

sifar

, kadar tindak balas di t3

lengkap

di t3. Semua asid

kerana serbuk zink yang digunakan adalah

berlebihan . Pada masa t3, isi padu gas hidrogen yang maksimum dikumpulkan. 600 cm3 .

Isi padu maksimum gas hidrogen yang dikumpulkan adalah

Factors that Affect the Rate of Reaction Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas 1

The rate of reaction is affected by: Kadar tindak balas dipengaruhi oleh: (a) size of solid reactant / saiz bahan tindak balas pepejal (b) concentration of solution (for the reactant used in the form of solution) kepekatan larutan (bagi bahan tidak balas yang digunakan dalam bentuk larutan) (c) temperature of solution at which the reaction occurs / suhu larutan ketika tindak balas berlaku (d) presence of catalyst (for a particular reaction) / kehadiran mangkin (untuk tindak balas tertentu) (e) pressure of gas reactant / tekanan gas bahan tindak balas

15

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 15

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:38 AM

Calcium carbonate

Problem statement:

Water

Hypothesis: When the concentration of sodium thiosulphate solution increases, the rate of its reaction with sulphuric acid increases.

Manipulated variable: Concentration of sodium thiosulphate solution

Responding variable: The rate of reaction

Fixed variables:

Hypothesis: The presence of copper(II) sulphate solution in the reaction between zinc and sulphuric acid increases the rate of reaction.

Manipulated variable: The presence of copper(II) sulphate

Responding variable: The rate of reaction

Fixed variables: Mass of zinc, the volume and concentration of sulphuric acid, H2SO4, the temperature of the reaction mixture.

Apparatus:

Hypothesis:

The smaller the size of calcium carbonate, the

higher the rate of reaction.

Manipulated variable:

The size of calcium carbonate

Responding variable:

The rate of reaction

Fixed variables:

Mass of calcium carbonate chips, volume and

concentration of hydrochloric acid, the temperature

of the reaction mixture.

Apparatus:

Conical flask, basin, delivery tube and rubber stopper, retort stand and clamp, measuring cylinder, burette, stop watch and weighing balance.

Conical flask

‘X’ mark

Fixed variables:

The rate of reaction

Responding variable:

Temperature of sodium thiosulphate solution

Manipulated variable:

sulphuric acid increases.

solution increases, the rate of its reaction with

When the temperature of sodium thiosulphate

Hypothesis:

acid?

solution affect the rate of its reaction with sulphuric

How does the temperature of sodium thiousulphate

Problem statement:

Paper

sulphuric acid

+

Sodium thiosulphate solution

Temperature

Apparatus: 100 cm3 of conical flask, basin, burette, delivery 100 cm3 conical flask, 50 cm3 and 5 cm3 tube and rubber stopper, retort stand and measuring cylinder, stop watch, white paper clamp, measuring cylinder and weighing with mark ‘X’. balance.

of mixture, size of conical flask.

concentration of dilute sulphuric acid, temperature

100 cm3 conical flask, 50 cm3 and 5 cm3 measuring cylinder, stop watch, thermometer.

Apparatus:

sulphuric acid, size of conical flask.

solution, volume and concentration of dilute

Volume of sodium thiosulphate solution, volume and Volume and concentration of sodium thiosulphate

with sulphuric acid?

sulphuric acid?

the rate of its reaction with dilute hydrochloric acid?

thiousulphate solution affect the rate of its reaction

How does the concentration of sodium

Problem statement:

Sulphuric acid

+

Sodium thiosulphate solution

Concentration of solution

affect the rate of reaction between zinc and

How does the size of calcium carbonate chips affect Does the presence of copper(II) sulphate solution

Water

Zinc

Copper(II) sulphate

+

Sulphuric acid

Catalyst

X

Problem statement:

Hydrochloric acid

Size of solid reactant

43 42 41 40 39 38 37

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 16 36

© Nilam Publication Sdn Bhd 35

1 U N I T

34

Planning of Experiments to Study the Factor that Affect the Rate of Reaction

MODULE • Chemistry Form 5

16

07/11/2013 12:38 AM

17

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 17

Volume of gas/cm3

Burette reading/ cm 3

Time/s

B Small calcium carbonate chips

Volume of gas/cm3

Burette reading/ cm 3

Time/s

A Large calcium carbonate chips

Volume of gas/ cm3

Burette reading/ cm 3

Time/s

B Granulated zinc without copper(II) sulphate

Volume of gas/ cm3

Burette reading/ cm 3

Time/s

A Granulated zinc with copper(II) sulphate

TABULATION OF DATA:

PROCEDURE: 1 A burette full with water is inverted in basin of water. 2 It is then clamped vertically. 3 5 g of granulated zinc is weight and put into the conical flask. 4 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 sulphuric acid is measured and poured into the flask and the apparatus is set up. 5 1 cm3 of 1.0 mol dm–3 copper(II) sulphate solution is measured and poured in the conical flask. 6 A stop watch is started immediately. 7 The volume of gas released is recorded for every 30 seconds. 8 Steps 1 to 7 are repeated without adding copper(II) sulphate solution. 9 The graphs of volume of hydrogen gas against time for the two experiments are plotted on the same axes.

PROCEDURE: 1 A burette full with water is inverted in basin of water. 2 It is then clamped vertically using retort stand. 3 Set up the apparatus as shown in diagram, 5 g of large calcium carbonate chips is weighed and put inside the conical flask. 4 50 cm 3 of hydrochloric acid 0.2 mol dm –3 is measured and poured into the conical flask. 5 The conical flask is closed immediately with a stopper fitted with delivery tube as shown in the diagram. 6 A stop watch is started immediately. 7 The volume of gas released is recorded for every 30 seconds. 8 Steps 1 to 7 are repeated using 5 g small calcium carbonate chips to replace 5 g of large calcium carbonate chips. 9 The graphs of volume of carbon dioxide against time for the two experiments are plotted on the same axes.

TABULATION OF DATA:

Materials: Granulated zinc, 0.1 mol dm–3 dilute sulphuric acid, 0.5 mol dm–3 copper(II) sulphate solution.

Materials: Large and small calcium carbonate chips, 0.2 mol dm–3 of hydrochloric acid.

1 –1 time /s

Time taken for ‘X’ to disappear/s

Concentration of Na2S2O3 solution / mol dm –3

Volume of water/ cm3

Volume of Na2S2O3 / cm3

0

50

TABULATION OF DATA:

10

40

20

30

30

20

40

10

1 –1 time /s

Time taken for ‘X’ to disappear/ s

Temperature of Na2S2O3, solution / °C

55 50 45 40 35 30

TABULATION OF DATA:

PROCEDURE: 1 50 cm3 of sodium thio­sul­phate solution is measured and poured in a conical flask. 2 The temperature of this solution is measured using thermometer and recorded. 3 The conical flask is placed on top of a piece of paper with a mark ‘X’ at the centre. 4 5 cm3 of sulphuric acid is measured and poured quickly and carefully into the conical flask. Swirl the conical flask at the same time start the stop watch. 5 The mark ‘X’ as shown in the above diagram is observed. 6 The stop watch is stopped immediately when the mark ‘X’ is no longer visible. 7 The time taken for the mark ‘X’ is no longer visible is recorded. 8 Steps 1 to 7 are repeated using same volume and con­centration of sodium thiosulphate solution but heat­ed gently to a higher temperature of 35°C, 40°C, 45°C, 50°C and 55°C. All other conditions remain unchanged. 9 A graph of temperature against time is plotted 1 and temperature against are plotted. time

PROCEDURE: 1 50 cm3 of sodium thiosulphate solution is measured and poured in a conical flask. 2 The conical flask is placed on top of a piece of paper with a mark ‘X’ at the centre. 3 5 cm3 of sulphuric acid 1 mol dm–3 is measured and poured quickly and carefully into the conical flask. Swirl the conical flask at the same time start the stop watch. 4 The mark ‘X’ as shown in the above diagram is observed. 5 The stop watch is stopped immediately when the mark ‘X’ is no longer visible. 6 The time taken for the mark ‘X’ is no longer visible is recorded. 7 Steps 1 to 6 are repeated using different volumes of sodium thiosulphate solution with different volumes of distilled water as shown in the table. 8 Graphs of concentration of sodium thiosulphate against time and concentration 1 of sodium thiosulphate against are time plotted.

Materials: 0.2 mol dm–3 sodium thiosulphate solution, 1 mol dm–3 sulphuric acid, distilled water.

Materials: 0.2 mol dm–3 sodium thiosulphate solution, 1 mol dm–3 sulphuric acid, distilled water.

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

U N I T

1

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:38 AM

+

asid sulfurik?

Hipotesis:

dengan asid sulfurik?

Hipotesis:

hidroklorik?

Hipotesis:

sulfurk juga meningkat.

Pemboleh ubah dimanipulasi: Kepekatan larutan natrium tiosulfat.

Pemboleh ubah bergerak balas: Kadar tindak balas

Pemboleh ubah dimalarkan:

meningkatkan kadar tindak balas.

Pemboleh ubah dimanipulasi: Kehadiran kuprum(II) sulfat

Pemboleh ubah bergerak balas: Kadar tindak balas

Pemboleh ubah dimalarkan:

Pemboleh ubah dimanipulasi:

Saiz kalsium karbonat

Pemboleh ubah bergerak balas:

Kadar tindak balas

Pemboleh ubah dimalarkan:

Radas:

Radas:

Kelalang kon, besen, salur penghantar dengan Kelalang kon, besen, buret, salur penghantar penyumbat, kaki retort, silinder penyukat, buret, dengan penyumbat, kaki retort, silinder penyukat dan penimbang. jam randik dan penimbang.

suhu campuran tindak balas.

hidroklorik, suhu campuran tindak balas.

Jisim kalsium karbonat, isi padu dan kepekatan asid Jisim zink, isi padu dan kepekatan asid sulfurik,

Kelalang kon

Tanda ‘X’

Radas:

padu, kepekatan asid sulfurik cair, saiz kelalang kon

Isi padu dan kepekatan larutan natrium tiosulfat, isi

Pemboleh ubah dimalarkan:

Kadar tindak balas

Pemboleh ubah bergerak balas:

Suhu larutan natrium tiosulfat

Pemboleh ubah dimanipulasi:

meningkat.

kadar tindak balasnya dengan asid sulfurik juga

Apabila suhu larutan natrium tiosulfat meningkat,

Hipotesis:

sulfurik?

mempengaruhi kadar tindak balas dengan asid

Bagaimanakah suhu larutan natrium tiosulfat

Pernyataan masalah:

Kertas

asid sulfurik

+

Larutan natrium tiosulfat

Suhu

Kelalang kon 100 cm3, silinder penyukat 50 cm3 Kelalang kon 100 cm3, silinder penyukat 50 cm3 dan 5 cm3, jam randik, kertas putih bertanda ‘X’ dan 5 cm3, jam randik, termometer

Radas:

kelalang kon

kepekatan asid sulfurik cair, suhu campuran, saiz

Isi padu larutan natrium tiosulfat, isi padu dan

meningkat, kadar tindak balasnya dengan asid

kadar tindak balas.

balas antara zink dengan asid sulfurik

Apabila kepekatan larutan natrium tiosulfat

mempengaruhi kadar tindak balas dengan

mempengaruhi kadar tindak balas antara zink

mempengaruhi kadar tindak balas dengan asid

Semakin kecil saiz kalsium karbonat, semakin tinggi Kehadiran larutan kuprum(II) sulfat dalam tindak

Bagaimanakah kepekatan larutan natrium tiosulfat

Adakah kehadiran larutan kuprum(II) sulfat

Bagaimanakah saiz ketulan kalsium karbonat

Asid sulfurik

Pernyataan masalah:

Air

Larutan natrium tiosulfat

Kepekatan larutan

Pernyataan masalah:

Air

Zink

Kuprum(II) sulfat

+

Asid sulfurik

Mangkin

X

Pernyataan masalah:

Kalsium karbonat

Asid hidroklorik

Saiz bahan tindak balas pepejal

43 42 41 40 39 38 37

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 18 36

© Nilam Publication Sdn Bhd 35

1 U N I T

34

Perancangan Eksperimen untuk Mengkaji Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas

MODULE • Chemistry Form 5

18

07/11/2013 12:38 AM

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 19

19

Isi padu gas/cm 3

Bacaan buret/cm

Masa/s

3

B Ketulan kecil kalsium karbonat

Isi padu gas/cm 3

Bacaan buret/cm 3

Masa/s

A Ketulan besar kalsium karbonat

PENJADUALAN DATA:

PROSEDUR: 1 Sebuah buret yang telah diisi penuh dengan air diterbalikkan di dalam besen berisi air. 2 Buret tersebut kemudiannya diapitkan menegak menggunakan kaki retort. 3 5 g butiran zink ditimbang dan dimasukkan ke dalam kelalang kon. 4 50 cm3 asid sulfurik 0.2 mol dm–3 disukat dan dituang ke dalam kelalang kon. 5 1 cm3 larutan kuprum(II) sulfat 1.0 mol dm–3 disukat dan dituang ke dalam kelalang kon. 6 Jam randik dimulakan dengan serta merta. 7 Isi padu gas yang dibebaskan direkod setiap 30 saat. 8 Langkah 1 hingga 7 diulang tanpa menambah larutan kuprum(II) sulfat. 9 Graf isi padu gas hidrogen melawan masa bagi kedua-dua eksperimen diplotkan dalam paksi yang sama.

PROSEDUR: 1 Sebuah buret yang telah diisi penuh dengan air diterbalikkan di dalam besen berisi air. 2 Buret tersebut kemudiannya diapitkan menegak menggunakan kaki retort. 3 Sediakan radas seperti yang ditunjukkan dalam rajah, 5 g ketulan kalsium karbonat besar ditimbang dan dimasukkan ke dalam kelalang kon. 4 50 cm 3 asid hidroklorik 0.2 mol dm–3 disukat dan dituang ke dalam kelalang kon. 5 Kelalang kon ditutup dengan serta merta menggunakan penyumbat bersama salur penghantar. 6 Jam randik dimulakan dengan serta merta. 7 Isi padu gas yang dibebaskan direkod setiap 30 saat. 8 Langkah 1 hingga 7 diulang menggunakan 5 g ketulan kalsium karbonat kecil menggantikan 5 g ketulan kalsium karbonat besar. 9 Graf isi padu karbon dioksida melawan masa diplot pada paksi yang sama.

Isi padu gas/cm 3

Bacaan buret/cm

Masa/s

3

B Butiran zink tanpa larutan kuprum(II) sulfat

Isi padu gas/cm 3

Bacaan buret/cm 3

Masa/s

A Butiran zink dengan larutan kuprum(II) sulfat

PENJADUALAN DATA:

Bahan: Butiran zink, asid sulfurik 0.1 mol dm–3, larutan kuprum(II) sulfat 0.5 mol dm–3

Bahan: Ketulan kalsium karbonat besar dan kecil, asid hidroklorik 0.2 mol dm–3.

1 –1 masa /s

Masa yang diambil untuk ‘X’ hilang/s

Kepekatan larutan natrium tiosulfat / mol dm–3

Isi padu air/cm 3

Isi padu larutan natrium tiosulfat / cm3

0

50

PENJADUALAN DATA:

10

40

20

30

30

20

40

10

PROSEDUR: 1 50 cm3 larutan natrium tiosulfat disukat dan dituang ke dalam kelalang kon. 2 Kelalang kon tersebut diletakkan di atas sekeping kertas yang telah ditanda dengan tanda ‘X’ di tengah. 3 5 cm3 asid sulfurik 1 mol dm–3 disukat dan dituang dengan cepat dan cermat ke dalam kelalang kon. Goncangkan kelalang kon. Pada masa yang sama jam randik dimulakan. 4 Tanda ‘X’ seperti dalam rajah di atas diperhatikan. 5 Hentikan jam randik sebaik sahaja tanda ‘X’ tidak kelihatan. 6 Masa yang diambil untuk tanda ‘X’ untuk tidak kelihatan direkod. 7 Langkah 1 hingga 6 diulang menggunakan isi padu larutan natrium tiosulfat yang berbeza dan isi padu air suling yang berbeza seperti yang ditunjukkan di dalam jadual di bawah. 8 Graf kepekatan larutan natrium tiosulfat melawan masa dan kepekatan larutan 1 natrium tiosulfat melawan diplot. masa

Bahan: 0.2 mol dm–3 larutan natrium tiosulfat, 1 mol dm–3 asid sulfurik, air suling

1 –1 masa /s

Masa yang diambil untuk ‘X’ hilang/ s

Suhu larutan Na2S2O2 /°C

55 50 45 40 35 30

PENJADUALAN DATA:

PROSEDUR: 1 50 cm3 larutan natrium tiosulfat disukat dan dituang ke dalam kelalang kon. 2 Suhu larutan tersebut disukat menggunakan termometer dan direkodkan. 3 Kelalang kon tersebut diletakkan di atas sekeping kertas yang telah ditanda dengan tanda ‘X’ di tengah. 4 5 cm3 asid sulfurik disukat dan dituang dengan cepat dan cermat ke dalam kelalang kon. Goncangkan kelalang kon dan pada masa yang sama mulakan jam randik. 5 Tanda ‘X’ seperti yang ditunjukkan dalam rajah diperhatikan. 6 Jam randik diberhentikan sebaik sahaja tanda ‘X’ tidak kelihatan. 7 Masa yang diambil untuk tanda ‘X’ untuk tidak kelihatan direkod. 8 Lang­kah 1 hingga 7 diulang menggunakan isi padu dan kepekatan larutan natrium tiosulfat yang sama tetapi dipanaskan kepada suhu yang lebih tinggi iaitu 35°C, 40°C, 45°C, 50°C dan 55°C. Semua pemboleh ubah lain tidak berubah. 9 Graf suhu larutan natrium tiosulfat melawan masa dan suhu larutan natrium tiosulfat 1 melawan diplot. masa

Bahan: 0.2 mol dm–3 larutan natrium tiosulfat, air suling, 1 mol dm–3 asid sulfurik.

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

U N I T

1

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:38 AM

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 20

© Nilam Publication Sdn Bhd

V2

V1

Diagram 1 / Rajah 1

t1

Experiment II Eksperimen II

Experiment I Eksperimen I

Volume of carbon dioxide /cm3 Isi padu karbon dioksida /cm3

Time/s Masa/s

The value of V1 is larger than V2 / Nilai V1 lebih besar dari V2 ⇒ The average rate of reaction for the first t1 seconds in experiment I is higher than experiment II. / Kadar tindak balas purata dalam t1 saat pertama dalam eksperimen I adalah lebih tinggi dari eksperimen II.

2 The average rate of reaction for the first t1 seconds in experiment II Kadar tindak balas purata dalam masa t1 saat pertama dalam eksperimen II V2 cm3 = = Y cm3 s–1 t1 s

From the sketch of graph in Diagram 1: Dari lakaran graf dalam Rajah 1: 1 The average rate of reaction for the first t1 seconds in experiment I Kadar tindak balas purata dalam masa t1 saat pertama dalam eksperimen I V1 cm3 = = X cm3 s–1 t1 s

Interpretation and conclusion / Tafsiran dan kesimpulan

* The size of CaCO3 is changed in both experiments. The volume and concentration of HCl are kept constant. / Saiz CaCO3 diubah dalam kedua-dua eksperimen. Isi padu dan kepekatan HCl ditetapkan.

Balanced equation: Persamaan seimbang:

Diagram 2 / Rajah 2

t1

Time/s Masa/s

Experiment II Eksperimen II

Experiment I Eksperimen I

Tangent at t1 for experiments I and II Tangen pada t1 untuk eksperimen I dan II

50 u 0.2 1 000

= 0.01 mol

4 The volume of hydrogen gas collected for both experiments is equal because number of mol of hydrochloric acid in experiments I and II is equal . / Isi padu gas hidrogen yang dikumpulkan dalam sama kedua-dua eksperimen adalah kerana bilangan mol asid hidroklorik dalam eksperimen I dan eksperimen II adalah sama .

=

Conclusion: / Kesimpulan: 1 The rate of reaction of the small calcium carbonate chips is higher than the larger calcium carbonate chips. / Kadar tindak balas ketulan kecil kalsium karbonat lebih tinggi dari ketulan besar kalsium karbonat. 2 Since calcium carbonate used is in excess, all hydrochloric acid has reacted . / Oleh sebab kalsium karbonat yang digunakan adalah berlebihan, semua asid hidroklorik telah bertindak balas . 3 The number of mole of hydrochloric acid in both experiments Bilangan mol asid hidroklorik dalam kedua-dua eksperimen

• Total volume of carbon dioxide gas released for the first t1 seconds in experiment I = V1 Jumlah isi padu karbon dioksida yang From the sketch of graph in Diagram 2: / Dari lakaran graf dalam Rajah 2: CaCO3(s/p) + 2HCl(aq/ak) R CaCl2(aq/ak) + H2O(l/ce) + CO2(g/g) dibebaskan pada t1 saat yang pertama dalam 1 The tangent at t1 in experiment I is steeper than experiment II. eksperimen I = V1 curam Tangen pada t1 dalam eksperimen I adalah lebih dari • Total volume of carbon dioxide gas released eksperimen II. Observable changes to measure rate of reaction: for the first t1 seconds in experiment II = V2 Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar tindak balas: Jumlah isi padu karbon dioksida yang 2 The gradient of tangent at t1 for experiment I is greater than experiment II. / Kecerunan tangen pada t1 untuk eksperimen I adalah dibebaskan pada t1 saat yang pertama dalam Volume of carbon dioxide collected in every 30 seconds by water displacement lebih tinggi dari eksperimen II. eksperimen II = V2 in the burette / Isi padu gas karbon dioksida terkumpul setiap 30 saat melalui 3 The rate of reaction at t1 for experiment I is higher than experiment II. 3 Kadar tindak balas pada t1 untuk eksperimen I adalah lebih tinggi dari Volume of CO /cm penyesaran air dalam buret 2 Isi padu CO2 /cm3 eksperimen II.

50 cm3 of 0.2 mol dm–3 hydrochloric acid + excess of large calcium carbonate chips. 50 cm3 asid hidroklorik 0.2 mol dm–3 + ketulan besar kalsium karbonat berlebihan.

Experiment II: Eksperimen II:

50 cm3 of 0.2 mol dm–3 hydrochloric acid + excess of small calcium carbonate chips. 50 cm3 asid hidroklorik 0.2 mol dm–3 + ketulan kecil kalsium karbonat berlebihan.

Experiment I: Eksperimen I:

Sketch of the graph / Lakaran graf

Intepretation of data and conclusion for the experiments to investigate factors that affect the rate of reaction. Pentafsiran data dan kesimpulan untuk eksperimen untuk mengkaji faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas.

1 U N I T

(a) Factor: Size of reactant / Faktor: Saiz bahan tindak balas

2

MODULE • Chemistry Form 5

20

07/11/2013 12:38 AM

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 21

21

Time taken for the mark ‘X’ placed under the conical flask to disappear from view. Fixed quantity of solid sulphur is formed in every experiment. Masa yang diambil untuk tanda ‘X’ di bawah kelalang kon untuk hilang dari penglihatan. Kuantiti pepejal sulfur yang terbentuk dalam setiap eksperimen adalah tetap.

Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar tindak balas:

Observable changes to measure rate of reaction:

+ S(s/p)

Na2S2O3(aq/ak) + H2SO4(aq/ak) R Na2SO4(aq/ak) + H2O(l/ce) + SO2(g/g)

Balanced equation: / Persamaan seimbang:

Experiment: / Eksperimen: 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 sodium thiosulphate solution at 30°C + 5 cm3 of 1.0 mol dm–3 sulphuric acid. Experiment is repeated using 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 sodium thiosulphate solution at 35°C, 40°C, 45°C and 50°C respectively + 5 cm3 of 1.0 mol dm–3 sulphuric acid. / 50 cm3 larutan natrium tiosulfat 0.2 mol dm–3 pada suhu 30°C + 5 cm3 asid sulfurik 1.0 mol dm–3. Eksperimen diulang menggunakan 50 cm3 larutan natrium tiosulfat 0.2 mol dm–3 pada suhu 35°C, 40°C, 45°C dan 50°C + 5 cm3 asid sulfurik 1.0 mol dm–3.

(c) Factor: Temperature of reaction mixture Faktor: Suhu campuran bahan tindak balas

Interpretation and conclusion / Tafsiran dan kesimpulan

Concentration of sodium thiosulphate solution / mol dm–3

Diagram 3 / Rajah 3

Time/s Masa/s

Diagram 6 / Rajah 6

1 /s–1 Masa

1 /s–1 Time

Temperature of sodium thiosulphate solution /°C Suhu larutan natrium tiosulfat / °C

Diagram 5 / Rajah 5

Time/s Masa/s

Temperature of sodium thiosulphate solution /°C Suhu larutan natrium tiosulfat /°C

Sketch of the graph / Lakaran graf

Diagram 4 / Rajah 4

Conclusion: / Kesimpulan: The higher the temperature of sodium thiosulphate solution, the higher is the rate of reaction . / Semakin tinggi suhu larutan natrium tiosulfat, semakin tinggi kadar tindak balas .

From the sketch of graph in Diagram 6: / Dari lakaran graf dalam Rajah 6: As the temperature of sodium thiosulphate solution increases, the value 1 1 of represents the rate of reaction. / Apabila suhu increases . time time 1 1 larutan natrium tiosulfat meningkat, nilai turut meningkat . masa masa mewakili kadar tindak balas.

From the sketch of graph in Diagram 5: / Dari lakaran graf dalam Rajah 5: 1 As the temperature of sodium thiosulphate solution decreases, a longer time is needed for the mark ‘X’ to disappear from view. / Apabila suhu larutan natrium tiosulfat berkurang, masa yang lebih panjang diperlukan untuk tanda ‘X’ hilang dari pandangan. 2 Temperature of sodium thiosulphate solution is inversely proportional to time taken for the mark ‘X’ to disappear. / Suhu larutan natrium tiosulfat berkadar songsang dengan masa yang diambil untuk tanda ‘X’ hilang. 3 The higher the temperature, the shorter is the time taken for the yellow sulphur precipitate to appear and the faster for the mark ‘X’ to disappear. / Semakin tinggi suhu, semakin pendek masa yang diperlukan untuk mendakan kuning sulfur untuk kelihatan dan semakin cepat tanda ‘X’ hilang dari pandangan.

Interpretation and conclusion / Tafsiran dan kesimpulan

Conclusion: / Kesimpulan: The higher the concentration of sodium thiosulphate solution, the higher is the rate of reaction . / Semakin tinggi kepekatan larutan natrium kadar tindak balas tiosulfat, semakin tinggi .

From the sketch of graph in Diagram 4: / Dari lakaran graf dalam Rajah 4: 1 As the concentration of sodium thiosulphate increases, the value of time 1 increases. represents the rate of reaction . / Apabila kepekatan time 1 1 larutan natrium tiosulfat meningkat, nilai turut meningkat. masa masa kadar tindak balas . mewakili

Apabila kepekatan larutan natrium tiosulfat berkurang, masa yang lebih lama diperlukan untuk tanda ‘X’ hilang. shorter 2 The higher the concentration, the is the time taken for the yellow sulphur precipitate to appear and the faster for the “X” sign pendek to disappear. / Semakin tinggi kepekatan, semakin masa yang diambil untuk mendakan kuning sulfur kelihatan dan lebih cepat untuk tanda “X” untuk hilang.

Concentration of sodium thiosulphate solution / mol dm–3 From the sketch of graph in Diagram 3: / Dari lakaran graf dalam Rajah 3: 1 As the concentration of sodium thiosulphate solution decreases, a Kepekatan larutan natrium tiosulfat / mol dm–3 longer time is needed for the mark ‘X’ to disappear from view.

Sketch of the graph / Lakaran graf

Kepekatan larutan natrium tiosulfat / mol dm–3 Time taken for the mark ‘X’ placed under the conical flask to disappear from view. Fixed quantity of solid sulphur is formed in every experiment. Masa yang diambil untuk tanda ‘X’ di bawah kelalang kon untuk hilang dari penglihatan. Kuantiti pepejal sulfur yang terbentuk dalam setiap eksperimen adalah tetap. 1 /s–1 * The concentration of Na2S2O3(aq) is changed in all experiments. The Time volume and temperature of sulphuric acid are kept constant. / Kepekatan 1 /s–1 Na2S2O3(ak) ditukar dalam semua eksperimen. Isi padu dan suhu asid Masa sulfurik dikekalkan.

Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar tindak balas:

Observable changes to measure rate of reaction:

Na2S2O3(aq/ak) + H2SO4(aq/ak) R Na2SO4(aq/ak) + H2O(l/ce) + SO2(g/g) + S(s/p)

Balanced equation: / Persamaan seimbang:

Experiment: / Eksperimen: 45 cm3 of 0.2 mol dm–3 sodium thiosulphate solution + 5 cm3 of 1.0 mol dm–3 sulphuric acid. Experiment is repeated four more times using 0.2 mol dm–3 sodium thiosulphate solution diluted with different volume of distilled water. / 45 cm3 larutan natrium tiosulfat 0.2 mol dm–3 + 5 cm3 asid sulfurik 1.0 mol dm–3. Eksperimen diulang empat kali menggunakan 0.2 mol dm–3 larutan natrium tiosulfat yang dicairkan dengan isi padu air suling yang berbeza.

(b) Factor: Concentration of solution / Faktor: Kepekatan larutan

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

1

U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

(d) Factor: Presence of Catalyst / Faktor: Kehadiran Mangkin

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 22

© Nilam Publication Sdn Bhd

V

t2

t3

Diagram 7 / Rajah 7

t1

Experiment II Eksperimen II

Time/s Masa/s

Experiment I Eksperimen I

Tangent at t1 for experiments I and II Tangen pada t1 untuk eksperimen I dan II

CuSO4

ZnCl2(aq/ak) + H2(g/g)

2H2O2

MnO2

H2O + O2

Persamaan seimbang untuk Eksperimen I dan II:

Balanced for equation Experiments I and II:

3

100 cm of ‘0.5 volume’ hydrogen peroxide solution + 1 g manganese(IV) oxide powder / 100 cm3 larutan hidrogen peroksida ‘0.5 isi padu’ + 1 g serbuk mangan(IV) oksida

Experiment II: / Eksperimen II:

100 cm3 of ‘0.5 volume’ hydrogen peroxide solution + 0.5 g of manganese(IV) oxide powder / 100 cm3 larutan hidrogen peroksida ‘0.5 isi padu’ + 0.5 g serbuk mangan(IV) oksida

Experiment I: / Eksperimen I:

(e) Factor: Quantity of Catalyst / Faktor: Kuantiti mangkin

Zn(s/p) + 2HCl(aq/ak)

V

t1 Diagram 8 / Rajah 8

Experiment I Eksperimen I (0.5 g MnO2)

Time/s Masa/s

Experiment II Eksperimen II (1.0 g MnO2)

Tangent at t1 for experiments I and II Tangen pada t1 untuk eksperimen I dan II

Volume of oxygen gas /cm3 Isi padu gas oksigen /cm3

Sketch of the graph / Lakaran graf

1 The maximum volume of hydrogen gas 3 collected in experiment I is V cm . Isi padu maksimum gas hidrogen yang Experiment II: dikumpulkan dalam eksperimen I adalah Eksperimen II: V cm3 . Zn(s/p) + 2HCl(aq/ak) R ZnCl2(aq/ak) + H2(g/g) Temperature of sodium thiosulphate solution /°C 2 The Suhu maximum volume of / °C hydrogen gas larutan natrium tiosulfat 3 collected in experiment II is V cm . Observable changes to measure rate of reaction: Isi padu maksimum gas hidrogen yang Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar dikumpulkan dalam eksperimen II adalah tindak balas: V cm3 . 3 Time taken for reaction in experiment I to Volume of hydrogen gas in every 30 seconds by water complete is t2 s . Masa yang diambil untuk tindak balas lengkap displacement in the burette / Isi padu gas hidrogen yang dalam eksperimen I adalah t2 s . dibebaskan setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran air dalam 4 Time taken for reaction in experiment II to complete is t3 s . buret. Masa yang diambil untuk tindak balas lengkap dalam eksperimen II adalah t3 s .

Balanced equation: / Persamaan seimbang: Experiment I: Eksperimen I:

50 cm3 of 0.1 mol dm–3 hydrochloric acid + 5 g of granulated zinc / 50 cm3 asid hidroklorik 0.1 mol dm–3 + 5 g butiran zink

Experiment II: Eksperimen II:

50 cm3 of 0.1 mol dm–3 hydrochloric acid + 5 g of granulated zinc + 1 cm3 of 0.5 mol dm–3 copper(II) sulphate solution 50 cm3 asid hidroklorik 0.1 mol dm–3 + 5 g butiran zink + 1 cm3 larutan kuprum(II) sulfat 0.5 mol dm–3

Volume of hydrogen gas /cm Isi padu gas hidrogen /cm3 3

Sketch of the graph / Lakaran graf

1 Conclusion: / Kesimpulan: higher 1 The rate of decomposition of hydrogen peroxide in experiment II is than experiment I. / Kadar penguraian hidrogen peroksida dalam eksperimen II adalah lebih tinggi dari eksperimen I. 2 The rate of decomposition of hydrogen peroxide is higher in experiment II, using 1 g of manganese(IV) oxide powder. / Kadar penguraian hidrogen peroksida lebih tinggi dalam eksperimen II. (Menggunakan 1 g mangan(IV) oksida.)

From the sketch of graph in Diagram 8: / Dari lakaran graf dalam Rajah 8: 1 The tangent at t1 in experiment II is steeper than experiment I. / Tangen pada t1 dalam eksperimen II lebih curam dari eksperimen I. 2 The gradient of tangent at t1 for experiment II is higher than experiment I. Kecerunan tangen pada t1 dalam eksperimen II lebih tinggi dari eksperimen I. 3 The gradient of tangent represents rate of decomposition of hydrogen peroxide. Kecerunan tangen mewakili kadar penguraian hidrogen peroksida.

Interpretation and conclusion / Tafsiran dan kesimpulan

Conclusion: / Kesimpulan: 1 The rate of reaction between zinc and hydrochloric acid in experiment I is higher than experiment II. / Kadar tindak balas di antara zink dan asid hidroklorik dalam eksperimen I lebih tinggi berbanding dalam eksperimen II. 2 Copper(II) suphate acts as a catalyst to increase the rate of reaction between zinc and hydrochloric acid in experiment I. / Kuprum(II) sulfat bertindak sebagai mangkin untuk meningkatkan kadar tindak balas di antara zink dan asid hidroklorik dalam eksperimen I. 3 3 The total volume of hydrogen gas collected in experiments I and II are the same, V cm . This is because the volume and concentration of hydrochloric acid and mass of zinc used in both reactions are the same . / Jumlah isi padu gas hidrogen yang dikumpulkan 3 dalam eksperimen I dan II adalah sama, V cm . Ini kerana isi padu dan kepekatan jisim asid hidroklorik dan zink digunakan dalam kedua-dua tindak balas adalah sama . 4 Copper(II) sulphate acts as a catalyst to increase the rate of reaction between zinc and hydrochloric acid. The total amount of hydrogen gas given off is the same , the catalyst used does not affect the total volume of gas produced. / Kuprum(II) sulfat bertindak sebagai mangkin untuk meningkatkan kadar tindak balas di antara zink dan asid hidroklorik. Jumlah gas hidrogen yang dibebaskan adalah sama , mangkin yang digunakan tidak mempengaruhi jumlah isi padu gas yang dihasilkan.

The value of t3 larger than t2 / Nilai t3 lebih besar dari t2. ⇒ The average rate of reaction for experiment I is higher than experiment II Kadar tidak balas purata dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II 3 The gradient of tangent at t1 in experiment I is higher than experiment II. Kecerunan tangen pada t1 dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II.

From the sketch graph in Diagram 7: / Dari lakaran graf dalam Rajah 7: V cm3 = X cm3 s–1 1 The average rate of reaction for experiment I = t2 s Kadar tindak balas purata untuk eksperimen I V cm3 2 The average rate of reaction for experiment II = = Y cm3 s–1 t3 s Kadar tindak balas purata untuk eksperimen II

Interpretation and conclusion / Tafsiran dan kesimpulan

U N I T

Experiment I: Eksperimen I:

MODULE • Chemistry Form 5

22

07/11/2013 12:39 AM

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 23

23

V

3 An increase in the quantity of manganese(IV) oxide used as a catalyst will increase the rate of reaction. / Pertambahan kuantiti mangan(IV) oksida yang digunakan akan meningkatkan kadar tindak balas. 3 4 The total volume of oxygen gas collected in experiments I and II are the same, v cm . This is because the volume and concentration of hydrogen peroxide used in both experiments are the same. / Jumlah isi padu gas oksigen yang dikumpulkan dalam 3 eksperimen I dan II adalah sama, v cm . Ini disebabkan isi padu dan kepekatan hidrogen peroksida yang digunakan dalam kedua-dua eksperimen adalah sama. 5 The quantity of manganese(IV) oxide powder used as a catalyst does not affect the total volume of oxygen gas produced. / Kuantiti mangan(IV) oksida yang digunakan sebagai mangkin tidak mempengaruhi isi padu keseluruhan gas oksigen yang dihasilkan.

(a)

(b)

Time (minute/second) Masa (minit/saat)

The gradient of the curve Kecerunan lengkung

The maximum quantity of product Kuantiti hasil maksimum

3

The presence of catalyst Kehadiran mangkin

The temperature of reaction mixture Suhu campuran tindak balas

The concentration of solution Kepekatan larutan

The size of solid reactant Saiz bahan tindak balas pepejal

Factor / Faktor

higher

tinggi

is the tinggi

greater

kadar tindak balas, semakin

the rate of reaction, the

the rate of reaction, the kadar tindak balas, semakin

higher

tinggi

greater

kecerunan graf.

is the

. An increase in the quantity of catalyst chemical reaction increases the rate of reaction, the gradient of the curve greater becomes . Peningkatan dalam kuantiti mangkin yang digunakan akan meningkatkan kadar tindak balas, kecerunan graf menjadi tinggi lebih .

tinggi

The presence of catalyst in certain chemical reaction increases the rate of reaction, the gradient of the curve greater becomes . Kehadiran mangkin dalam suatu tindak balas kimia meningkatkan kadar tindak balas, kecerunan graf menjadi lebih

The higher the temperature of a solution, the gradient of the curve. tinggi Semakin tinggi suhu larutan, semakin

The higher the concentration of a solution, the higher the rate of reaction, the greater is the gradient of the curve. Semakin tinggi kepekatan larutan, semakin tinggi kadar tindak balas, semakin tinggi kecerunan graf.

kecerunan graf.

Semakin kecil saiz bahan tindak balas pepejal, semakin

gradient of the curve.

The smaller the size of a solid reactant, the

Effect on the gradient of the curve / Kesan ke atas kecerunan graf

The curve for graph of amount of product formed against time in a chemical reaction consists of two parts: Graf bagi kuantiti hasil tindak balas yang terbentuk melawan masa bagi suatu tindak balas kimia terbahagi kepada dua bahagian: (a) The maximum quantity of product: It depends on the number of mol of reactants react in the chemical reaction. Kuantiti maksimum hasil: Ia bergantung pada bilangan mol bahan tindak balas yang bertindak balas dalam tindak balas kimia tersebut. (b) The gradient of the curve: It depends on the factors that affect the rate of reaction. Kecerunan graf: Ia bergantung pada faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas.

Quantity of product (g/mol/cm ) Kuantiti hasil (g/mol/cm3)

3

setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran air dalam buret.

displacement in the burette. / Isi padu gas oksigen terkumpul

Volume of oxygen gas collected every 30 seconds by water

Observable changes to measure rate of reaction: Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar tindak balas:

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

1

U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 24

kuantiti zink.

1.0 mol dm–3 sulphuric acid at 40°C

© Nilam Publication Sdn Bhd

Bilangan mol H2SO4 dalam eksperimen I

Bilangan mol H2SO4 dalam eksperimen II

dalam buret.

setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran air

burette. / Isi padu gas hidrogen terkumpul

30 seconds by water displacement in the

Volume of hydrogen gas collected in every Powder / Serbuk

higher

tinggi

tinggi

zink dan kepekatan asid

berbanding eksperimen II kerana

suhu

berbanding eksperimen II , kecerunan graf bagi

tinggi

berbanding eksperimen II.

campuran tindak balas dalam eksperimen I lebih eksperimen I adalah lebih

saiz

higher than experiment II because the temperature of reaction than experiment II, the gradient of the curve for experiment I is greater

Kadar tindak balas awal dalam eksperimen I lebih

than experiment II.

mixture in experiment I

⇒ Initial rate of reaction in experiment I is

sulfurik.

30°C

40°C

Temperature Suhu

adalah dua kali ganda dari

of zinc and concentration of sulphuric

Kadar tindak balas dalam eksperimen I dan II tidak dipengaruhi oleh

acid.

size

1.0 mol dm

–3

1.0 mol dm–3

⇒ The rate of reaction in experiments I and II is not affected by

II

Powder / Serbuk

I

Perubahan yang dapat dilihat untuk

eksperimen I

Concentration of H2SO4 Kepekatan H2SO4

Compare rate of reaction: / Bandingkan kadar tindak balas:

eksperimen II .

Type of Zinc Jenis zink

mengukur kadar tindak balas:

= 0.05 mol

= 0.1 mol

Isi padu maksimum gas hidrogen yang terkumpul dalam

Experiment Eksperimen

of reaction:

50 u 1 1 000

100 u 1 1 000

⇒ The maximum volume of hydrogen gas collected in experiment I is double of experiment II .



(b) Number of mol of H2SO4 in experiment II =



(a) Number of mol of H2SO4 in experiment I =

Isi padu H2 yang terkumpul bergantung pada bilangan mol H2SO4

Observable changes to measure rate

+ H2(g/g)

Zn(s/p) + H2SO4(aq/ak) R ZnSO4(aq/ak)

Persamaan seimbang:

Balanced equation:

sulfurik 1.0 mol dm–3 pada 30°C

Serbuk zink berlebihan + 50 cm3 asid

1.0 mol dm–3 sulphuric acid at 30°C

Excess of zinc powder + 50 cm3 of

Eksperimen II:

Experiment II:

sulfurik 1.0 mol dm–3 pada 40°C

3

2 Volume of H2 collected depends on number of mol of H2SO4

Zink adalah berlebihan dalam eksperimen I dan II, isi padu gas hidrogen yang terkumpul tidak dipengaruhi oleh

Excess of zinc powder + 100 cm3 of

Serbuk zink berlebihan + 100 cm asid

zinc.

Eksperimen I:

1 Zinc is in excess in experiments I and II, the volume of hydrogen gas collected is not affected by the quantity of

Number of mol of reactant / Quantity of product / Factor Bilangan mol bahan tindak balas / Kuantiti hasil / Faktor

1 Time/s Masa/s

Experiment II Eksperimen II

Experiment I Eksperimen I

Volume of hydrogen/cm3 Isi padu hidrogen/cm3

Sketch of the graph Lakaran graf

U N I T

Experiment I:

(a) Experiment / Eksperimen

MODULE • Chemistry Form 5

24

07/11/2013 12:39 AM

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 25

25

air dalam buret.

setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran

burette. / Isi padu gas hidrogen terkumpul

30 seconds by water displacement in the

Volume of carbon dioxide collected in every

Observable changes to measure rate of reaction: Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar tindak balas:

CaCl2(aq/ak) + H2O(l/ce) + CO2(g/g)

CaCO3(s/p) + 2HCl(aq/ak) R

Balanced equation: Persamaan seimbang:

Experiment III: Eksperimen III: Excess calcium carbonate chips and 100 cm3 of 0.5 mol dm–3 hydrochloric acid Ketulan kalsium karbonat berlebihan dan 100 cm3 asid hidroklorik 0.5 mol dm–3

Eksperimen II: Excess calcium carbonate chips and 25 cm3 of 0.5 mol dm–3 hydrochloric acid Ketulan kalsium karbonat berlebihan dan 25 cm3 asid hidroklorik 0.5 mol dm–3

Experiment II:

Experiment I: Eksperimen I: Excess calcium carbonate chips and 25 cm3 of 1.0 mol dm–3 hydrochloric acid Ketulan kalsium karbonat berlebihan dan 25 cm3 asid hidroklorik 1.0 mol dm–3

(b) Experiment / Eksperimen

= 0.0125 mol

= 0.025 mol

100 u 0.5 = 0.05 mol 1 000

25 u 0.5 1 000

25 u 1.0 1 000

Chips / Ketulan

III

size

than experiment II, the

same , the

equal gradient

dalam eksperimen II dan III adalah

than

of HCl in greater

sama

dengan eksperimen III kerana

kepekatan HCl sama .

concentration of HCl in of the curve in experiments II and III is the same .

to experiment III because the

tinggi

berbanding eksperimen II kerana kepekatan HCl

of the curve for experiment I is

sama , kecerunan graf dalam eksperimen II dan III adalah

Kadar tindak balas awal dalam eksperimen II adalah

experiments II and III is the

tinggi

gradient

concentration

kalsium karbonat. than experiment II because the

saiz

of calcium carbonate.

0.5 mol dm–3

0.5 mol dm–3

1.0 mol dm–3

Concentration of HCl Kepekatan HCl

berbanding eksperimen II, kecerunan graf bagi eksperimen I lebih

⇒ Initial rate of reaction in experiment II is

berbanding eksperimen II.

dalam eksperimen I lebih

tinggi

Kadar tindak balas awal bagi eksperimen I lebih

experiment II.

experiment I is

higher

⇒ Initial rate of reaction in experiment I is

higher

Kadar tindak balas dalam eksperimen I, II dan II tidak dipengaruhi oleh

⇒ The rate of reaction in experiments I, II and III is not affected by

Chips / Ketulan

Chips / Ketulan

Type of CaCO3 Jenis CaCO3

II

I

Experiment Eksperimen

3 Compare rate of reaction: / Bandingkan kadar tindak balas:

experiment I ⇒ The maximum volume of carbon dioxide gas in experiment III is double of . Isi padu maksimum karbon dioksida yang terkumpul dalam eksperimen III adalah dua kali ganda eksperimen I . experiment II . ⇒ The maximum volume of carbon dioxide gas in experiment I is double of Isi padu maksimum karbon dioksida yang terkumpul dalam eksperimen I adalah dua kali ganda eksperimen II .

(c) Number of mol of HCl in experiment III = Bilangan mol HCl dalam eksperimen III

(b) Number of mol of HCl in experiment II = Bilangan mol HCl dalam eksperimen II

(a) Number of mol of HCl in experiment I = Bilangan mol HCl dalam eksperimen I

1 Calcium carbonate is in excess in experiment I, II and III, the volume of carbon dioxide gas collected is not affected by the quantity of calcium carbonate. Kalsium karbonat adalah berlebihan dalam eksperimen I, II dan III, isi padu gas karbon dioksida yang terkumpul tidak dipengaruhi oleh kuantiti kalsium karbonat. 2 Volume of CO2 collected depends on the number of mol of HCl Isi padu CO2 yang terkumpul bergantung pada bilangan mol HCl

Number of mol of reactant / Quantity of product / Factor Bilangan mol bahan tindak balas / Kuantiti hasil / Faktor

Time/s Masa/s

Experiment II Eksperimen II

Experiment I Eksperimen I

Experiment III Eksperimen III

Volume of carbon dioxide /cm3 Isi padu karbon dioksida/cm3

Sketch of the graph Lakaran graf

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

1

U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 26

© Nilam Publication Sdn Bhd

air dalam buret.

setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran

burette. / Isi padu gas hidrogen terkumpul

30 seconds by water displacement in the

Volume of hydrogen gas collected in every

Observable changes to measure rate of reaction: Perubahan yang dapat dilihat untuk mengukur kadar tindak balas:

Mg(s/p) + 2HCl(aq/ak) R MgCl2(aq/ak)

Balanced equation: Persamaan seimbang:

Experiment II: Eksperimen II: Excess of magnesium ribbon + 200 cm3 of 1.0 mol dm–3 hydrochloric acid Pita magnesium berlebihan + 200 cm3 asid hidroklorik 1.0 mol dm–3 200 u 1 = 0.2 mol 1 000

100 u 1 = 0.1 mol 1 000

Ribbon / Pita

Powder / Serbuk

Type of Mg Jenis Mg

1.0 mol dm

–3

1.0 mol dm–3

Concentration of HCl Kepekatan HCl

graf bagi eksperimen I lebih

tinggi

daripada pita magnesium dalam eksperimen II, kecerunan

daripada eksperimen II kerana jumlah luas permukaan

daripada eksperimen II.

serbuk magnesium dalam eksperimen I lebih

tinggi

tinggi

Kadar tindak balas awal dalam eksperimen I lebih

I is greater than experiment II.

powder in experiment I is higher than magnesium ribbon in experiment II, the gradient of the curve for experiment

4 Initial rate of reaction in experiment I is higher than experiment II because the total surface area of magnesium

II

I

Experiment Eksperimen

3 Compare rate of reaction: / Bandingkan kadar tindak balas:

Isi padu maksimum gas hidrogen yang terkumpul dalam eksperimen II adalah dua kali ganda eksperimen I .

⇒ The maximum volume of hydrogen gas collected in experiment II is double of experiment I .

(b) Number of mol of HCl in experiment II = Bilangan mol HCl dalam eksperimen II

(a) Number of mol of HCl in experiment I = Bilangan mol HCl dalam eksperimen I

Isi padu H2 yang terkumpul bergantung pada bilangan mol HCl.

2 Volume of H2 collected depends on the number of mol of HCl.

dipengaruhi oleh kuantiti magnesium.

Magnesium adalah berlebihan dalam eksperimen I dan II, isi padu gas hidrogen yang terkumpul tidak

quantity of magnesium.

1 Magnesium is in excess in experiments I and II, the volume of hydrogen gas collected is not affected by the

Number of mol of reactant / Quantity of product / Factor Bilangan mol bahan tindak balas / Kuantiti hasil / Faktor

1 Time/s Masa/s

Experiment I Eksperimen I

Experiment II Eksperimen II

Volume of hydrogen /cm3 Isi padu hidrogen /cm3

Sketch of the graph Lakaran graf

U N I T

Experiment I: Eksperimen I: Excess of magnesium powder + 100 cm3 of 1.0 mol dm–3 hydrochloric acid Serbuk magnesium berlebihan + 100 cm3 asid hidroklorik 1.0 mol dm–3

(c) Experiment / Eksperimen

MODULE • Chemistry Form 5

26

07/11/2013 12:39 AM

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 27

27

air dalam buret.

setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran

burette. / Isi padu gas hidrogen terkumpul

30 seconds by water displacement in the

Volume of hydrogen gas collected in every

Observable changes to measure rate of reaction: Perubahan yang dapat dilihat untuk mengukur kadar tindak balas:

Zn + H2SO4 R ZnSO4 + H2

Experiment III: Eksperimen III:

Zn + H2SO4 R ZnSO4 + H2

Experiments I and II: Eksperimen I dan II:

Balanced equation: Persamaan seimbang:

Experiment III: Eksperimen III: Excess of zinc granules and 100 cm3 of 0.5 mol dm–3 sulphuric acid Butiran zink berlebihan dan 100 cm3 asid sulfurik 0.5 mol dm–3

Experiment II: Eksperimen II: Excess of zinc granules and 100 cm3 of 0.5 mol dm–3 sulphuric acid + 5 cm3 of copper(II) sulphate solution Butiran zink berlebihan dan 100 cm3 asid sulfurik 0.5 mol dm–3 + 5 cm3 larutan kuprum(II) sulfat

Experiment I: Eksperimen I: Excess of zinc granules and 100 cm3 of 1.0 mol dm-3 sulphuric acid + 5 cm3 of copper(II) sulphate solution Butiran zink berlebihan dan 100 cm3 asid sulfurik 1.0 mol dm–3 + 5 cm3 larutan kuprum(II) sulfat

(d) Experiment / Eksperimen

100 u 0.5 = 0.05 mol 1 000

100 u 0.5 = 0.05 mol 1 000

100 u 1 = 0.1 mol 1 000

Granules / Butiran

0.5 mol dm–3

0.5 mol dm–3

1.0 mol dm

–3

Concentration of H2SO4 Kepekatan H2SO4

–

Copper(II) sulphate Kuprum(II) sulfat

Copper(II) sulphate Kuprum(II) sulfat

Presence of catalyst Kehadiran mangkin

⇒ Initial rate of reaction in experiment I is higher than experiment II because the concentration of H2SO4 in experiment I higher than experiment II, the gradient of the curve for experiment I is greater than experiment II. tinggi Kadar tindak balas awal dalam eksperimen I adalah lebih berbanding dalam eksperimen II kerana tinggi kepekatan H2SO4 dalam eksperimen I lebih berbanding dalam eksperimen II, kecerunan graf bagi eksperimen I lebih tinggi daripada eksperimen II. ⇒ Initial rate of reaction in experiment II is higher than experiment III because the catalyst copper(II) sulphate is present in experiment II. The gradient of the curve in experiment II is greater than experiment III. tinggi Kadar tindak balas awal dalam eksperimen II lebih daripada eksperimen III kerana kehadiran tinggi mangkin kuprum(II) sulfat dalam eksperimen II. Kecerunan graf bagi eksperimen II lebih daripada eksperimen III.

III

Granules / Butiran

Granules / Butiran

I II

Type of zinc Jenis zink

Experiment Eksperimen

3 Compare rate of reaction: / Bandingkan kadar tindak balas:

equal ⇒ The maximum volume of hydrogen gas collected in experiment II is to experiment III. sama Isi padu maksimum gas hidrogen yang terkumpul dalam eksperimen II adalah dengan yang terkumpul dalam eksperimen III.

⇒ The maximum volume of hydrogen gas collected in experiment I is double of experiment II . Isi padu maksimum gas hidrogen yang terkumpul dalam eksperimen I adalah dua kali ganda eksperimen II .

(c) Number of mol of H2SO4 in experiment III = Bilangan mol H2SO4 dalam eksperimen III

(b) Number of mol of H2SO4 in experiment II = Bilangan mol H2SO4 dalam eksperimen II

(a) Number of mol of H2SO4 in experiment I = Bilangan mol H2SO4 dalam eksperimen I

2 Volume of H2 depends on the number of mol of H2SO4. Isi padu H2 bergantung pada bilangan mol H2SO4.

1 Zinc is in excess in experiments I, II and III, the volume of hydrogen gas collected is not affected by the quantity of zinc. Zink adalah berlebihan dalam eksperimen I, II dan III, Isi padu gas hidrogen yang terkumpul tidak dipengaruhi oleh kuantiti zink.

Number of mol of reactant / Quantity of product / Factor Bilangan mol bahan tindak balas / Kuantiti hasil / Faktor

Experiment I Eksperimen I

Time/s Masa/s

Experiment III Eksperimen III

Experiment II Eksperimen II

Volume of hydrogen /cm3 Isi padu hidrogen /cm3

Sketch of the graph Lakaran graf

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

1

U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Application of factors that affect the rate of reaction Aplikasi faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas

U N I T

1

Examples of the application in daily activities: / Contoh-contoh aplikasi dalam aktiviti harian: (a) Storage of food in a refrigerator – when the food is kept in refrigerator, the food lasts longer. The lower temperature in toxin , hence the rate of the refrigerator slows down the activity of the bacteria . The bacteria produces less decomposition of food is lower . Penyimpanan makanan dalam peti sejuk – apabila makanan disimpan dalam peti sejuk, makanan tahan lebih lama. Suhu yang lebih rendah dalam peti sejuk memperlahankan aktiviti bakteria . Bakteria menghasilkan kurang toksin , kadar penguraian makanan lebih rendah . (b) Cooking food in a pressure cooker – the high pressure in pressure cooker increases the boiling point of water to a temperature above 100ºC. The kinetic energy of the particles in the food is increase/higher . Hence time taken for the food to be cooked is shorter . Thus the food cooked faster at a higher temperature in a pressure cooker. Memasak makanan dalam periuk tekanan-tekanan tinggi dalam periuk tekanan meningkatkan takat didih air kepada suhu yang melebihi 100°C. Tenaga kinetik zarah-zarah dalam makanan meningkat/lebih tinggi . Maka masa untuk makanan masak berkurang . Oleh itu, makanan masak dengan lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi dalam periuk tekanan. (c) Cooking of smaller pieces of food – the total surface area on a smaller cut pieces of food is larger . The food can absorb more heat. Hence, the time taken for the food to be cooked is shorter . Memasak kepingan makanan yang lebih kecil – jumlah luas permukaan pada kepingan makanan yang lebih kecil adalah lebih besar . Makanan dapat menyerap lebih haba. Maka, masa yang diambil untuk makanan dimasak berkurang .

2

Examples of the application in industrial processes / Contoh-contoh aplikasi dalam industri (a) Haber process is an industrial process to manufacture ammonia gas . The optimum conditions to run the process at a higher rate are: Proses Haber adalah proses dalam industri untuk menghasilkan gas ammonia . Keadaan optimum bagi proses ini supaya berkadar tinggi adalah: (i) The temperature is 400ºC – 500ºC. / Suhu 400°C – 500°C. (ii) The pressure is 200 – 300 atm. / Tekanan 200 – 300 atm. iron besi (iii) The catalyst is , Fe. / Mangkin adalah , Fe.

1



Chemical equation: / Persamaan kimia: N2(g) + 3H2(g)

400ºC – 500ºC Fe, 200 – 300 atm

2NH3(g)

(b) Contact process is an industrial process to manufacture sulphuric acid. The optimum conditions to run the process at a higher rate are: Proses Sentuh adalah proses dalam industri untuk menghasilkan asid sulfurik. Keadaan optimum bagi proses ini supaya berkadar tinggi adalah: (i) The temperature is 450ºC. / Suhu 450°C. (ii) The pressure is 1 atm. / Tekanan 1 atm. vanadium(V) oksida vanadium(V) oxide (iii) The catalyst is , V2O5. / Mangkin adalah , V2O5.

Persamaan kimia: / Chemical equation:

2SO2 + O2

V2O5, 450ºC 1 atm

2SO3

(c) Ostwald Process is an industrial process to manufacture nitric acid . The catalyst used for this process is platinum . asid nitrik . Mangkin yang digunakan ialah Proses Ostwald adalah proses dalam industri untuk menghasilkan platinum . © Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 28

28

07/11/2013 12:39 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

The Collision Theory / Teori Perlanggaran 1 2

3



4

5

6

During a chemical reaction, chemical bonds in the reactants are broken and new bonds in the products are formed. Semasa tindak balas kimia, ikatan kimia dalam bahan tindak balas diputuskan dan ikatan baru dalam hasil tindak balas terbentuk. Chemical reaction can only occur when the particles in the reactants collide. The particles may be atoms, ions or molecules. Tindak balas kimia hanya boleh berlaku apabila zarah-zarah bahan tindak balas berlanggar di antara satu sama lain. Zarahzarah tersebut mungkin atom, ion atau molekul. There is a minimum amount of energy which colliding particles need in order to react with each other. If the colliding particles have less than this minimum energy, then they just bounce off each other and no reaction occurs. This minimum energy is called the activation energy, Ea. Terdapat jumlah tenaga minimum yang diperlukan oleh zarah-zarah yang berlanggar untuk bertindak balas di antara satu sama lain. Jika zarah-zarah yang berlanggar mempunyai tenaga yang kurang daripada tenaga minimum, ia hanya akan melantun di antara satu sama lain dan tiada tindak balas berlaku. Tenaga minimum ini dipanggil tenaga pengaktifan, Ea. For a reaction to occur, the collision must satisfy two conditions: Untuk suatu tindak balas berlaku, perlanggaran tersebut mesti mematuhi dua syarat: (a) The colliding particle must have enough energy i.e equal or more than a minimum amount of energy known as *activation energy, Ea. Zarah-zarah yang berlanggar mesti mempunyai tenaga yang cukup, iaitu sama atau lebih daripada tenaga minimum yang dikenali sebagai *tenaga pengaktifan, Ea. * The activation energy differs in different chemical reaction. The lower the activation energy, the higher is the rate of reaction. Tenaga pengaktifan berbeza bagi tindak balas kimia yang berbeza. Semakin rendah tenaga pengaktifan, semakin tinggi kadar tindak balas. (b) The colliding particles must also have the right orientation of collisions. Zarah-zarah yang berlanggar juga mestilah mempunyai orientasi perlanggaran yang betul. The collisions that lead to a chemical reaction and result in the formation of products are known as effective collisions. Perlanggaran yang membawa kepada tindak balas kimia dan menyebabkan pembentukan hasil juga dikenali sebagai perlanggaran berkesan. The activation energy of a reaction is shown in an energy profile diagram. The energy profile diagram shows the energy changes of the reacting particles (reactants and products). Tenaga pengaktifan bagi suatu tindak balas ditunjukkan dalam gambar rajah profil tenaga. Gambar rajah profil tenaga menunjukkan bagaimana tenaga bagi zarah-zarah yang bertindak balas berubah (bahan dan hasil tindak balas). (a) * Exothermic reaction / (b) * Endothermic reaction Tindak balas eksotermik Tindak balas endotermik

1

Energy Tenaga

Energy Tenaga

Ea

Products Hasil tindak balas

Ea Ea¢

Reactants Bahan tindak balas



U N I T

Ea¢ Products Hasil tindak balas

Reactants Bahan tindak balas Progress of reaction Perkembangan tindak balas

Progress of reaction Perkembangan tindak balas

Ea – The minimum energy the reactant particle must possess before collision between them can result in a chemical reaction. Tenaga minimum yang mesti dimiliki oleh zarah-zarah bahan tindak balas sebelum perlanggaran di antara mereka menyebabkan tindak balas kimia. Ea¢ – The lower activation energy in the presence of a catalyst. Tenaga pengaktifan yang lebih rendah disebabkan kehadiran mangkin. * Exothermic and endothermic reactions will be studied in the chapter 4, thermochemistry. Tindak balas eksotermik dan endotermik akan dipelajari dalam bab 4, termokimia.

29

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 29

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

MODULE • Chemistry Form 5

7

Frequency of effective collision and rate of reaction. Frekuensi bagi perlanggaran berkesan dan kadar tindak balas. (a) Frequency of collision is the number of collisions in one second. When the frequency of collision between particles of reactants increases, the frequency of effective collisions between particles will also increase. Frekuensi bagi perlanggaran ialah bilangan perlanggaran dalam satu saat. Apabila frekuensi bagi perlanggaran di antara zarah-zarah bahan-bahan tindak balas meningkat, frekuensi bagi perlanggaran berkesan di antara zarah-zarah turut meningkat. (b) The effective collisions will result in chemical reaction. When frequency of effective collision increases, the rate of reaction will also increase. Perlanggaran berkesan menyebabkan tindak balas kimia berlaku. Apabila frekuensi perlanggaran berkesan meningkat, kadar tindak balas turut meningkat.

8

Collision theory and factors influencing the rate of reaction. Teori perlanggaran dan faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas.

U N I T

1

Size of Reactant Saiz Bahan Tindak Balas

Concentration of Reactant Kepekatan Bahan Tindak Balas

The smaller the size of reactant,

The higher the concentration of reactants,

the total surface area exposed

the number of particles in a unit

to collision is larger.

volume is higher.

Semakin kecil saiz bahan tindak balas,

Semakin tinggi kepekatan bahan tindak balas,

semakin besar jumlah luas

semakin banyak bilangan zarah

permukaan yang terdedah

dalam satu unit isi padu.

Temperature of Reaction Mixture Suhu Campuran Tindak Balas The higher the temperature, the kinetic energy of reacting particles is higher.

Catalyst Mangkin Catalyst provides an alternative path of reaction which needs lower activation energy (Ea¢).

semakin tinggi tenaga kinetik zarah-zarah

Mangkin menyediakan jalan alternatif bagi tindak balas yang memerlukan

yang bertindak balas.

tenaga pengaktifan yang

Semakin tinggi suhu,

lebih rendah (Ea¢)

kepada perlanggaran.

The reacting particles move faster. Zarah yang bertindak balas bergerak dengan lebih laju.

The frequency of Frekuensi

perlanggaran di antara zarah-zarah

effective

The frequency of Frekuensi perlanggaran

berkesan

The rate of reaction Kadar tindak balas

© Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 30

increases.

collision between particles

meningkat.

collision between particles increases. di antara zarah-zarah meningkat.

increases meningkat

. .

30

07/11/2013 12:39 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

Exercise / Latihan 1

Complete the following table. / Lengkapkan jadual berikut. Chemical equation Persamaan kimia

Ionic equation Persamaan ion

Mg + 2HCl R MgCl2 + H2

Mg + 2H+ R Mg2+ + H2

Magnesium atom and hydrogen ion Atom magnesium dan ion hidrogen

(ii) Mg + 2HNO3 R Mg(NO3)2 + H2

Mg + 2H+ R Mg2+ + H2

Magnesium atom and hydrogen ion Atom magnesium dan ion hidrogen

(iii) Zn + H2SO4 R ZnSO4 + H2

Zn + 2H+ R Zn2+ + H2

Zinc atom and hydrogen ion Atom zink dan ion hidrogen

(iv) Zn + 2CH3COOH R (CH3COO)2Zn + H2

Zn + 2H+ R Zn2+ + H2

Zinc atom and hydrogen ion Atom zink dan ion hidrogen

(v) CaCO3 + 2HCl R CaCl2 + H2O + CO2

CaCO3 + 2H+ R H2O + CO2 + Ca2+

Calcium carbonate and hydrogen ion Kalsium karbonat dan ion hidrogen

(i)

(vi) 2H2O2 R 2H2O + O2

–

(vii) Na2S2O3 + H2SO4 R Na2SO4 + H2O + SO2 + S

2

Particles that collide in the reaction Zarah-zarah yang berlanggar dalam tindak balas

S2O32– + 2H+ R H2O + SO2 + S

U N I T

1

Hydrogen peroxide molecules Molekul hidrogen peroksida Thiosulphate ion and hydrogen ion Ion tiosulfat dan ion hidrogen

Compare rate of reaction in Experiment I and Experiment II. Explain based on collision theory. Bandingkan kadar tindak balas dalam Eksperimen I dan Eksperimen II. Terangkan berdasarkan teori perlanggaran. Experiment I / Eksperimen I

Experiment II / Eksperimen II

Reactant Bahan tindak balas

20 cm of 0.5 mol dm hydrochloric acid + excess of calcium carbonate powder at 30°C 20 cm3 asid hidroklorik 0.5 mol dm–3 + serbuk kalsium karbonat berlebihan pada 30°C

20 cm of 0.5 mol dm–3 hydrochloric acid + excess of calcium carbonate chips at 30°C 20 cm3 asid hidroklorik 0.5 mol dm–3 + ketulan kalsium karbonat berlebihan pada 30°C

Balanced equation / Persamaan seimbang

CaCO3 + 2HCl R CaCl2 + H2O + CO2

Persamaan ion / Ionic equation

CaCO3 + 2H+ R H2O + CO2 + Ca2+

3

Calculate volume of carbon dioxide gas released in both experiments at room conditions. 1 mol of gas occupies 24 dm3 at room conditions Hitung isi padu gas karbon dioksida yang dibebaskan dalam kedua-dua eksperimen pada suhu bilik. 1 mol gas memenuhi 24 dm3 pada suhu bilik

–3

Number of moles of HCl / Bilangan mol HCl = 20 ×

3

0.5 = 0.01 mol 1 000

From the equation / Daripada persamaan

2 mol HCl : 1 mol CO2

0.01 mol HCl : 0.005 mol CO2 Volume of CO2 / Isi padu CO2 = 0.005 mol × 24 dm3 mol–1 = 0.12 dm3 = 120 cm3

Factor that affects rate of reaction Faktor yang mempengaruhi tindak balas

Size of calcium carbonate in experiment I is smaller than experiment II. Saiz kalsium karbonat dalam eksperimen I lebih kecil berbanding dalam eksperimen II.

Compare how the factor affects rate of reaction / Bandingkan bagaimana faktor mempengaruhi kadar tindak balas

The total surface area of calcium carbonate exposed to collision in experiment I is higher than experiment II. / Jumlah luas permukaan kalsium karbonat yang terdedah kepada perlanggaran dalam eksperimen I lebih besar berbanding dalam eksperimen II.

Compare the frequency of collision between * particles Bandingkan frekuensi perlanggaran di antara * zarah-zarah

The frequency of collisions between calcium carbonate and hydrogen ions in experiment I is higher than experiment II. / Frekuensi perlanggaran di antara kalsium karbonat dan ion hidrogen dalam eksperimen I lebih tinggi daripada eksperimen II.

Compare the frequency of effective collisions between *particles / Bandingkan frekuensi perlanggaran berkesan di antara *zarahzarah

The frequency of effective collisions between calcium carbonate and hydrogen ions in experiment I is higher than experiment II. / Frekuensi perlanggaran berkesan di antara kalsium karbonat dan ion hidrogen dalam eksperimen I lebih tinggi daripada eksperimen II.

* particles / zarah-zarah

– State the type of particles (atom/ion/molecule) that collide based on the ionic equation for the reaction. Nyatakan jenis zarah (atom/ion/molekul) yang berlanggar berdasarkan persamaan ion untuk tindak balas tersebut.

31

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 31

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Compare rate of reaction Bandingkan kadar tindak balas

Rate of reaction in experiment I is higher than experiment II. Kadar tindak balas dalam eksperimen I lebih tinggi berbanding dalam eksperimen II

Sketch of the graph Lakaran graf

U N I T

Volume of carbon dioxide gas/cm3 Isi padu gas carbon dioksida/cm3 Experiment I Eksperimen I

1

Experiment II Eksperimen II

Time/s Masa/s

3

Complete the following table to compare and explain the rate of reaction in Experiment I and Experiment II based on collision theory. / Lengkapkan jadual berikut bagi membanding dan menerangkan berdasarkan teori perlanggaran kadar tindak balas dalam Eksperimen I dan Eksperimen II. Experiment I / Eksperimen I

Experiment II / Eksperimen II

Reactant Bahan tindak balas

20 cm of 0.5 mol dm hydrochloric acid + excess of magnesium powder at 30°C 20 cm3 asid hidroklorik 0.5 mol dm–3 + serbuk magnesium berlebihan pada 30°C

20 cm of 0.5 mol dm–3 sulphuric acid + excess of magnesium powder at 30°C 20 cm3 asid sulfurik 0.5 mol dm–3 + serbuk magnesium berlebihan pada 30°C

Balanced equation Persamaan seimbang

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

Ionic equation / Persamaan ion

Mg + 2H+ → Mg2+ + H2

Mg + 2H+ → Mg2+ + H2

Calculate volume of gas released in each experiment at room condition Hitung isi padu gas yang dibebaskan dalam setiap eksperimen pada suhu bilik

Number of moles of HCl / Bilangan HCl 20 × 0.5 = = 0.01 mol 1 000

Number of moles of H2SO4 / Bilangan mol H2SO4 20 × 0.5 = = 0.01 mol 1 000

3

Ionisation equation of acid and concentration of H+ ion Persamaan pengionan asid dan kepekatan ion H+

–3

From the equation / Daripada persamaan 2 mol HCl : 1 mol H2 0.01 mol HCl : 0.005 mol H2 Volume of H2 / Isi padu H2 = 0.005 mol × 24 dm3 mol–1 = 0.12 dm3 = 120 cm3 HCl → H+ + Cl– 1 mol of hydrochloric acid ionise to 1 mol H+ 1 mol dm–3 hydrochloric acid ionise to 1 mol dm–3 H+ 1 mol asid hidroklorik mengion kepada 1 mol ion H+ 1 mol dm–3 asid hidroklorik mengion kepada 1 mol dm–3 ion H+

3

From the equation / Daripada persamaan 1 mol H2SO4 : 1 mol H2 0.01 mol H2SO4 : 0.001 mol H2 Volume of H2 / Isi padu H2 = 0.01 mol × 24 dm3 mol–1 = 0.24 dm3 = 240 cm3 H2SO4 → 2H+ + SO42– 1 mol of sulphuric acid ionise to 2 mol H+ 1 mol dm–3 sulphuric acid ionise to 2 mol dm–3 H+ 1 mol asid sulfurik mengion kepada 2 mol ion H+ 1 mol dm–3 asid sulfurik mengion kepada 2 mol dm–3 ion H+

Compare the concentration of reactant / Bandingkan kepekatan bahan tindak balas

Concentration of hydrogen ion, H+ in experiment II is double of experiment I. Kepekatan ion hidrogen, H+ dalam eksperimen II adalah dua kali ganda eksperimen I

Compare how the factor affects rate of reaction / Bandingkan faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas

The number of hydrogen ion per unit volume in experiment II is double of experiment I. Bilangan ion hidrogen dalam satu unit isi padu dalam eksperimen II adalah dua kali ganda eksperimen I.

Compare the frequency of collision between *particles / Bandingkan frekuensi perlanggaran di antara *zarah-zarah

Frequency of collisions between hydrogen ions and magnesium atoms in experiment II is higher than experiment I. / Frekuensi perlanggaran di antara ion hidrogen dan atom magnesium dalam eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I.

Compare the frequency of effective collisions between *particles Bandingkan frekuensi perlanggaran berkesan di antara *zarah-zarah

Frequency of effective collisions between hydrogen ions and magnesium atoms in experiment II is higher than experiment I. / Frekuensi perlanggaran berkesan di antara ion hidrogen dan atom magnesium dalam eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I.

* particles / zarah-zarah

– State the type of particles (atom/ion/molecule) that collide based on the ionic equation for the reaction. Nyatakan jenis zarah (atom/ion/molekul) yang berlanggar berdasarkan persamaan ion untuk tindak balas tersebut.

© Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 32

32

07/11/2013 12:39 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas Compare rate of reaction Bandingkan kadar tindak balas

Rate of reaction in experiment II is higher than experiment I. Kadar tindak balas dalam eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I.

Sketch of the graph Lakaran graf

U N I T

Volume of hydrogen gas /cm3 Isi padu gas hidrogen /cm3 240

Experiment II Eksperimen II

1

Experiment I Eksperimen I

120

Time/s Masa/s

Compare the gradient and amount of product for the curve in both experiments. Explain. / Bandingkan kecerunan dan kuantiti hasil bagi graf dalam kedua-dua eksperimen. Terangkan.

greater (i) The gradient of the curve for experiment II is than experiment I because the rate of higher reaction in experiment II is than experiment I. / Kecerunan graf bagi eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I kerana kadar tindak balas dalam eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I. double (ii) The volume of hydrogen gas collected in experiment II is of experiment I. diprotic Sulphuric acid is acid while hydrochloric acid is monoprotic acid. One mol of two sulphuric acid ionises to mol of H+ ions, one mol of hydrochloric acid ionises to one mol of H+ ions. / Isi padu gas hidrogen yang terkumpul dalam eksperimen II adalah dua kali ganda lebih banyak daripada eksperimen I. Asid sulfurik ialah asid diprotik manakala asid hidroklorik ialah asid monoprotik . Satu mol asid sulfurik mengion kepada dua mol ion H+, satu mol asid hidroklorik mengion kepada satu mol ion H+. double (iii) The number of H+ ions in the same volume and concentration of both acids is in + sulphuric acid. / Bilangan mol ion H dalam isi padu dan kepekatan asid yang sama adalah dua kali ganda lebih banyak dalam asid sulfurik.

4

Complete the following table to compare and explain how does copper(II) sulphate solution affect the rate of reaction. Lengkapkan jadual berikut untuk membanding dan menerangkan berdasarkan teori perlanggaran bagaimana larutan kuprum(II) sulfat mempengaruhi kadar tindak balas. Experiment I / Eksperimen I

Excess of zinc granules Butiran zink berlebihan

Experiment II / Eksperimen II

Water Air

Zn(s/p) + 2HCl(aq/ak) → ZnCl2(aq/ak) + H2(g/g)

Ionic equation Persamaan ion Calculate volume of hydrogen gas released in experiments I and II at room conditions. 1 mol of gas occupies 24 dm3 at room conditions Hitung isi padu gas hidrogen yang dibebaskan dalam eksperimen I dan II pada suhu bilik. 1 mol gas memenuhi 24 dm3 pada suhu bilik

Zn(s/p) + 2HCl(aq/ak)

CuSO4

ZnCl2(aq/ak) + H2(g/g)

Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

Number of moles of HCl / Bilangan mol HCl =

50 u 1 = 0.05 mol 1 000

From the equation / Daripada persamaan 2 mol HCl : 1 mol H2 0.05 mol HCl : 0.025 mol H2 Volume of H2 / Isi padu H2 = 0.025 mol H2 × 24 dm3 mol–1 = 0.6 dm3 = 600 cm3

33

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 33

Water Air

50 cm3 of 1.0 mol dm–3 hydrochloric acid + Copper(II) sulphate solution / 50 cm3 asid hidroklorik 1.0 mol dm–3 + kuprum(II) sulfat

50 cm3 of 1.0 mol dm–3 hydrochloric acid 50 cm3 asid hidroklorik 1.0 mol dm–3

Balanced equation Persamaan seimbang

Excess of zinc granules Butiran zink berlebihan

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

MODULE • Chemistry Form 5

U N I T

1

Compare the factor that affects rate of reaction / Bandingkan faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas

Reaction between zinc and hydrochloric acid in experiment I is without catalyst while copper(II) sulphate added in experiment II acts as a catalyst. Tindak balas antara zink dan asid hidroklorik dalam eksperimen I adalah tanpa mangkin manakala kuprum(II) sulfat hadir dalam eksperimen II sebagai mangkin.

Compare how the factor affects rate of reaction Bandingkan bagaimana faktor tersebut mempengaruhi kadar tindak balas

Copper(II) sulphate lowers the activation energy for the reaction between zinc and hydrochloric acid in experiment II. Kuprum(II) sulfat merendahkan tenaga pengaktifan bagi tindak balas antara zink dan asid hidroklorik dalam eksperimen II.

Compare the frequency of effective Frequency of effective collisions between zinc atom and hydrogen ion in experiment II is higher than experiment I. collisions between *particles Frekuensi perlanggaran berkesan di antara atom zink dan ion hidrogen dalam eksperimen II adalah lebih tinggi Bandingkan frekuensi daripada eksperimen I. perlanggaran berkesan di antara *zarah-zarah Compare rate of reaction Bandingkan kadar tindak balas

Rate of reaction in experiment II is higher than experiment I. Kadar tindak balas dalam eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I.

Sketch of the graph for experiment I and experiment II Lakaran graf bagi eksperimen I dan eksperimen II

Volume of hydrogen gas /cm3 Isi padu gas hidrogen /cm3 Experiment II Eksperimen II

Experiment I Eksperimen I

Time/s Masa/s

Compare the gradient and amount of product for the curve in both experiments. Explain. Bandingkan kecerunan dan kuantiti hasil untuk graf dalam kedua-dua eksperimen. Terangkan.

5

1 The gradient of the curve for experiment II is greater than experiment I because the rate of reaction in reaction experiment II is higher than experiment I. Kecerunan graf bagi eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I kerana kadar tindak balas dalam eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I. equal 2 The volume of hydrogen gas released in experiment I is to experiment II. The volume and concentration of hydrochloric acid in experiments I and II are similar. Copper(II) sulphate in experiment II that is used as a catalyst does not affect the total volume of hydrogen gas produced. sama Isi padu gas hidrogen yang dibebaskan dalam eksperimen I adalah dengan eksperimen II. Isi padu dan kepekatan asid hidroklorik dalam eksperimen I dan II adalah sama. Kuprum(II) sulfat dalam eksperimen II yang digunakan sebagai mangkin tidak mempengaruhi jumlah isi padu gas hidrogen yang dihasilkan.

The table below shows the data for three experiments that have been carried out to determine the effect of catalyst on the decomposition of hydrogen peroxide to water and oxygen. Jadual di bawah menunjukkan data bagi tiga eksperimen yang dijalankan untuk menentukan kesan mangkin ke atas penguraian hidrogen peroksida kepada air dan oksigen. Volume of H2O2 / cm3 Isi padu H2O2 / cm3

Concentration of H2O2 / mol dm–3 Kepekatan H2O2 / mol dm–3

Mass of MnO2 /g Jisim MnO2/g

I

20

1.0

–

II

20

1.0

1.0

III

20

1.0

2.0

(a) Write the chemical equation for the decomposition of hydrogen peroxide. Tuliskan persamaan kimia bagi penguraian hidrogen peroksida. 2H2O2 → 2H2O + O2

© Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 34

34

07/11/2013 12:39 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

(b) Draw the set-up of apparatus for the experiment. / Lukiskan susunan radas bagi eksperimen ini.

U N I T

Manganese(IV) oxide Mangan(IV) oksida

1

Water Air

H2O2

(c) Between experiments I, II and III, which has the highest rate of reaction? Explain your answer. Antara eksperimen I, II dan III, yang manakah mempunyai kadar tindak balas yang paling tinggi? Terangkan jawapan anda. Experiment III. The amount of catalyst used in experiment III is more than experiment II. Eksperimen III. Kuantiti mangkin yang digunakan dalam eksperimen III adalah lebih banyak dari eksperimen II.

(d) Explain how does manganese(IV) oxide affect the rate of decomposition of hydrogen peroxide by using collision theory. Terangkan bagaimana mangan(IV) oksida mempengaruhi kadar penguraian hidrogen peroksida menggunakan teori perlanggaran. • Manganese(IV) oxide provides an alternative path with lower activation energy for the decomposition of hydrogen peroxide • The frequency of effective collisions between hydrogen peroxide molecules increases. • The rate of decomposition of hydrogen peroxide increases. • Mangan(IV) oksida menyediakan laluan alternatif dengan tenaga pengaktifan yang lebih rendah bagi penguraian hidrogen peroksida. • Frekuensi perlanggaran berkesan antara molekul hidrogen peroksida meningkat. • Kadar penguraian hidrogen peroksida meningkat.

(e) Calculate the volume of oxygen gas released in experiment II at room temperature and pressure. Hitung isi padu gas oksigen yang dibebaskan dalam eksperimen II pada suhu dan tekanan bilik. Number of mol of H2O2 / Bilangan mol H2O2 =

20 × 1 = 0.02 mol 1 000

From the equation, / Daripada persamaan,

2 mol H2O2 : 1 mol O2 0.02 mol H2O2 : 0.01 mol O2 Volume of O2 / Isi padu O2 = 0.01 mol × 24 dm3 mol–1 = 0.24 dm3 = 240 cm3

(f) Sketch the graph of volume of oxygen gas against time for experiments I, II and III. Lakarkan graf isi padu gas oksigen melawan masa bagi eksperimen I, II dan III. Volume of oxygen gas /cm3 Isi padu gas oksigen /cm3

III

II I

Time/s Masa/s

(g) State one factor other than concentration and catalyst that can affect the rate of decomposition of hydrogen peroxide. Nyatakan satu faktor lain selain kepekatan dan mangkin yang boleh mempengaruhi kadar penguraian hidrogen peroksida. Temperature of hydrogen peroxide. / Suhu hidrogen peroksida

35

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 35

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

MODULE • Chemistry Form 5

6

U N I T

1





An experiment was conducted to study the effect of temperature on the rate of reaction between 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 sodium thiosulphate solution and 5 cm3 of 1.0 mol dm–3 sulphuric acid. Time taken for fixed amount of sulphur formed is recorded. The experiment was repeated five times using different temperatures of sodium thiosulphate solution. Suatu eksperimen dijalankan untuk mengkaji kesan suhu ke atas kadar tindak balas antara 50 cm3 larutan natrium tiosulfat 0.2 mol dm–3 dan 5 cm3 asid sulfurik 1.0 mol dm–3. Masa yang diambil untuk kuantiti sulfur yang tetap terbentuk direkodkan. Eksperimen diulangi sebanyak lima kali dengan menggunakan suhu larutan natrium tiosulfat yang berlainan. Table below shows the temperature and time taken for mark ‘X’ sign to disappear from view. Jadual di bawah menunjukkan suhu dan masa untuk tanda ‘X’ hilang daripada penglihatan. Experiment / Eksperimen Temperature of sodium thiosulphate/ °C Suhu natrium tiosulfat/ °C Time taken for fixed amount of sulphur formed/s / Masa untuk kuantiti tetap sulfur terbentuk/s 1 (s–1) time / masa

(a) (i)

1

2

3

4

5

30.0

40.0

60.0

80.0

92.0

38

31

19

14

12

0.026

0.032

0.052

0.070

0.080

Write chemical equation for the reaction between sodium thiosulphate solution and sulphuric acid. Tuliskan persamaan kimia bagi tindak balas antara larutan natrium tiosulfat dengan asid sulfurik. Na2S2O3(aq/ak) + H2SO4(aq/ak) → Na2SO4(aq/ak) + H2O(l/ce) + SO2(g/g) + S(s/p)



(ii) Write the ionic equation for the reaction in (a)(i). / Tuliskan persamaan ion bagi tindak balas di (a)(i). S2O32– (aq/ak) + 2H+ (aq/ak) → H2O(l/ce) + SO2(g/g) + S(s/p)

(b) What is the colour of the solid sulphur formed? / Apakah warna pepejal sulfur yang terbentuk? Yellow / Kuning

(c) Suggest how to measure fixed amount of sulphur in this experiment. Cadangkan cara untuk mengukur kuantiti sulfur yang tetap dalam eksperimen ini. It is measured by the time taken for the mark ‘X’ sign placed under the conical flask to disappear from view. / Ia boleh diukur melalui masa yang diambil untuk tanda ‘X’ yang diletak di bawah kelalang kon untuk hilang daripada penglihatan.

(d) (i) Complete the above table for

1 1 for this experiment. / Lukiskan graf bagi suhu melawan (ii) Draw a graph of temperature against bagi masa time eksperimen ini.

Temperature of sodium thiosulphate/°C Suhu natrium tiosulfat/°C



1 1 . / Lengkapkan jadual di atas bagi . masa time

80

60

40

20

0.02 © Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 36

0.04

0.06

0.08

1 /s–1 Time / Masa

36

07/11/2013 12:39 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

(e) (i)

Based on graph in (d)(ii), state the relationship between the temperature of sodium thiosulphate solution and the rate of reaction. / Berdasarkan graf di (d)(ii), nyatakan hubungan di antara suhu larutan natrium tiosulfat dan kadar tindak balas. The higher the temperature of sodium thiosulphate solution, the higher the rate of reaction. / Semakin tinggi suhu larutan natrium tiosulfat, semakin tinggi kadar tindak balas.

(ii) Explain your answer in (e)(i) using collision theory. Terangkan jawapan anda di (e)(i) menggunakan teori perlanggaran. The higher the temperature of sodium thiosulphate solution, the higher the kinetic energy of thiosulphate ion, S2O3 . The 2–

U N I T

1

frequency of collisions between hydrogen ion and thiosulphate ion increases, the frequency of effective collisions between hydrogen ion and thiosulphate ion increases, the rate of reaction increases. / Semakin tinggi suhu larutan natrium tiosulfat, semakin tinggi tenaga kinetik ion tiosulfat, S2O32–. Frekuensi perlanggaran di antara ion hidrogen dan ion tiosulfat meningkat, frekuensi perlanggaran berkesan di antara ion hidrogen dan ion tiosulfat meningkat, kadar tindak balas meningkat.

(f) State one other factor that needs to be constant in the experiments. Nyatakan satu faktor lain yang perlu dimalarkan dalam eksperimen ini. The concentration of sodium thiosulphate solution. / Kepekatan larutan natrium tiosulfat.

(g) Calculate the volume of 0.1 mol dm–3 sodium thiosulphate solution needed to prepare 100 cm3 of 0.08 mol dm–3 sodium thiosulphate solution. / Hitung isi padu larutan natrium tiosulfat 0.1 mol dm–3 yang diperlukan untuk menyediakan 100 cm3 larutan natrium tiosulfat 0.08 mol dm–3. V × 0.1 mol dm–3 = 100 cm3 × 0.08 mol dm–3

7

V = 80 cm3

Three experiments are carried out to determine the rate of reaction between zinc and acid. The table below shows the reaction mixture and the time taken to collect 25 cm3 hydrogen gas in the experiments. Tiga eksperimen dijalankan untuk menentukan kadar tindak balas antara zink dengan asid. Jadual di bawah menunjukkan campuran tindak balas dan masa yang diambil untuk mengumpulkan 25 cm3 gas hidrogen dalam eksperimen itu. Experiment Eksperimen

Time Taken/s Masa /s

Reaction Mixture / Campuran tindak balas

I

20.0 cm3 of 1.0 mol dm–3 hydrochloric acid + excess of zinc powder 20.0 cm3 asid hidroklorik 1.0 mol dm–3 + serbuk zink berlebihan

50.0

II

20.0 cm3 of 1.0 mol dm–3 hydrochloric acid + excess of zinc powder + 5 drops of copper(II) sulphate solution 20.0 cm3 asid hidroklorik 1.0 mol dm–3 + serbuk zink berlebihan + 5 titis larutan kuprum(II) sulfat

35.0

III

20.0 cm3 of 1.0 mol dm–3 sulphuric acid + excess of zinc powder 20.0 cm3 asid sulfurik 1.0 mol dm–3 + serbuk zink berlebihan

25.0

(a) Based on table above, state the factors that will increase the rate of reaction in experiments II and III. Berdasarkan jadual di atas, nyatakan faktor yang akan meningkatkan kadar tindak balas dalam eksperimen II dan III. Catalyst, concentration of acid. / Mangkin, kepekatan asid.

(b) State the method of collecting the hydrogen gas. / Nyatakan kaedah untuk mengumpulkan gas hidrogen. Water displacement in a burette. / Penyesaran air di dalam buret.

(c) Calculate the average rate of reaction for / Hitungkan kadar tindak balas purata untuk (i) experiment I / eksperimen I (ii) experiment III / eksperimen III

Average rate of reaction / Kadar tindak balas purata

Average rate of reaction / Kadar tindak balas purata 25 cm3 = 25 s = 1.0 cm3 s–1

= 25 cm 3

50 s = 0.5 cm3 s–1

37

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 37

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(iii) Explain the difference in the rate of reaction between experiment I and experiment III. Use the collision theory in your explanation. / Menggunakan teori perlanggaran, terangkan perbezaan kadar tindak balas dalam eksperimen I dan III.

U N I T

1

The number of H+ ion per unit volume in experiment III is higher than in experiment I. The

frequency of collisions

between H+ ion and zinc atom in experiment III is higher than in experiment I. The

frequency of effective

collisions between H+ ion and zinc atom in experiment III is higher than in experiment I. The

rate of reaction in

experiment III is higher

than experiment I. / Bilangan ion H+ dalam satu unit isi padu dalam experimen III lebih

tinggi dari eksperimen I. Frekuensi perlanggaran antara ion H+ dan atom zink dalam eksperimen III lebih tinggi dari eksperimen I. Frekuensi perlanggaran berkesan antara ion H+ dan atom zink dalam eksperimen III lebih tinggi dari eksperimen I. Kadar tindak balas eksperimen III lebih tinggi dari ekperimen I. (d) The diagram below shows the sketch of the graphs for experiments I and II. Rajah di bawah menunjukkan lakaran graf bagi eksperimen I dan II. Volume /cm3 Isi padu /cm3

25

Experiment II Eksperimen II

Experiment I Eksperimen I 50

35

Time/s Masa/s

(i) Label the graph for experiments I and II. / Labelkan graf untuk eksperimen I dan II. (ii) Complete the curves for experiments I and II in the above diagram until the reactions are completed. Lengkapkan lengkung untuk eksperimen I dan II pada rajah di atas sehingga tindak balas lengkap. (e) Sketch an energy profile diagram which shows an activation energy of reactions I and II. Lakarkan gambar rajah profil tenaga yang menunjukkan tenaga pengaktifan untuk tindak balas I dan II. Energy Tenaga

Ea Experiment I / Eksperimen I Ea Experiment II / Eksperimen II Ea

Zn + 2H+

Ea

Zn2+ + H2

© Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 38

38

07/11/2013 12:39 AM

Rate of Reaction Kadar Tindak Balas

Objective Questions / Soalan Objektif 1

4

The reaction between excess of magnesium with sulphuric acid is represented by the following equation. Tindak balas antara magnesium berlebihan dengan asid sulfurik diwakili oleh persamaan berikut.

Which of the following will increase the frequency of collision? / Antara berikut, yang manakah akan meningkatkan frekuensi perlanggaran? I Use a reactant with a smaller size / Menggunakan bahan tindak balas yang bersaiz lebih kecil II Remove the product of the reaction Mengeluarkan hasil tindak balas III Increase the temperature of the reaction Meningkatkan suhu tindak balas IV Increase the concentration of the reactant Meningkatkan kepekatan bahan tindak balas A IV only / IV sahaja B II and IV only / II dan IV sahaja C II and III only / II dan III sahaja 3 D I, III and IV only / I, III dan IV sahaja

Mg(s/p) + H2SO4(aq/ak) → MgSO4(aq/ak) + H2(g/g)

Which of the following represents the graph of mass of magnesium against time? / Graf manakah yang mewakili graf jisim magnesium melawan masa?

A Mass/g



C

Jisim/g

Time/s Masa/s

3 B Mass/g Jisim/g

Time/s Masa/s

2



Mass/g Jisim/g

Time/s Masa/s

D

Mass/g Jisim/g

U N I T

1

5

Which of the following is the function of a catalyst in a chemical reaction? / Antara berikut, yang manakah merupakan fungsi mangkin dalam suatu tindak balas kimia? A To increase the kinetic energy of the particles of the reactants. / Untuk meningkatkan tenaga kinetik zarahzarah bahan-bahan tindak balas. B To provide a bigger total surface area for the reaction. Untuk menyediakan jumlah luas permukaan yang lebih besar untuk tindak balas. C To increase the frequency of collision between the particles of the reactants. Untuk meningkatkan frekuensi perlanggaran di antara zarah-zarah bahan tindak balas. 3 D To provide an alternative pathway with a lower activation energy. / Untuk menyediakan laluan alternatif yang mempunyai tenaga pengaktifan yang lebih rendah.

Time/s Masa/s



The table below shows the total volume of gas carbon dioxide collected at regular intervals in a reaction. Jadual berikut menunjukkan jumlah isi padu gas karbon dioksida yang dikumpulkan pada selang masa yang ditetapkan dalam suatu tindak balas. Time (s) Masa (s)

0

30

60

90

120

150

180

210

Volume of gas Isi padu gas (cm3)

0

2.0

3.7

5.2

6.4

7.3

8.6

8.6

What is the average rate of reaction in this experiment? Berapakah purata kadar tindak balas dalam eksperimen ini? A 0.041 cm3 s–1 C 0.049 cm3 s–1 3 –1 3 B 0.048 cm s D 0.053 cm3 s–1

6

The diagram below shows an energy profile diagram for a reaction. / Rajah di bawah menunjukkan gambar rajah profil tenaga bagi suatu tindak balas. Energy / Tenaga

3

The table below shows the volume of hydrogen gas obtained at regular intervals for the reaction between zinc and sulphuric acid. / Jadual berikut menunjukkan jumlah isi padu gas karbon dioksida yang dikumpulkan pada selang masa yang tetap dalam suatu tindak balas. Time / Masa (min)

0

1.0

2.0

Volume of hydrogen gas Isi padu gas hidrogen (cm3)

0

5.5

10.0 14.0 17.5 20.0

3.0

4.0

Reactants Bahan tindak balas

P

5.0

R Products Hasil tindak balas

S Progress of reaction Kemajuan tindak balas



Which of the following shows the activation energy of the reaction? / Antara berikut, yang manakah menunjukkan tenaga pengaktifan bagi tindak balas tersebut? A P 3 B Q C R D S



What is the average rate of reaction from the second minute to the fourth minute? / Berapakah purata kadar tindak balas dari minit kedua hingga minit keempat? 3 C 3.75 cm3 min–1 A 17.5 cm3 min–1 3 –1 B 12.5 cm min D 4.17 cm3 min–1

39

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 39

Q

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 12:39 AM

MODULE • Chemistry Form 5

7

U N I T

1

9

The diagram below shows energy profile diagram for a reaction between X and Y to produce Z which is affected by the presence of catalyst. / Rajah di bawah menunjukkan gambar rajah profil tenaga bagi suatu tindak balas di antara X dan Y untuk menghasilkan Z yang dipengaruhi oleh kehadiran mangkin. Energy / Tenaga

The diagram below shows the graph of volume of carbon dioxide gas against time. Curve P is obtained from an experiment of excess calcium carbonate chips with 25 cm3 of 0.1 mol dm–3 hydrochloric acid. / Rajah di bawah menunjukkan graf isi padu gas karbon dioksida melawan masa. Graf P diperoleh daripada tindak balas antara ketulan kalsium karbonat berlebihan dengan 25 cm3 asid hidroklorik 0.1 mol dm–3. Volume/cm3 / Isi padu/cm3

Z 480 kJ

350 kJ

P

430 kJ

Q

X +Y



Which of the following solutions will produce curve Q when it is reacted with excess of calcium carbonate? Antara larutan berikut, yang manakah akan menghasilkan graf Q apabila bertindak balas dengan kalsium karbonat berlebihan? A 25 cm3 of 0.15 mol dm–3 hydrochloric acid 25 cm3 asid hidroklorik 0.15 mol dm–3 B 20 cm3 of 0.15 mol dm–3 hydrochloric acid 20 cm3 asid hidroklorik 0.15 mol dm–3 3 C 15 cm3 of 0.15 mol dm–3 hydrochloric acid 15 cm3 asid hidroklorik 0.15 mol dm–3 D 10 cm3 of 0.25 mol dm–3 hydrochloric acid 10 cm3 asid hidroklorik 0.25 mol dm–3



What is the activation energy for the reaction with the presence of catalyst? / Apakah tenaga pengaktifan bagi tindak balas tersebut dengan kehadiran mangkin? A 350 kJ 3 B 430 kJ C 480 kJ D 830 kJ 8



The diagram below shows the graph of the volume of oxygen gas against time for the reaction between zinc and sulphuric acid. Curve X is obtained when excess granulated zinc is reacted with 25 cm3 of 1 mol dm–3 sulphuric acid. Rajah di bawah menunjukkan graf isi padu gas oksigen melawan masa bagi tindak balas antara zink dengan asid sulfurik. Graf X diperoleh apabila butiran zink berlebihan ditindakbalaskan dengan 25 cm3 asid sulfurik 1 mol dm–3.

10 Which of the following experiments has the highest initial rate of reaction? Antara eksperimen berikut, yang manakah mempunyai kadar tindak balas awal yang tertinggi?

Volume/cm3 / Isi padu/cm3

Y Exp. Eks.

X

Time/s Masa/s



Which of the following must be done to produce curve Y? Antara berikut, yang manakah perlu dilakukan untuk menghasilkan graf Y? A Replace granulated zinc with zinc powder. Menggantikan butiran zink dengan serbuk zink. B Add a few drops of copper(II) sulphate solution Menambahkan beberapa titik larutan kuprum(II) sulfat. 3 C Replace 25 cm3 of 1 mol dm–3 sulphuric acid with 25 cm3 of 2 mol dm–3 sulphuric acid / Menggantikan 25 cm3 asid sulfurik 1 mol dm–3 dengan 25 cm3 asid sulfurik 2 mol dm–3 D Replace 25 cm3 of 1 mol dm–3 sulphuric acid with 50 cm3 of 1 mol dm–3 sulphuric acid / Menggantikan 25 cm3 asid sulfurik 1 mol dm–3 dengan 50 cm3 asid sulfurik 1 mol dm–3 © Nilam Publication Sdn Bhd

009-040_B1_ChemF5 2013.indd 40

Time/s Masa/s

0

Progress of reaction Kemajuan tindak balas

Magnesium, Mg Magnesium, Mg Mass Jisim (g)

Type of Mg Jenis Mg

Hydrochloric acid, HCl Asid hidroklorik, HCl Volume Isi padu (cm3)

Concentration Kepekatan (mol dm–3)

A

I

5

Powder Serbuk

50

0.1

B

II

5

Ribbon Pita

50

0.2

C

III

10

Ribbon Pita

50

0.1

3 D

IV

10

Powder Serbuk

50

0.2

40

07/11/2013 12:39 AM

2

CARBON COMPOUNDS SEBATIAN KARBON

Hydrocarbon / Hidrokarbon Understanding Carbon Compounds / Memahami Sebatian Karbon

• State what a carbon compound is. / Menyatakan maksud sebatian karbon. • Explain and classify carbon compounds as organic and inorganic compounds. Menerangkan dan mengelaskan sebatian karbon organik dan tak organik. • State the meaning of hydrocarbon inclusive of saturated and unsaturated hydrocarbon. Menyatakan maksud hidrokarbon termasuk hidrokarbon tepu dan tak tepu. • State the sources of hydrocarbon. / Menyatakan sumber hidrokarbon. • Carry out an activity to identify the product of the combustion of organic compounds (carbon dioxide and water). Menjalankan aktiviti untuk mengenal pasti hasil pembakaran sebatian organik (karbon dioksida dan air).

U N I T

Alkane and Alkene / Alkana dan Alkena • State the general formula of alkane and alkene. / Menyatakan formula am alkana dan alkena. • State the characteristics of the alkane and alkene series. / Menyatakan ciri-ciri alkana dan alkena. • Name, draw structural formula and write the formulae of the first ten molecules in alkane series and the first nine molcules in the alkene series. / Menamakan, melukis formula struktur dan menulis formula bagi sepuluh molekul pertama dalam siri alkana dan sembilan molekul pertama dalam siri alkena. • Explain the effect of increasing the number of carbon atoms on the physical properties of alkanes and alkenes. Menerangkan kesan peningkatan bilangan atom karbon terhadap sifat-sifat fizikal alkana dan alkena.

Alkane / Alkana

Alkene / Alkena

• Explain the meaning of saturated hydrocarbon for the alkane series. / Menerangkan maksud hidrokarbon tepu bagi siri homolog alkana. • Describe the chemical properties of alkanes in substitution reaction and combustion. Menghuraikan sifat-sifat kimia dari segi tindak balas penukargantian dan pembakaran. • Describe how methane affects everyday life. Menghuraikan bagaimana metana mempenga­ ruhi kehidupan seharian.

• Explain the meaning of unsaturated hydrocarbon in the alkene series. Menerangkan maksud hidrokarbon tak tepu dalam siri homolog alkena. • Explain the chemical properties of alkenes in addition reactions, combustion and polymerisation. Menerangkan sifat kimia alkena dalam tindak balas penambahan, pembakaran dan pempolimeran.

Hydrogenation Addition Reaction Penghidrogenan Tindak balas Penambahan

2

Compare the Chemical Properties of Alkanes and Alkenes / Membanding Sifat-Sifat Kimia Alkana dan Alkena • Describe the experiment, state the observations and explain the differences between chemical reactions of alkanes and alkenes for the following reactions: / Menghuraikan eksperimen, menyatakan pemerhatian dan menerangkan perbezaan di antara tindak balas kimia alkana dan alkena bagi tindak balas berikut: (i) Reaction with bromine water. / Tindak balas dengan air bromin. (ii) Reaction with acidified potassium manganate(VII) solution. Tindak balas dengan larutan kalium manganat(VII) berasid. (iii) Combustion. / Pembakaran. Homologous Series / Siri Homolog • List the general characteristics of the homologous series. / Menyenaraikan sifat-sifat am bagi siri homolog. • Generalise the characteristics of homologous series based on ALKANE and ALKENE. Membuat generalisasi sifat-sifat siri homolog berdasarkan ALKANA dan ALKENA. IUPAC Nomenclature and Isomerism in Alkane and Alkene / Penamaan IUPAC dan Keisomeran dalam Alkana & Alkena • Naming alkanes and alkenes using IUPAC nomenclature. / Menamakan alkana dan alkena mengikut sistem IUPAC. • Explain what isomerism is. / Menerangkan keisomeran. • Draw the structural formulae of a particular alkane and alkene. / Melukis formula struktur bagi sesuatu alkana dan alkena. • Use IUPAC nomenclature to name isomers. / Menggunakan sistem IUPAC untuk menamakan isomer.

41

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 41

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Carbon Compounds / Sebatian Karbon 1

Carbon compounds are compounds that contain the carbon element. These compounds can be classified into two groups: Sebatian karbon adalah sebatian yang mengandungi unsur karbon. Sebatian ini boleh dikelaskan kepada dua kumpulan: (a) Organic compounds / Sebatian organik (b) Inorganic compounds / Sebatian tak organik

2

Organic compounds are carbon compounds that are obtained from living things such as sugar, starch, protein, vitamin, enzym etc. They are obtained from plants and animals. Sebatian organik adalah sebatian karbon yang diperoleh daripada benda hidup seperti gula, kanji, protein, vitamin, enzim dan lain-lain. Bahan-bahan ini diperoleh daripada tumbuhan dan binatang.

3

U N I T

2

4

Inorganic compounds are carbon compounds that usually do not contain carbon to carbon bonds such as carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO), calcium carbonate (CaCO3) etc. Sebatian tak organik adalah sebatian karbon yang biasanya tidak mengandungi ikatan karbon-karbon seperti karbon dioksida(CO2), karbon monoksida(CO), kalsium karbonat(CaCO3) dan lain-lain. Most organic compounds contain the carbon element and hydrogen element. Complete combustion of organic compounds produces carbon dioxide and water. Kebanyakan sebatian organik mengandungi unsur karbon dan hidrogen. Pembakaran lengkap sebatian organik menghasilkan karbon dioksida dan air.

Hydrocarbon / Hidrokarbon 1

Hydrocarbons are organic compounds that contain only carbon, C and hydrogen, H. Hidrokarbon adalah sebatian organik yang hanya mengandungi karbon, C dan hidrogen, H sahaja.

2

Hydrocarbons are classified into two groups: / Hidrokarbon boleh dikelaskan kepada dua kumpulan: Saturated hydrocarbons / Hidrokarbon tepu Hydrocarbon that contain only Definition Definisi

single

covalent

bonds between carbon atoms. Hidrokarbon yang mengandungi ikatan kovalen tunggal sahaja di antara atom kabon.

Example of *structural formula Contoh *formula struktur

H

H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

* * 3

double Hydrocarbon that contain at least one or triple covalent bond between carbon atoms. Hidrokarbon yang mengandungi sekurang-kurangnya satu ganda dua ganda tiga ikatan kovalen atau di antara atom karbon.

H

Single covalent bond between carbon atoms. tunggal sahaja di antara karbon. Ikatan kovalen *Homologous series *Siri homolog

Unsaturated hydrocarbons / Hidrokarbon tak tepu

Alkane / Alkana

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

Double covalent bond between carbon atoms. Ikatan kovalen ganda dua di antara karbon.

Alkene / Alkena

Homologous series are carbon compounds that have the certain general characteristics. Siri homolog adalah sebatian karbon yang mempunyai sifat-sifat am yang tertentu. Structural formula is a chemical formula that shows how atoms are bonded to each other covalently in a molecule. Formula struktur ialah formula kimia yang menunjukkan bagaimana atom terikat di antara satu sama lain secara kovalen dalam suatu molekul.

The main source of hydrocarbons is petroleum. It is formed as a result of decomposition of plants and animals that died million years ago. Sumber utama hidrokarbon ialah petroleum. Ia terbentuk daripada penguraian tumbuhan dan binatang yang telah mati sejak berjuta-juta tahun dahulu.

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 42

42

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

4



Petroleum is a mixture of different molecular size hydrocarbons . These hydrocarbons can be separated using fractional distillation of petroleum at different temperature. This process separates hydrocarbons with different molecular size (petroleum gas, petrol, naphta, kerosene, diesel and lubricating oil). Petroleum ialah campuran molekul hidrokarbon yang berlainan saiz. Hidrokarbon ini boleh diasingkan melalui penyulingan berperingkat petroleum pada suhu yang berlainan. Proses ini mengasingkan hidrokarbon yang mempunyai saiz molekul yang berlainan (gas petroleum, petrol, nafta, kerosin, diesel dan minyak pelincir).

Alkane / Alkana 1

CnH2n + 2 Alkanes are hydrocarbons with general formula , where n = 1, 2, 3, … CnH2n + 2 Alkana adalah hidrokarbon yang mempunyai formula am , di mana n = 1, 2, 3, ...

2

Each carbon atom is bonded to four other atoms by single covalent bonds that is C – C or C – H. It is classified as saturated hydrocarbons. (A saturated hydrocarbon contains only single covalent bonds between carbon atoms). Setiap atom karbon terikat kepada empat atom lain oleh ikatan kovalen tunggal iaitu C – C atau C – H. Ia dikelaskan tepu sebagai hidrokarbon . (Hidrokarbon tepu mengandungi ikatan kovalen tunggal sahaja di antara atom karbon).



2

Example: / Contoh (a) Methane / Metana, CH4 H

H H

C

H

H

4 5

H

Structural formula of methane, CH4 Formula struktur metana, CH4

Electron arrangement in methane molecule, CH4 Susunan elektron dalam molekul metana, CH4



C

Represents ‘•×’ (one pair of electrons is shared to form a single covalent bond) / Mewakili ‘•×’ (Sepasang elektron dikongsi untuk membentuk ikatan kovalen tunggal)

H

H

3

U N I T

Each carbon atom in the structural formula must have a total of four pairs of electrons shared with another carbon and hydrogen atom to achieve octet electron arrangement. (Each carbon atom must have four ‘–’ in the structural formula). Setiap atom karbon dalam formula struktur mesti mempunyai empat pasang elektron yang dikongsi dengan atom karbon dan hidrogen yang lain untuk mencapai susunan elektron oktet. (Setiap atom karbon mesti mempunyai empat ‘–’ dalam formula strukturnya). Each hydrogen atom in the structural formula must have one pair of electrons shared with carbon to achieve duplet electron arrangement. (Each hydrogen atom must have one ‘–’ in the structural formula). Setiap atom hidrogen dalam formula struktur mesti mempunyai satu pasang elektron yang dikongsi dengan karbon untuk mencapai susunan atom duplet (Setiap hidrogen mesti mempunyai satu ‘–’ dalam formula strukturnya). Naming of straight chain alkanes / Penamaan alkana berantai lurus (a) The name of straight chain alkanes (all the carbon atoms are joined in a continuous chain) are made up of two component parts. / Nama bagi alkana berantai lurus (semua atom karbon yang bergabung dalam rantai yang berterusan) terdiri daripada dua komponen: (i) Stem/root: indicates the number of carbon atoms in the longest continuous carbon chain. The name of stems for the first ten straight alkanes are: Awalan/induk: menunjukkan bilangan atom karbon dalam rantai karbon berterusan yang paling panjang. Nama awalan bagi sepuluh alkana pertama adalah: Number of carbon, C Bilangan karbon, C

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Stem Awalan

Meth Met

Eth Et

Prop Prop

But But

Pent Pent

Hex Heks

Hept Hept

Oct Okt

Non Non

Dec Dek

(ii) Suffix/ending: indicates the group of the compound. For alkane, the suffix is ‘ane’ because it belongs to the alkane group. Akhiran: menunjukkan kumpulan sebatian. Bagi alkana, akhiran adalah ‘ana’ kerana ia adalah dalam kumpulan alkana.

43

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 43

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(b) Complete the table below. / Lengkapkan jadual berikut: Number of carbon atoms Bilangan atom karbon

Molecular formula Formula molekul CnH2n + 2

Name of alkane Nama alkana

Structural formula / Formula struktur

H 1 ( meth / met )

H

CH4

C

Methane Metana

H

H

2 ( eth / et )

U N I T

2

3 ( prop / prop )

4 ( but / but )

5 ( pent / pent )

6 ( hex  / heks )

7 ( hept / hept )

8 ( oct / okt )

9 ( non  / non )

10 ( dec / dek )

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 44

H

C2H6

H

C3H8

H

C4H10

H

C5H12

H

C6H14

H

C7H16

H

C8H18

H

C9H20

C10H22

H

H

H

C

C

H

H

Ethane Etana

H

H

H

H

C

C

C

H

H

H

Propane Propana

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

Butane Butana

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

Pentane Pentana

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

Hexane Heksana

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

Heptane Heptana

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Octane Oktana

H

Nonane Nonana

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Decane Dekana

44

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

Physical Properties of Alkane / Sifat-sifat Fizikal Alkana 1 2 3

Alkanes are covalent compounds which consist of molecules , the atoms are bonded together by a strong covalent bond. These molecules are held together by weak Van der Waals forces (intermolecular forces). Alkana adalah sebatian kovalen yang terdiri daripada molekul , atom-atom terikat bersama oleh ikatan kovalen yang kuat . Molekul-molekul ini ditarik bersama oleh daya Van der Waals yang lemah (daya antara molekul). Alkanes have physical properties similar to covalent compounds. Alkanes are insoluble in water but dissolve in organic solvents, cannot conduct electricity, low melting/boiling points and less dense than water. Alkana mempunyai sifat fizikal yang sama dengan sebatian kovalen. Alkana tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik, tidak boleh mengalirkan arus elektrik, takat lebur/didih yang rendah dan kurang tumpat berbanding air. Complete the following table: / Lengkapkan jadual berikut: Name of members Nama ahli-ahli

Molecular formula Formula molekul

Melting point/°C Takat lebur/°C

Boiling point/°C Takat didih/°C

Methane Metana

CH4

–182

–162

16

Gas Gas

Ethane Etana

C2H6

–183

–89

30

Gas Gas

Propane Propana

C3H8

–188

–42

44

Gas Gas

Butane Butana

C4H10

–138

–0.5

58

Gas Gas

Pentane Pentana

C5H12

–130

36

72

Liquid Cecair

Hexane Heksana

C6H14

–95

69

86

Liquid Cecair

Heptane Heptana

C7H16

–91

98

100

Liquid Cecair

Octane Oktana

C8H18

–57

126

114

Liquid Cecair

Nonane Nonana

C9H20

–54

153

128

Liquid Cecair

Decane Dekana

C10H22

–30

174

142

Liquid Cecair

Molar mass/ g mol–1 Jisim molar/ g mol–1

Physical state at room temperature Keadaan fizikal pada suhu bilik

U N I T

2

• The physical state of alkane is determined by its melting and boiling points. Sifat fizikal alkana ditentukan oleh takat lebur dan didihnya. • The alkane is in gas form if its melting and boiling points are below room temperature. Alkana adalah dalam bentuk gas jika takat lebur dan didihnya di bawah suhu bilik. • The alkane is in liquid form if its melting point is below room temperature and its boiling point is higher than room temperature. Alkana adalah dalam bentuk cecair jika takat leburnya di bawah suhu bilik dan takat didihnya lebih tinggi dari suhu bilik. 4

The first four members of alkanes exist as gas at room temperature. Pentane to decane are liquid . Empat ahli pertama alkana wujud sebagai gas pada suhu bilik. Pentana hingga dekana adalah cecair

5

As the number of carbon atoms in a molecule of alkane increases: Apabila bilangan atom karbon dalam satu molekul alkana meningkat:

.

(a) The molecular size of alkane increases , the Van der Waals forces between molecules (intermolecular forces) stronger ,

more heat energy is needed to overcome this force, the melting and boiling points increase . Saiz molekul alkana bertambah , daya Van der Waals (daya antara molekul) bertambah kuat , semakin banyak tenaga haba diperlukan untuk mengatasi daya ini, takat lebur dan takat didih bertambah .

(b) The viscosity and density of alkane

increase

. Kelikatan dan ketumpatan alkana bertambah .

(c) The alkane becomes less flammable , harder to ignite. / Alkana semakin susah untuk

45

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 45

terbakar

dan dinyalakan.

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Chemical Properties of Alkanes / Sifat-sifat Kimia Alkana 1

saturated Alkanes are hydrocarbon which only have single covalent bonds, C – C and C – H. They are not reactive because the strong C – C and C – H bonds in the molecules need a lot of energy to break. Alkana adalah hidrokarbon tepu yang hanya mempunyai ikatan kovalen tunggal, C – C dan C – H. Ia tidak reaktif kerana ikatan C – C dan C – H yang kuat dalam molekul memerlukan tenaga yang banyak untuk diputuskan.

2

Two chemical reaction of alkanes: / Dua tindak balas kimia bagi alkana adalah: (a) Combustion. / Pembakaran. (b) Substitution reaction. / Tindak balas penukargantian.

3

Combustion of alkane / Pembakaran alkana (a) Alkanes undergo complete combustion in the presence of sufficient oxygen to form carbon dioxide and water only. Alkana mengalami pembakaran lengkap dengan kehadiran oksigen yang secukupnya untuk membentuk karbon dioksida dan air sahaja. Alkane + Oxygen → Carbon dioxide + Water Alkana + Oksigen → Karbon dioksida + Air

U N I T

(b) Balance the equations: / Seimbangkan persamaan berikut:

2

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O 7

C2H6 + 2 O2 → 2 CO2 + 3 H2O C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

Balancing the equations: / Mengimbangkan persamaan: Step 1: Balance C / Langkah 1: Seimbangkan C Step 2: Balance H / Langkah 2: Seimbangkan H Step 3: Balance O, can use fraction Langkah 3: Seimbangkan O, boleh gunakan pecahan

(c) Alkanes undergo incomplete combustion when there is insufficient oxygen to form carbon dioxide, carbon monoxide, carbon (in the form of soot) and water. / Alkana melalui pembakaran yang tak lengkap apabila tiada oksigen yang mencukupi untuk membentuk karbon dioksida, karbon monoksida, karbon (dalam bentuk jelaga) dan air. Example: / Contoh: 2CH4 (g/g) + 3O2 (g/g) → C(s/p) + CO2 (g/g) + 4H2O(g/g) or / atau 6CH4 (g/g) + 9O2 (g/g) → 2C(s/p) + 2CO + 2CO2 (g/g) + 12H2O(g/g) (d) When alkanes are burnt, large quantities of heat are released. This makes alkanes suitable for use as a fuel. Apabila alkana dibakar, kuantiti haba yang banyak dibebaskan. Ini menjadikan alkana sesuai untuk dijadikan bahan api. 4

Substitution reaction: / Tindak balas penukargantian: sunlight (a) Occurs when an alkane is mixed with a halogen in the presence of (ultraviolet light). Berlaku apabila suatu alkana dicampurkan dengan halogen dengan kehadiran cahaya matahari (sinaran ultraungu). (b) In this reaction, each hydrogen atom in the alkane molecule is substituted one by one by another atom, usually halogen atoms. The sunlight or UV light is needed to break covalent bond in halogen and alkane molecules to produce hydrogen and chlorine atom. / Dalam tindak balas ini, setiap atom hidrogen dalam molekul alkana digantikan satu demi satu oleh atom yang lain, biasanya atom halogen. Cahaya matahari atau sinaran UV diperlukan untuk memutuskan ikatan kovalen dalam molekul halogen dan alkana untuk menghasilkan atom hidrogen dan klorin. (c) For example, when methane reacts with chlorine gas in the presence of ultraviolet light, a variety of substituted products are formed: / Contohnya, apabila metana bertindak balas dengan gas klorin dalam kehadiran sinaran ultraungu, pelbagai hasil yang bertukarganti terbentuk: H H

C H

H H

+ Cl – Cl

UV

Cl atom substitutes H in CH4 Atom Cl menggantikan H dalam CH4 H atom substitutes Cl in Cl2 Atom H menggantikan Cl dalam Cl2

CH4 + Cl2

UV

H

C

H

+ H – Cl

Cl

CH3Cl + HCl (chloromethane/klorometana)

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 46

46

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon



Further substitution of chlorine atoms in the chloromethane molecule produces dichloromethane, trichloromethane and tetrachloromethane. Complete the following substitution reaction. Penukargantian yang seterusnya bagi atom klorin dalam molekul klorometana menghasilkan diklorometana, triklorometana dan tetraklorometana. Lengkapkan tindak balas penukargantian berikut: CH3Cl + Cl2 CH2Cl2 + Cl2 CHCl3 + Cl2

5

UV

+ HCl CH2Cl2 (dichloromethane / diklorometana)

UV

CHCl3 + HCl (trichloromethane / triklorometana)

UV

CCl4 + HCl (tetrachloromethane / tetraklorometana)

The effect of methane in everyday life: / Kesan metana dalam kehidupan seharian: (i) Methane is the major component in natural gas (gas found together with petroleum). Metana adalah komponen utama dalam gas asli (gas yang dijumpai bersama petroleum). (ii) Methane gas is produced when waste organic matter decompose in the absence of oxygen. As methane is a combustible gas, it can cause fire in landfills and peat swamps. / Gas metana terhasil apabila bahan buangan organik terurai tanpa kehadiran oksigen. Oleh kerana metana boleh terbakar, ia boleh menyebabkan kebakaran di tempat buangan sampah dan paya gambut.

Alkene / Alkena 1 2



Alkenes are hydrocarbons with the general formula CnH2n, where n = 2, 3, … Alkena adalah hidrokarbon dengan formula am CnH2n, di mana n = 2, 3, …… Every alkene has a carbon-carbon double covalent bond, C = C in its molecule. It is classified as unsaturated hydrocarbons. (An unsaturated hydrocarbon contains at least one double covalent bond between carbon atoms). / Setiap alkena mempunyai satu ikatan ganda dua karbon-karbon, C = C dalam molekulnya. Ia boleh dikelaskan sebagai hidrokarbon tidak tepu . (Hidrokarbon tidak tepu mengandungi sekurang-kurangnya satu ikatan kovalen ganda dua di antara atom-atom karbon) Example: / Contoh (a) Ethene, / Etena, C2H4

H

H

H

C

C

H

H

Electron arrangement in ethene molecule, C2H4 Susunan elektron dalam molekul etena, C2H4 3

4

H

H

C

C

U N I T

2

H

Structural formula for ethene, C2H4 Formula struktur bagi etena, C2H4

The first member of alkenes has two carbon atoms in a molecule because double covalent bond is formed between two carbon atoms. / Ahli pertama alkena mempunyai dua atom karbon dalam satu molekul kerana ikatan kovalen ganda dua terbentuk di antara dua atom karbon. Naming of straight chain alkenes / Penamaan alkena berantai lurus (a) The name of straight chain alkenes are also made up of two component parts. Nama bagi rantai lurus alkena juga terdiri daripada dua komponen. (i) Stem/root: / Awalan: Indicates the number of carbon atoms in the longest continuous carbon chain. The name of the stems for the first nine straight alkenes are eth, prop, but, pent, hex, hept, oct, non and dec. Menunjukkan bilangan atom karbon dalam rantai karbon yang terpanjang. Nama awalan bagi sembilan alkena lurus pertama adalah et, prop, but, pent, heks, hept, okt, non dan dek. (ii) Suffix/ending: / Akhiran: Indicates the group of the compound. For alkene, the suffix is ‘ene’ because it belongs to the alkene group. / Menunjukkan kumpulan bagi sebatian. Bagi alkena, akhiran adalah ‘ena’ kerana ia tergolong dalam kumpulan alkena. (b) Naming the straight chain alkene: / Menamakan rantai lurus alkena: (i) Determine the longest carbon chain containing double bond ⇒ give the stem name according to the number of carbon atoms i.e eth, prop, but, pent, hex, hept, oct, non and dec. Tentukan rantai karbon terpanjang yang mengandungi ikatan ganda dua ⇒ memberikan nama awalan berdasarkan bilangan atom karbon iaitu et, prop, but, pent, heks, hept, okt, non dan dek. (ii) Add the suffix “ene” at the end of the name. / Tambahkan akhiran “ena” pada setiap penghujung nama.

47

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 47

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(c) Complete the table below: / Lengkapkan jadual berikut: Number of carbon atoms / Bilangan atom karbon

2

3

Molecular formula Formula molekul

Name Nama

Structural formula / Formula struktur

C2H4

C3H6

H

U N I T

H

H

C

C

H

H

Ethene Etena

H

H

H

C

C

C

Propene Propena

H

H

2

4

5

6

7

8

9

10

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 48

C4H8

H

C5H10

H

C6H12

H

C7H14

H

C8H16

H

C9H18

C10H20

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

Butene Butena

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

H

Pentene Pentena

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

Hexene Heksena

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

Heptene Heptena

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

H

Octene Oktena

H

Nonene Nonena

H

Decene Dekena

48

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

Physical Properties of Alkenes / Sifat-Sifat Fizikal Alkena 1



2 3

Physical properties of alkenes are similar to alkanes. Alkenes are covalent compounds which consist of molecules . The atoms strong weak are bonded together by a covalent bond. These molecules are held together by Van der Waals forces (intermolecular forces). Sifat-sifat fizikal alkena adalah menyerupai alkana. Alkena adalah sebatian kovalen yang terdiri daripada molekul , atomkuat atom terikat bersama oleh ikatan kovalen yang . Molekul-molekul ini ditarik bersama oleh daya Van der Waals lemah yang (daya antara molekul). Alkenes have physical properties similar to covalent compounds. Alkene are insoluble in water but dissolve in organic solvents, cannot conduct electricity, low melting/boiling points and less dense than water. tak larut Alkena mempunyai sifat-sifat fizikal yang sama dengan sebatian kovalen. Alkena di dalam air tetapi larut dalam pelarut organik, tidak boleh mengalirkan arus elektrik, takat lebur/didih yang rendah dan kurang tumpat daripada air. Complete the following table: / Lengkapkan jadual berikut: Name of members Nama ahli

4

Molecular formula Formula molekul

Melting point/ °C Takat lebur/ °C –169

–104

28

Gas / Gas

Propene / Propena

C3H6

–185

–47

42

Gas / Gas

Butene / Butena

C4H8

–185

–6

56

Gas / Gas

Pentene / Pentena

C5H10

–165

30

70

Liquid / Cecair

Hexene / Heksena

C6H12

–140

63

84

Liquid / Cecair

Heptene / Heptena

C7H14

–119

93

98

Liquid / Cecair

Octene / Oktena

C8H16

–104

122

112

Liquid / Cecair

Nonene / Nonena

C9H18

–94

146

126

Liquid / Cecair

Decene / Dekena

C10H20

–87

171

140

Liquid / Cecair

gases . Pentene to decene are

Physical state at room temperature: ethene, propene and butene are

5

Alkenes have

low

less

rendah

di antara molekul kecil memerlukan tenaga haba yang

. Pentena hingga dekena adalah weak

become stronger

forces, the melting and boiling points

. cecair

.

Van der Waals forces (intermolecular forces)

kerana daya Van der Waals (daya antara molekul) yang rendah

untuk diatasi.

As the number of carbon atoms per molecule of alkene increases, the molecular size of alkene or intermolecular forces

liquid

2

heat energy to overcome.

Alkena mempunyai takat lebur dan takat didih yang lemah

gas

melting and boiling points because the

between small molecules need



Physical state at room temperature Sifat fizikal pada suhu bilik

C2H4

Sifat fizikal pada suhu bilik: etena, propena dan butena adalah

6

Molar mass Jisim molar g mol–1

Ethene / Etena





Boiling point/°C Takat didih/°C

U N I T

heat

between molecules, more

increase

increases

energy is needed to

, the Van der Waals overcome

this

.

Apabila bilangan atom karbon dalam setiap molekul alkena meningkat, saiz molekul alkena meningkat , daya Van der Waals atau daya antara molekul juga meningkat , semakin banyak tenaga

haba

diperlukan untuk mengatasi daya ini, takat

lebur dan takat didih juga meningkat .

49

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 49

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Chemical Properties of Alkenes / Sifat-Sifat Kimia Alkena 1

U N I T

2

reactive Alkenes are chemically more than alkanes because of the existence of double covalent bond between two carbon atoms. Almost all of the chemical reactions of alkene occur at the double bond. reaktif Alkena adalah secara kimia lebih berbanding alkana kerana kewujudan ikatan kovalen ganda dua di antara dua atom karbon. Hampir semua tindak balas kimia alkena berlaku pada ikatan ganda dua.

2

The chemical reactions of alkenes are: / Tindak balas kimia alkena adalah: (a) combustion / pembakaran (b) addition reaction / tindak balas penambahan

3

Combustion of alkenes / Pembakaran alkena (a) Alkene burns completely in the excess oxygen to produce carbon dioxide and water: Alkena terbakar dengan lengkap dalam keadaan oksigen berlebihan untuk menghasilkan karbon dioksida dan air: Alkene + Oxygen → Carbon dioxide + Water Alkena + Oksigen → Karbon dioksida + Air (b) Balance the following equations: / Seimbangkan persamaan berikut: (i) C2H4 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O 9

(ii) C3H6 + 2 O2 → 3 CO2 + 3 H2O (iii) C4H8 + 6 O2 → 4 CO2 + 4 H2O

Balancing the equations: / Mengimbangkan persamaan: Step 1: Balance C / Langkah 1: Seimbangkan C Step 2: Balance H / Langkah 2: Seimbangkan H Step 3: Balance O, and can use fraction Langkah 3: Seimbangkan O, dan boleh gunakan pecahan

(c) Alkene burns incompletely in limited supply of oxygen to form carbon monoxide, carbon (in the form of soot) and water. Alkena terbakar dengan tidak lengkap dalam keadaan bekalan oksigen yang terhad untuk membentuk karbon monoksida, karbon (dalam bentuk jelaga) dan air. Example: / Contoh: C2H4(g/g) + O2(g/g) → 2C(s/p) + 2H2O(g/g) or / atau C2H4(g/g) + 2O2(g/g) → 2CO(g/g) + 2H2O (g/g) (d) Combustion of alkene will produce more sooty flame compared with their corresponding alkane. This is due to higher percentage of carbon (by mass) in alkene than its corresponding alkane (the percentage of carbon of alkane and alkene with the same number of carbon atom per molecule is higher in alkene). Pembakaran alkena akan menghasilkan nyalaan yang lebih berjelaga berbanding alkana. Ini kerana peratus karbon mengikut jisim yang lebih tinggi dalam alkena berbanding alkana (Peratusan karbon bagi alkena dan alkana dengan bilangan atom karbon per molekul yang sama adalah lebih tinggi dalam alkena). Example: / Contoh: Corresponding hydrocarbon Hidrokarbon yang selaras

Percentage of carbon / Peratusan karbon Percentage of carbon by mass Peratusan karbon berdasarkan jisim

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 50

Propene, / Propena, C3H6

Propane, / Propana, C3H8

=

12 × 3 × 100% (12 × 3) + (8 × 1)

= 81.81%

Percentage of carbon / Peratusan karbon =

12 × 3 × 100% (12 × 3) + (6 × 1)

= 85.7%

50

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

4

Addition reaction / Tindak balas penambahan (a) As alkenes are unsaturated hydrocarbon, they undergo addition reaction. An addition reaction is a reaction in which other double single atoms are added to each carbon atom at the bond, –C=C– to form covalent bond product –C–C–. Oleh kerana alkena adalah hidrokarbon tak tepu, ia mengalami tindak balas penambahan. Tindak balas penambahan ialah tindak balas di mana atom lain ditambah kepada setiap atom karbon pada ikatan ganda dua , –C=C– untuk tunggal membentuk hasil ikatan kovalen –C–C–. H

H

C

C

+

X

Y

H

H

C

C

Y

X

Unsaturated / Tak tepu Saturated / Tepu (b)

U N I T

Five of addition reaction in alkenes that will be studied in this topic are: Lima tindak balas penambahan yang akan dipelajari dalam topik ini ialah: (i) Addition of hydrogen (hydrogenation) / Penambahan hidrogen (penghidrogenan) (ii) Addition of halogen (halogenation) / Penambahan halogen (penghalogenan) (iii) Addition of hydrogen halide / Penambahan hidrogen halida (iv) Addition of water (hydration) / Penambahan air (penghidratan) (v) Addition of acidified potassium manganate(VII), KMnO4 solution Penambahan larutan kalium manganat(VII) berasid, KMnO4 (vi) Addition polymerisation / Pempolimeran penambahan

2

(c) Addition of Hydrogen (Hydrogenation) / Penambahan Hidrogen (Penghidrogenan) Alkenes react with hydrogen at 180°C in the presence of nickel/platinum as a catalyst to produce alkanes . Alkena bertindak balas dengan hidrogen pada suhu 180°C dengan kehadiran nikel/platinum sebagai mangkin alkana untuk menghasilkan .



(i)



alkene (ii) Hydrogenation is used to prepare an alkane (saturated compound) from an (unsaturated compound) in industry. Penghidrogenan digunakan untuk menyediakan alkana (sebatian tepu) daripada alkena (sebatian tak tepu) dalam industri. (iii) Example: / Contoh H H H H



H

C

C

C2H4

H

+

+

H2

Ni / Pt 180°

H2

Ni / Pt 180°

H

C

C

H

H

H

C2H6

(iv) Complete the following: / Lengkapkan yang berikut:



C3H6 Propene / Propena

+

H2

Ni / Pt 180°



C4H8 Butene / Butena

+

H2

Ni / Pt 180°



CnH2n Alkene / Alkena

+

H2

Ni / Pt 180°

⇒ Hydrogenation of an

alkene

C3H8

Propane / Propana C4H10

Butane / Butana CnH2n+2

Alkana / Alkane

with the present of nickel / platinum as a catalyst will produce

alkane .

Penghidrogenan alkena dengan kehadiran nikel / platinum sebagai mangkin akan menghasilkan alkana .

51

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 51

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(d) Addition of Halogen (Halogenation) / Penambahan Halogen (Penghalogenan) (i) Alkenes react with halogens such as chlorine and bromine at room conditions (no catalyst or ultraviolet needed) Alkena bertindak balas dengan halogen seperti klorin dan bromin pada keadaan bilik (tanpa mangkin atau sinaran ultraungu yang diperlukan) (ii) Example: / Contoh: H H H H H

C

C

H

+

Ethene Etena

2









H

+

C

C

H

Br Br 1, 2-dibromoethane 1, 2-dibromoetana

Bromine water Air bromin

C2H4

U N I T

Br2

Br2

C2H4 Br2

brown When ethene gas is passed through bromine water, colour of bromine water is decolourised . This distinguish reaction is used to a saturated hydrocarbon and unsaturated hydrocarbon. luntur Apabila gas etena dilalukan pada air bromin, warna perang air bromin menjadi . Tindak balas ini digunakan untuk membezakan hidrokarbon tepu dan hidrokaron tak tepu.

(e) Addition of Hydrogen Halide / Penambahan Hidrogen Halida (i) Alkenes react with hydrogen halide such as hydrogen chloride or hydrogen bromide at room temperature to form haloalkane. / Alkena bertindak balas dengan hidrogen halida seperti hidrogen klorida atau hidrogen bromida pada suhu bilik untuk membentuk haloalkana. (ii) Example: / Contoh: C2H4(g/g) Ethene Etena



+

HCl(g/g) Hydrogen chloride Hidrogen klorida

C2H5Cl (g/g) Chloroethane Kloroetana

Complete the following equation. / Lengkapkan persamaan berikut. H H H

C

C

H

+

HCl

H

H

H

C

C

H

Cl

H

(f) Addition of Acidified Potassium Manganate(VII), KMnO4 Solution Penambahan Larutan Kalium Manganat(VII) Berasid, KMnO4 double bond (i) In this reaction, two hydroxyl, –OH groups are added to the carbon-carbon in an alkene molecule. Dalam tindak balas ini, dua kumpulan hidroksil, –OH ditambah kepada ikatan ganda dua karbon-karbon dalam molekul alkena.

(ii) An alkene

decolourised

distinguish

reaction is used to melunturkan





Alkena





untuk membezakan hidrokarbon Example: / Contoh: H H H

C

ungu

H

tepu

+

colour of acidified potassium manganate(VII) solution. This

saturated

a

warna

C

purple

the

hydrocarbon and





dan hidrokarbon

tak tepu

H2O + [O]

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 52

.

H

H

H

C

C

H

OH OH Ethane-1, 2-diol / Etana-1, 2-diol +

H2O(l/ce) + [O]

Complete the following equation. / Lengkapkan persamaan berikut. C3H6(g/g)    +   H2O(l/ce) + [O]

© Nilam Publication Sdn Bhd

hydrocarbon.

larutan kalium manganat(VII) berasid. Tindak balas ini digunakan

Ethene / Etena C2H4(g/g)

unsaturated

C2H4(OH)2(l/ce)

C3H6(OH)2



52

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

(g) Addition of Water (Hydration Reaction) / Penambahan Air (Tindak balas Penghidratan) (i) Alkenes react with water (in the form of steam) at high temperature and pressure in the presence of phosphoric acid as a catalyst to produce alcohols. / Alkena bertindak balas dengan air (dalam bentuk stim) pada suhu dan tekanan yang tinggi dalam kehadiran asid fosforik sebagai mangkin untuk menghasilkan alkohol. Example: / Contoh: H H H H H

C

C

H

+

H3PO4 300ºC/60 atm

H2O(g/g)

H

C2H4(g/g) + H2O(g/g) H H

C

C

H + H2O(g/g)

H

C2H5OH(l/ce)

(ii) Complete the following equations. / Lengkapkan persamaan berikut. H H H H H

C

C

H OH Ethanol / Etanol

Ethene / Etena

C

H3PO4 300ºC/60 atm

H

C H

H Propene / Propena C3H6(g/g)

+

H2O(g/g)

C4H8(g/g)

+

H2O(g/g)

CnH2n

+

H2O(g/g)

C

or H H atau

C

H OH Propan-1-o1

H3PO4

H

H

H

C

C

C

H

H

OH H Propan-2-o1

U N I T

2

C3H7OH

300ºC/60 atm H3PO4

C4H9OH

300ºC/60 atm H3PO4 300ºC/60 atm

CnH2n + 1OH

Alkene/ Alkena Alcohol / Alkohol ⇒ Addition of steam to alkene is a method to manufacture alcohol in industry. Penambahan stim kepada alkena adalah satu cara untuk menghasilkan alkohol dalam industri. (h) Addition Polymerisation Reaction / Pempolimeran Penambahan (i) In this reaction, small alkene molecules undergo addition reaction at a high pressure of 1 000 atm and temperature polymer of 200°C. Thousands of alkene molecules join together to form a long chain giant molecules called . Dalam tindak balas ini, molekul alkena yang kecil melalui tindak balas penambahan pada tekanan yang tinggi iaitu 1 000 atm dan suhu 200°C. Beribu-ribu molekul alkena bergabung untuk membentuk rantai panjang molekul besar yang dipanggil polimer . monomers (ii) The small repeating units of molecules that join together to form polymer are called . Unit kecil molekul-molekul yang berulang bergabung untuk membentuk polimer dipanggil monomer . (iii) Example: / Contoh: Polymerisation of ethene: / Pempolimeran etena: H

H

H

n C

C

C

C

H

H

H H Ethene / Etena



H



Polythene / Polietena

Polymerisation of propene: / Pempolimeran propena: H CH3

H

CH3

n C

C

C

C

H

H

H

H

n

Polypropene / Polipropena

Propene / Propena

53

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 53

n

n is large number up to a few thousands / n ialah nombor yang besar sehingga beberapa ribu

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Comparing Properties of Alkane with Alkene (Using hexane and hexene in the laboratory) / Membanding Sifat-sifat Alkana dengan Alkena (Menggunakan heksana dan heksena di dalam makmal) Observations, Inference & Explanation Pemerhatian, Inferens dan Penerangan

Experiment / Eksperimen Sootiness of flame / Kejelagaan nyalaan

I

Observation / Pemerhatian :

1 Aim / Tujuan : To compare haxane and hexene in sootiness of flame

soot

dari segi kejelagaan nyalaan semasa pembakaran

2

collected on the filter paper.

berjelaga

jelaga

. Banyak

2 Hexane burns with a yellow

Hexane and hexene / Heksana dan heksena

terkumpul di atas kertas turas.

sooty

flame. Less

soot

collected on the filter paper.

3 Responding variable / Pemboleh ubah yang bergerak balas :

Heksana terbakar dengan nyalaan kuning berjelaga . Kurang

Sootiness of flame / Kejelagaan nyalaan

jelaga

4 Constant variable / Pemboleh ubah yang dimalarkan : Volume of hexane and hexene / Isi padu heksana dan heksena 5 Hypothesis / Hipotesis :

terkumpul di atas kertas turas.

Inference / Inferens :

Hexene produce more soot than hexane when burnt in the air

1 Hexane and hexene undergo incomplete produce soot.

Heksena menghasilkan lebih jelaga daripada heksana apabila

Heksana dan heksena mengalami

terbakar dalam udara

dalam udara menghasilkan

Hexane, hexene, wooden splinter, matches, filter paper Evaporating dish / Mangkuk penyejat

saturated

in air to

tidak lengkap

. soot

jelaga

Heksena terbakar dengan lebih 3 Hexane is a

Heksana, heksena, kayu uji, mancis, kertas turas

combustion

pembakaran

jelaga

2 Hexene burnt in air produces more

6 Materials / Bahan :

7 Apparatus / Radas :

flame. More

Heksena terbakar dengan nyalaan kuning dan nyalaan sangat

2 Manipulated variable / Pemboleh ubah yang dimanipulasikan :

U N I T

sooty

1 Hexene burns with a yellow and very

during combustion / Untuk membandingkan heksana dan heksena

compared to hexane. berbanding heksana.

hydrocarbon.

Heksana adalah hidrokabon

tepu

.

4 Hexene is an unsaturated hydrocarbon.

Filter paper / Kertas turas

Heksena adalah hidrokabon

tak tepu

.

Explanation / Penerangan : Hexane Heksana

Hexene Heksena

Evaporating dish Mangkuk penyejat

1 Percentage of carbon by mass in hexane, C6H14 Peratus jisim karbon dalam heksana, C6H14 =

8 Procedure / Prosedur :

= 83.72%

3 (a) About 2 cm of hexane and hexene are poured into two separated

evaporating dish .

2 Percentage of carbon by mass in hexene, C6H12 Peratus jisim karbon dalam heksena, C6H12

3 Sebanyak 2 cm heksana dan heksena dituangkan dalam dua

mangkuk penyejat

=

yang berasingan.

menyala

Kayu uji

digunakan untuk menyalakan kedua-dua

3 Hexene contains

cecair tersebut. filter paper

percentage of carbon by mass than

Heksena mengandungi peratus jisim karbon

is held

Apabila nyalaan berlaku, sekeping

kertas turas

diletakkan di

4 Hexene burnt in air produces more

soot

compared to

hexane.

atas setiap nyalaan seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas. sootiness

lebih tinggi

daripada heksana.

above each flame in both dishes as shown in the diagram.

soot

higher

hexane.

(c) When the burning occurs, a piece of

(d) The flame is observed for its

6(12) × 100% 6(12) + 12(1)

= 85.71%

(b) A lighted wooden splinter is used to light up the two liquids.

6(12) × 100% 6(12) + 14(1)

Heksena terbakar dengan lebih

and the amount of

jelaga

berbanding heksana.

collected on the two pieces of filter papers is

recorded. Nyalaan diperhatikan dari segi jelaga

terkumpul di atas

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 54

kejelagaan

dan kuantiti

kertas turas

dicatatkan.

54

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon Observations, Inference & Explanation Pemerhatian, Inferens dan Penerangan

Experiment / Eksperimen Reaction with bromine water Tindak balas dengan air bromin

II

Observation / Pemerhatian :

Heksana tidak menukarkan warna

Untuk membandingkan heksana dan heksena menggunakan air

brown

2 Hexene change the

bromin

colourless

2 Manipulated variable / Pemboleh ubah yang dimanipulasikan :

Colour change of bromine water / Perubahan warna air bromin

air bromin

solution.

tanpa warna

3 Responding variable / Pemboleh ubah yang bergerak balas :

colour of bromine water.

perang

colour of bromine water to perang

Heksena menukarkan warna

Hexane and hexene / Heksana dan heksena

air bromin kepada

.

Inference / Inferens :

4 Constant variable / Pemboleh ubah yang dimalarkan :

does not react

1 Hexane

Volume of hexane and hexene / Isi padu heksana dan heksena

a saturated

2 Hexane is

Hexene decolourised the brown colour of bromine water, hexane

with bromine water.

tidak bertindak balas

Heksana

5 Hypothesis / Hipotesis :

reacts

3 Hexene

heksana tidak

tepu

hydrocarbon. tak tepu

Heksena adalah hidrokarbon

Test tubes, dropper / Tabung uji, penitis

2

dengan air bromin.

an unsaturated

4 Hexene is

Hexane, hexene, bromine water / Heksana, heksena, air bromin

.

with bromine water.

bertindak balas

Heksena

6 Materials / Bahan :

U N I T

dengan air bromin.

hydrocarbon.

Heksana adalah hidrokarbon

does not / Heksena melunturkan warna perang air bromine manakala

7 Apparatus / Radas :

brown

1 Hexane does not change the

1 Aim / Tujuan : To compare hexane and hexene using bromine water

.

Explanation / Penerangan : 1 Hexane is a

saturated

covalent bond between carbon atoms.

Bromine water Air bromin

tunggal

ikatan kovalen penambahan

Hexane Heksana

2 Hexene is an

8 Procedure / Prosedur : 3 (a) About 2 cm of hexane is poured into a test tube. 3 Sebanyak 2 cm heksana dituangkan ke dalam tabung uji.

2 – 3 drops



2 – 3 titik

tepu



digoncang

Campuran itu

yang mengandungi

antara karbon atom. Tindak balas

tidak berlaku apabila ditambah air bromin. unsaturated

hydrocarbon that contains

double

covalent bond between carbon atoms, –C=C–.

Addition

reaction occurs when bromine water is added to

Heksena adalah hidrokarbon

air bromin ditambahkan kepada heksana. shaken

reaction does

hexene to form dibromohexane.

of bromine water are added to the hexane.

(c) The mixture is

Addition

not occur when it is added with bromine water. Heksana adalah hidrokarbon

(b)

single

hydrocarbon that contains

ganda dua

ikatan kovalen

.

Tindak balas

.

penambahan

tidak tepu

yang mengandungi

antara karbon atom, –C=C–. berlaku apabila ditambah air

bromin menghasilkan dibromoheksana.

(d) All changes that occur are recorded.

Balanced equation / Persamaan seimbang :

Semua perubahan direkodkan.

(e) Steps (a) to (d) are repeated using hexene to replace hexane.

Langkah (a) hingga (d) diulangi menggunakan heksena untuk C6H12 + Br2

menggantikan heksana.

Hexene Heksena

55

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 55

C6H12Br2 1, 2-dibromohexane 1, 2-dibromoheksana

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Observations, Inference & Explanation Pemerhatian, Inferens dan Penerangan

Experiment / Eksperimen R  eaction with acidified potassium manganate(VII) solution Tindak balas dengan larutan kalium manganat(VII) berasid

III

Observation / Pemerhatian : purple

1 Hexane does not change the

colour of acidified

potassium manganate(VII) solution.

1 Aim / Tujuan : To compare hexane and hexene using acidified potassium manganate(VII) solution / Untuk membandingkan heksana

ungu

Heksana tidak menukarkan warna

larutan kalium

manganat(VII) berasid.

dan heksena menggunakan larutan kalium manganat(VII) berasid

purple

2 Hexene changes the

colour of acidified potassium colourless manganate(VII) solution to . ungu Heksena menukarkan warna larutan kalium tanpa warna manganat(VII) berasid kepada .

2 Manipulated variable / Pemboleh ubah yang dimanipulasikan : Hexane and hexene / Heksana dan heksena 3 Responding variable / Pemboleh ubah yang bergerak balas : Colour change of acidified potassium manganate(VII) solution

U N I T

2

Inference / Inferens :

Perubahan warna larutan kalium manganat(VII) berasid

1 Hexane does not react

4 Constant variable / Pemboleh ubah yang dimalarkan :

with acidified potassium manganate(VII)

solution.

Volume of hexane and hexene / Isi padu heksana dan heksena

tidak bertindak balas

Heksana

5 Hypothesis / Hipotesis :

dengan larutan kalium

manganat(VII) berasid.

Hexene declourised the purple colour of acidified potassium

a saturated

2 Hexane is

manganate(VII) solution, hexane does not / Heksena melunturkan

hydrocarbon. tepu

Heksana adalah hidrokarbon

warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid manakala heksana

reacts

3 Hexene

tidak.

.

with acidified potassium manganate(VII)

solution.

6 Materials / Bahan :

Heksena

Hexane, hexene, acidified potassium manganate(VII) solution

dengan larutan kalium manganat(VII)

berasid.

Heksana, heksena, larutan kalium manganat(VII) berasid

unsaturated

4 Hexene is

hydrocarbon. tidak tepu

Heksena adalah hidrokarbon

Test tubes, dropper / Tabung uji, penitis

7 Apparatus / Radas :

bertindak balas

.

Explanation / Penerangan : Acidified potassium manganate(VII) solution Larutan kalium manganat(VII) berasid

1 Hexane is a covalent

saturated

bond

does not occur

single

hydrocarbon that contains

between

carbon

atoms.

Addition

reaction

when it is added with acidified potassium

manganate(VII) solution. Hexane Heksana

ikatan kovalen

8 Procedure / Prosedur : (a) About 2 cm3 of hexane is poured into a

test tube

3 Sebanyak 2 cm heksana dituangkan ke dalam

(b)

2 – 3 drops

penambahan

.

tabung uji

of acidified potassium manganate(VII) solution

2 – 3 titik

2 Hexene is an double Addition

larutan kalium manganat(VII) berasid ditambahkan



Campuran itu

antara karbon atom. Tindak balas

tidak berlaku

apabila ditambah larutan kalium

unsaturated

hydrocarbon that contains

covalent bond between carbon atoms, –C=C–. reaction

occurs

when

acidified

potassium

manganate(VII) solution is added to hexene to form hexanediol.

kepada heksana. (c) The mixture is

yang mengandungi

tunggal

manganat(VII) berasid.

.

are added to the hexane.

tepu

Heksana adalah hidrokarbon

shaken digoncang

.

Heksena adalah hidrokarbon ikatan kovalen

.

ganda dua

penambahan

tidak tepu

yang mengandungi

antara karbon atom, –C=C–. Tindak

(d) All changes that occur are recorded.

balas



manganat(VII) berasid menghasilkan heksanadiol.

Semua perubahan direkodkan.

berlaku apabila ditambah larutan kalium

(e) Steps (a) to (d) are repeated using hexene to replace hexane.

Balanced equation / Persamaan seimbang :

Langkah (a) hingga (d) diulangi menggunakan heksena untuk menggantikan heksana.

C6H12 + H2O + [O] Hexene Heksena

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 56

C6H12(OH)2 Hexane-1, 2-diol Heksan-1, 2-diol

56

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

Homologous Series / Siri Homolog 1

Homologous series are groups of carbon compounds that have the following general characteristics: Siri homolog ialah kumpulan sebatian karbon yang mempunyai sifat-sifat umum berikut: (a) Members have the same

chemical

properties because they have the same

functional group

(group that takes part in

a reaction).

Ahli-ahli mempunyai sifat-sifat

kimia

yang sama kerana ahli-ahli tersebut mempunyai

kumpulan berfungsi

(kumpulan yang mengambil bahagian dalam tindak balas) yang sama. (b) Members of the series can be represented by a general formula. / Ahli-ahli siri boleh diwakili oleh satu formula

am

.

(c) Members of the series can be prepared by the same method . / Ahli-ahli siri boleh disediakan dengan kaedah yang sama . (d) Two consecutive members in the series are different in relative atomic mass of 14 / a difference of CH2 . Dua ahli yang berturutan dalam siri homolog mempunyai perbezaan jisim atom relatif sebanyak 14 / perbezaan CH2 .



(e) Members of the series have physical properties that

change

gradually as the number of carbon atoms in a molecule

increases .

Ahli-ahli siri mempunyai sifat fizikal yang berubah beransur-ansur apabila bilangan atom karbon dalam molekul



meningkat .

2

U N I T

2

Example of homologous series / Contoh siri homolog: : Homologous series Siri homolog

General formula / Formula am

Functional group Kumpulan berfungsi

Type of carbon compound Jenis sebatian karbon

Alkane Alkana

CnH2n + 2,  n = 1, 2, 3, …

–C–C–

Saturated hydrocarbon Hidrokarbon tepu

Alkene Alkena

CnH2n,  n = 2, 3, …

–C=C–

Unsaturated hydrocarbon Hidrokarbon tak tepu

Alcohol Alkohol

CnH2n + 1 OH,   n = 1, 2, 3, …

–OH

Non-hydrocarbon Bukan hidrokarbon

Carboxylic acid Asid karboksilik

CnH2n + 1 COOH, n = 0, 1, 2, 3, …

–COOH

Non-hydrocarbon Bukan hidrokarbon

Ester Ester

CnH2n + 1 COO Cn’H2n’ + 1 n = 0, 1, 2, 3, … n’ = 1, 2, 3…

–COO–

Non-hydrocarbon Bukan hidrokarbon

Naming Alkane and Alkene Using IUPAC Nomenclature Menamakan Alkana dan Alkena Menggunakan Sistem Penamaan IUPAC 1

Three parts in the naming of alkane and alkene / Tiga bahagian dalam penamaan alkana dan alkena (a) Prefix: Shows the branch group – alkyl group with general formula CnH2n + 1, attached to the longest carbon chain: Imbuhan: Menunjukkan kumpulan cabang – kumpulan alkil dengan formula am CnH2n + 1, tercantum dengan rantai karbon terpanjang: H H H H

C

H

H

methyl metil (b) (c)

C

C

H H ethyl / etil

                 

Stem/root – shows the number of carbon atom in the longest carbon chain. Nama induk/awalan – menunjukkan bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang. Suffix/ending – shows the homologous series / Akhiran – menunjukkan siri homolog : (i) Alkane – ‘ane’ / Alkana – ‘ana’ (ii) Alkene – ‘ene’ / Alkena – ‘ena’

57

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 57

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

2

U N I T

2

Steps in naming alkanes and alkenes / Langkah-langkah penamaan alkana dan alkena : Step 1 / Langkah 1: Identify the longest carbon chain, the number of carbon atoms in the longest carbon chain and name the stem e.g prop, but, pent... / Kenal pasti rantai karbon terpanjang, bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang memberikan nama induk contohnya prop, but, pent …



Step 2 / Langkah 2 : Identify the branch chain. Determine the prefix and number of carbon atom in the longest carbon chain beginning with the end of the chain nearer to the branch chain (Number of carbon atom in the longest carbon chain with the end nearer to the branch gets the smallest number). The name for the branch chain ends with ‘yl’. For alkenes, the smallest number is given to the carbon with the double bond. / Kenal pasti rantai cabang. Tentukan imbuhan dan bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang bermula dengan hujung rantai yang berdekatan dengan rantai cabang (Bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang dengan hujung dekat dengan cabang mendapat nombor yang paling kecil). Nama rantai cabang berakhir dengan ‘il’. Bagi alkena, nombor terkecil diberi kepada karbon yang mempunyai ikatan ganda dua.



Step 3 / Langkah 3 : Identify the suffix i.e the functional group or homologous series of the compound. Kenal pasti akhiran iaitu kumpulan berfungsi atau siri homolog sebatian. (i) Alkane – ‘ane’ / Alkana – ‘ana’ (ii) Alkene – ‘ene’ / Alkena – ‘ena’

3

Method of writing the IUPAC name / Kaedah menulis nama IUPAC : Stem (number of carbon atoms in the longest carbon chain) / Nama induk/awalan (bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang)*

Prefix (Branch) Imbuhan (Cabang)

Suffix (functional group / homologous series) Akhiran (kumpulan berfungsi / siri homolog)

• Name and name “write close together” / Nama dan nama “ ditulis rapat” • Number and name, write “–” / Nombor dan nama, tulis “–” • Number and number, write “,” / Nombor dan nombor, tulis “ ,” 4

Example / Contoh : (a) Draw structural formula for the following molecule / Lukis formula struktur bagi molekul-molekul berikut : 2, 3-dimethylpentane

2, 3-dimetil pent ana

PREFIX (Branches): Methyl branches, CH3 are at carbon number 2 and 3. The numbering of carbon in the longest carbon is made from the left to give the smallest number to methyl. IMBUHAN (Cabang): Cabang metil, CH3 berada pada karbon 2 dan 3. Pernomboran karbon dalam rantai karbon terpanjang dibuat daripada kiri untuk memberi nombor terkecil kepada metil.

STEM (Number of carbon atom in the longest carbon chain is 5 because the stem is ‘pent’). NAMA INDUK (Bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang ialah 5 kerana nama induk ialah ‘pent’).

SUFFIX (Homologous series): Suffix ‘ane’ indicates homologous series alkane, longest carbon chain consists of single covalent bond between carbon atoms. AKHIRAN (Siri homolog): Akhiran ‘ana’ menandakan siri homolog alkana, rantai karbon terpanjang yang terdiri daripada ikatan kovalen tunggal di antara atom-atom karbon.

Structural formula / Formula struktur : H

H

H H

C

C

2

H

H H

1

C

H H C

H

H

3

4

C

5

C

H H

H

C

Branches have two methyl, CH3 at carbon number 2 and 3 Cabang ada dua metil, CH3 pada karbon nombor 2 dan 3

H

H © Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 58

58

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

(b) Name the following structural formula using IUPAC system: Namakan formula struktur berikut menggunakan sistem IUPAC: (i) STEP 2: / LANGKAH 2: Identify branch. It is methyl, CH3 attached to carbon H number 2. PREFIX is 2-methyl. The numbering of carbon in the longest carbon is made from the right to give the H C H smallest number to methyl. / Kenal pasti cabang. Ianya adalah metil, CH3 terikat pada karbon ke-2. IMBUHAN H H H H STEP 1: / LANGKAH 1: adalah 2-metil. Penomboran karbon pada rantai karbon Identify the longest carbon H 5C 4C 3C 2C 1C H terpanjang dibuat dari kanan supaya metil mendapat chain. It consists of 5 carbons. nombor paling rendah. STEM is ‘pent’. / Kenal H H H H H pasti ranatai karbon paling STEP 3: / LANGKAH 3: panjang. Ia mengandungi Identify homologous series. It is alkane. 5 karbon. AWALAN adalah SUFFIX is ‘ane’. Kenal pasti siri homolog. ‘pent’. Ianya adalah alkana. AKHIRAN adalah ‘ana’.



⇒ IUPAC name: 2-methylpentane / Nama IUPAC: 2-metilpentana

2

(ii) STEP 2: / LANGKAH 2: Identify branch. Methyl, CH3 is attached to carbon number 4. PREFIX is 4-methyl. / Kenal pasti cabang. Ianya adalah metil, CH3 terikat pada karbon ke-4. IMBUHAN adalah 4-metil.

H

STEP 1: / LANGKAH 1: Identify the longest carbon chain. It consists of 5 H carbons. STEM is ‘pent’. Kenal pasti rantai karbon paling panjang. Ia mengandungi 5 karbon. AWALAN adalah ‘pent’.



H H

C

C

4

H

H

5

C

H H C

3

H

H

C

1

C

2

H

H

U N I T

STEP 3: / LANGKAH 3: Identify the homologous series. It is alkene, SUFFIX is 2-ene because smallest number is given to the carbon with double bond. / Kenal pasti siri homolog. Ianya adalah alkena. AKHIRAN adalah 2-ena kerana nombor paling kecil diberikan kepada karbon dengan ikatan ganda dua.

⇒ IUPAC name: 4-methylpent-2-ene / Nama IUPAC: 4-metilpent-2-ena

(c) Draw structural formulae for the following molecules: / Lukiskan formula struktur bagi molekul-molekul berikut: 2, 3-dimethyl but-1-ene

Structural formula: Formula struktur:

2, 3-dimetil but-1-ena PREFIX (Branches): IMBUHAN (Cabang): Methyl branches, CH3 are at carbon number 2 and 3 / Cabang metil, CH3 adalah pada karbon nombor 2 dan 3

H

STEM / NAMA INDUK (Number of carbon atom in the longest carbon chain is 4 because the stem is ‘but’) / (Bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang adalah 4 kerana nama induk ialah ‘but’)

SUFFIX (Homologous series): / AKHIRAN (Siri homolog): Suffix ‘ene’ indicates homologous series alkene: double bond is at carbon number 1 / Akhiran ‘ena’ menandakan siri homolog alkena: ikatan ganda dua pada karbon nombor 1

59

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 59

H

H H

C

C

C

H

H

H H

H

C

C H

C

H

H

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Exercise / Latihan Name the following compounds. / Namakan sebatian-sebatian berikut. (1)

(2)

H H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

H

H H

U N I T

C

H H H

H

H

2

H

H

C

C

H H

C

C

H H

H

H

C

C

C

C

H H

H

H

H

H

H

2, 3-dimethylhexane / 2, 3-dimetilheksana

2-methylpentane / 2-metilpentana

(3)

(4) H

H

H

H

H

C

H

H

H

C

C

C

H

H

H

C

H H

H

C

C

C

H

H

C

H

H

C

H

H

H

H

C

C

H

H

H H

H

H

C

C

C

H

H

H

H 2, 3, 4-trimethylhexane / 2, 3, 4-trimetilheksana

(5)

4-methylpent-2-ene / 4-metilpent-2-ena

(6)

H H

H

H

H

C

C

H H

C

C H

C

H H H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

H

C

H

H

C

H

H

H

C

C

H

C

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H 4, 5-dimethylhex-2-ene / 4, 5-dimetilheks-2-ena

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 60

3-ethylhept-2-ene / 3-etilhept-2-ena

60

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

Isomerism / Keisomeran 1

Atoms in organic compound can be bonded or arranged in different ways: Atom-atom dalam sebatian organik boleh terikat atau tersusun dalam pelbagai cara: Molecular

(a)

Formula

(b)

formula shows the type and number of atoms of each element in a molecular compound.

molekul

menunjukkan jenis dan bilangan atom setiap unsur dalam sebatian molekul.

Structural

formula shows the type and number of atoms for each element, and how the atoms are bonded to one and another in a compound. Formula struktur menunjukkan jenis dan bilangan atom setiap unsur, dan bagaimana atom-atom terikat di antara satu sama lain dalam suatu sebatian. Example: / Contoh: Molecular formula for propane: Formula molekul bagi propana:

Structural formula for propane: Formula struktur bagi propana:

H

C3H8

H

H

H

C

C

C

H

H

H

U N I T

H

2

2

Isomerism is the phenomenon where a compound has the same molecular formula but Keisomeran ialah fenomena di mana suatu sebatian mempunyai formula molekul yang yang berbeza .

3

The carbon atoms in a structural formula can be joined in a straight chain or branched chain. Atom-atom karbon dalam formula struktur boleh digabungkan dalam rantai lurus atau rantai bercabang.

4

Complete the following table by constructing the structural formulae for alkanes in a straight chain or any possible branched chain structural formulae. Name each structural formula using IUPAC system, based on the number of structural for each of molecular formula, determine whether the molecule has isomers or no isomer. Lengkapkan jadual berikut dengan membina formula struktur bagi alkana dalam rantai lurus atau formula struktur bagi rantai bercabang yang mungkin. Namakan formula struktur menggunakan sistem IUPAC, berdasarkan bilangan struktur bagi setiap formula molekul, tentukan sama ada molekul tersebut mempunyai isomer atau tidak.



Molecular formula Formula molekul

Structural formula and IUPAC name Formula struktur dan nama IUPAC

different structural formula. sama tetapi formula struktur

Number of structural formulae Bilangan formula struktur

Number of isomers Bilangan isomer

1

No isomer Tiada isomer

1

No isomer Tiada isomer

1

No isomer Tiada isomer

H H

CH4

C

H

Methane / Metana

H

H

C2H6

C3H8

H

H

H

C

C

H

H

Ethane / Etana

H

H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

Propane / Propana

61

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 61

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

H

C4H10

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

H

C

2

2 isomers 2 isomer

3

3 isomers 3 isomer

H

H n-butane / n-butana

H

U N I T

2-methylpropane / 2-metilpropana

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

n-pentane / n-pentana H

H

2

H

C5H12

C

H H

C

H

H

C

C

C

C

H

H

H

C

H

C

C

H

H

H

H

H H

H

H

H H

C

H

2-methylbutane 2-metilbutana

H

H 2, 2-dimethylpropane 2, 2-dimetilpropana

5

three

The first one Tiga



satu

do not have

members of alkane

isomers because each molecule has only

structural formula. ahli pertama alkana

tidak mempunyai

isomer kerana setiap molekul mempunyai

formula struktur sahaja. butane, C4H10

butana, C4H10

6

Isomerism in alkane starts from

7

Complete the following table by constructing the structural formulae for alkenes in a straight chain or any possible branched chain structural formulae. Name each structural formula using IUPAC system, based on the number of structural formulae for each of molecular formula, determine whether the molecule has isomers or no isomer. Lengkapkan jadual berikut dengan membina formula struktur bagi alkena dalam rantai lurus atau rantai bercabang yang mungkin. Namakan setiap formula struktur menggunakan sistem IUPAC, berdasarkan bilangan formula struktur bagi setiap formula molekul, tentukan sama ada molekul tersebut mempunyai isomer atau tidak.



Molecular formula Formula molekul

C2H4

. / Keisomeran dalam alkana bermula daripada

Structural formula and IUPAC name Formula struktur dan nama IUPAC

H

H

C

C

H H ethene / etena

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 62

.

Number of structural formulae Bilangan formula struktur

Number of isomers Bilangan isomer

1

No isomer Tiada isomer

62

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

C3H6

H

H

H

H

C

C

C

H

1

H

No isomer Tiada isomer

propene / propena

U N I T

2 H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

n-but-1-ene / n-but-1-ena

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H C4H8

H

H 3

n-but-2-ene / n-but-2-ena

3 isomers 3 isomer

H H

C

H H

C

H H

C

C

H

H 2-methylpropene / 2-metillpropena

8

The isomers have similar chemical properties but different in physical properties such as melting and boiling points. sama Isomer-isomer mempunyai sifat-sifat kimia yang tetapi sifat-sifat fizikal yang berbeza seperti takat lebur dan takat didih.

9

Isomerism in alkene starts from



Keisomeran dalam alkena bermula daripada

butene, C4H8

. butena, C4H8

.

10 The number of isomers increases as the number atom per molecule increases. Bilangan isomer meningkat apabila bilangan atom per molekul meningkat.

63

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 63

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Non-Hydrocarbon / Bukan Hidrokarbon

U N I T

2

Analysing Alcohol / Menganalisis Alkohol • Write the general formula of alcohols, identify the functional group, list the names and molecular formulae, draw structural formulae and name isomers using IUPAC nomenclature. Menulis formula am alkohol, mengenal pasti kumpulan berfungsi, menyenaraikan nama dan formula molekul, melukis formula struktur dan menamakan isomer menggunakan sistem IUPAC. • Describe the preparation of ethanol in the laboratory and industrial production of alcohol. Menghuraikan penyediaan etanol di dalam makmal dan penghasilan alkohol dalam industri. • State the physical properties of ethanol. Menyatakan sifat-sifat fizikal etanol. • Describe an activity to investigate chemical properties of ethanol in terms of combustion, oxidation and dehydration. Menghuraikan aktiviti untuk mengkaji sifat-sifat kimia etanol dari segi pembakaran, pengoksidaan dan pendehidratan. • Predict the chemical properties of other members of alcohol. Meramal sifat-sifat kimia bagi ahli-ahli alkohol yang lain. • Explain with example the use of alcohol in everyday life. Menerangkan kegunaan alkohol dalam kehidupan seharian berserta dengan contoh. • Explain the effects of misuse and abuse of alcohol. Menerangkan kesan-kesan penyalahgunaan alkohol.

Analysing Carboxylic Acid / Menganalisis Asid Karboksilik • State the general formulae, identify the functional group, list the names and molecular formulae of the first four members, draw structural formulae and name using IUPAC nomenclature. Menyatakan formula am, mengenal pasti kumpulan berfungsi, menyenaraikan nama dan formula molekul bagi empat ahli pertama dan menamakan menggunakan sistem penamaan IUPAC. • Describe the preparation of carboxylic acid by oxidation of alcohol. Menghuraikan penyediaan asid karboksilik dengan cara pengoksidaan alkohol. • State the physical properties of carboxylic acid. Menyatakan sifat-sifat fizikal asid karboksilik. • Describe the activities to investigate chemical properties of ethanoic acid through: Menghuraikan aktiviti untuk menyiasat sifat-sifat kimia asid etanoik melalui: (i) Reaction with metal, metal carbonates and metal oxides (acidic properties). Tindak balas dengan logam, logam karbonat dan logam oksida (sifat-sifat berasid). (ii) Esterification reactions with alcohol and naming of esters. Tindak balas pengesteran dengan alkohol dan penamaan ester. • Predict the chemical properties for other member of carboxylic acid. Meramal sifat-sifat kimia bagi ahli asid karboksilik yang lain. • Explain with examples the uses of carboxylic acids in everyday life. Menerangkan dengan contoh kegunaan asid karboksilik dalam kehidupan seharian.

Analysing Esters / Menganalisis Ester • Carry out an activity to derive general formulae of esters and identify the functional group, draw structural formulae, name them using the IUPAC nomenclature and write equations for esterification reaction. Menjalankan aktiviti untuk memperoleh formula am bagi ester dan mengenal pasti kumpulan berfungsi, melukis formula struktur, menamakan ester menggunakan sistem IUPAC dan menulis persamaan untuk tindak balas pengesteran. • Describe the preparation of ester in the laboratory. Menerangkan penyediaan ester di dalam makmal. • State the physical properties of ester. Menyatakan sifat-sifat fizik ester. • Collect data on natural sources of ester and uses of ester in everyday life. Mengumpulkan data mengenai sumber semula jadi ester dan kegunaannya dalam kehidupan seharian.

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 64

64

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

Evaluating Fats / Menganalisis Lemak • State what oils, fats, saturated and unsaturated fats are, and the differences between fats and oils. Menyatakan maksud minyak, lemak, lemak tepu dan lemak tak tepu, dan perbezaan antara lemak dan minyak. • Compare and contrast between saturated and unsaturated fats and the process of changing unsaturated fats to saturated fats. Membanding dan membezakan antara lemak tepu dengan lemak tak tepu dan proses penukaran lemak tak tepu kepada lemak tepu. • State the importance of oils and fats for body processes and the sources of fats and oils. Menyatakan kepentingan minyak dan lemak untuk proses badan dan sumber lemak dan minyak. • Describe the effect of eating food high in fats and oils. Menghuraikan kesan memakan makanan yang tinggi dengan lemak dan minyak. • Describe the industrial extraction of palm oil. / Menghuraikan proses pengekstrakan minyak sawit dalam industri.

Analysing Natural Rubber / Menganalisis Getah Semula Jadi

U N I T

• List the example of natural polymers and their monomers. Menyenaraikan contoh polimer semula jadi dan monomernya. • Write the structural formulae of natural rubber (monomer and polymer). Menulis struktur formula getah semula jadi (monomer dan polimer). • State the properties of natural rubber and its uses. / Menyatakan sifat-sifat getah semula jadi dan kegunaannya. • Describe the coagulation process of latex and method used to prevent latex from coagulating. Menghuraikan proses penggumpalan lateks dan kaedah yang digunakan untuk mencegah lateks daripada menggumpal. • Describe the vulcanisation of rubber and how the presence of sulphur atoms changes the properties of vulcanised rubber. Menghuraikan pemvulkanan getah dan bagaimana kehadiran atom sulfur mengubah sifat-sifat getah tervulkan. • Compare and contrast the properties of vulcanised and unvulcanised rubber. Membanding dan membezakan sifat-sifat getah tervulkan dan tak tervulkan.

2

Alcohol / Alkohol 1

2

Alcohols are organic compounds that contain carbon, hydrogen and oxygen atoms (Non-hydrocarbon). The general formula for alcohol is CnH2n + 1OH in which n is 1, 2, 3… / Alkohol ialah sebatian organik yang mengandungi atom karbon, hidrogen dan oksigen (bukan hidrokarbon). Formula am bagi alkohol ialah CnH2n + 1OH di mana n ialah 1, 2, 3… Each member of alcohol series contains hydroxyl functional group (–O–H) which is covalently bonded to the carbon atom, Setiap ahli siri alkohol mengandungi kumpulan berfungsi hidroksil (–O–H) yang terikat secara kovalen dengan atom karbon, C

3

OH

Naming alcohol using IUPAC nomenclature: / Menamakan alkohol menggunakan sistem IUPAC: Step 1 / Langkah 1 Determine the number of carbon atoms in the longest carbon chain which contains the hydroxyl group –OH. ⇒ obtain the name of alkane with the same number of carbon atom as alcohol. Tentukan bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang yang mengandungi kumpulan hidroksil –OH. ⇒ dapatkan nama alkana yang mengandungi bilangan atom karbon yang sama dengan alkohol. Step 2 / Langkah 2 Replace the ending “e” from the name of alkane with “ol”. (e.g: Methane ⇒ methanol, Propane ⇒ propanol) Gantikan akhiran “a” daripada nama alkana dengan “ol”. (cth: Metana ⇒ metanol, Propana ⇒ propanol) Step 3 / Langkah 3 Number the carbon atom in the longest carbon chain which is joined to the hydroxyl group –OH with the smallest number. ⇒ the number is placed in front of the “ol” to indicate which carbon atom the hydroxyl group is attached to. Nomborkan bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang yang terikat dengan kumpulan hidroksil, –OH dengan nombor terkecil. ⇒ nombor diletakkan di hadapan “ol” untuk menandakan atom karbon yang terikat dengan kumpulan hidroksil.

65

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 65

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Example: / Contoh: Butan-2-ol ⇒ the “–OH” is attached at the second carbon from the end. Butan-2-ol ⇒ “–OH” terikat dengan karbon kedua daripada hujung. The structural formula: / Formula struktur: H H H H H

C

C

H

H

C OH

C

H

H

Step 4 / Langkah 4 For alcohols with branches, write the names of all the branches as prefix. Bagi alkohol-alkohol yang bercabang, tulis nama semua cabang sebagai Imbuhan.

U N I T

PREFIX is methyl, CH3. It is attached to carbon 3. The numbering of carbon in the longest carbon is made from the right to give the smallest number to the carbon with hydroxyl, –OH. IMBUHAN ialah metil, CH3. Ia bersambung dengan karbon 3. Penomboran karbon dalam rantai karbon terpanjang dibuat daripada kanan untuk memberi nombor terkecil kepada karbon yang bersambung dengan hidroksil, –OH.

H

2 H

H H

C

H H

4

C

3

C

2

1

H

H

OH

H

C

H C

H

3-methylbutan-2-ol 3-metilbutan-2-ol Longest carbon chain consists of 4 carbons with the presence of hydroxyl at carbon number 2. STEM is ‘butan’. Homologous series is alcohol, SUFFIX is ‘2–ol’, number 2 is to indicate the position of hydroxyl, –OH in the longest carbon chain. / Rantai karbon terpanjang terdiri daripada 4 karbon dengan kehadiran hidroksil pada karbon nombor 2. NAMA INDUK ialah ‘butan’. Siri homolog ialah alkohol, AKHIRAN ialah ‘2–ol’, nombor 2 adalah untuk menandakan kedudukan hidroksil, –OH dalam rantai karbon terpanjang.

Name the following compound using IUPAC nomenclature: / Namakan sebatian berikut mengikut sistem penamaan IUPAC: H H

H

C

H

H

H

H

C

C

C

C

C

H

OH

H

H H

C

H

H

C

H

H H

H 2, 4-dimethylhexan-2-ol / 2, 4-dimetilheksan-2-ol



IUPAC name / Nama IUPAC :

4

Isomerism in alcohol: / Keisomeran dalam alkohol: (a) Isomers are molecules that have same molecular formulae but different structural formula. Isomer ialah molekul-molekul yang mempunyai formula molekul yang sama tetapi formula struktur yang berbeza.

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 66

66

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

(b) Complete the following table: / Lengkapkan jadual berikut: Alcohol Alkohol

Molecular formula Formula molekul

Structural formula and IUPAC name / Formula struktur dan nama IUPAC

Number of isomers Bilangan isomer

H Methanol Metanol

H

CH3OH

C

OH

No isomer Tiada isomer

Methanol / Metanol

H

Ethanol Etanol

H

C2H5OH

H Propanol Propanol

C3H7OH H

H

H

C

C

H

H

OH

H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

H

H

C

C

C

H

OH

H

No isomer Tiada isomer

Ethanol / Etanol

OH

U N I T

2

Propan-1-ol / Propan-1-ol 2 isomers 2 isomer

H

Propan-2-ol / Propan-2-ol

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

OH

H H

H H

n-butan-1-ol n-butan-1-ol Butanol Butanol

C

H H

C

C

C

H

H

H

OH

2-methylpropan-1-ol / 2-metilpropan-1-ol

C4H9OH

4 isomers 4 isomer

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

OH

H

H H

C

H H

n-butan-2-ol n-butan-2-ol

H H

C

C

C

H

OH

H

H

2-methylpropan-2-ol / 2-metilpropan-2-ol

(c)

5

Methanol and Metanol dan

ethanol one do not have isomers because each molecule only has structural formula. etanol tidak mempunyai isomer kerana setiap molekul mempunyai satu formula struktur

sahaja. propanol (d) Isomerism in alcohol begins with . Keisomeran dalam alkohol bermula dengan propanol . Two methods in preparing ethanol: / Dua kaedah penyediaan etanol: (a) Preparation of ethanol, C2H5OH in the laboratory (Fermentation of glucose). Penyediaan etanol, C2H5OH di dalam makmal (Penapaian glukosa). (b) Industrial production of ethanol, C2H5OH (Hydration of ethene). Penghasilan etanol, C2H5OH dalam industri (Penghidratan etena).

67

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 67

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

6

U N I T

2

Preparation of ethanol, C2H5OH in the laboratory (Fermentation of glucose) Penyediaan etanol, C2H5OH di dalam makmal (Penapaian glukosa) (a) Fermentation is a process in which microorganism such as yeast acts on carbohydrates (sugar or starch) to produce ethanol and carbon dioxide. Penapaian ialah suatu proses di mana mikroorganisma seperti yis bertindak ke atas karbohidrat (gula atau kanji) untuk menghasilkan etanol dan karbon dioksida. (b) Yeast is added to glucose solution (or fruit juices such as grape/pineapple juice) and left in a warm place for three days in the absence of oxygen. Yeast contains enzyme which breaks down the sugar/starches into glucose and then to ethanol and carbohydrate. / Yis ditambah ke dalam larutan glukosa (atau jus buah seperti jus anggur/nanas) dan dibiarkan dalam tempat yang hangat untuk tiga hari tanpa kehadiran oksigen. Yis mengandungi enzim yang memecahkan gula/kanji kepada glukosa dan kemudiannya kepada etanol dan karbohidrat. Fermentation equation: / Persamaan penapaian: Yeast / Yis

C6H12O6

2C2H5OH(aq/ak)

Glucose/ Glukosa

+

2CO2(g/g)

Ethanol / Etanol

(c) The ethanol is purified by fractional distillation. / Etanol ditulenkan melalui penyulingan berperingkat. 7

Industrial production of ethanol, C2H5OH (Hydration of ethene): Penghasilan etanol, C2H5OH dalam industri (Penghidratan etena): Alkene is reacted with steam (H2O) at 300ºC and 60 atm pressure in the presence of phosphoric acid as a catalyst. (Refer to chemical properties of alkene): Alkena ditindak balaskan dengan stim (H2O) pada 300°C dan tekanan 60 atm dalam kehadiran asid fosforik sebagai mangkin. (Rujuk sifat-sifat kimia alkena): C2H4(g/g) Ethene / Etena

8

+

H2O(g/g) Steam / Stim

H3PO4 C2H5OH(l/ce)

300ºC/60 atm

Ethanol / Etanol

Physical Properties of Alcohol: / Sifat-sifat Fizikal Alkohol: (a) Alcohols with one to eleven carbon atoms per molecule exist as liquids. Alkohol yang mengandungi satu hingga sebelas atom karbon per molekul wujud sebagai cecair. (b)

Methanol ethanol propanol , and mix with water in all proportions. Solubility in water decreases with increasing of molecular size. Metanol , etanol dan propanol bercampur dengan air dalam semua kadar. Keterlarutan dalam air berkurang

dengan peningkatan saiz molekul. (c) Ethanol is a colourless liquid, mixes with water in all proportions. It is less dense than water and its boiling point is 78ºC at 1 atm. / Etanol ialah cecair tanpa warna, bercampur dengan air dalam semua kadar, kurang tumpat daripada air dan takat didihnya ialah 78°C pada 1 atm. (d) Alcohols have low boiling points. The boiling points of alcohols increase with the increase in the number of carbon atoms in a molecule. / Alkohol mempunyai takat didih yang rendah. Takat didih alkohol meningkat dengan peningkatan atomatom karbon dalam molekul. 9

Chemical Properties of Alcohol: / Sifat-sifat Kimia Alkohol: All alcohols have similar chemical properties due to the presence of the hydroxyl group, –OH as a functional group. Semua alkohol mempunyai sifat-sifat kimia yang serupa kerana kehadiran kumpulan hidroksil, –OH sebagai kumpulan berfungsi. Chemical reaction of alcohols are: / Tindak balas kimia bagi alkohol adalah: (a) Combustion of alcohol / Pembakaran alkohol (b) Oxidation of alcohol / Pengoksidaan alkohol (c) Dehydration of alcohol / Pendehidratan alkohol

10 Combustion of alcohol / Pembakaran alkohol water

(a) Alcohol burns in excess supply of oxygen to produce



and

carbon dioxide

. Alcohols burn easily with

soot a blue flame and without producing . air Alkohol terbakar dalam bekalan oksigen yang berlebihan untuk menghasilkan dan karbon dioksida . Alkohol jelaga membakar dengan senang, dengan nyalaan biru dan tidak menghasilkan .

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 68

68

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon



Example: / Contoh: Combustion of ethanol / Pembakaran etanol C2H5OH  +  3O2 



  2CO2  +  3H2O

Combustion of ethanol releases large amount of heat (ethanol is suitable for use as a fuel). Pembakaran etanol membebaskan kuantiti haba yang besar (etanol sesuai digunakan sebagai bahan bakar).

(b) Balance the following equation: / Seimbangkan persamaan berikut: C3H7OH

+

9 2 O2 →

3 CO2 +

4 H2O

C4H9OH

+

6 O2 →

4 CO2 +

5 H2O

C5H11OH

+

15 2 O2 →

5 CO2 +

6 H2O

C6H13OH

+

9 O2 →

6 CO2 +

7 H2O

Balancing the equations: / Mengimbangkan persamaan: Step 1: Balance C / Langkah 1: Seimbangkan C Step 2: Balance H / Langkah 2: Seimbangkan H Step 3: Balance O, can use fraction. Langkah 3: Seimbangkan O, boleh gunakan pecahan

11 Oxidation of Alcohol / Pengoksidaan Alkohol (a) Alcohols are oxidised to form carboxylic acid with presence of a suitable oxidising agent. Alkohol dioksidakan untuk membentuk asid karboksilik dalam kehadiran agen pengoksidaan yang sesuai. The common oxidising agent used in the oxidation of alcohols are: / Agen pengoksidaan yang biasa digunakan adalah: (i) Acidified potassium manganate(VII) solution / Larutan kalium manganat(VII) berasid (ii) Acidified potassium dichromate(VI) solution / Larutan kalium dikromat(VI) berasid

U N I T

2

(b) Both agents are represented as 2[O] in the chemical equation. One oxygen atom joins the alcohol molecule to form C=O and the other oxygen atom joins to the two hydrogen atoms that are removed from the alcohol to form H2O. Kedua-dua agen ini diwakili sebagai 2[O] dalam persamaan kimia. Satu atom oksigen bergabung dengan molekul alkohol untuk membentuk C=O dan atom oksigen yang lain bergabung dengan dua atom hidrogen yang terkeluar daripada alkohol untuk membentuk H2O. (c) Oxidation of alcohol is the process where an alcohol molecule loses two H atoms and receives one O atom. Pengoksidaan alkohol ialah proses di mana satu molekul alkohol hilang dua atom H dan menerima satu atom O.

Example Oxidation of ethanol / Contoh Pengoksidaan etanol, C2H5OH:

H

H

H

C

C

H

OH

Two hydrogen atoms are removed and replaced by one oxygen atom / Dua atom hidrogen dibuang dan digantikan dengan satu atom oksigen

H +

2[O]

CH3CH2OH

+

2[O]

C2H5OH Ethanol / Etanol

+

2[O]

H H

C

O C

H CH3COOH

+

H 2O Water / Air

OH +  H2O Water / Air

or / atau CH3COOH +  H2O Ethanoic acid / Asid etanoik Water / Air

(d) Complete the following equations for oxidation of various alcohol: Lengkapkan persamaan berikut bagi pengoksidaan pelbagai jenis alkohol: (i) Oxidation of propanol: / Pengoksidaan propanol: CH3CH2COOH   +    H2O





CH3CH2CH2OH    +   2[O]   











C2H5COOH   +   H2O     C3H7OH    +   2[O]    Propanol / Propanol        Propanoic acid / Asid propanoik







   

or / atau

69

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 69

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5



(ii) Oxidation of butanol: / Pengoksidaan butanol:





CH3CH2 CH2 CH2OH  +   2[O]  











C3H7COOH   +   H2O C4H9OH     +   2[O]      Butanol / Butanol               Butanoic acid / Asid butanoik







  



CH3CH2CH2COOH    +   H2O

or / atau

(e) Alcohol undergoes oxidation to produce carboxylic acid (Oxidation of alcohol is used to prepare carboxylic acid). Alkohol mengalami pengoksidaan untuk menghasilkan asid karboksilik (Pengoksidaan alkohol digunakan untuk menyediakan asid karboksilik). CnH2n + 1OH  +  2[O]  →  Cn’H2n’ + 1COOH  +  H2O n = 1, 2, 3…         n’ = 0, 1, 2, 3….

U N I T

2

12 Describe how ethanol can be oxidised in the laboratory with different oxidising agent. In your answer, include all the observations. Huraikan bagaimana etanol boleh dioksidakan di dalam makmal dengan agen pengoksidaan yang berbeza. Dalam jawapan anda, sertakan semua pemerhatian.

Experiment Eksperimen I

Observations, Inference & Conclusion/Explanation Pemerhatian, Inferens dan Kesimpulan/Penerangan

Oxidation of ethanol / Pengoksidaan etanol

Observation / Pemerhatian : purple

1 The

Cold water Air sejuk

2 cm3

Distillate Hasil sulingan

potassium manganate(VII) solution into a larutan kalium manganat(VII) ke dalam tabung

2 Add 10 drops of concentrated sulphuric acid. Tambahkan 10 titis asid sulfurik pekat. Heat

1 cm3

etanol

is added drop by drop into the boiling tube.

5 Delivery tube is connected to the boiling tube as shown in the boils mendidih

.

Langkah 1 – 6 diulang dengan menggantikan larutan kalium manganat(VII) dengan larutan kalium dikromat(VI).

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 70

berbau seperti

.

4 The

distillate

turns

Hasil

sulingan

menukarkan warna kertas litmus

merah

kepada

blue

.

cuka

litmus paper to

red

.

biru

.

acid

. asid

.

Conclusion / Explanation / Kesimpulan/Penerangan : oxidising agents

Oxidation of ethanol with

potassium manganate(VII)

potassium dichromate(VI)

such solution or

solution produces ethanoic

acid.

atau larutan

agen pengoksidaan

kalium manganat(VII) kalium dikromat(VI)

berasid

berasid menghasilkan

asid etanoik.

.

7 Steps 1 – 6 are repeated by replacing potassium manganate(VII) solution with potassium dichromate(VI) solution.

© Nilam Publication Sdn Bhd

sulingan

seperti larutan

Hasil sulingan dikumpulkan dalam tabung uji dan diuji dengan biru

Hasil

vinegar

Pengoksidaan etanol dengan

litmus paper.

kertas litmus

smells like a

acidified

6 The distillate is collected in a test tube and it is tested with a blue

3 The

as acidified

.

Salur penghantar disambungkan kepada tabung didih seperti rajah di atas. Campuran dipanaskan hingga

.

distillate

Pengoksidaan etanol menghasilkan

ditambah titis demi titis ke dalam tabung didih.

diagram. The mixture is heated until it

.

Inference / Inferens :

larutan dengan perlahan. ethanol

4 1 cm3 of

green

larutan larutan kalium dikromat(VI) hijau

Oxidation of ethanol produces

the solution gently.

Panaskan

colour of acidified potassium

jingga

Warna

.

.

dichromate(VI) solution turns berasid menjadi

didih.

3

orange

2 The

boiling tube. Masukkan

colourless

larutan kalium manganat(VII) berasid

tanpa warna

menjadi

Procedure / Prosedur : 2 cm3

ungu

Warna

Acidified potassium manganate(VII), KMnO4 solution and ethanol, C2H5OH Larutan kalium manganat(VII), Heat KMnO4 berasid dan Panaskan etanol, C2H5OH

1 Pour about

colour of acidified potassium

manganate(VII) solution turns

Boiling tube / Tabung didih

Balanced equation / Persamaan seimbang : C2H5OH + 2[O] Ethanol Etanol

CH3COOH Ethanoic acid Asid etanoik

+ H 2O Water Air

70

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

13 Dehydration of Alcohol / Pendehidratan Alkohol (a) Dehydration of an alcohol involves the removal of water molecule from each of alcohol molecule to produce corresponding alkene. Pendehidratan alkohol melibatkan penyingkiran molekul air daripada setiap molekul alkohol untuk menghasilkan alkena yang setara. (b)

Water molecule from the alcohol molecule is removed by a heated catalyst such as: Molekul air daripada molekul alkohol disingkir oleh mangkin yang telah dipanaskan dengan kuat seperti: (i) Porcelain chips / Serpihan porselin (ii) Aluminium oxide / Aluminium oksida (iii) Concentrated sulphuric acid at 180°C / Asid sulfurik pekat pada 180°C (iv) Concentrated phosphoric acid at 210°C / Asid fosforik pekat pada 210°C

(c) The removal of water molecule from alcohol results in the formation of –C=C–. Penyingkiran molekul air daripada alkohol menyebabkan pembentukan –C=C–.

Example / Contoh :



Dehydration of ethanol / Pendehidratan etanol, C2H5OH

H

H

H

C

C

H

OH

C2H5OH Ethanol Etanol



Porcelain chips / Serpihan porselin H

H

H

H

C

C

U N I T

2 H

+   H2O

Hydroxyl group is removed together with a hydrogen atom from an adjacent carbon atom to form water, H2O Kumpulan hidroksil dibuang bersama dengan atom hidrogen daripada atom karbon bersebelahan untuk membentuk air, H2O

Porcelain chips / Serpihan porselin

C2H4 + H2O Ethene Water Etena Air

(d) Complete the following equations / Lengkapkan persamaan-persamaan berikut:

(i)

Dehydration of propanol / Pendehidratan propanol C3H7OH Propanol Propanol



Porcelain chips / Serpihan porselin

+ C3H6 H2O Propena Water Propene Air

(ii) Dehydration butanol / Pendehidratan butanol C4H9OH Butanol Butanol

Porcelain chips / Serpihan porselin

(e) Dehydration of alcohol produces CnH2n + 1OH n = 2, 3 … n = 2, 3 …

alkene

. / Pendehidratan alkohol menghasilkan

Porcelain chips / Serpihan porselin

71

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 71

+ C4H8 H2O Butene Water Butena Air



+ n = 2, 3, 4 .... n = 2, 3, 4 .... CnH2n



alkena

.

H2O

Water Air

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

14 Describe how to prepare ethena from ethanol in the laboratory. Include all the observations, inference and conclusion/explanation. Huraikan bagaimana menyediakan etena daripada etanol di dalam makmal. Sertakan susunan alat radas, inferens dan kesimpulan/penerangan. Experiment Eksperimen

Observations, Inference & Conclusion/Explanation Pemerhatian, Inferens dan Kesimpulan/Penerangan

Dehydration of ethanol / Pendehidratan etanol

I

Observation / Pemerhatian : colourless gas is collected in the test tube.

1 A

Set-up of apparatus / Susunan radas :

Glass wool soaked with ethanol Kapas kaca direndam dalam etanol

U N I T

2

dikumpulkan di dalam tabung uji. brown 2 The gas changed the colour of bromine water to Gas Gas

colourless .

3 The gas changed the

Procedure / Prosedur : tabung didih

.

2 Pour 2 cm of ethanol into the boiling tube to soak the glass wool . 3

3 Tuangkan 2 cm etanol ke dalam tabung didih untuk membasahi

3 Some porcelain chips are placed in the middle of section of the

porcelain chips gently

then heat

so that ethanol vaporises and the vapour is

Serpihan porselin

porcelain chips

dipanaskan dengan

kemudiannya dipanaskan dengan

.  . Kapas kaca

serpihan porselin

yang

dipanaskan.

6 (a) A few drops of bromine water are added in the first test tube and shaken

.

Beberapa titis air bromin ditambah ke dalam tabung uji pertama digoncang

.

(b) A few drops of acidified potassium managnate(VII) solution are added in the second test tube and the mixture is

shaken

.

Beberapa titis larutan kalium manganat(VII) berasid ditambah ke dalam tabung uji kedua dan

digoncang

water

molecule is removed

from each ethanol molecule. Dalam

pendehidratan

air

etanol, molekul

disingkirkan

Balanced equation / Persamaan seimbang :

sehingga etanol

5 Collect the gas released in two test tubes as shown in the diagram. Kumpulkan gas yang dibebaskan dalam dua tabung uji seperti rajah di atas. the mixture is

dehydration of ethanol occurs.

dalam setiap molekul etanol.

kuat

perlahan

meruap dan wapnya dilalukan melalui

dan

.

Conclusion/Explanation / Kesimpulan/Penerangan :

2 In the dehydration of ethanol, a

are heated strongly . The glass wool is

passed through the heated

etena

itu adalah

dipanaskan, pendehidratan etanol berlaku.

tabung didih

seperti ditunjukkan dalam rajah di atas. 4 The

tak tepu

Apabila wap etanol dilalukan melalui serpihan porselin yang

as shown in the diagram.

Serpihan porselin diletakkan di bahagian tengah



Hidrokarbon

1 When ethanol vapour is passed through heated porcelain chips,

kapas kaca . boiling tube

purple

Inference / Inferens : 1 Dehydration of ethanol produces unsaturated hydrocarbon. tak tepu Pendehidratan etanol menghasilkan hidrokarbon . unsaturated ethene 2 The hydrocarbon is .

1 Place some glass wool in a boiling tube . dalam

air bromin kepada

colour of acidified potassium managnate(VII) solution to colourless . Gas itu menukarkan warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid kepada tanpa warna .

Water Air

kapas kaca

perang

Gas itu menukarkan warna tanpa warna .

Heat Panaskan

Masukkan

tanpa warna

Gas

Porcelain chips Serpihan porselin

.

C2H5OH Ethanol / Etanol

Porcelain chips Serpihan porselin

1 Dehydration of ethanol produces

C2H4 ethene / etena ethene

Pendehidratan etanol menghasilkan

+

H2O Water / Air

.

etena

.

2 Ethene is an unsaturated hydrocarbon that contains double covalent bond between carbon atoms. Etena adalah hidrokarbon ikatan kovalen ganda dua

tak tepu

yang mengandungi

antara atom karbon.

3 When ethene is added with bromine water or acidified potassium managnate(VII) solution,

addition

reaction occurs.

Apabila etena ditambah dengan air bromin atau larutan kalium manganat(VII) berasid, tindak balas penambahan berlaku. 4 Ethene decolorises brown colour of bromine water and purple colour of acidified potassium managnate(VII) solution because addition reaction occurs. Etena melunturkan warna perang air bromin dan warna

ungu

larutan kalium manganat(VII) berasid kerana tindak balas penambahan berlaku.

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 72

72

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

15 Uses of alcohol / Kegunaan alkohol (a) As a fuel, combustion of alcohol produces water and carbon dioxide. It releases a lot of heat energy (exothermic). Sebagai bahan bakar, pembakaran alkohol menghasilkan air dan karbon dioksida dan membebaskan tenaga haba yang banyak (eksotermik). (b) As a solvent to dissolve many organic compounds such as paint, varnish, lacquer and perfume. Sebagai pelarut untuk melarutkan sebatian organik seperti cat, varnis dan minyak wangi. (c) In medical field, alcohol is used as a solvent for the preparation of certain medicines. Ethanol for example is used as an antiseptic and an ingredient in cough mixtures. Dalam bidang perubatan, alkohol digunakan untuk menyediakan ubat tertentu. Sebagai contoh etanol digunakan sebagai antiseptik dan ramuan untuk ubat batuk. (d) In the production of cosmetics, alcohol is used as the main component in production of cosmetics, creams, lotions, soaps and others. / Dalam penghasilan kosmetik, alkohol digunakan sebagai bahan utama dalam penghasilan kosmetik, krim, losen, sabun dan lain-lain. 16 Alcohol misuse and abuse / Penyalahgunaan alkohol (a) Used in alcoholic beverages. Excessive drinking of alcoholic beverages causes drunk driving and accidents on the road. Digunakan dalam minuman beralkohol. Minum secara berlebihan menyebabkan pemanduan secara mabuk dan kemalangan jalan raya. (b) Excessive drinking can be fatal due to poisoning. Minum secara berlebihan adalah merbahaya kerana kemungkinan untuk keracunan. (c) Alcoholism affects the well being of an individual and the family concerned. Ketagihan dengan alkohol memberi kesan terhadap kesihatan seorang individu dan juga keluarga.

U N I T

2

Exercise / Latihan Complete the following chart: / Lengkapkan carta berikut: GLUCOSE / GLUKOSA Fermentation Penapaian Ethanol Etanol

and / dan water / air

Ethanoic acid / Asid etanoik

Ethene Etena

Dehydration by a dehydrating agent Pendehidratan oleh agen pendehidratan

Combustion in excess oxygen Pembakaran dalam oksigen berlebihan Carbon dioxide / Karbon dioksida

Addition of water Penambahan air, H2O H3 PO4 300°C/60 atm

Oxidation by an oxidising agent Pengoksidaan oleh agen pengoksidaan

Ethene / Etena

dan / and

water / air

water / air

and / dan

Carboxylic Acid / Asid Karboksilik 1 2

Carboxylic acids are organic compounds that contain carbon, hydrogen and oxygen (non-hydrocarbon). The general formula for carboxylic acid is CnH2n + 1COOH, n = 0, 1, 2, 3 … Asid karboksilik ialah sebatian organik yang mengandungi karbon, hidrogen dan oksigen (bukan hidrokarbon). Formula am bagi asid karboksilik adalah CnH2n + 1COOH, n = 0, 1, 2, 3 … The functional group is the carboxyl group, –COOH, O Kumpulan berfungsi ialah kumpulan karboksil, –COOH, C



73

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 73

OH

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

3

Carboxylic acids are organic acid that comes from an organic source such as ethanoic acid in vinegar, citric acid in lemon and methanoic acid from ants. Asid karboksilik ialah asid organik yang berasal daripada sumber organik seperti asid etanoik dalam cuka, asid sitrik dalam limau dan asid metanoik daripada semut.

4

Naming carboxylic acid using IUPAC nomenclature: Menamakan asid karboksilik mengikut sistem penamaan IUPAC: Step 1 / Langkah 1 : Determine the number of carbon atoms, obtain the name of the corresponding alkane. Tentukan bilangan atom karbon, dapatkan nama alkana yang setara. Step 2 / Langkah 2 : Replace the ending “ane” from the name of alkane with “-oic acid”. Gantikan akhiran “ana” daripada nama alkana dengan “-oik”



Example / Contoh : (a) Molecular formula: HCOOH / Formula molekul: HCOOH Number of carbon atom is 1. / Bilangan atom karbon ialah 1. Name of corresponding alkane is methane. / Nama alkana yang selaras ialah metana. Name of HCOOH is methanoic acid. / Nama HCOOH ialah asid metanoik. (b) Molecular formula: CH3COOH / Formula molekul: CH3COOH Number of carbon atom is 2. / Bilangan atom karbon ialah 2. Name of corresponding alkane is ethane. / Nama alkana yang selaras ialah etana. Name of CH3COOH is ethanoic acid. / Nama CH3OOH ialah asid etanoik.

5

Complete the following table: / Lengkapkan jadual berikut:

U N I T

2

n

Molecular formula, Formula molekul, CnH2n + 1COOH

Number of carbon atoms Bilangan atom karbon

0

HCOOH

1

Structural formula Formula struktur

Name / Nama

O H

1

CH3COOH

H

2

C

Methanoic acid Asid metanoik

OH

H

O

C

C

Ethanoic acid Asid etanoik

OH

H

2

3

6

C2H5COOH

C3H7COOH

H

3

4

H

H

H

O

C

C

C

H

H

OH

H

H

H

O

C

C

C

C

H

H

H

OH

Propanoic acid Asid propanoik

Butanoic acid Asid butanoik

The naming for branched chain carboxylic acid molecule is similar to the naming of alcohol. Penamaan molekul asid karboksilik bercabang adalah sama dengan penamaan alkohol. (a) The name and position of the branched group is written as prefix. Nama dan kedudukan kumpulan yang bercabang ditulis sebagai awalan. (b) The smallest number is given to the carbon atom that is joined to the functional carboxyl group, –COOH. Carboxyl group, – COOH will always at the beginning or end of carbon chain. The number of the carbon atom in the longest carbon chain which is joined to the carboxyl group –COOH is always 1. The suffix is ‘oic’. Nombor terkecil diberi kepada atom karbon yang bergabung dengan kumpulan berfungsi karboksil, –COOH. Kumpulan karboksil, –COOH sentiasa berada pada permulaan atau pada hujung rantai karbon. Bilangan atom karbon dalam rantai karbon terpanjang yang bersambung dengan kumpulan karboksil –COOH sentiasa 1. Akhiran ialah ‘oik’.

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 74

74

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon



Example / Contoh : H

7

H

H

H

O

4

C

3

C

2

C

1

H

H



C

OH

CH3

2-methylbutanoic acid / Asid 2-metilbutanoik Preparation of ethanoic acid: / Penyediaan asid etanoik: (a) Ethanoic acid is prepared when ethanol is oxidised by oxidising agents such as acidified potassium manganate(VII) solution or acidified potassium dichromate(VI) solution: Asid etanoik disediakan apabila etanol dioksidakan oleh agen pengoksidaan seperti larutan kalium manganat(VII) berasid atau larutan kalium dikromat(VI) berasid:

H

H

H

C

C

H

H

+  2[O]

H

O

C

C

OH

+  H2O

U N I T

H

H OH Ethanol / Etanol

Ethanoic acid / Asid etanoik

Water / Air

(b) Oxidation of ethanol to ethanoic acid is conducted by reflux method. The round-bottomed flask is fitted with an upright condenser to prevent ethanol loss from vaporisation. Pengoksidaan etanol kepada asid etanoik dilakukan melalui kaedah refluks. Kelalang dasar bulat dipasang tegak bersama kondenser untuk mengelakkan alkohol meruap keluar.

2

Water out / Air keluar

Condenser (as a reflux) Kondenser (sebagai refluks)

Water in / Air masuk

Round-bottomed flask Kelalang dasar bulat

Beaker Bikar

Water / Air

Ethanol + excess acidified K2Cr2O7 / H+ Etanol + K2Cr2O7 / H + berasid berlebihan

Boiling chips Batu didih Heat Panaskan

8

Physical Properties of Carboxylic Acid / Sifat-sifat Fizikal Asid Karboksilik (a) Small molecules of carboxylic acid are soluble in water and ionise partially in water to form weak acid. As the number of carbon atom per molecule increases, the carboxylic acid becomes less soluble. Molekul kecil asid karboksilik larut dalam air dan mengion separa dalam air untuk membentuk asid lemah. Apabila bilangan atom karbon per molekul meningkat, asid karboksilik menjadi kurang larut. (b) The boiling point and the density of carboxylic acid increases as the number of carbon atom per molecule increases. Takat didih dan ketumpatan asid karboksilik meningkat apabila bilangan atom karbon dalam satu molekul meningkat.

9

Chemical Properties of Carboxylic Acid / Sifat-sifat Kimia Asid Karboksilik All carboxylic acids have similar chemical properties due to the presence of the carboxyl group, –COOH as a functional group. Semua asid karboksilik mempunyai sifat-sifat kimia yang sama kerana kehadiran kumpulan karboksil, –COOH sebagai kumpulan berfungsi. Chemical reactions of carboxylic acid are: / Tindak balas kimia asid karboksilik adalah: (a) (b) (c) (d)

Carboxylic acid + Metal → Carboxylate salt + Hydrogen Asid karboksilik + Logam → Garam karboksilat + Hidrogen Carboxylic acid  +  Base/alkali  →  Carboxylate salt  +  Water Asid karboksilik + Bes/alkali → Garam karboksilat + Air Carboxylic acid + Metal carbonate → Carboxylate salt + Water + Carbon dioxide Asid karboksilik + Logam karbonat → Garam karboksilat + Air + Karbon dioksida Reaction with alcohol to produce ester and water. Tindak balas dengan alkohol untuk menghasilkan ester dan air.

75

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 75

Chemical properties of acid Sifat-sifat kimia asid

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

10 Complete the following equations to show that carboxylic acids show similar chemical properties as other acid. Lengkapkan persamaan berikut untuk menunjukkan asid karboksilik mempunyai sifat-sifat kimia yang sama dengan asid lain. (i)

2CH3COOH Ethanoic acid Asid etanoik

(ii)

C2H5COOH

U N I T

2

(CH3COO)2Ca

Calcium carbonate Kalsium karbonat

Calcium ethanoate Kalsium etanoat

+

Propanoic acid Asid propanoik (iii)

CaCO3

+

2HCOOH

C2H5COONa

Sodium hydroxide Natrium hidroksida

Sodium propanoate Natrium propanoat

Methanoic acid Asid metanoik

CO2

+

Water Air

NaOH

+

H2O

+

Carbon dioxide Karbon dioksida H2O

+

Water Air +

Mg

(HCOO)2Mg

Magnesium Magnesium

Magnesium methanoate Magnesium metanoat

H2

Hydrogen Hidrogen

11 Reaction with alcohol to produce ester and water. / Tindak balas dengan alkohol untuk menghasilkan ester dan air. (a) Carboxylic acid reacts with alcohol to produce ester and water with the presence of concentrated sulphuric acid as a catalyst (esterification reaction). The removal of water occurs at the functional carboxyl, –COOH in carboxylic acid and hydroxyl, –OH in alcohol. To form water (H–O–H) , –OH is removed from carboxylic acid and –H is removed from alcohol. Asid karboksilik bertindak balas dengan alkohol untuk menghasilkan ester dan air dengan kehadiran asid sulfurik pekat sebagai mangkin (tindak balas pengesteran). Penyingkiran air berlaku pada kumpulan berfungsi karboksil, –COOH dalam asid karboksilik dan hidroksil, –OH dalam alkohol. Untuk membentuk air (H–O–H), –OH disingkirkan daripada asid karboksilik dan –H disingkirkan daripada alkohol. CnH2n + 1COOH

+

H2SO4

Cn’ H2n’+1OH

Carboxylic acid Asid karboksilik

Cn H2n + 1COOCn’H2n’ + 1

Alcohol Alkohol

+

Ester Ester

H 2O Water Air

(b) Water molecule is removed from carboxylic acid and alcohol as shown in chemical equation below: Molekul air disingkirkan daripada asid karboksilik dan alkohol seperti yang ditunjukkan dalam persamaan kimia di bawah:

H

H

O

C

C

OH +

H CH3COOH Ethanoic acid Asid etanoik



+

HO

H

H

C

C

H

H

C2H5OH

H

H2SO4

H

H

O

C

C

H H2SO4

Ethanol Etanol

O

H

H

C

C

H

H

CH3CO OC2H5 Ester Ester

H +

+

H–O–H

H2O Water Air

(c) Naming of an ester / Penamaan ester :

(i)



(ii) The first part is from the name of alcohol component and the second part is from the name of carboxylic acid component. Bahagian pertama adalah daripada nama komponen alkohol dan bahagian kedua adalah daripada nama komponen asid karboksilik.



(iii)

Name of ester is derived from alcohol and carboxylic acid and it consists of two parts. Nama ester diterbitkan daripada alkohol dan asid karboksilik dan ia terdiri daripada dua bahagian.

Replace the ending name of alcohol with “yl” and ending “oic” from the name of carboxylic acid with “oate”. Gantikan akhiran nama alkohol dengan “il” dan akhiran “oik” daripada nama asid karboksilik dengan “oat”. Methanol ⇒ Methyl, Methanoic acid ⇒ Methanoate / Metanol ⇒ Metil, Asid metanoik ⇒ Metanoat Ethanol ⇒ Ethyl, Ethanoic acid ⇒ Ethanoate / Etanol ⇒ Etil, Asid etanoik ⇒ Etanoat Propanol ⇒ Propyl, Propanoic acid ⇒ Propanoate / Propanol ⇒ Propil, Asid propanoik ⇒ Propanoat

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 76

76

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

Example / Contoh : Name the ester from its structural formula. / Namakan ester daripada formula strukturnya: Structural formula Formula struktur

H

H

O

C

C

CH3CO From ethanoic acid / Dari asid etanoik CH3COOH

Name of ester Nama ester

H

C

C

H

H

O

H Molecular formula Formula molekul

H

H

OC2H5 From ethanol / Dari etanol C2H5OH

Ethyl ethanoate Etil etanoat

U N I T

12 Uses of carboxylic acid / Kegunaan asid karboksilik Example of the uses / Contoh kegunaan-kegunaan : Carboxylic acid / Asid karboksilik

Uses / Kegunaan

Ethanoic acid / Asid etanoik

(a) Manufacture of drugs like aspirin / Pembuatan ubat seperti aspirin (b) As food flavour and preservative / Sebagai perasa makanan dan pengawet

Methanoic acid / Asid metanoik

(a) To coagulate latex / Untuk menggumpalkan lateks (b) Manufacture of dyes, synthetic leather and insecticide Pembuatan pewarna rambut, kulit buatan dan racun serangga

2

(a) Flavouring in soft drinks and antioxidant in cakes and biscuits Perasa dalam minuman bergas dan antioksidan dalam kek dan biskut

Citric acid / Asid sitrik



Fatty acid (Long carbon chain carboxylic acid) Asid lemak (Asid karboksilik rantai karbon panjang)

(a) Making soap / Membuat sabun

Exercise / Latihan 1

Name the following esters / Namakan ester berikut : Structural formula of ester Formula struktur ester

Molecular formula Formula molekul Molecular formula of ester: Formula molekul ester:

H

H

O

C

C

O

H

H

H

H

C

C

C

H

H

CH3COOC3H7

H

Molecular formula of alcohol part: Formula molekul bahagian alkohol: C3H7OH Molecular formula of carboxylic acid part: Formula molekul bahagian asid karboksilik:

H

CH3COOH Molecular formula of ester: Formula molekul ester:

H

H

H

O

C

C

C

H

H

O

H

H

C

C

H

H

C2H5COOC2H5

H

Molecular formula of alcohol part: Formula molekul bahagian alkohol: C2H5OH Molecular formula of carboxylic acid part: Formula molekul bahagian asid karboksilik: C2H5COOH

77

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 77

Name / Nama Name of alcohol: Nama alkohol: Propanol / Propanol Name of carboxylic acid: Nama asid karboksilik: Ethanoic acid / Asid etanoik Name of ester: Nama ester: Propyl ethanoate / Propil etanoat Name of alcohol: Nama alkohol: Ethanol / Etanol Name of carboxylic acid: Nama asid karboksilik: Propanoic acid / Asid propanoik Name of ester: Nama ester: Ethyl propanoate / Etil propanoat

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Molecular formula of ester: Formula molekul ester:

H

H

H

O

C

C

C

H

C2H5COOCH3

H O

C

H

Name of alcohol: Nama alkohol: Methanol / Metanol

Molecular formula of alcohol part: Formula molekul bahagian alkohol:

H

Name of carboxylic acid: Nama asid karboksilik:

CH3OH

Propanoic acid / Asid propanoik

Molecular formula of carboxylic acid part: Formula molekul bahagian asid karboksilik:

H

Name of ester: Nama ester:

C2H5COOH

2

U N I T

2

Methyl propanoate / Metil propanoat

Describe how to prepare ethyl ethanoate in the laboratory. Include all the procedures, observations, inference and conclusion/ explanation in your answer. Huraikan bagaimana menyediakan etil etanoat di dalam makmal. Sertakan prosedur, pemerhatian inferens dan kesimpulan/ penerangan dalam jawapan anda.



Experiment Eksperimen

I

Observations, Inference & Conclusion/Explanation Pemerhatian, Inferens dan Kesimpulan/Penerangan

Esterification of ethanol and ethanoic acid Pengesteran etanol dan asid etanoik

Observation / Pemerhatian : sweet

1 Colourless liquid with

smell is formed.

Cecair tanpa warna dengan bau manis dihasilkan.

less

dense than water (layer of liquid floats on

kurang

tumpat dari air (Lapisan cecair tersebut

water).

Ethanol Etanol + Ethanoic acid Asid etanoik

Cecair itu

terapung di atas air). Inference / Inferens :

Heat Panaskan

1 Ethanoic

glacial

insoluble

2 cm asid etanoik 2 4 cm3 of

ethanol etanol

4 cm3

3 Five drops of with

dropper

pekat

penitis

.

ditambahkan kepada campuran

. Tabung didih kemudian

4. The mixture is heated boils

shaken

gently

digoncang

.

over a small flame until it

for two to three minutes.

Campuran dipanaskan dengan mendidih

kecil hingga

perlahan

dengan nyalaan

.

Kandungan tabung didih dituangkan ke dalam bikar yang berisi air separuh penuh.

pekat

untuk menghasilkan ester yang

dalam air. less

dense than water.

kurang tumpat

Ester adalah

dari air.

Conclusion/Explanation / Kesimpulan/Penerangan : Ethanoic acid

react

with ethanol with presence of concentrated

sulphuric acid as a catalyst to form ester. Asid etanoik bertindak balas dengan etanol dengan kehadiran asid sulfurik

pekat

sebagai

mangkin

CH3COOH + C2H5OH

untuk membentuk ester.

CH3COOC2H5 + H2O catalyst

1 Concentrated sulphuric acid is the Asid sulfurik pekat adalah

mangkin

2 The physical property of ester is

Bau, warna dan keterlarutan hasil direkodkan.

Sifat fizik ester adalah

insoluble

tidak larut

3 The special characteristic of ester is Sifat istimewa ester adalah

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 78

of

for the reaction.

kepada tindak balas

pengesteran.

6 The odour, colour and solubility of the product are recorded.

© Nilam Publication Sdn Bhd

presence

Balanced equation / Persamaan seimbang :

selama dua hingga tiga minit.

5 The content of the boiling tube is poured in a beaker half filled with water

with

sulphuric acid to produce an ester which is

asid sulfurik 2 An ester is

sulphuric acid are added to mixture

. The boiling tube is

ethanol

in water.

tidak larut

ditambahkan ke dalam asid etanoik glasial.

Lima titis asid sulfurik dengan

dimasukkan ke dalam tabung didih.

is added to the glacial ethanoic acid.

concentrated

with

Asid etanoik bertindak balas dengan etanol dengan kehadiran

ethanoic acid is poured into a boiling tube. glasial

react

acid

concentrated

Procedure / Prosedur : 3

on the surface of water.

Lapisan tanpa warna terapung di atas permukaan air. 3 The liquid is

1 2 cm3

floats

2 A colourless layer

Concentrated sulphuric acid Asid sulfurik pekat

in water.

dalam air. sweet smell

berbau manis

.

.

78

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

Esters / Ester 1 2

Esters are non-hydrocarbon organic compounds containing carbon, hydrogen and oxygen formed when a carboxylic acid reacts with an alcohol. Ester ialah sebatian organik bukan hidrokarbon yang mengandungi karbon, hidrogen dan oksigen yang terbentuk apabila asid karboksilik bertindak balas dengan alkohol. General formula of ester / Formula am ester : O R

R’

R 3

C

O

R’ or / atau CnH2n + 1COO Cn’ H2n’ + 1

O

: Derived from alcohol, name ending with ‘yl’. ‘R’ is alkyl group with general formula Cn’H2n’ + 1 where n’ = 1, 2, 3, … / Diperoleh daripada alkohol, namanya berakhir dengan ‘il’. ‘R’ ialah kumpulan alkil dengan formula am Cn’H2n’ + 1 di mana n’ = 1, 2, 3, …

O

: Derived from carboxylic acid, name ending with ‘oate’. R is alkyl group with general formula CnH2n + 1 where n = 0, 1, 2, 3, … / Diperoleh daripada asid karboksilik, namanya berakhir dengan ‘oat’. R ialah kumpulan alkohol dengan formula am CnH2n + 1 di mana n = 0, 1, 2, 3, …

C

The functional group for ester is carboxylate group, –COO–: Kumpulan berfungsi bagi ester ialah kumpulan karboksilat, –COO–:

U N I T

2

O C 4

O

Formation of esters / Pembentukan ester : (a) Esters are produced when carboxylic acid reacts with alcohol in the presence of concentrated sulphuric acid as a catalyst (esterification reaction): Ester terhasil apabila asid karboksilik bertindak balas dengan alkohol dalam kehadiran asid sulfurik pekat sebagai mangkin (tindak balas pengesteran): O R

C

O O

H

H

+

O

R’

R

C

O

R’

+

H–O–H

H

5

6

Carboxylic acid Alcohol Ester Water Asid karboksilik Alkohol Ester Air Naming of esters / Penamaan ester : Name for esters are first read from the alcohol component followed by the carboxylic acid component. Nama bagi ester dibaca daripada komponen alkohol dahulu diikuti dengan komponen asid karboksilik. Example / Contoh : From ethanoic acid From propanol Dari asid etanoik Dari propanol H2SO4 CH3COOH + C3H7OH + CH3CO  OC3H7 Ethanoic acid Asid etanoik

Propanol Propanol

Propyl ethanoate Propil etanoat

Complete the following equations / Lengkapkan persamaan-persamaan berikut : (a) H H H O H H H O H H H H H H C C C C H H H Butanoic acid Asid butanoik

H H H H H

OH + H O C C C C C H H2SO4 H C C C C O C C C C C H + H H H

H H H H H Pentanol / Pentanol

H–O–H

H H H H H

Penthyl butanoate / Pentil butanoat

79

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 79

H2O

Water Air

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(b)

(c)

HCOOH

+

Methanoic acid Asid metanoik

C3H7OH

7

C3H7COOH

+

C4H9COOH

+

Butanoic acid Asid butanoik

+

C4H9COOC3H7

H2SO4

C3H7COOC2H5

H2SO4

Ethanol / Etanol

H2O Water Air

Propyl pentanoate / Propil pentanoat

C2H5OH

H2O Water Air

+

Ethyl butanoate / Etil butanoat

H2O Water Air

Physical Properties of Esters / Sifat-sifat Fizikal Ester :

sweet



less

smell.

manis

Ester ialah sebatian neutral dengan bau

(b) Esters have low density,

2

+

Ethyl methanoate / Etil metanoat

Pentanoic acid Asid pentanoik

(a) Ester is a neutral compound with a

U N I T

HCOOC2H5

H2SO4

Ethanol / Etanol

Propanol / Propanol

(d)

C2H5OH

.

dense than water. kurang

Ester mempunyai ketumpatan yang rendah,

tumpat berbanding air.

(c) Simple esters are colourless liquid at room temperature.

Ester yang ringkas adalah cecair tanpa warna pada suhu bilik.

(d) Simple esters are very

volatile

Ester yang ringkas adalah sangat

and evaporate easily at room temperature. tidak stabil

(e) Esters are covalent compound which is 8

Ester adalah sebatian kovalen yang

insoluble tidak larut

dan meruap dengan mudah pada suhu bilik. in water. dalam air.

Uses of esters: / Kegunaan ester: (a) Most simple esters are found naturally in fruits and flowers. The fragrance of flowers and fruits is due to the presence of esters. Kebanyakan ester dijumpai secara semula jadi dalam buah-buahan dan bunga-bungaan. Bau wangi buah-buahan dan bunga-bungaan adalah disebabkan kehadiran ester. Example: / Contoh: Ester / Ester

Name / Nama

Natural source / Sumber semula jadi

C3H7COOC2H5

Ethyl butanoate / etil butanoat

Pineapple / Nanas

C3H7COOCH3

Methyl butanoate / Metil butanoat

Apple / Epal

CH3COOC5H11

Penthyl ethanoate / Pentil etanoat

Banana / Pisang

(b) Used in the preparation of cosmetics and perfumes. Digunakan dalam penyediaan barang kosmetik dan minyak wangi. (c) As artificial flavour in processed food and drinks. Sebagai perasa tiruan dalam makanan dan minuman yang diproses. (d) Used in the production of polyester (synthetic fibers for making textiles). Digunakan dalam penghasilan poliester (gentian sintetik untuk pembuatan tekstil). (e) Manufacture of soap, natural fats are esters which react with alkalis to produce soap. Pembuatan sabun, lemak semula jadi ialah ester yang bertindak balas dengan alkali untuk menghasilkan sabun.

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 80

80

07/11/2013 1:31 AM

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 81

,n=

2, 3, 4…

HIDROKARBON

81

HIDROKARBON

BUKAN

Chemical reaction: Tindak balas kimia: 1. Show the chemical properties of acid / Menunjukkan sifat-sifat kimia asid : (a) Acid + Metal → Salt + Hydrogen Asid + Logam → Garam + Hidrogen (b) Acid + Metal carbonate → Salt + Water + Carbon dioxide Asid + Logam karbonat → Garam + Air + Karbon dioksida (c) Acid + Base/alkali → Salt + Water Asid + Bes/alkali → Garam + Air 2. Esterification / Pengesteran

HYDROCARBON

NON-

Complete the following / Lengkapkan yang berikut : 1. Combustion of alkane and alkene produce different amount of soot . Combustion is used to differentiate alkane and alkene. / Pembakaran alkana dan alkena menghasilkan kuantiti jelaga yang berbeza. Pembakaran digunakan untuk membezakan alkana dan alkena. 2. Addition reaction of alkene with bromine water change brown colour of bromine water to colourless. This reaction does not occur in alkane . Alkane and alkene can be differentiated alkana by using bromine water. / Tindak balas penambahan alkena dengan air bromin mengubah warna perang air bromin kepada tanpa warna. Tindak balas ini tidak berlaku dalam . Alkana dan alkena boleh dibezakan menggunakan air bromin. 3. Addition reaction of alkene with acidified potassium manganate(VII) change purple colour of acidified potassium manganate(VII) to colourless . This reaction does not occur in alkane . Alkane and alkene can also be differentiated by using acidified potassium manganate(VII). / Tindak balas penambahan alkena dengan kalium manganat(VII) berasid mengubah warna ungu kalium manganat(VII) berasid kepada tanpa warna . Tindak balas ini tidak berlaku dalam alkana . Alkana dan alkena juga boleh dibezakan menggunakan kalium manganat(VII) berasid. 4. Addition reaction of alkene with hydrogen (hydrogenation) has changed alkene to alkane . / Tindak balas penambahan alkena dengan hidrogen (penghidrogenan) mengubah alkena kepada alkana . 5. Addition reaction of alkene with water (hydration) has changed alkene to alcohol . / Tindak balas penambahan alkena dengan air (penghidratan) mengubah alkena kepada alkohol . 6. Dehydration of alcohol has changed alcohol to alkene . / Pendehidratan alkohol mengubah alkohol kepada alkena . 7. Oxidation of alcohol has changed alcohol to carboxylic acid . / Pengoksidaan alkohol mengubah alkohol kepada asid karboksilik . alcohol 8. Esterification of and carboxylic acid produces ester. / Pengesteran alkohol dan asid karboksilik menghasilkan ester.

ESTER, RCOOR’ / ESTER, RCOOR’ R is Cn H2n + 1, n = 0, 1, 2, 3.... and R’ is Cn’H2n’ + 1, n’ = 1, 2, 3 … R ialah Cn H2n + 1, n = 0, 1, 2, 3.... dan R’ ialah Cn’H2n’ + 1, n’ = 1, 2, 3 …

Chemical reaction: Tindak balas kimia: 1. Dehydration Pendehidratan 2. Oxidation Pengoksidaan 3. Combustion to produce carbon dioxide and water with no soot. Pembakaran untuk menghasilkan karbon dioksida dan air dengan tiada jelaga.

HYDROCARBON

NONBUKAN

* Fermentation / Penapaian # Hydration * Oxidation Homologous series: ALCOHOL Homologous series: carboxylic acid Penghidratan Siri Homolog: ALKOHOL Pengoksidaan Siri Homolog: ASID KARBOKSILIK General formula / Formula am : General formula / Formula am : * Dehydration C 1, 2, 3… CnH2n + 1 COOH , n = 0, 1, 2, 3… nH2n + 1OH , n = Pendehidratan

* Esterification / Pengesteran

Key / Petunjuk : Reactions marked with ‘#’ are industrial processes. Reactions marked with ‘*’ are conducted in the laboratory / Tindak balas dengan tanda ‘#’ adalah proses dalam industri. Tindak balas dengan tanda ‘*’ dilakukan di dalam makmal

Chemical reaction: Tindak balas kimia: 1. Addition reaction with: / Tindak balas penambahan dengan: (a) Hydrogen, H2 (Hydrogenation) Hidrogen, H2 (Penghidrogenan) (b) Water, H2O (Hydration) Air, H2O (Penghidratan) (c) Halogen such as bromine, Br2 Halogen seperti bromin, Br2 (d) Acidified potassium manganate(VII), KMnO4 Kalium manganat(VII) berasid KMnO4 2. Addition polymerisation Pempolimeran penambahan 3. Combustion to produce carbon dioxide and water with more soot. / Pembakaran untuk menghasilkan karbon dioksida dan air dengan lebih jelaga.

CnH2n

Chemical reaction: Tindak balas kimia: 1. Substitution reaction with halogen such as chlorine, Cl2 and bromine, Br2 with presence of sunlight. / Tindak balas penukargantian dengan halogen seperti klorin, Cl2 dan bromin, Br2 dengan kehadiran cahaya matahari. 2. Combustion to produce carbon dioxide and water with less soot. Pembakaran untuk menghasilkan karbon dioksida dan air dengan kurang jelaga.

* Hydrogenation Penghidrogenan UNSATURATED HYDROCARBON TAK TEPU HIDROKARBON

, n = 1, 2, 3…

Homologous series: ALKENE Siri Homolog: alkEnA General formula / Formula am :

SAturated hydrocarbon TEPU HIDROKARBON

CnH2n + 2

Homologous series: ALKANE Siri Homolog: alkanA General formula / Formula am :

# Cracking Peretakan

glucose / gluKOSA, C6H12O6

CONCLUSION FOR CHEMICAL PROPERTIES ALKANE, ALKENE, ALCOHOL, CARBOXYLIC ACID AND ESTER KESIMPULAN UNTUK SIFAT-SIFAT KIMIA ALKANA, ALKENA, ALKOHOL, ASID KARBOKSILIK DAN ESTER

Carbon Compounds Sebatian Karbon

2

U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 82

Evaporating dish Mangkuk penyejat

Hexene Heksena

1. About 5 cm3 of hexane and hexene are poured into two separated porcelain dish. Sebanyak 2 cm3 heksana dan heksena dituangkan dalam dua mangkuk penyejat yang berasingan. 2. A lighted wooden splinter is used to light up the two liquids. Kayu uji menyala digunakan untuk menyalakan kedua-dua cecair tersebut. 3. When the burning occurs, a piece of filter paper is held above each flame as shown in the diagram. Apabila nyalaan berlaku, sekeping kertas turas diletakkan di atas setiap nyalaan seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas. 4. The flame is observed for its colour and sootiness and the amount of soot collected on the two pieces of filter paper is noted. Nyalaan diperhatikan dari segi warna dan kejelagaan dan kuantiti jelaga terkumpul di atas kertas turas dicatatkan.

Hexane Heksana

Filter paper Kertas turas

Hexane Heksana

1. About 2 cm3 of hexane is poured into a test tube. Sebanyak 2 cm3 heksana dituangkan ke dalam tabung uji. 2. A few drops of bromine water are added to the hexane. Beberapa titis air bromin ditambahkan kepada heksana. 3. The mixture is shaken. Campuran itu digoncang. 4. All changes that occur are recorded. Semua perubahan direkodkan. 5. Steps 1 to 4 are repeated using hexene to replace hexane. Langkah 1 hingga 4 diulang menggunakan heksena untuk menggantikan heksana.

Heat Panaskan

Bromine water Air bromin

Hexane Heksana

3 1. About 2 cmPanaskan of hexane is poured into a test tube. Sebanyak 2 cm3 heksana dituangkan ke dalam tabung uji. 2. A few drops of acidified potassium manganate(VII) solution, KMnO4 are added to the hexane. Beberapa titis larutan kalium manganat(VII) berasid ditambahkan kepada heksana. 3. The mixture is shaken. Campuran itu digoncang. 4. All changes that occur are recorded. Semua perubahan direkodkan. 5. Steps 1 to 4 are repeated using hexene to replace hexane. Langkah 1 hingga 4 diulang menggunakan heksena untuk menggantikan heksana.

Heat

Acidified potassium manganate(VII) solution Larutan kalium manganat(VII) berasid

Reaction with Bromine Water Reaction with KMnO4 / Tindak Tindak Balas dengan Air Bromin Balas dengan Larutan KMnO4

2 Distillate Hasil sulingan

1. Pour 2 cm3 of acidified potassium manganate(VII) solution into a boiling tube. Masukkan 2 cm3 larutan kalium manganat(VII) ke dalam tabung didih. 2. Add 10 drops of concentrated sulphuric acid. Tambahkan 10 titis asid sulfurik pekat. 3. Heat the solution gently. Panaskan larutan dengan perlahan. 4. 1 cm3 of ethanol is added drop by drop into the boiling tube. / 1 cm3 etanol ditambah titis demi titis ke dalam tabung didih. 5. Delivery tube is connected to the boiling tube as shown in the diagram. The mixture is heated until it boils. / Salur penghantar disambungkan kepada tabung didih seperti rajah di atas. Campuran dipanaskan hingga mendidih. 6. The distillate is collected in a test tube and it is tested with blue litmus paper. Hasil sulingan dikumpulkan dalam tabung uji dan diuji dengan kertas litmus biru. 7. Steps 1–6 are repeated by replacing potassium

Heat Panaskan

Bikar Beaker

Cold water Air sejuk

Water Air

1. Place some glass wool in a boiling tube. Masukkan kapas kaca ke dalam tabung didih. 2. Pour 2 cm3 of ethanol into the boiling tube to soak the glass wool. Tuangkan 2 cm3 etanol ke dalam tabung didih untuk membasahi kapas kaca. 3. Some porcelain chips are placed in the middle section of boiling tube as shown in the diagram. Serpihan porselin diletakkan di bahagian tengah tabung didih seperti ditunjukkan dalam rajah di atas. 4. Porcelain chips are heated strongly. The glass wool is then heated gently so that ethanol vapourised and passed through the heated porcelain chips. / Serpihan porselin dipanaskan dengan kuat. Kapas kaca kemudiannya dipanaskan dengan perlahan sehingga etanol meruap dan wapnya dilalukan melalui serpihan porselin yang dipanaskan. 5. Collect the gas released in two test tubes. / Kumpulkan gas yang dibebaskan dalam

Heat Panaskan Glass wool soaked with ethanol Kapas kaca direndam dalam etanol

Porcelain chips Serpihan porselin

Alcohol + Acidified potassium Alkohol manganate(VII) solution Larutan kalium manganat(VII) berasid Gas Gas

Dehydration of Alcohol (Alcohol Æ Alkene) Pendehidratan Alkohol (Alkohol Æ Alkena)

Oxidation of Alcohol (Alcohol Æ Carboxylic Acid) Pengoksidaan (Alkohol Æ Asid karboksilik)

U N I T

Sootiness of Flame Kejelagaan Nyalaan

Comparing Properties of Alkane with Alkene / Membandingkan Sifat Alkana dan Alkena

Heat Panaskan

Glacial ethanoic acid Glasial etanoik asid

1. 2 cm3 glacial ethanoic acid is poured into a boiling tube. 2 cm3 asid etanoik glasial dimasukkan ke dalam tabung didih. 2. 4 cm3 of ethanol is added to the glacial ethanoic acid. 4 cm3 etanol ditambahkan ke dalam asid etanoik glasial. 3. 5 drops of concentrated sulphuric acid, H2SO4 are added to the mixture with a dropper. The boiling tube is shaken. / Lima titis asid sulfurik pekat ditambahkan kepada campuran dengan penitis. Tabung didih kemudian digoncang. 4. The mixture is then heated gently over a small flame until it boils for two or three minutes. Campuran dipanaskan dengan perlahan dengan nyalaan kecil hingga mendidih selama dua hingga tiga minit. 5. The content of the boiling tube is poured into a beaker half filled with water. Kandungan tabung didih dituangkan ke dalam bikar yang berisi air separuh penuh.

Bromine water Air bromin

Esterification (Alcohol + Carboxylic Acid) Pengesteran (Alkohol + Asid karboksilik)

MODULE • Chemistry Form 5

82

07/11/2013 1:31 AM

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 83

Hexene Heksena

83

Hexene Heksena

Hexane Heksana

Hexene Heksena

1 Alkane and alkene have different chemical properties. Alkana dan alkena mempunyai sifat kimia yang berbeza. 2 Alkene produces more soot than alkane when it is burnt in the air. Alkena menghasilkan nyalaan lebih berjelaga dari alkana apabila dibakar. 3 Alkene decolourises brown colour of bromine water but alkane does not. Alkena melunturkan warna perang air bromin tetapi alkana tidak. 4 Alkene decolourises purple colour of acidified potassium manganate(VII), but alkane does not. Alkena melunturkan warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid tetapi alkana tidak.

Conclusion / Kesimpulan

Hexane Heksana

Oxidation of ethanol with oxidising agents such as acidified potassium manganate (VII) solution or acidified potassium dichromate(VI) solution, produces ethanoic acid. Pengoksidaan etanol dengan agen pengoksidaan seperti larutan kalium manganat(VII) berasid atau larutan kalium dikromat(VI) berasid menghasilkan asid etanoik.

1 The purple colour of acidified potassium manganate(VII) solution 1 Hexane did not 1 Hexene 1 Burns with 1 Burns with 1 Hexane did 1 Hexene turns colourless. changed the changed the change the a yellow a yellow not change Warna ungu larutan kalium brown colour purple colour of purple colour sooty flame. and very the brown manganat(VII) berasid of bromine potassium of potassium Terbakar sooty flame. colour of menjadi tanpa warna. water to manganate(VII) manganate(VII) dengan Terbakar bromine 2 The orange colour of colourless. solution. solution to nyalaan dengan water. acidified potassium Heksena Heksana colourless. kuning dan nyalaan Heksana dichromate(VI) solution menukarkan tidak Heksena berjelaga. kuning dan tidak turns green. warna menukarkan menukarkan 2 Less soot is sangat menukarkan Warna jingga larutan larutan perang air warna ungu warna ungu collected berjelaga. warna kalium dikromat(VI) berasid bromin larutan kalium larutan on the filter 2 More soot perang air menjadi hijau. kepada manganat(VII) kalium paper is collected bromin. 3 The distillate smells like tanpa berasid. manganat(VII) Kurang on the filter vinegar. / Hasil turasan warna. berasid jelaga paper berbau seperti cuka. kepada terkumpul Banyak 4 The distillate turns blue tanpa warna. di atas jelaga litmus paper to red. kertas terkumpul Hasil turasan menukarkan turas. di atas warna kertas litmus biru kertas kepada merah. turas.

Hexane Heksana

Observation / Pemerhatian

The product is an alkene. Dehydration of ethanol produces ethene. Pendehidratan etanol menghasilkan etena.

Conclusion / Kesimpulan

1 A colourless gas is collected in the test tube. Gas tanpa warna dikumpulkan di dalam tabung uji. 2 The gas changed the brown colour of bromine water to colourless. Gas itu menukarkan warna perang air bromin kepada tanpa warna. 3 The gas changed the purple colour of acidified manganate(VII) solution to colourless. Gas itu menukarkan warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid kepada tanpa warna.

Observation / Pemerhatian

1 Ethanoic acid reacts with ethanol to form ester. Asid etanoik bertindak balas dengan etanol dengan kehadiran asid sulfurik pekat membentuk ester. 2 Concentrated sulphuric acid is the catalyst for esterification. Asid sulfurik pekat adalah mangkin kepada tindak balas pengesteran.

1 Colourless liquid with sweet smell is formed. Cecair tanpa warna dengan bau manis dihasilkan. 2 A colourless layer floats on the surface of water. Lapisan tanpa warna terapung di atas permukaan air. 3 The liquid is less dense than water (layer of liquid floats on water). Cecair itu kurang tumpat dari air (Lapisan cecair tersebut terapung di atas air).

manganate(VII), KMnO4 with dua tabung uji seperti rajah 6. The odour, colour and potassium dichromate(VI), di atas. solubility of the product are K2Cr2O. 6. Test the gas with: / Gas recorded. Langkah 1–6 diulang dengan yang terhasil diuji dengan: Bau, warna dan menggantikan larutan kalium (a) bromine water keterlarutan hasil manganat(VII) dengan air bromin direkodkan. larutan kalium dikromat(VI). (b) acidified potassium manganate(VII) solution. larutan kalium manganat(VII) berasid

Carbon Compounds Sebatian Karbon

U N I T

2

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Exercise / Latihan 1

The table below shows the formulae of three organic compounds. / Jadual berikut menunjukkan formula bagi tiga sebatian organik.

(a) (i)

Organic compound / Sebatian organik

P

Q

R

Formula / Formula

C4H8

C4H9OH

CH3COOH

What is meant by unsaturated hydrocarbon? / Apakah yang dimaksudkan dengan hidrokarbon tak tepu? Compounds that contain element carbon and hydrogen only with at least one double covalent bond between carbon atoms Hidrokarbon yang mengandungi unsur karbon dan hidrogen sahaja dengan sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua antara atom karbon

(ii) Which of the organic compound in the table above is an unsaturated hydrocarbon? Antara sebatian organik dalam jadual di atas, yang manakah merupakan hidrokarbon tak tepu?

U N I T

2

P // C4H8

(b) State the homologous series for compounds P and Q. / Nyatakan siri homolog bagi sebatian P dan Q. (c)

Alkene / Alkena Compound P / Sebatian P :  Compound Q / Sebatian Q :  Compound P can be produced from compound Q through a chemical reaction. Sebatian P boleh dihasilkan daripada sebatian Q melalui suatu tindak balas kimia. (i) What is the name of the reaction? / Apakah nama bagi tindak balas tersebut?

Alcohol / Alkohol

Dehydration / Pendehidratan



(ii) Write the chemical equation for the reaction. / Tuliskan persamaan kimia bagi tindak balas tersebut. Porcelain chips / Serpihan porselin C4H9OH 



  C4H8  +   H2O

(iii) Draw the set-up of apparatus for the reaction in (c)(ii). / Lukiskan susunan alat radas bagi tindak balas di (c)(ii). Porcelain chips Serpihan porselin

Glass wool soaked with ethanol Kapas kaca direndam dalam etanol

Gas Gas Heat Panaskan Water Air

(d) Draw the structural formula for compound R, circle the functional group. Lukiskan formula struktur bagi sebatian R, bulatkan kumpulan berfungsi.

H

H

O

C

C

OH

H



(i)

State the general formula for compound R. / Tuliskan formula am bagi sebatian R. CnH2n + 1 COOH



(ii) Another compound, S, is in the same homologous series as R. S has five carbon atoms. Write the molecular formula for S. / Sebatian lain, S adalah dalam siri homolog yang sama dengan R. S mempunyai lima atom karbon. Tuliskan formula molekul bagi S. C4H9COOH

(e) (i)

What is meant by isomerism? / Apakah yang dimaksudkan dengan keisomeran? Isomerism is the phenomenon where a compound has the same molecular formula but different structural formulae. Keisomeran adalah fenomena di mana suatu sebatian mempunyai formula molekul yang sama tetapi formula struktur berbeza

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 84

84

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon



(ii) Draw the structural formula for compound P. Name all the isomers using IUPAC nomenclature. Lukiskan formula struktur bagi sebatian P. Namakan semua isomer menggunakan sistem penamaan IUPAC. H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

H

H

C

C

C

C

H

H H

H

H

H H

C

H H

C

C

C

H n-but-1-ene / n-but-1-ena

n-but-2-ene / n-but-2-ena

H

2-methylpropene / 2-metilpropena

(f) When compound Q is added into a test tube containing acidified potassium dichromate(VI) solution and heated for a few minutes, a chemical reaction occurs. / Apabila sebatian Q ditambah ke dalam tabung uji yang mengandungi larutan kalium dikromat(VI) berasid dan dipanaskan untuk beberapa minit, tindak balas kimia berlaku. (i) Name the type of reaction that occurs. / Namakan jenis tindak balas yang berlaku. Oxidation / Pengoksidaan



(ii) State one observation for this experiment. / Nyatakan satu pemerhatian dalam eksperimen ini.

2

The orange colour of acidified potassium dichromate(VI) solution turns green. Warna jingga larutan kalium dikromat(VI) berasid menjadi hijau.



U N I T

(iii) Write a chemical equation for the reaction. / Tuliskan persamaan kimia bagi tindak balas ini. C4H9OH  +  2[O]  

   C3H7COOH  +  H2O

(g) Compound Q undergoes complete combustion in excess oxygen. / Sebatian Q terbakar dengan lengkap dalam oksigen berlebihan. (i) Write chemical equation for the complete combustion of Q. / Tuliskan persamaan kimia bagi pembakaran lengkap Q. C4H9OH  +  6O2  

   4CO2  +  5H2O



(ii) 7.4 g of compound Q undergoes complete combustion at room conditions. Calculate the volume of carbon dioxide gas released. [Molor volume of gas is 24 dm3 mol–1 at room conditions. Relative atomic mass: H, 1; C, 12] 7.4 g sebatian Q terbakar dengan lengkap pada suhu bilik. Hitung isi padu gas karbon dioksida yang terbebas. [Isi padu molor gas ialah 24 dm3 mol–1 pada keadaan bilik, Jisim atom relatif: H, 1; C, 12] Number of mol of C4H9OH / Bilangan mol C4H9OH = 7.4 = 0.1 mol 74 From the equation / Dari persamaan, 1 mol of C4H9OH : 4 mol of CO2 0.1 mol of C4H9OH : 0.4 mol of CO2 Volume of CO2 / Isi padu CO2 = 0.4 ¥ 24 dm3 = 9.6 dm3

2

The diagram below shows series of reaction involving organic compound. / Rajah di bawah menunjukkan siri tindak balas yang melibatkan sebatian organik. Propane Propana

I

Propene Propena

Propanol Propanol

II

III

X

Acidified potassium manganate(VII) solution Larutan kalium manganat(VII) berasid

IV Heat gently with ethanoic acid and concentrated sulphuric acid Panaskan perlahan-lahan dengan asid etanoik dan asid sulfurik pekat Y (a) (i)

Name the reaction I. / Namakan tindak balas I. Hydrogenation / Penghidrogenan



(ii) State the conditions for the reaction I. / Nyatakan keadaan bagi tindak balas I. Temperature 180°C in the presence of nickel/platinum as a catalyst. Suhu 180°C dalam kehadiran nikel/platinum sebagai mangkin.

85

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 85

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(b) (i)

Write the molecular formula for propane and propene. / Tuliskan formula molekul bagi propana dan propena.

C3H8 C3H6 Propane / Propana : Propene / Propena : (ii) Combustion of propene produces more soot than propane. Explain why. [Given relative atomic mass: H; 1, C; 12]. Pembakaran propena menghasilkan lebih banyak jelaga berbanding propana. Terangkan mengapa. [Diberi jisim atom relatif: H; 1, C; 12] Percentage of carbon by mass in propane Peratus karbon mengikut jisim dalam propana

12 ¥ 3 ¥ 100% = 81.8 % 12 ¥ 3 + 8 ¥ 1

=

12 ¥ 3 ¥ 100% = 85.7 % Percentage of carbon by mass in propene = 12 ¥ 3 + 6 ¥ 1 Peratus karbon mengikut jisim dalam propena Percentage of carbon by mass in propene is higher than propane./ Peratus karbon dalam propena lebih tinggi dari propana

(c) The table below shows the results of a test to differentiate between propane and propene. Jadual di bawah menunjukkan keputusan suatu ujian untuk membezakan antara propana dengan propena.

U N I T

2

Procedure / Prosedur



Observation / Pemerhatian

Bromine water is added to propene. / Air bromin ditambah kepada propena.

Brown colour is decolourised. / Warna perang luntur.

Bromine water is added to propane. / Air bromin ditambah kepada propana.

Brown colour remains. / Warna perang tidak berubah.

Based on the table above, explain why there is a difference in these observations. Berdasarkan jadual, terangkan mengapa terdapat perbezaan dalam pemerhatian. • Propene is an unsaturated hydrocarbon//has double bond between carbon atoms. • Addition reaction occurs C3H6  +  Br2  →  C3H6Br2. • Propane is a saturated hydrocarbon/has single bond between carbon atoms. • Addition reaction does not occur. • Propena adalah hidrokarbon tak tepu // mempunyai ikatan ganda dua antara atom karbon. • Tindak balas penambahan berlaku. C3H6 + Br2  → C3H6Br2 • Propana adalah hidrokarbon tepu //mempunyai ikatan tunggal antara atom karbon. • Tindak balas penambahan tidak berlaku.

(d) Compound X is produced when propanol heated gently in the reaction III. Sebatian X terhasil apabila propanol dipanaskan dengan perlahan-lahan dalam tindak balas III. (i) What is the observation in process III? / Apakah pemerhatian dalam proses III? The purple colour of acidified potassium manganate(VII) solution turns colourless. Warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid menjadi tanpa warna.



(ii) Name and write the chemical formula for compound X. / Namakan dan tuliskan formula kimia bagi sebatian X.







(iii) Compound X can react with magnesium. Write the chemical equation for the reaction. Sebatian X boleh bertindak balas dengan magnesium. Tuliskan persamaan kimia bagi tindak balas tersebut.

Name / Nama :

Propanoic acid / Asid propanoik

Chemical formula / Formula kimia :

C2H5COOH

2C2H5COOH  +  Mg  →  (C2H5COO)2Mg  +  H2

(e) Propanol reacts with ethanoic acid through reaction IV to form compound Y. Propanol bertindak balas dengan asid etanoik dalam tindak balas IV untuk membentuk sebatian Y. (i) Name compound Y. / Namakan sebatian Y. Propyl ethanoate / Propil etanoat



(ii) Draw the structural formula for Y. / Lukiskan formula struktur bagi Y.

H



H

O

C

C

O

H

H

H

C

C

C

H

H H H H (iii) State one special characteristic of compound Y. / Nyatakan satu sifat istimewa sebatian Y. Sweet smell / Bau manis

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 86

86

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

3

The information below is regarding substance X. / Maklumat di bawah adalah mengenai bahan X. • Carbon / Karbon 85.70% • Hydrogen / Hidrogen 14.3% • Relative molecular mass / Jisim molekul relatif = 56



Determine the empirical formula and molecular formula of substance X. [Given that the relative atomic mass of C = 12, H = 1] Tentukan formula empirik dan formula molekul bagi bahan X. [Diberi jisim atom relatif bagi C = 12, H = 1] Element / Unsur

C

H

Mass / Jisim /g

85.70 12 7.14 1

14.30/1

Mol atom / Mol atom Simplest Ratio / Nisbah teringkas

14.3 2

The empirical formula / Formula empirik = CH2 (CH2)n = 56 [12 + 2(1)]n = 56 56 = 4 n= 14 The molecular formula / Formula molekul = C4H8



U N I T

2

Fats / Lemak 1

Fats and oils are esters. / Lemak dan minyak adalah ester. (a) Fat is a natural ester found in animal and human tissue (solid at room temperature). Lemak ialah ester semula jadi yang dijumpai dalam haiwan dan tisu manusia (pepejal pada suhu bilik). (b) Oil is a natural ester found in fish tissue and plants (liquid at room temperature). Minyak ialah ester semula jadi yang dijumpai dalam tisu ikan dan tumbuh-tumbuhan (cecair pada suhu bilik). (c) Formed by esterification of alcohol glycerol (alcohol with 3–OH) with fatty acid. (organic acid with long carbon chain, CnH2n+1COOH, n is about 10 to 20). Terbentuk melalui pengesteran alkohol gliserol (alkohol dengan 3–OH) dengan asid lemak (asid organik dengan rantai karbon yang panjang, CnH2n + 1COOH, n adalah di antara 10 hingga 20). (d) Esterification reaction between glycerol and fatty acid: / Tindak balas pengesteran antara gliserol dengan asid lemak: H H

C

O O

H   +   H

O

C

H R

H

C

O O

O H

C

O

H   +   H

O

C

C

O

H   +   H

O

C

R'

H

C

O

C

+  3 H – O – H R'

O R''

H

H 1 mol of glycerol 1 mol gliserol

R

O

O H

C

C

O

C

R''

H 3 mol of fatty acid 3 mol asid lemak

1 mol of fat/oil 1 mol lemak/minyak

⇒ Glycerol / Gliserol + Fatty acid / Asid lemak

3 mol of water 3 mol air

Oil or fat / Minyak atau lemak + Water / Air

(e) Fats are triesters (triglyceride). / Lemak ialah triester (trigliserida). 2

The importance of oils and fats: / Kepentingan minyak dan lemak: (a) Fats and oils provide energy for our bodies. / Lemak dan minyak membekalkan tenaga untuk badan kita. (b) Build membrane cell and certain hormones. / Membina sel membran dan hormon-hormon tertentu. (c) Dissolve certain vitamins for absorption. / Melarutkan vitamin-vitamin tertentu untuk penyerapan.

87

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 87

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

3

Source of fats and oils: / Sumber lemak dan minyak: solid (a) Fats found in animals like cows and goats, are at room temperature. The example of animal fats are butter, cheese and etc. / Lemak dijumpai dalam haiwan seperti lembu dan kambing, adalah pepejal pada suhu bilik. Contoh lemak haiwan ialah mentega, keju dan lain-lain. oils (b) Fats from plants are liquid at room temperature. They are called . The example of oils are peanut oil, soybean cecair minyak oil and corn oil. / Lemak daripada tumbuh-tumbuhan adalah pada suhu bilik. Ia dipanggil . Contoh minyak ialah minyak kacang, minyak kacang soya dan minyak jagung.

4

Saturated and unsaturated fat / Lemak tepu dan lemak tak tepu (a) Fat and oil molecules are made up of two parts i.e derived from minyak terdiri daripada dua bahagian iaitu diperoleh daripada

glycerol gliserol

and

fatty acid

. / Molekul lemak dan

dan diperoleh daripada

asid lemak

.

(b) Saturated fats molecules are esters of saturated fatty acids. Saturated fatty acids contain single carbon-carbon (–C–C–) covalent bonds. / Molekul lemak tepu adalah ester bagi asid lemak tepu. Asid lemak tepu mengandungi ikatan kovalen karbon-karbon (–C–C–) tunggal . Example: / Contoh: Glyceryl tristearate / Gliseril tristearat

U N I T

2

H H

C

O O

C

(CH2)16 — CH3

O H

C

O

C

(CH2)16 — CH3

O H

C

O

C

(CH2)16 — CH3

H

Derived from glycerol Diperoleh daripada gliserol



Derived from fatty acid (hydrogen chains contain single covalent bonds between carbon atoms) Diperoleh daripada asid lemak (rantai karbon mengandungi ikatan kovalen tunggal antara atom karbon)

single (c) Unsaturated fat molecules are esters of unsaturated fatty acids that contain and bonds between carbon atoms in their hydrocarbon chain. Molekul lemak tak tepu ialah ester bagi asid lemak tak tepu yang mengandungi ikatan kovalen ganda dua di antara atom-atom karbon dalam rantai hidrokarbonnya. Example: / Contoh: Glycerol trilinolate / Gliseril trilinolat H O

H

C

O

C

double tunggal

covalent dan

(CH2)7 — (CH2)7CH = CHCH2CH = CH(CH2)4CH3

O H

C

O

C

(CH2)16 — (CH2)7CH = CHCH2CH = CH(CH2)4CH3

O H

C H

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 88

O

C

(CH2)16 — (CH2)7CH = CHCH2CH = CH(CH2)4CH3 Hydrocarbon chains contain double covalent bonds between carbon atoms Rantai hidrokarbon mengandungi ikatan kovalen ganda dua antara atom-atom karbon

88

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

(d) The fats and oils are mixture of saturated and unsaturated fats molecules: Lemak dan minyak ialah campuran molekul lemak tepu dan tak tepu:

An oil or fat is classified as saturated if it has more saturated fat molecules compared to unsaturated fat tepu molecules, for example animal fats. / Suatu minyak atau lemak dikelaskan sebagai jika ia mengandungi

(i)

lebih banyak molekul lemak 5

tepu

berbanding molekul lemak

tak tepu

, contohnya lemak haiwan.

(ii) An oil or fat is classified as unsaturated if it has more unsaturated fat molecules compared to saturated fat molecules, for example vegetable oils except coconut oil. tak tepu Suatu minyak atau lemak dikelaskan sebagai jika ia mengandungi lebih banyak molekul lemak tak tepu berbanding molekul lemak tepu, contohnya minyak sayuran kecuali minyak kelapa.

Converting unsaturated fats to saturated fats / Menukar lemak tak tepu kepada lemak tepu (a) The double covalent bonds between carbon atoms in unsaturated fats are easily oxidised. When this happens, the fat turns rancid. / Ikatan kovalen ganda dua di antara atom-atom karbon dalam lemak tak tepu boleh teroksida dengan mudah. Apabila ini terjadi, lemak menjadi tengik. (b) Unsaturated fats can be converted to saturated fats through hydrogenation process such as in the manufacture of margarine. Catalyst used is nickel at 180ºC: / Lemak tak tepu boleh ditukarkan kepada lemak tepu melalui proses penghidrogenan , contohnya dalam pembuatan marjerin. Mangkin yang digunakan ialah nikel pada 180°C: H ~ C

H C~

H

+

H2

Nickel / Nikel

~ C

180ºC

H Unsaturated fat (liquid) Lemak tak tepu (cecair)

H

U N I T

2

C~ H

Saturated fat (solid) Lemak tepu (pepejal)

(c) Sources of unsaturated fats are palm oil, soybean oil and corn oil. Sumber bagi lemak tak tepu ialah minyak sawit, minyak kacang soya dan minyak jagung. 6

The effect of fats on health / Kesan lemak ke atas kesihatan (a) There are two types of cholesterol, LDL cholesterol and HDL cholesterol: Terdapat dua jenis kolestrol, kolestrol LDL dan kolestrol HDL: LDL cholesterol causes plaque deposits on the walls of veins or arteries which will lead to heart attack and stroke. Kolestrol LDL menyebabkan pengenapan plak pada dinding salur darah vena atau arteri yang boleh menyebabkan sakit jantung dan angin ahmar.

(i) (b)

(ii) HDL cholesterol reduces deposits on the artery walls. Kolestrol HDL mengurangkan pengenapan pada dinding arteri. Animal

fats (saturated fats) contain higher LDL cholesterol whereas

vegetable

higher HDL cholesterol. Lemak haiwan (lemak tepu) mengandungi kolestrol LDL yang lebih banyak manakala minyak tak tepu) mengandungi lebih banyak kolestrol HDL.

(c) Eating food high in animal fats increases the level of LDL in blood. Memakan makanan yang tinggi dengan lemak haiwan akan meningkatkan kandungan 7

oils (unsaturated fats) contain

LDL

sayuran

(lemak

dalam darah.

Palm oil / Minyak sawit (a) Palm oil is extracted from fresh oil palm fruits. / Minyak sawit diekstrak daripada buah sawit yang segar. unsaturated (b) Palm oil contains 49% of saturated fats and 51% of unsaturated fats. It is classified as fat. tak tepu Minyak sawit mengandungi 49% lemak tepu dan 51% lemak tak tepu. Ia dikelaskan sebagai lemak . (c) Palm oil is used in cooking and manufacture margarine and shortening, chocolate, cakes, ice creams and noodles. Minyak sawit digunakan untuk memasak dan membuat marjerin, coklat, kek, aiskrim dan mee. (d) The advantages of palm oil compared to other oil are: / Kelebihan minyak sawit berbanding minyak lain adalah: (i) rich in vitamin E which is a powerful antioxidant. / kaya dengan vitamin E yang merupakan antioksidan yang kuat. (ii) rich in beta-carotene which contains vitamin A. Vitamin A helps to strengthen the immune system. kaya dengan beta-carotene yang mengandungi vitamin A. Vitamin A membantu menguatkan sistem imuniti. (iii) it is cholesterol free. / tiada kolestrol.

89

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 89

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Natural Rubber / Getah Asli 1

2

U N I T

Natural polymers are polymers that exist in nature and are not man-made. Polimer semula jadi ialah polimer yang wujud secara semula jadi dan bukannya buatan manusia. Example: / Contoh: Natural polymer / Polimer semula jadi

Monomer / Monomer

Protein / Protein

Amino acid / Asid amino

Carbohydrate / Karbohidrat

Glucose / Glukosa

Natural rubber / Getah asli

Isoprene / Isoprena

The structure of rubber / Struktur getah isoprene (a) Rubber is a natural polymer. It is formed from the monomer . Molecular formula of isoprene is C5H8. isoprena Getah ialah polimer asli. Ia terbentuk daripada monomer . Formula molekul isoprena ialah C5H8. (b) Isoprene molecules are joined together by addition polymerisation process to form the polymer of natural rubber, polyisoprene: / Molekul isoprena terikat bersama oleh proses pempolimeran penambahan untuk membentuk polimer getah asli, poliisoprena:

2

H

H

CH3

H

n( C

C

C

C )

H

H

H

H

CH3 H

(C

C

C

H

Isoprene (2-methylbut-1, 3-diene) Isoprena (2-metilbut-1, 3-diena) 3

C)

n

n is large numbers n ialah nombor yang besar

H Polyisoprene Polimer getah

Coagulation of latex / Penggumpalan lateks colloid (a) Latex is milk like liquid obtained from tapped rubber tree. Latex is a which contains suspension of rubber particles in water. / Lateks ialah cecair seperti susu yang diperoleh daripada pokok getah yang ditoreh. Lateks ialah koloid yang mengandungi zarah-zarah getah yang tersebar dalam air. (b) The rubber particles are made up of long chain rubber polymers [(C5H8)n] surrounded by a protein membrane . The protein membrane is negatively charged. The forces of repulsion between negatively charged particles prevent them from combining or coagulating. / Zarah-zarah getah terdiri daripada polimer getah berantai panjang [(C5H8)n] yang dikelilingi membran protein . Membran protein adalah bercas negatif . Daya tolakan di antara zarah-zarah bercas negatif menghalang zarah-zarah tersebut daripada bergabung atau bergumpal.

Negative charge Bercas negatif

Repulsion Tolakan

Rubber polymer Polimer getah

Water Air

(c) Latex coagulates when: / Lateks tergumpal apabila: (i) acid is added to it such as methanoic acid (formic acid), ethanoic acid (acetic acid) or any other weak acids. asid seperti asid metanoik (asid formik), asid etanoik (asid asetik) atau asid lemah lain ditambah ke dalamnya. (ii) Left aside for 1 – 2 days due to bacterial action on latex. Bacteria from the air enter latex. Activity of bacteria in the latex produce lactic acid that contains hydrogen ions (H+) which causes coagulation of latex. Coagulated latex is semi solid. / Dibiarkan selama 1 – 2 hari untuk tindakan bakteria ke atas lateks. Bakteria dari udara masuk ke dalam + lateks. Aktiviti bakteria di dalam lateks menghasilkan asid laktik yang mengandungi ion hidrogen (H ) yang menyebabkan penggumpalan lateks. Lateks tergumpal adalah separa pepejal.

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 90

90

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

(d) When acid is added to latex, coagulation of latex occurs: Apabila asid ditambah kepada lateks, penggumpalan lateks berlaku:

(i)

particle

membrane. A neutral rubber



neutralises

Positively charged hydrogen ions from the acid

is formed. meneutralkan

Ion hidrogen bercas positif daripada asid Zarah

the negative charges on the surface of the protein cas-cas negatif pada permukaan membran protein.

getah yang neutral terbentuk. Neutralised rubber particle Zarah getah yang neutral

H H+

H+

+ H+ H H+

+





H+ H+

H+ H+

H+ H+ H+

H+

Repulsion Tolakan

H H+

H+

Breaking of protein membrane Membran protein pecah + H+ H H+

+

H+ H+

H+ H+

H+ H+

H+ H+ H+

H+

H+ H+

Collide Perlanggaran

   







neutral repel neutral collide (ii) The particles no longer each other. These particles with break each other, causing the membrane to . The rubber polymers are freed and they coagulate by combining together to form large lump of rubber polymer. The latex has coagulated. Zarah-zarah neutral tidak lagi menolak di antara satu sama lain. Zarah-zarah neutral ini berlanggar pecah di antara satu sama lain, menyebabkan membran . Polimer getah terbebas dan bergumpal dengan bergabung untuk membentuk gumpalan getah yang besar. Lateks telah tergumpal.



U N I T

2

Membran protein pecah

Breaking of protein membrane

Polimer getah menggumpal 4

5

Rubber polymers coagulate



ammonia (alkali) Coagulation of latex can be prevented by adding to it. The ammonia solution (containing OH– ions) will neutralise any acids that may be produced by the bacteria. Penggumpalan lateks boleh dihalang dengan menambah ammonia (alkali) kepadanya. Larutan ammonia (mengandungi ion OH–) akan meneutralkan sebarang asid yang dihasilkan oleh bakteria.

Describe how the presence of an alkali can prevent the coagulation process of latex: Huraikan bagaimana alkali boleh menghalang proses penggumpalan lateks: (a) Hydroxide ions, OH– from alkali neutralise hydrogen ions, H+ produced by acid as a result of bacterial attack on protein. Ion hidroksida, OH– daripada alkali meneutralkan ion hidrogen, H+ yang dihasilkan oleh acid disebabkan serangan bakteria ke atas protein. (b) The protein membrane remains

Membran protein kekal bercas

(c) The rubber particles

Zarah-zarah getah

repel menolak

negatively negatif

kerana tiada ion-ion hidrogen.

each other. di antara satu sama lain.

(d) The rubber polymers cannot combine and

charge because there is no hydrogen ions.

coagulate

Polimer-polimer getah tidak boleh bergabung dan

.

menggumpal

.



91

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 91

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

6

Properties and uses of natural rubber / Sifat-sifat dan kegunaan getah asli (a) Properties of natural rubber / Sifat-sifat getah asli Property / Sifat

Description / Penerangan When it is

Elastic Kekenyalan

Resistance to oxidation Ketahanan terhadap pengoksidaan

U N I T

stretched

returns , it straighten out. It stretching force is released.

shape once the Apabila diregangkan , ia menjadi lurus. Ia apabila daya regangan dilepaskan.

2 Effect of solvent Kesan pelarut

kembali

back to its original kepada bentuk asal

Rubber tube, gloves, rubber bands and shoe soles. / Tiub getah, sarung tangan, getah pengikat dan tapak kasut.

oxidised due to the presence of The natural rubber polymers are easily teroksida double bonds. / Polimer getah asli dengan mudah kerana kehadiran ikatan ganda dua. When it is heated, it is

Effect of heat Kesan haba

Uses / Kegunaan

soften

Apabila dipanaskan, getah menjadi

and become lembut

When it is cooled, it becomes

hard

Apabila disejukkan, ia menjadi

keras

sticky

dan menjadi and dan

. melekit

brittle rapuh

.

. .

These properties make the usage of natural rubber limited. Sifat-sifat ini menjadikan kegunaan getah asli terhad.

soluble in organic, alkaline and acidic solution. Natural rubber is larut dalam larutan organik, beralkali dan berasid. Getah asli

(b) The properties of natural rubber can be improved through the vulcanisation process. Sifat-sifat getah asli boleh diperbaiki melalui proses pemvulkanan. 7

Vulcanisation of rubber / Pemvulkanan getah : (a) Natural rubber is elastic (it will return to its original shape after stretching force is released). Getah asli adalah kenyal (ia akan kembali kepada bentuk asal apabila daya regangan dilepaskan). (b) When the rubber is over stretched, the rubber molecules do not return to their original positions. The rubber has lost its elasticity. / Apabila getah diregang secara berlebihan, molekul getah tidak kembali kepada kedudukan asal. Getah telah hilang sifat kekenyalannya. (c) Natural rubber becomes stronger and more elastic after vulcanisation: Getah asli menjadi lebih kuat dan kenyal selepas pemvulkanan: (d) Rubber vulcanisation / Pemvulkanan getah (i) Sulphur is heated together with natural rubber. / Sulfur dipanaskan bersama dengan getah asli. (ii) Rubber stripe is soaked in sulphur monochloride solution in methylbenzene for a few hours, and then dried. Jalur getah direndam dengan larutan sulfur monoklorida dalam metilbenzena untuk beberapa jam, dan kemudiannya dikeringkan.

Vulcanisation Pemvulkanan

(e)

Natural rubber / Getah asli

Vulcanised rubber / Getah tervulkan

In vulcanised rubber / Dalam getah tervulkan (i) The sulphur atoms form cross-link between the long rubber molecule. Atom-atom sulfur membentuk rangkai silang di antara molekul panjang getah. (ii) This reduces the ability of the polymers to slide over each other. Ini mengurangkan kebolehan polimer untuk menggelongsor di antara satu sama lain. (iii) The rubber molecules return to their original positions after being stretched. Molekul-molekul getah kembali kepada kedudukan asal selepas diregangkan.

© Nilam Publication Sdn Bhd

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 92

92

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

(f) Complete the table below: Lengkapkan jadual di bawah: Property Sifat

Natural rubber Getah asli

Less Elasticity Kekenyalan

elastic because the polymer chain of rubber

slide

can

Vulcanised rubber Getah tervulkan

over one another easily.

Kurang kenyal kerana rantai polimer getah boleh menggelongsor di antara satu sama lain dengan mudah.

prevents

cross-links

chain will

lemah

Lebih

kenyal kerana rangkai silang

menghalang

akan

Stronger of

lembut

. Apabila

diregangkan melebihi had kekenyalan, rantai polimer putus

melt

Lebih

high temperature. Easily

haba.

Melebur

dengan mudah

apabila dipanaskan.

cross-links between the polymer.

kuat

keras

dan lebih sulfur

rangkai silang

kerana kehadiran

di antara polimer.

Easily oxidised by

oxygen

double bonds

because the presence in the rubber polymer.

Teroksida dengan mudah oleh kehadiran banyak ikatan

oksigen

ganda dua

kerana

dalam polimer

getah.

93

U N I T

2

high temperature because the

presence of

sulphur

more difficult to

melt

cross-links makes it .

Tahan

haba kerana kehadiran rangkai silang

sulfur

menjadikannya lebih susah untuk

melebur

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 93

because the presence

.

when heated.

Tidak tahan

of many

sulfur

rantai polimer molekul getah

harder

and

sulphur

Can withstand

Resistance to oxidation Ketahanan terhadap pengoksidaan

the polymer chain of rubber

. When it is

. dan lebih

Cannot withstand Resistance to heat Ketahanan terhadap haba

sulphur

molecules from sliding over one another.

beyond the elastic limit, the polymer break

Lebih

softer

and

strectched

akan

elastic because the

menggelongsor di antara satu sama lain.

Weaker Strength and hardness Kekuatan dan kekerasan

More

.

Not easily oxidised by oxygen because the number of double bonds

is reduced.

Tidak teroksida oleh oksigen dengan mudah kerana bilangan ikatan

ganda dua

berkurang.

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Objective Questions / Soalan Objektif 1

The statement below is about organic compound X: Pernyataan di bawah adalah berkenaan dengan sebatian organik X:

C

Organic compound X undergoes addition reaction. Sebatian organik X mengalami tindak balas penambahan.

D

H

C1

C

C

H

H

H

H

H

C

C

C

C

C1

H

H

C1



U N I T

2

Which of the following represents the formula for compound X? / Antara berikut, yang manakah mewakili formula untuk sebatian X? A C3H10 C C3H7OH 3 B C3H6 D C3H7COOH

4

Which of the following hydrocarbons contains 81.82% carbon by mass? [Relative atomic mass: H = 1, C = 12] Hidrokarbon yang manakah mengandungi 81.82% karbon berdasarkan jisim? [Jisim atom relatif: H = 1, C = 12] A C2H2 C C3H6 B C2H4 3 D C3H8

2

Which of the following are true about butane and butene? Antara berikut, yang manakah benar tentang butana dan butena? I Insoluble in water / Tidak larut di dalam air II Exist as gas at room temperature Wujud sebagai gas pada suhu bilik III Decolourise acidified potassium manganate(VII) solution / Melunturkan warna larutan kalium manganat(VII) berasid IV Burn completely in air to produce carbon dioxide and water / Terbakar lengkap di udara untuk menghasilkan karbon dioksida dan air A I and III only I dan III sahaja B II and IV only II dan IV sahaja 3 C I, II and IV only I, II dan IV sahaja D I, II, III and IV I, II, III dan IV

3



5

H

H

H

H

~ C

C

C

C ~

6

C

H

H

B H

H

H

H

C

C

C

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 94

O

C

C

C

H

H

O

H

H

H

C

C

C

H

H

H

H

The diagram below shows the structural formula of carbon compound J. / Rajah di bawah menunjukkan formula struktur sebatian karbon J. H H H O C

C

C

C

H H H OH Which of the following statements are true? Antara pernyataan berikut, yang manakah benar? I Compound J is unsaturated hydrocarbon Sebatian J ialah hidrokarbon tak tepu II Compound J reacts with sodium carbonate solution Sebatian J bertindak dengan larutan natrium karbonat III Oxidation of butanol will produce compound J Pengoksidaan butanol akan menghasilkan sebatian J IV Complete combustion of compound J produces carbon dioxide gas and water / Pembakaran lengkap sebatian J menghasilkan gas karbon dioksida dan air 3 A II and III only / II dan III sahaja B III and IV only / III dan IV sahaja C I, II and III only / I, II dan III sahaja D II, III and IV only / II, III dan IV sahaja

H

C1 © Nilam Publication Sdn Bhd

H

H

C1 H C1 H Which of the following is its monomer? Antara berikut, yang manakah monomer bagi polimer di atas? 3 A H C1 C

H

What is the name of the compoud? Apakah nama bagi sebatian di atas? A Ethyl propanoate / Etil propanoat B Propyl ethanoate / Propil etanoat 3 C Propyl propanoate / Propil propanoat D Diethyl methanoate / Dietil metanoat

The diagram below shows part of the structure of a polymer. Rajah di bawah menunjukkan sebahagian daripada struktur polimer. H

The diagram below represents the structural formula of a carbon compound. / Rajah di bawah menunjukkan formula struktur satu sebatian karbon.

94

07/11/2013 1:31 AM

Carbon Compounds Sebatian Karbon

7

9

The diagram below shows the structural formula of ethanoic acid. Rajah di bawah menunjukkan formula struktur bagi asid etanoik. 2 H O 1

H

C

C

O



The diagram below shows the structural formula of an organic compound. Rajah di bawah menunjukkan struktur formula satu sebatian organik. H H

H

4

H Which of the following hydrogen atoms will be involved in a chemical reaction? Antara berikut, atom hidrogen yang manakah akan terlibat dalam tindak balas kimia? A 1H C 3H 2 B H 3 D 4H 3

8

H

H

H

C

C

C

C

H

H

H

C

H H C

H

H

H What is the IUPAC name for the compound? Apakah nama mengikut IUPAC bagi sebatian tersebut? 3 A 2, 4-dimethylpent-1-ene 2, 4-dimetilpent-1-ena B 2, 4-dimethylpent-2-ene 2, 4-dimetilpent-2-ena C 3, 4-dimethylpent-1-ene 3, 4-dimetilpent-1-ena D 3, 4-dimethylpent-2-ene 3, 4-dimetilpent-2-ena

C2H5OH Heat with Panaskan dengan K2Cr2O7

U N I T

2

10 Which of the following fatty acids are unsaturated? Antara berikut, asid lemak yang manakah tidak tepu? I C17H29COOH II C17H31COOH III C17H33COOH IV C17H35COOH A I and III only I dan III sahaja B II and IV only II dan IV sahaja 3 C I, II and III only I, II dan III sahaja D I, III and IV only I, III dan IV sahaja

Compound P / Sebatian P Heat with C3H7OH and concentrated H2SO4 Panaskan dengan C3H7OH dan H2SO4 pekat Compound Q / Sebatian Q Which of the following is compound Q? Antara berikut, yang manakah sebatian Q? A Ethyl propanoate / Etil propanoat 3 B Propyl ethanoate / Propil etanoat C Propyl propanoate / Propil propanoat D Ethyl ethanoate / Etil etanoat

95

041-095_B2_ChemF5 2013.indd 95

H H

The diagram below shows the conversion of ethanol into compound P and subsequently into compound Q. Rajah di bawah menunjukkan penukaran etanol kepada sebatian P dan seterusnya kepada sebatian Q.

C

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:31 AM

3

REDOX REACTIONS

TINDAK BALAS REDOKS Analysing Redox Reactions Menganalisis Tindak Balas Redoks

• Loss or gain of oxygen Kehilangan atau penerimaan oksigen • Loss or gain of hydrogen Kehilangan atau penerimaan hidrogen • Transfer of electron Pemindahan elektron • Change in oxidation number Perubahan dalam nombor pengoksidaan

U N I T

− Define oxidation and reduction with examples. Memberi maksud pengoksidaan dan penurunan dengan contohcontohnya. − Explain redox reaction. Menerangkan tindak balas redoks. − State the definition of oxidising agent, reducing agent and give examples. / Menyatakan maksud agen pengoksidaan, agen penurunan dan memberikan contoh-contohnya. − Calculate oxidation number of element in a compound. Menghitung nombor pengoksidaan bagi unsur dalam suatu sebatian. − Explain with examples oxidation and reduction processes in terms of transfer of electrons and the change of oxidation number. Menerangkan dengan contoh proses pengoksidaan dan penurunan dari segi pemindahan elektron dan perubahan nombor pengoksidaan serta contoh.

Writing Equations For Redox Reaction Menulis Persamaan Bagi Tindak Balas Redoks

3

• Oxidation half equation Persamaan setengah pengoksidaan • Reduction half equation Persamaan setengah penurunan • Ionic equation Persamaan ion Analysing redox reactions in Menganalisis tindak balas redoks dalam 1. Displacement of metal from its salt solution Penyesaran logam dari larutan garamnya 2. Electrolytic and chemical cell Sel elektrolisis dan sel kimia 3. Rusting of iron /corrosion of metal Pengaratan besi/ kakisan logam 4. Displacement of halogen from its halide solution Penyesaran halogen dari larutan halidanya Fe3+ and Fe3+ Fe2+ 5. Change of Fe2+ 2+ 3+ 3+ Perubahan Fe Fe dan Fe Fe2+ 6. Transfer of electrons at a distance Pemindahan elektron pada suatu jarak 7. Reactivity series of metals and its application Siri kereaktifan logam dan aplikasinya

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 96

96

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

The Definition of Redox Reaction / Definisi Tindak Balas Redoks 1

Redox reaction is a reaction where both oxidation and reduction occur at the same time. Tindak balas redoks ialah suatu tindak balas di mana kedua-dua pengoksidaan dan penurunan berlaku serentak.

2

Oxidation and reduction can be defined in three ways: / Pengoksidaan dan penurunan boleh didefinisikan melalui tiga cara: Oxidation / Pengoksidaan (a)

Reduction / Penurunan

Loss or gain of oxygen Kehilangan atau penerimaan oksigen

A substance gains oxygen Suatu bahan menerima oksigen

A substance loses oxygen Suatu bahan kehilangan oksigen

Loss or gain of hydrogen Kehilangan atau penerimaan hidrogen

A substance loses hydrogen Suatu bahan kehilangan hidrogen

A substance gains hydrogen Suatu bahan menerima hidrogen

(b)

Transfer of electrons Pemindahan elektron

A substance loses electrons Suatu bahan kehilangan elektron

A substance gains electrons Suatu bahan menerima elektron

(c)

Change in oxidation number Perubahan dalam nombor pengoksidaan

Increase in oxidation number of element in the reactant Peningkatan nombor pengoksidaan bagi unsur dalam bahan tindak balas

Decrease in oxidation number of element in the reactant Pengurangan nombor pengoksidaan bagi unsur dalam bahan tindak balas

3

Oxidising agent is a substance that oxidises another substance. The agent is reduced in this process. Agen pengoksidaan ialah bahan yang mengoksidakan bahan lain. Agen tersebut mengalami penurunan dalam proses ini.

4

Reducing agent is a substance that reduces another substance. The agent is oxidised in this process. Agen penurunan ialah bahan yang menurunkan bahan lain. Agen tersebut mengalami pengoksidaan dalam proses ini.

Redox reaction in terms of Loss or Gain of Oxygen and Loss or Gain of Hydrogen Tidak Balas Redoks dari Segi Kehilangan atau Penerimaan Oksigen dan Kehilangan atau Penerimaan Hidrogen 1

Example: / Contoh:

3

oxidation Magnesium undergoes (gain of oxygen, O) Magnesium mengalami pengoksidaan (menerima oksigen, O)

Mg  +  CuO  Copper(II) oxide undergoes Kuprum(II) oksida mengalami

U N I T

  MgO   +   Cu reduction penurunan

(loss of oxygen, O) (kehilangan oksigen, O)

Explanation: / Penerangan: (a) Magnesium, Mg Magnesium is

gains a reducing

oxidation

. Magnesium has

pengoksidaan Magnesium, Mg oksigen dan ia mengalami penurunan kuprum(II) oksida, CuO. Magnesium, Mg ialah agen .

Mg. Copper(II) oxide is Kuprum(II) oksida, CuO

reduced

copper(II) oxide, CuO.

agent.

menerima

(b) Copper(II) oxide, CuO

oxygen and undergoes

loses

oxygen and undergoes

an oxidising kehilangan

reduction

. Magnesium telah

menurunkan

. Copper(II) oxide has oxidised magnesium,

agent. oksigen dan ia mengalami penurunan . Kuprum(II) oksida telah mengoksidakan

magnesium, Mg. Kuprum(II) oksida ialah agen pengoksidaan .

97

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 97

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

2

Example: / Contoh: oxidation Hydrogen sulphide, H2S undergoes pengoksidaan Hidrogen sulfida, H2S mengalami

H2S   +   Cl2  

   S   +   2HCl

reduction Chlorine undergoes penurunan Klorin mengalami

(gain of hydrogen, H) (menerima hidrogen, H)



Explanation: / Penerangan: (a) Hydrogen sulphide, H2S loses hydrogen and undergoes oxidation . Hydrogen Sulphide, H2S has reduced chlorine, Cl2. Hydrogen sulphide, H2S is a reducing agent. / Hidrogen sulfida, H2S kehilangan hidrogen dan mengalami pengoksidaan . Hidrogen sulfida, H2S telah menurunkan klorin, Cl2. Hidrogen sulfida, H2S ialah agen penurunan . (b) Chlorine, Cl2 gains hydrogen and undergoes reduction . Chlorine, Cl2 has oxidised hydrogen sulphide, H2S. Chlorine, Cl2 is an oxidising agent. / Klorin, Cl2 menerima hidrogen dan ia mengalami penurunan . Klorin, Cl2 telah mengoksidakan hidrogen sulfida, H2S. Klorin, Cl2 ialah agen pengoksidaan .

3

Example: / Contoh: reduction penurunan

Copper(II) oxide, CuO undergoes Kuprum(II) oksida, CuO mengalami 3CuO   +  2NH3  

U N I T

(loss of hydrogen, H) (kehilangan hidrogen, H)

(loss of oxygen, O) (kehilangan oksigen, O)

   3Cu  +  3H2O  +  N2

oxidation Ammonia undergoes (loss of hydrogen, H) pengoksidaan Ammonia mengalami (kehilangan hidrogen, H)



Explanation: / Penerangan: (a) Copper(II) oxide, CuO loses oxygen and undergoes reduction . Copper(II) oxide, CuO has oxidised ammonia NH3. Copper(II) oxide, CuO is an oxidising agent. Kuprum(II) oksida, CuO kehilangan oksigen dan ia mengalami penurunan . Kuprum(II) oksida, CuO telah mengoksidakan ammonia, NH3. Kuprum(II) oksida, CuO ialah agen pengoksidaan . oxidation . Ammonia, NH3 has reduced copper(II) oxide . (b) Ammonia, NH3 loses hydrogen and undergoes Ammonia, NH3 is a reducing agent. / Ammonia, NH3 kehilangan hidrogen dan mengalami pengoksidaan . Ammonia, NH3 telah menurunkan kuprum(II) oksida . Ammonia, NH3 ialah agen penurunan .

3

Redox Reaction in Terms of Electron Gain/Loss Tindak Balas Redoks dari Segi Penerimaan/Kehilangan Elektron 1

Example: / Contoh: 2Na  +  Cl2 



  2NaCl

Explanation: / Penerangan: (a) Sodium atom with an electron arrangement of 2.8.1 loses one electron to form sodium ion, Na+ in sodium chloride, NaCl. Sodium undergoes oxidation . / Atom natrium dengan susunan elektron 2.8.1 kehilangan satu elektron untuk membentuk ion natrium, Na+ dalam natrium klorida, NaCl. Natrium mengalami pengoksidaan . Na    Na+  +  e (b) Chlorine molecule, Cl2 gains electrons to form chloride ions, Cl– in sodium chloride, NaCl. Chlorine undergoes reduction . / Molekul klorin, Cl2 menerima elektron untuk membentuk ion klorida. Cl– dalam natrium klorida, NaCl. Klorin mengalami penurunan . Cl2  +  2e       2Cl– (c) Sodium has reduced chlorine, Cl2. Sodium is a reducing agent. Chlorine, Cl2 has oxidised sodium. Chlorine is an oxidising agent. Natrium telah menurunkan klorin, Cl2. Natrium ialah agen penurunan . Klorin, Cl2 telah mengoksidakan natrium. Klorin ialah agen pengoksidaan .

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 98

98

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

2

Example: / Contoh: Mg  +  CuSO4 



  MgSO4  +  Cu

Explanation: / Penerangan: (a) Magnesium, Mg atom loses electrons to form magnesium ion, Mg2+ in magnesium sulphate, MgSO4. Magnesium undergoes oxidation . Atom magnesium, Mg kehilangan elektron untuk membentuk ion magnesium, Mg2+ dalam magnesium sulfat, MgSO4. Magnesium mengalami pengoksidaan . Mg 

gains

(b) Copper(II) ion, Cu2+

Ion kuprum(II), Cu

  Mg2+   +   2e   (loss of electrons / kehilangan elektron )

2+

electrons to form Copper atom, Cu. Copper(II) ion undergoes reduction . menerima elektron untuk membentuk atom kuprum, Cu. Ion kuprum(II) mengalami penurunan .

Cu2+   +   2e–  

   Cu   (gain of electrons / menerima elektron)

(c) Magnesium has reduced copper(II) ion, Cu2+. Magnesium is a reducing agent. Copper(II) ion has oxidised magnesium. Copper(II) ion is an oxidising agent.

menurunkan

Magnesium telah mengoksidakan

ion kuprum(II), Cu2+. Magnesium ialah agen

penurunan

. Ion kuprum(II) telah

magnesium. Ion kuprum(II) ialah agen pengoksidaan .

Redox Reaction in Terms of Change of Oxidation Number Tindak Balas Redoks dari segi Perubahan Nombor Pengoksidaan 1

General rules to determine oxidation number / Peraturan umum untuk menentukan nombor pengoksidaan (a) The oxidation number of atoms and molecules of elements is zero. Nombor pengoksidaan bagi atom dan molekul bagi unsur ialah sifar.

U N I T

Example: / Contoh: Molecule of element Molekul unsur

Oxidation number Nombor pengoksidaan

Atom Atom

Oxidation number Nombor pengoksidaan

Hydrogen gas, H2 Gas hidrogen, H2

0

Copper, Cu Kuprum, Cu

0

Oxygen gas, O2 Gas oksigen, O2

0

Sodium, Na Natrium, Na

0

Chlorine gas, Cl2 Gas klorin, Cl2

0

Iron, Fe Ferum, Fe

0

Bromine gas, Br2 Gas bromin, Br2

0

Helium, He Helium, He

0

3

(b) The oxidation number for a simple ion is similar to the charge of the ion. Nombor pengoksidaan bagi ion ringkas adalah sama dengan cas bagi ion tersebut.

Example: / Contoh: Ion Ion

Oxidation number Nombor pengoksidaan

Ion Ion

Oxidation number Nombor pengoksidaan

Na+

+1

Cl–

–1

Cu2+

+2

Br–

–1

Fe

2+

+2

2–

O

–2

Fe3+

+3

S2–

–2

99

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 99

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(c) The oxidation number for hydrogen in most of its compound is +1 except in metal hydride. Nombor pengoksidaan bagi hidrogen dalam kebanyakan sebatiannya ialah +1 kecuali dalam logam hidrida. (d) The oxidation number for oxygen in most of its compound is –2 except in peroxide. Nombor pengoksidaan bagi oksigen dalam kebanyakan sebatiannya ialah –2 kecuali dalam peroksida. (e) The oxidation numbers of the ions from Group 1, 2 and 13 are fixed because the atom of these Groups achieve stable octet electron arrangement by losing 1e–, 2e– and 3e– respectively. Therefore, the oxidation number for these ions are +1, +2 and +3. Nombor pengoksidaan bagi ion-ion dalam Kumpulan 1, 2 dan 13 adalah tetap kerana atom bagi Kumpulan-kumpulan ini mencapai susunan elektron oktet yang stabil dengan melepaskan 1e–, 2e– dan 3e–. Oleh itu, nombor pengoksidaan bagi ion-ion ini masing-masing ialah +1, +2 dan +3. (f) The sum of the oxidation numbers for elements in a compound is 0. Jumlah nombor pengoksidaan bagi unsur-unsur dalam suatu sebatian ialah 0.

Example: / Contoh: Calculate the oxidation number for carbon in calcium carbonate, CaCO3. Hitung nombor pengoksidaan bagi karbon dalam kalsium karbonat, CaCO3. CaCO3 Oxidation number for oxygen in compound is –2 Nombor pengoksidaan oksigen dalam sebatian ialah –2 (+2) + X + 3(–2) = 0 

U N I T

3

Oxidation number for ions from Group 1, 2 and 13 are fixed. Oxidation number for Ca2+ is +2 Nombor pengoksidaan bagi ion-ion daripada Kumpulan 1, 2 dan 13 adalah tetap. Nombor pengoksidaan bagi Ca2+ ialah +2

X = +4





Sum of oxidation number for compound is 0 Jumlah nombor pengoksidaan bagi sebatian ialah 0

Oxidation number for carbon in calcium carbonate is +4. Nombor pengoksidaan bagi karbon dalam kalsium karbonat ialah +4.

(g) The sum of the oxidation numbers for elements in a polyatomic ion equals to the charges of the polyatomic ion. Jumlah nombor-nombor pengoksidaan bagi unsur-unsur dalam ion poliatomik adalah sama dengan cas-cas ion poliatomik tersebut.  # The oxidation number of the transition metals and most of non-metal elements vary from one compound to another. Nombor pengoksidaan bagi logam peralihan dan kebanyakan unsur bukan logam adalah berbeza-beza dari satu sebatian ke satu sebatian yang lain.

Example: / Contoh: Calculate the oxidation number for manganese in manganate ion, MnO4–. Hitung nombor pengoksidaan bagi mangan dalam ion manganat, MnO4–. MnO4–





Oxidation number for oxygen in compound is –2 Nombor pengoksidaan bagi oksigen dalam sebatian ialah –2



X + 4(–2) = –1



X = +7

Sum of oxidation number is the same as charge for the polyatomic ion / Jumlah nombor pengoksidaan adalah sama seperti cas bagi ion poliatomik

Oxidation number for manganese in manganate ion is +7. Nombor pengoksidaan bagi mangan dalam ion manganat ialah +7.

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 100

100

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

Exercise / Latihan 1

Calculate the oxidation number of the underlined elements in the following. Hitung nombor pengoksidaan bagi unsur yang digariskan dalam jadual berikut. Compound Sebatian

2

Oxidation number for underlined element Nombor pengoksidaan bagi unsur yang bergaris

Compound Sebatian

Oxidation number for underlined element Nombor pengoksidaan bagi unsur yang bergaris

KMnO4



+1 + x + 4(–2) = 0 x = +7

CO2



x + 2(–2) = 0 x = +4

Cr2O72–



2x + 7(–2) = –2 x = +6

CO



x + (–2) = 0 x = +2

CO32–



x + 3(–2) = –2 x = +4

NO3–



x + 3(–2) = –1 x = +5

NH4+



x + 4(+1) = +1 x = –3

NO2



x + 2(–2) = 0 x = +4

Nomenclature of ionic compounds using IUPAC nomenclature / Penamaan sebatian ion menggunakan sistem penamaan IUPAC (a) Elements from Group 1, 2 and 13 have one oxidation number, the names of the compounds are written without the oxidation number. / Unsur daripada Kumpulan 1, 2 dan 13 mempunyai satu nombor pengoksidaan, nama bagi sebatiansebatian itu ditulis tanpa nombor pengoksidaan.

Example: / Contoh: K2O is potassium oxide. It is not written as potassium(I) oxide. / K2O ialah kalium oksida, bukan kalium(I) oksida.

(b) Transition metals and most of non-metal in compounds have more than one oxidation number. The oxidation number of the element is written in Roman numeral placed in a bracket behind the name of the element. / Unsur logam peralihan dan kebanyakan unsur bukan logam dalam sebatian mempunyai lebih daripada satu nombor pengoksidaan. Nombor pengoksidaan bagi unsur ditulis dalam angka roman dalam tanda kurungan di belakang nama unsur.

3

Complete the following table: / Lengkapkan jadual berikut: Compound Sebatian

Chemical formula of compound Formula kimia sebatian

Oxidation number of transition metal/ non-metal / Nombor pengoksidaan bagi logam peralihan/bukan logam

IUPAC name of compound Nama IUPAC sebatian

Ferrous hydroxide Ferrus hidroksida

Fe(OH)2

+2

Iron(II) hydroxide Ferum(II) hidroksida

Ferric hydroxide Ferrik hidroksida

Fe(OH)3

+3

Iron(III) hydroxide Ferum(II) hidroksida

Lead monoxide Plumbum monoksida

PbO

+2

Lead(II) oxide Plumbum(II) oksida

Lead dioxide Plumbum dioksida

PbO2

+4

Lead(IV) oxide Plumbum(IV) oksida

Sulphuric acid Asid sulfurik

H2 SO4

+6

Sulphuric(VI) acid Asid sulfurik(VI)

Sulphurous acid Asid sulfurus

H2 SO3

+4

Sulphuric(IV) acid Asid sulfurik(IV)

U N I T

3

Redox reaction in terms of change in oxidation number / Tindak balas redoks dari segi perubahan nombor pengoksidaan (a) When the oxidation number of an element increases, the element is oxidised . The element is a reducing agent. Apabila nombor pengoksidaan bagi suatu unsur bertambah, ia mengalami pengoksidaan . Unsur tersebut ialah agen penurunan . (b) When the oxidation number of an element decreases , the element is reduced . The element is an oxidising agent. Apabila nombor pengoksidaan bagi suatu unsur berkurang , ia mengalami penurunan . Unsur tersebut ialah agen pengoksidaan .

101

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 101

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(c) A reaction is not a redox reaction if no elements undergo a change in oxidation number. Suatu tindak balas adalah bukan redoks jika tiada unsur yang melalui perubahan dalam nombor pengoksidaan.

Example: / Contoh: Determine whether the reactions below are redox or not. Tentukan sama ada tindak balas berikut adalah redoks atau pun tidak. (i) Precipitation of silver chloride from silver nitrate and sodium chloride solution: Pemendakan argentum klorida dari larutan argentum nitrat dan larutan natrium klorida: AgNO3   +  NaCl       AgCl   +   NaNO3 Oxidation number: +1  +5  –2    +1  –1        +1  –1     +1  +5 –2 Nombor pengoksidaan: This reaction is not a redox reaction because no changes of oxidation number for all elements in the compounds of reactants and products. Tindak balas ini merupakan tindak balas bukan redoks kerana tiada perubahan nombor pengoksidaan bagi semua unsur dalam sebatian bahan dan hasil tindak balas. Double decomposition reaction is not a redox reaction. Tindak balas penguraian ganda dua tindak balas bukan redoks . (ii) Neutralisation reaction between hydrochloric acid and sodium hydroxide solution: Tindak balas peneutralan antara asid hidroklorik dengan larutan natrium hidroksida: HCl   +  NaOH     NaCl  +  H2O

U N I T

Oxidation number: +1   –1    +1  –2   +1    +1  –1      +1  –2 Nombor pengoksidaan:



This reaction is not a redox reaction because no changes of oxidation number for all elements in the compounds of reactants and products. Tindak balas ini merupakan tindak balas bukan redoks kerana tiada perubahan dalam nombor pengoksidaan semua unsur dalam sebatian bahan dan hasil tindak balas.

3

Neutralisation reaction is not a redox reaction. / Tindak balas peneutralan tindak balas bukan redoks . (iii) Displacement of hydrogen gas from sulphuric acid by magnesium: Penyesaran gas hidrogen daripada asid sulfurik oleh magnesium: Mg   +    H2SO4       MgSO4   +   H2 Oxidation number: 0 +1  +6  –2      +2  +6  –2 0 Nombor pengoksidaan: This reaction is have changed

redox

reaction because the oxidation number of magnesium and hydrogen in the substances

. redoks

Tindak balas ini ialah tindak balas tindak balas telah berubah . Displacement reaction is a

redox

kerana nombor pengoksidaan magnesium dan hidrogen dalam bahan

reaction. / Tindak balas penyesaran ialah tindak balas

redoks

.

Explanation: / Penerangan: (a) Magnesium, Mg undergoes Hydrogen ion, H undergoes +

oxidation reduction

because the oxidation number of magnesium

increases

from

0 to +2

.

because the oxidation number of hydrogen in sulphuric acid decreases from

+1 to 0 . Oxidising agent is hydrogen ion, H+ and reducing agent is magnesium, Mg .



Magnesium, Mg mengalami pengoksidaan kerana nombor pengoksidaan magnesium meningkat daripada 0 kepada +2 . Ion hidrogen, H+ mengalami

penurunan

kerana nombor pengoksidaan hidrogen dalam asid sulfurik berkurang dari

+1 kepada 0 . Agen pengoksidaan ialah ion hidrogen, H+ dan agen penurunan ialah magnesium, Mg .

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 102

102

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

Writing Equations for Redox Reactions Menulis Persamaan untuk Tindak Balas Redoks 1

Equations for redox reactions are: / Persamaan untuk tindak balas redoks adalah: (a) Oxidation half equation (loss of electron / increase in oxidation number). Persamaan setengah pengoksidaan (kehilangan elektron / penambahan nombor pengoksidaan). (b) Reduction half equation (gain in electron / decrease in oxidation number). Persamaan setengah penurunan (penerimaan elektron / pengurangan nombor pengoksidaan). (c) Ionic equation for redox reaction - formed by combining oxidation half equation and reduction half equation (the number of electrons released and received in both the half equations must be the same). Persamaan ion untuk tindak balas redoks terbentuk dengan menggabungkan persamaan setengah pengoksidaan dan persamaan setengah penurunan (bilangan elektron yang dilepaskan dan diterima dalam kedua-dua persamaan setengah adalah sama.

Example: / Contoh: Aluminium and copper(II) sulphate Aluminium dan kuprum(II) sulfat

Reaction / Tindak balas

Balanced equation for the reaction Persamaan seimbang untuk tindak balas

2Al + 3CuSO4

Oxidation half equation Persamaan setengah pengoksidaan

Al 

Al2(SO4)3 + 3Cu

 Al3+ + 3e

Reduction half equation Persamaan setengah penurunan

Cu2+ + 2e 

Changing of the coefficient of the half equation of oxidation* Mengubah pekali bagi persamaan setengah pengoksidaan*

2Al 

Changing of the coefficient of the half equation of reduction* Mengubah pekali bagi persamaan setengah penurunan*

Ionic equation / Persamaan ion

U N I T

 Cu

 2Al3+ + 6e

3Cu2+ + 6e 

2Al + 3Cu2+ 

3

 3Cu

 2Al3+ + 3Cu

* Make sure the number of electrons released in half equation for oxidation = the number of electrons received in half equation for

reduction. Pastikan bilangan elektron yang dilepaskan dalam persamaan setengah untuk pengoksidaan = bilangan elekton yang diterima dalam persamaan setengah untuk penurunan.



Example: / Contoh: Magnesium and silver nitrate Magnesium dan argentum nitrat

Reaction / Tindak balas Balanced equation for the reaction Persamaan seimbang untuk tindak balas

Mg + 2AgNO3  

Oxidation half equation Persamaan setengah pengoksidaan

Mg 

Reduction half equation Persamaan setengah penurunan

 Mg2+ + 2e

Ag+ + e 

Ionic equation / Persamaan ion

Mg + 2Ag+ 

103

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 103

  Mg(NO3)2 + 2Ag

 Ag

 Mg2+ +  2Ag

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Redox Reaction in the Displacement of Metals from its Salt Solution Persamaan Redoks dalam Penyesaran Logam daripada Larutan Garamnya 1

Electrochemical Series: An arrangement of metals based on the tendency of each metal atom to donate/release electrons to form a positive ion (cation). / Siri Elektrokimia: Susunan logam-logam berdasarkan kecenderungan setiap atom logam untuk menderma/membebaskan elektron untuk membentuk ion

K Na Ca Mg Al Zn Fe

U N I T

Sn

3

Pb H Cu Ag

2

positif

(kation).

(a) The higher the position of the metal in the electrochemical series, the greater is the tendency of the metal tinggi atoms to donate/release electrons (become more electropositive ). / Semakin kedudukan logam besar dalam siri elektrokimia, semakin kecenderungan atom logam untuk menderma/membebaskan elektron (menjadi lebih elektropositif ). (b) Displacement of metals: The metal which is higher in the electrochemical series will donate/lose/release its electrons to the metal ion which is lower in the electrochemical series. The more electropositive metal undergoes oxidation and becomes thinner. The less electropositive metal ion undergoes reduction and deposited. Penyesaran logam: Logam yang lebih tinggi dalam siri elektrokimia akan melepaskan elektronnya kepada ion logam yang berkedudukan lebih rendah dalam siri elektrokimia. Logam yang lebih elektropositif akan mengalami pengoksidaan dan menjadi lebih nipis. Ion logam yang kurang elektropositif akan mengalami penurunan dan terenap. (c) Chemical cell/voltaic cell: The metal which is higher in the electrochemical series will become the negative terminal and release electrons. The metal undergoes oxidation and becomes thinner. The metal which is lower in the electrochemical series becomes the positive terminal. The less electropositive metal ion that is selected for discharge in the solution undergoes reduction and the mass of the positive terminal will increase . The further the distance between two metals in the electrochemical series, the higher the voltage of the chemical cell. Sel kimia: Logam yang lebih tinggi dalam siri elektrokimia akan menjadi terminal negatif dan melepaskan elektron. Logam itu mengalami pengoksidaan dan menjadi lebih nipis. Logam yang lebih rendah dalam siri elektrokimia menjadi terminal positif  . Ion logam dalam larutan yang kurang elektropositif terpilih untuk dinyahcas mengalami penurunan dan jisim terminal positif akan bertambah . Semakin jauh jarak antara dua logam dalam siri elektrokimia, semakin tinggi nilai voltan sel kimia. (d) Electrolysis: The selected cation will gain/receive electrons and undergoes reduction at the cathode (connected to the negative terminal of battery). The selected anion will release/lose its electrons and undergoes oxidation at the anode (connected to the positive terminal of battery). / Elektrolisis: Kation yang terpilih akan menerima elektron dan mengalami penurunan pada katod (elektrod yang disambung pada terminal negatif bateri). Anion yang terpilih akan melepaskan elektronnya dan mengalami pengoksidaan pada anod (elektrod yang disambung pada terminal positif bateri).

Example of experiment: / Contoh eksperimen: To study the displacement of copper from copper(II) sulphate solution by zinc. Mengkaji penyesaran kuprum dari larutan kuprum(II) sulfat oleh zink.

Zinc plate Kepingan zink

Copper(II) sulphate solution Larutan kuprum(II) sulfat

(a) Procedure: / Prosedur: (i) Copper(II) sulphate solution is poured into a beaker until half full. Larutan kuprum(II) sulfat dituangkan ke dalam bikar hingga separuh penuh. (ii) A piece of zinc metal plate is dipped in copper(II) sulphate solution as shown in the diagram. Sekeping logam zink dicelup ke dalam larutan kuprum(II) sulfat seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas.

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 104

104

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

(b) Observation and inference: / Pemerhatian dan inferens: Observation / Pemerhatian brown

– A

Inference / Inferens

solid is formed on the surface of the remaining

part of the zinc plate.

Pepejal perang

Pepejal berwarna

– The

brown

solid is copper.

perang

adalah kuprum.

terbentuk pada permukaan

bahagian kepingan zink. blue

– The intensity of solution

decreases

Keamatan warna berkurang

colour of copper(II) sulphate

. biru

– Concentration of copper(II) sulphate solution Kepekatan larutan kuprum(II) sulfat

decreases

berkurang

.

.

larutan kuprum(II) sulfat

.

(c) Explanation: / Penerangan: (i) Redox reaction in terms of electron gain/loss / Tindak balas redoks dari segi penerimaan/kehilangan elektron



releases/loses

Zinc, Zn is above copper, Cu in the electrochemical series . Zinc atom

electrons to form zinc ion,

Zn . Hence, zinc undergoes oxidation . Copper(II) ion, Cu2+ gains/receives electrons to form copper atom , 2+

Cu. Copper(II) ion undergoes reduction . Zinc has reduced copper(II) ion. Therefore zinc is a reducing agent. Copper(II) ion has oxidised zinc. Copper(II) ion is an oxidising agent.



Zink, Zn berada di atas kuprum, Cu dalam siri elektrokimia . Atom zink

melepaskan

elektron untuk membentuk

ion zink, Zn . Maka, zink mengalami pengoksidaan . Ion kuprum(II), Cu

menerima

elektron untuk membentuk

2+

atom

2+

kuprum, Cu. Ion kuprum(II) mengalami penurunan . Zink telah menurunkan ion kuprum(II). Oleh itu zink

ialah agen penurunan  . Ion kuprum(II) telah mengoksidakan zink. Ion kuprum(II) ialah agen Zn





Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan :





Reduction half equation / Persamaan setengah penurunan :





Ionic equation / Persamaan ion :



(ii) Redox reaction in terms of change in oxidation number Tindak balas redoks dari segi perubahan nombor pengoksidaan





zinc, Zn to be

oxidised

increases

from

Cu

2+

0 to +2

U N I T

3

Zn + Cu

2+

Zinc undergoes oxidation as its oxidation number

.

Zn2+ + 2e

Cu2+ + 2e Zn + Cu

pengoksidaan

 . As copper(II) ion, Cu2+ causes

, copper(II) ion, Cu2+ is an oxidising agent. Copper(II) ion, Cu2+ undergoes reduction

as oxidation number of copper in copper(II) ion decreases from +2 to 0  . As zinc, Zn causes copper(II) ion to be reduced  , zinc, Zn is a reducing agent.





Zink mengalami pengoksidaan apabila nombor pengoksidaannya

meningkat

dari 0 kepada +2 . Oleh sebab ion

kuprum(II), Cu2+ menyebabkan Zinc, Zn mengalami pengoksidaan , ion kuprum(II), Cu2+ ialah agen pengoksidaan  . Ion kuprum(II), Cu2+ mengalami penurunan apabila nombor pengoksidaan kuprum dalam kuprum(II) sulfat berkurang daripada +2 kepada 0 . Oleh sebab zink, Zn menyebabkan ion kuprum(II) mengalami penurunan , zink,

Zn ialah agen

penurunan

.

105

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 105

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Redox Reaction in Electrolytic and Chemical Cell/Voltaic Cell Tindak Balas Redoks dalam Sel Elektrolisis dan Sel Kimia 1

Differences between an electrolytic cell and a chemical cell Perbezaan di antara sel elektrolisis dan sel kimia Characteristic Sifat

Electrolytic cell / Sel elektrolisis

Chemical cell / Sel kimia

Examples of set-up of apparatus Contoh susunan alat radas

v

Zinc electrode Elektrod zink

Carbon electrode Elektrod karbon

Copper electrode Elektrod kuprum

Electrolyte Elektrolit

Structure Struktur

Electrolyte Elektrolit

• Consist of two electrodes (usually carbon/ two connecting wires

using

an electrolyte

and dipped in

using

an electrolyte .

.

logam

yang berbeza

yang dicelupkan dalam

dua logam yang berbeza ataupun sama) yang

disambungkan kepada voltmeter menggunakan

bateri

menggunakan

•

•

• Cathode: The electrode that is connected to the negative terminal of the battery.

From

(more

electropositive).

 : logam yang lebih tinggi dalam

terminal: the metal that is lower in the

electrochemical series (less electropositive). positif

  : logam yang lebih rendah

dalam siri elektrokimia (kurang elektropositif).

bateri.

anode

cathode

(positive electrode) to

(negative electrode) through the Daripada

Positive

Terminal

Katod: Elektrod yang bersambung dengan terminal

series

siri elektrokimia (lebih elektropositif).

Anod: Elektrod yang bersambung dengan terminal

negatif

dan

terminal: the metal that is higher in negatif

Terminal

positive terminal of the battery. bateri.

Negative electrochemical

• Anode: The electrode that is connected to the

positif

elektrolit

wayar penyambung  .

elektrolit .

Direction of electron flow Arah pengaliran elektron

and connected to

connecting wires

Terdiri daripada dua elektrod (kebiasaannya karbon/

wayar penyambung dan dicelupkan dalam

3

dipped in a voltmeter

Terdiri daripada dua

bersambung dengan

U N I T

different metals

• Consist of two

different or similar metals) connected to batteries

anod

connecting wire katod

(elektrod positif) kepada

(elektrod negatif) melalui wayar penyambung .

From negative terminal (more electropositive metal) to .

positive terminal (less electropositive metal) through the connecting wire  . Daripada kepada

terminal negatif terminal positif

(logam lebih elektropositif) (logam kurang elektropositif)

melalui wayar penyambung . Energy conversion Perubahan tenaga

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 106

Electrical Tenaga

energy → elektrik

Chemical

→ Tenaga

energy kimia

Chemical Tenaga

energy → kimia

Electrical

→ Tenaga

energy elektrik

106

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

2

Redox reaction in an electrolytic cell and a chemical cell / Tindak balas redoks dalam sel elektrolisis dan sel kimia Electrolytic cell / Sel elektrolisis Anode / Anod Transfer of electron Permindahan elektron

Cathode / Katod

Anion / metal atom loses

Cation in the electrolyte gains

its electrons and acts as a reducing

agent.

Anion / atom logam kehilangan elektronnya

acts as

agen

Redox reaction Tindak balas redoks

an oxidising

.

The more electropositive

The metal ion in the electrolyte

metal

loses

a reducing

and acts as

Logam yang lebih

elektron

gains electrons and acts as

its electrons

Kation dalam elektrolit

an oxidising

agent.

Ion logam dalam elektrolit

elektropositif

menerima elektron dan

kehilangan

bertindak sebagai agen pengoksidaan .

dan bertindak sebagai

elektronnya dan bertindak

agen pengoksidaan .

sebagai agen penurunan .

Cation undergoes

The more electropositive

The metal ion in the electrolyte

metal undergoes oxidation .

undergoes

Logam yang lebih

Ion logam dalam elektrolit

elektropositif mengalami

mengalami

oxidation

reduction

Anion / atom logam

Positive terminal (cathode) Terminal positif (katod)

agent.

menerima

Anion/ Metal atom undergoes

electrons and

Negative terminal (anode) Terminal negatif (anod)

agent.

dan bertindak sebagai penurunan

Chemical cell / Sel kimia

.

Kation mengalami penurunan

mengalami

.

pengoksidaan .

pengoksidaan

reduction

.

penurunan

.

.

Conclusions: / Kesimpulan (a) 

Oxidation

occurs at the anode in an electrolytic cell and at the

negative

terminal in a chemical cell.



Pengoksidaan



The term anode is assigned for the electrode at which oxidation occurs, negative terminal in a chemical cell is anode.

berlaku pada anod dalam sel elektrolisis dan pada terminal

negatif

dalam sel kimia.

Istilah anod diberi kepada elektrod di mana pengoksidaan berlaku, terminal negatif dalam sel kimia ialah anod. (b)  Reduction

occurs at the cathode in an electrolytic cell and at the

positive

terminal in a chemical cell.



Penurunan



The term cathode is assigned for the electrode at which reduction occurs, positive terminal in a chemical cell is cathode.

berlaku pada katod dalam sel elektrolisis dan pada terminal

positif

dalam sel kimia.

Istilah katod diberi kepada elektrod di mana penurunan berlaku, terminal positif dalam sel kimia ialah katod.

U N I T

3

Exercise / Latihan 1

The diagram below shows the set-up of the apparatus used for the electrolysis of potassium sulphate solution. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas yang digunakan untuk elektrolisis larutan kalium sulfat.

Potassium sulphate solution Larutan kalium sulfat Carbon electrode X Elektrod karbon X

Carbon electrode Y Elektrod karbon Y

A



(a) State all the ions present in the electrolyte. / Nyatakan ion-ion yang terdapat dalam elektrolit. Potassium ion, sulphate ion, hydrogen ion and hydroxide ion. / Ion kalium, ion sulfat, ion hidrogen dan ion hidroksida.

(b) State the product formed at electrodes X and Y. / Namakan hasil yang terbentuk pada elektrod X dan Y.

X: Oxygen gas / Gas oksigen

Y: Hydrogen gas / Gas hidrogen

(c) Write the half equation for the reaction at / Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas di

(i) electrode / elektrod X: 4OH



+ (ii) electrode / elektrod Y: 2H + 2e

–

2H2O + O2 + 4e H2

107

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 107

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(d) State the name of the ion which is / Nyatakan nama ion yang mengalami

(i) oxidised / pengoksidaan : Hydroxide ion / Ion hidroksida

(ii) reduced / penurunan : Hydrogen ion / Ion hidrogen (e) State the name of the / Nyatakan nama

(i) oxidising agent / agen pengoksidaan : Hydrogen ion / Ion hidrogen

(ii) reducing agent / agen penurunan : Hydroxide ion / Ion hidroksida (f) Calculate the oxidation number of sulphur in sulphate ion. / Hitungkan nombor pengoksidaan bagi sulfur dalam ion sulfat.

2

x + 4(–2) = –2 x = +6

The table shows the concentration of sodium chloride in solutions X and Y. Jadual menunjukkan kepekatan natrium klorida dalam larutan X dan Y. Solution X / Larutan X

Solution Y / Larutan Y

0.001 mol dm–3 sodium chloride solution 0.001 mol dm–3 larutan natrium klorida



U N I T

3

2.0 mol dm–3 sodium chloride solution 2.0 mol dm–3 larutan natrium klorida

Both solutions are electrolysed separately using carbon as electrodes. Kedua-dua larutan dielektrolisiskan secara berasingan menggunakan karbon sebagai elektrod. (a) State the name of the products formed at the cathode and anode in the: Nyatakan nama hasil yang terbentuk pada katod dan anod dalam: (i) electrolysis of solution X: / elektrolisis larutan X: Hydrogen gas / Gas hidrogen





Cathode / Katod :



(ii) electrolysis of solution Y: / elektrolisis larutan Y:





Hydrogen gas / Gas hidrogen

Cathode / Katod :

Anode / Anod :

Oxygen gas / Gas oksigen

Anode / Anod:

Chlorine gas / Gas klorin

(b) State the name of the substance oxidised in the: / Nyatakan nama bahan yang teroksida dalam: electrolysis of solution X / elektrolisis larutan X : Hydroxide ion / Ion hidroksida



(i)



(ii) electrolysis of solution Y / elektrolisis larutan Y : Chloride ion / Ion klorida

(c) State the name of the substance reduced in the: / Nyatakan nama bahan yang mengalami penurunan dalam: electrolysis of solution X / elektrolisis larutan X : Hydrogen ion / Ion hidrogen



(i)



(ii) electrolysis of solution Y / elektrolisis larutan Y : Hydrogen ion / Ion hidrogen

(d) The products collected at the anode in the electrolysis of solutions X and Y are different. Explain why. Hasil-hasil yang terkumpul pada anod dalam elektrolisis larutan X dan Y adalah berbeza. Terangkan mengapa.

(i)

Hydroxide ions, OH– are selectively discharged to form hydroxide ions, OH is lower than –

chloride ion, Cl

–

oxygen and water

in solution X. This is because

in the discharge series of anion.

Ion hidroksida, OH

dipilih untuk dinyahcas dalam larutan X membebaskan oksigen dan air ion hidroksida, OH– lebih rendah berbanding ion klorida, Cl– dalam siri nyahcas anion.







(ii) The chloride ion, Cl– are selectively discharged in solution Y to form

–

. Ini kerana

chlorine gas

. This is because the

gas klorin

. Ini kerana kepekatan

concentration of chloride ions, Cl is higher than hydroxide ions, OH . –

–





Ion klorida, Cl– dipilih untuk dinyahcas dalam larutan Y untuk membebaskan

ion klorida, Cl– adalah lebih tinggi berbanding dengan kepekatan ion hidroksida, OH– .

(e) Write the half equation of the reaction that takes place at the anode for: Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas yang berlaku pada anod untuk: electrolysis of solution X / elektrolisis larutan X : 4OH–



(i)



(ii) electrolysis of solution Y / elektrolisis larutan Y : 2Cl

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 108

–

2H2O + O2 + 4e Cl2 + 2e

108

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

3

The diagram below shows the apparatus set-up for an experiment. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas bagi suatu eksperimen. V

Copper / Kuprum

Magnesium / Magnesium

Copper(II) sulphate solution Larutan kuprum(II) sulfat

Magnesium sulphate solution Larutan magnesium sulfat



Porous pot / Pasu berliang

(a) Which electrode is the negative terminal? / Elektrod yang manakah merupakan terminal negatif? Magnesium / Magnesium

(b) Write the observations at the / Tuliskan pemerhatian pada negative terminal / terminal negatif : Magnesium electrode becomes thinner. / Elektrod magnesium semakin nipis



(i)



(ii) positive terminal / terminal positif : Copper electrode becomes thicker / brown solid deposited. / Elektrod kuprum semakin tebal/pepejal perang terenap

(c) Write the half equation for the reaction that takes place at the Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas yang berlaku di negative terminal / terminal negatif : Mg

Mg2+ + 2e



(i)



(ii) positive terminal / terminal positif : Cu2+ + 2e

Cu

(d) Write the ionic equation for the reaction that takes place in the chemical cell above. Tuliskan persamaan ion bagi tindak balas yang berlaku dalam sel kimia di atas. Mg + Cu2+

Mg2+ + Cu

U N I T

(e) State the name of the substance that is reduced in the above reaction. Nyatakan bahan yang mengalami penurunan dalam tindak balas di atas. Copper(II) ion//Copper(II) sulphate / Ion kuprum(II)//kuprum(II) sulfat

3

(f) State the name of the substance that acts as a reducing agent in the above reaction. Nyatakan nama bahan yang bertindak sebagai agen penurunan dalam tindak balas di atas. Magnesium / Magnesium

(g) How will the voltmeter reading change if the magnesium electrode in the magnesium sulphate solution is replaced by zinc electrode in zinc sulphate solution? / Bagaimanakah bacaan voltmeter akan berubah jika elektrod magnesium dalam larutan magnesium sulfat digantikan dengan elektrod zink dalam larutan zink sulfat? Voltmeter reading decreases. / Bacaan voltmeter berkurang.

4

You are provided with the following materials and apparatus. / Anda dibekalkan dengan bahan dan radas berikut. Materials / Bahan : • Zinc plate, copper plate, dilute sulphuric acid, zinc sulphate solution, copper(II) sulphate solution Kepingan zink, kepingan kuprum, asid sulfurik cair, larutan zink sulfat, larutan kuprum(II) sulfat Apparatus / Radas : • Beakers, connecting wire, voltmeter, glass tube / Bikar, wayar penyambung, voltmeter, salur kaca (a) By using all the materials and apparatus provided, draw the set-up of the apparatus to produce electricity from chemical reactions. / Dengan menggunakan semua bahan dan radas yang dibekalkan, lukiskan susunan alat radas untuk menghasilkan arus elektrik daripada tindak balas kimia. e– Zinc / Zink

Salt bridge Titian garam

Zink sulfat / Zinc sulphate

Copper / Kuprum Copper(II) sulphate / Kuprum(II) sulfat

109

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 109

+

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(b) (i)

State the name of the solution that is used as a salt bridge. Nyatakan nama larutan yang digunakan sebagai titian garam. Dilute sulphuric acid / Asid sulfurik cair



(ii) What is the function of the salt bridge? / Apakah fungsi titian garam? To allow the flow of ions so that the electric circuit is complete. Untuk membenarkan pengaliran ion-ion supaya litar adalah lengkap.

(c)

Label on the set-up apparatus with the following: / Labelkan yang berikut pada susunan alat radas: (i) Negative terminal / Terminal negatif (ii) Positive terminal / Terminal positif (iii) The direction of electron flow / Arah aliran elektron

(d) Write the half equation for the reaction that occurs in: / Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas yang berlaku di: Negative terminal / Terminal negatif : Zn

Zn2+ + 2e



(i)



(ii) Positive terminal / Terminal positif : Cu2+ + 2e

Cu

(e) State the name of the substance oxidised in the above reaction. Nyatakan nama bahan yang teroksida dalam tindak balas di atas. Zinc / Zink

(f) State the name of the substance that acts as an oxidising agent in the above reaction. Nyatakan nama bahan yang bertindak sebagai agen pengoksidaan dalam tindak balas di atas. Copper(II) ion//Copper(II) sulphate / Ion kuprum(II)//Kuprum(II) sulfat

U N I T

3

Redox Reaction in Corrosion of Metal/Rusting of Iron Tindak balas Redoks dalam Kakisan Logam/Pengaratan Besi 1

oxidation Corrosion of metal is a redox reaction in which a metal undergoes spontaneously to its ion by losing electrons to form metal ion. Kakisan logam ialah tindak balas redoks di mana logam mengalami pengoksidaan secara spontan kepada ion-ionnya dengan melepaskan elektron untuk membentuk ion logam.



Example: / Contoh: 2+ (a) Corrosion of magnesium / Kakisan magnesium : Mg → Mg + 2e 2+ (b) Corrosion of zinc / Kakisan zink : Zn → Zn + 2e 2+ (c) Corrosion of iron / Kakisan besi : Fe → Fe + 2e

2

When metal corrodes, it usually forms a metal oxide coating. Apabila logam terkakis, ia biasanya membentuk lapisan oksida logam.



Example: / Contoh: (a) Aluminium oxide is not porous and firmly coated the metal. Aluminium oxide will protect the aluminium underneath from further corrosion. This further explain the resistance of aluminium to corrosion even though it is higher in the electrochemical series (electropositive metal). Aluminium oksida adalah tidak poros dan menyaduri logam tersebut dengan kukuh. Aluminium oksida akan melindungi aluminium di bawahnya daripada terus terkakis. Ini menerangkan ketahanan aluminium terhadap kakisan walaupun ia berada kedudukan tinggi dalam siri elektrokimia (logam elektropositif). (b) Other metals with similar property are zinc, lead, nickel and chromium. Logam lain yang mempunyai sifat yang sama adalah zink, plumbum, nikel dan kromium.

3

Rusting of iron is corrosion of iron. Rusting of iron takes place when iron corrodes in the presence of water and oxygen . It is a redox reaction whereby oxygen acts as an oxidising agent while iron acts as a reducing agent. Pengaratan besi ialah kakisan besi. Pengaratan besi berlaku apabila besi terkakis dalam kehadiran air dan oksigen . Ia adalah tindak balas redoks di mana oksigen bertindak sebagai agen pengoksidaan sementara besi bertindak sebagai agen penurunan.



© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 110

110

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

4

Mechanism of rusting of iron / Mekanisme pengaratan besi (a) When iron is in contact with water, a simple chemical cell is formed. The surface of water droplet exposed to the air has a tendency to gain electrons. The diagram below shows the reactions involved in the formation of rust. Apabila besi bersentuhan dengan air, sel kimia ringkas terbentuk. Permukaan air yang terdedah kepada udara cenderung untuk menerima elektron. Rajah di bawah menunjukkan tindak balas yang terlibat dalam pembentukan karat. O2

Fe2O3· X H2O ( rust / karat )

Fe2O3· X H2O ( rust / karat ) Water droplet / Titisan air

O2

Fe2+

B

Fe2+

Cathode (positive terminal) Katod (terminal positif) O2(g/g) + 2H2O + 4e → 4OH–

O2

B

Cathode (positive terminal) Katod (terminal positif) O2(g/g) + 2H2O + 4e → 4OH–

A Anode (negative terminal) Anod (terminal negatif) Fe(s/p) → Fe2+(aq/ak) + 2e

Iron / Besi

(b) The surface of iron at A with lower concentration of oxygen becomes an which oxidation occurs. Iron atom

loses

electrons and is

oxidised

anode

(negative terminal), the electrode at

to form iron(II) ion, Fe2+:

anod Permukaan ferum pada A dengan kepekatan oksigen yang lebih rendah menjadi (terminal negatif), elektrod di mana pengoksidaan berlaku. Atom ferum, Fe melepaskan elektron dan mengalami pengoksidaan untuk membentuk ion

ferum(II), Fe2+: Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan : Fe(s/p)

Fe2+(aq/ak) + 2e

(c) The electrons flow through iron to the edge of the water droplet at B, where the concentration of oxygen here is higher . The iron surface at B becomes cathode (positive terminal), the electrode at which reduction occurs. Oxygen molecule, O2 gains electrons and is

reduced

to form hydroxide ions, OH–.

U N I T

3

Elektron mengalir melalui ferum kepada hujung titisan air di B, di mana kepekatan oksigen di situ adalah lebih tinggi . katod Permukaan ferum di B menjadi (terminal positif), elektrod di mana penurunan berlaku. Oksigen molekul, O2 menerima elektron dan mengalami penurunan untuk membentuk ion hidroksida, OH–.



Reduction half equation / Persamaan setengah penurunan : O2(g/g) + 2H2O(l/ce) + 4e

4OH–(aq/ak)

(d) The iron(II) ion, Fe2+ produced combines with hydroxide ions, OH– to form iron(II) hydroxide. Ion ferum(II), Fe2+ yang dihasilkan bergabung dengan ion hidroksida, OH– untuk membentuk ferum(II) hidroksida. Fe2+(aq/ak) + 2OH–(aq/ak)

Fe(OH)2(s/p)

(e) Iron(II) ion, Fe2+ is green but rust is brown because iron(II) hydroxide, Fe(OH)2 undergoes further oxidation by oxygen to form hydrated iron(III) oxide, Fe2O3. xH2O (rust). x is an integer whereby the value varies. Ion ferum(II), Fe2+ berwarna hijau tetapi karat berwarna perang kerana ferum(II) hidroksida, Fe(OH)2 melalui pengoksidaan oleh oksigen untuk membentuk ferum(III) oksida terhidrat, Fe2O3. xH2O (karat). x ialah integer yang mempunyai pelbagai nilai.



2Fe(OH)2(s/p)

Oxidation Pengoksidaan O2

Fe2O3. xH2O(s/p)

(f) Rust is brittle, porous and not tightly packed. Thus, water and oxygen can penetrate the metal underneath. Iron will undergo continuous corrosion. Karat adalah rapuh, poros dan tidak melekat dengan kuat. Oleh itu air dan oksigen boleh meresap kepada logam besi yang berada di bawahnya. Besi akan mengalami pengaratan yang berterusan.

111

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 111

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

5



6

acid salt Rusting of iron occurs faster in the presence of or because when these substances dissolve in water, the solutions become better electrolyte . An electrolyte will increase the electrical conductivity of water. Iron structures at coastal and industrial areas rust faster because of: asid Pengaratan besi berlaku dengan lebih cepat dalam kehadiran atau garam kerana apabila bahan-bahan ini melarut dalam air, larutan menjadi elektrolit yang lebih baik. Elektrolit akan meningkatkan kekonduksian arus elektrik bagi air. Struktur besi di persisiran pantai dan kawasan perindustrian berkarat dengan lebih cepat kerana: (i) the presence of salt in the coastal breeze kehadiran garam dalam bayu laut (ii) the presence of acidic gases in industrial area such as sulphur dioxide, SO2 and nitrogen dioxide, NO2. kehadiran gas berasid di kawasan perindustrian seperti sulfur dioksida, SO2 dan nitrogen dioksida, NO2.

Controlling metal corrosion Mengawal kakisan logam (a) Metal corrosion can be controlled using other metal: Kakisan logam boleh dikawal dengan menggunakan logam lain: Iron does not corrode if it is in contact with Mg, Al and Zn Besi tidak terkakis apabila ia bersentuhan dengan Mg, Al dan Zn

Iron corrodes if it is in contact with Sn, Pb and Cu Besi terkakis jika ia bersentuhan dengan Sn, Pb dan Cu

K  Na  Ca  Mg  Al  Zn   Fe   Sn   Pb   Cu   Ag Ease of releasing electron

increases

Kesenangan untuk melepaskan elektron

U N I T

3

(more electropositive) meningkat

(lebih elektropositif)

(b) When iron is in contact with more electropositive metal for example zinc, rusting of iron is prevented . Zinc atom, Zn releases electrons to form zinc iron, Zn2+. Zinc corrodes or undergoes oxidation instead of iron. Apabila besi bersentuhan dengan logam yang lebih elektropositif seperti zink, pengaratan besi terhalang . Atom zink, Zn melepaskan elektron dengan lebih mudah berbanding besi. Zink terkakis atau mengalami pengoksidaan , bukannya besi. Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan : Zn(s/p)

Zn2+(aq/ak) + 2e

The electrons that are released flow through the iron to the metal surface where there is water and oxygen. Elektron yang dibebaskan mengalir melalui besi kepada permukaan logam di mana terdapatnya air dan oksigen. Reduction half equation / Persamaan setengah penurunan : O2(g/g) + 2H2O(l/ce) + 4e

4OH–(aq/ak)

(c) When iron is in contact with less electropositive metal for example lead, rusting of iron is faster . Iron atom, Fe loses electrons to form iron(II) ion, Fe2+. Hence, iron corrodes/rusts or undergoes oxidation instead of lead. Apabila besi bersentuhan dengan logam yang kurang elektropositif seperti plumbum, pengaratan besi menjadi lebih cepat . Atom ferum kehilangan elektron membentuk ion ferum(II), Fe2+. Maka, besi terkakis/berkarat atau teroksida , bukannya plumbum. Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan : Fe(s/p)

Fe2+(aq/ak) + 2e

(d) The further apart the metals in the electrochemical series are, the faster the more electropositive metal corrodes. Semakin jauh dua logam dalam siri elektrokimia, semakin cepat logam yang lebih elektropositif terkakis.

Example / Contoh : A piece of iron, Fe which is in contact with copper, Cu rusts faster than the iron, Fe in contact with tin, Sn. Sekeping besi, Fe yang bersentuhan dengan kuprum, Cu berkarat dengan lebih cepat berbanding besi, Fe yang bersentuhan dengan timah, Sn.

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 112

112

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

(e) Example of experiment: / Contoh eksperimen: The diagram below shows the apparatus set-up of an experiment to investigate the effect of metal magnesium and copper in contact with the rusting of ion nail. The observation of experiment is recorded after two days. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas bagi eksperimen untuk mengkaji kesan sentuhan logam magnesium dan kuprum ke atas pengaratan paku besi. Pemerhatian eksperimen direkod selepas dua hari. Experiment Eksperimen

Observation after two days Pemerhatian selepas dua hari High intensity of pink colouration Keamatan warna merah jambu yang tinggi

Remark / Catatan

Inference / Inferens : 1 Pink colour shows the presence of hydroxide ion, OH–. Warna merah jambu menunjukkan kehadiran ion hidroksida,OH–. 2 No blue spots. No iron(II) ions, Fe2+ present. Tiada tompok biru. Tiada ion ferum(II), Fe2+ hadir. does not rust tidak berkarat 3 Iron / Besi . Explanation / Penerangan : 1 Magnesium is more electropositive than iron. Magnesium adalah lebih elektropositif daripada besi. 2 Magnesium atom releases electrons to form magnesium ion, Mg2+. Atom magnesium melepaskan elektron untuk membentuk ion magnesium, Mg2+. 3 Magnesium undergoes oxidation or corrodes instead of iron. Magnesium yang mengalami pengoksidaan atau terkakis dan bukannya besi. 4 Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan: Mg → Mg2+ + 2e 5 Electrons flow to the surface of iron. Elektron mengalir ke permukaan besi. 6 Water and oxygen molecules receive electrons to form hydroxide ions, OH–. Molekul air dan oksigen menerima elektron untuk membentuk ion hidroksida, OH–.

Hot jelly solution + potassium hexacyanoferrate(III) + phenolphthalein Larutan agar-agar panas + kalium hesaksianoferat(III) + fenolftalein Iron nail + magnesium Paku besi + magnesium

7 Reduction half equation / Persamaan setengah penurunan : H2O + O2 + 4e → 4OH– High intensity of blue colouration Keamatan warna biru yang tinggi. Hot jelly solution + potassium hexacyanoferrate(III) + phenolphthalein Larutan agar-agar panas + kalium hesaksianoferat(III) + fenolftalein Iron nail + copper Paku besi + kuprum

7

U N I T

3

Inference / Inferens : 1 High intensity of blue colouration shows the presence of iron(II) ions, Fe2+. Keamatan warna biru yang tinggi menunjukkan kehadiran ion ferum(II), Fe2+. rusts 2 Iron / Besi berkarat Explanation / Penerangan : 1 Iron is more electropositive than copper. Besi adalah lebih elektropositif daripada kuprum. atom 2 Iron releases electrons to form iron(II) ion, Fe2+. Atom ferum melepaskan elektron untuk membentuk ion ferum(II), Fe2+. 3 Iron undergoes oxidation or rusts instead of copper. Besi mengalami pengoksidaan atau berkarat dan bukannya kuprum. 4 Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan: Fe → Fe2+ + 2e

Methods to prevent rusting / Kaedah-kaedah untuk menghalang pengaratan (a) To prevent rusting, iron must be prevented from contacting with oxygen from the air and water. Untuk menghalang pengaratan, besi mesti dihalang daripada bersentuhan dengan oksigen daripada udara dan air. (b) The common methods to prevent rusting of iron: Kaedah yang biasa digunakan untuk menghalang pengaratan ferum adalah: (i) Alloying. Stainless steel is an alloy, made up of iron, nickel and chromium. Pengaloian. Keluli tahan karat adalah aloi yang terdiri daripada ferum, nikel dan kromium.

113

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 113

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5



(ii) (iii)

Using protective coating for example greasing, using paints, electroplating and galvanising. Menggunakan lapisan pelindung, contohnya dengan menggunakan gris, cat, penyaduran elektrik dan penggalvanian. Sacrificial protection. Iron is attached to a more electropositive metal such as zinc or magnesium. Perlindungan korban. Besi diikat dengan logam yang lebih elektropositif seperti zink atau magnesium. Example / Contoh : • Zinc bars are fixed to the part of ship that submerged in water. Zinc bars need to be replaced after a certain period of time because they corrode, instead of iron. / Rod zink disambungkan kepada bahagian kapal yang tenggelam dalam air. Rod zink perlu digantikan selepas masa yang tertentu kerana ia terkakis, sebagai ganti kepada besi. • Underground pipelines are attached to blocks of magnesium or bags of magnesium scrap. Magnesium bars need to be replaced after a certain period of time because they corrode, instead of iron. Paip di bawah tanah dipasangkan dengan blok magnesium atau beg-beg yang diletakkan kepingan-kepingan magnesium. Magnesium perlu digantikan selepas masa yang tertentu kerana ia mengalami kakisan, menggantikan besi.

Exercise / Latihan 1

The diagram below shows the set-up of apparatus to study the effect of other metals on the rusting of iron nails. / Rajah di bawah menunjukkan susunan alat radas yang digunakan untuk mengkaji kesan logam-logam lain ke atas pengaratan paku besi. Jelly + phenolphthalein + potassium hexacyanoferrate(III) solution Agar-agar + fenolftalein + larutan kalium heksasianoferat(III)

U N I T

3

Magnesium + iron nail Magnesium + paku besi

Zinc + iron nail Zink + paku besi

Iron nail Paku besi

Copper + iron nail Kuprum + paku besi





P

Q R

S

(a) What is the function of / Apakah fungsi (i) phenolphthalein / fenolftalein ? To detect the presence of hydroxide ion, OH– / Untuk mengesan kehadiran ion hidroksida, OH–



(ii) potassium hexacyanoferrate(III) solution / larutan kalium heksasianoferat(III) ? To detect the presence of iron(II) ion, Fe2+ / Untuk mengesan kehadiran ion ferum(II), Fe2+

(b) State your observation for each test tube P, Q, R and S after one day. Nyatakan pemerhatian anda bagi setiap tabung uji P, Q, R dan S selepas satu hari. (i) Test tube / Tabung uji P : Low intensity of pink colouration around the iron nail. / Keamatan warna merah jambu yang rendah di sekeliling paku besi



(ii) Test tube / Tabung uji Q :



(iii) Test tube / Tabung uji R :

High intensity of pink colouration around the iron nail./ Keamatan warna merah jambu yang tinggi di sekeliling paku besi. Low intensity of blue colouration around the iron nail. / Keamatan warna biru yang rendah di sekeliling paku besi.



(iv) Test tube / Tabung uji S : High intensity of blue colouration around the iron nail. / Keamatan warna biru yang tinggi di sekeliling paku besi.

(c) Based on the observations, / Berdasarkan pemerhatian, (i) state the metals that can prevent the rusting of iron. / nyatakan logam-logam yang boleh menghalang pengaratan besi. Zinc and Magnesium / Zink dan Magnesium



(ii) state the metal that can accelerate the rusting of iron. / nyatakan logam yang boleh mempercepatkan pengaratan besi. Copper / Kuprum

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 114

114

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

(d) (i)

State the type of reaction that takes place when iron rusts. Nyatakan jenis tindak balas yang berlaku apabila besi berkarat. Oxidation / Pengoksidaan



(ii) Write the half equation for the reaction in (d)(i). / Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas di (d)(i). Fe

Fe2+ + 2e

(e) What is the purpose of test tube R in this experiment? / Apakah fungsi tabung uji R dalam eksperimen ini? As a control experiment. / Eksperimen kawalan

2

The diagram below shows three iron nails that are coiled with tin, metal Y and metal Z respectively and placed in three different beakers. / Rajah di bawah menunjukkan tiga batang paku besi yang masing-masing dililit dengan timah, logam Y dan logam Z dan diletakkan ke dalam tiga buah bikar yang berbeza. Observation after a few days Pemerhatian selepas beberapa hari

Beaker / Bikar Jelly + phenolphthalein + potassium hexacyanoferrate(III) solution Agar-agar + fenolftalein + larutan kalium heksasianoferat(III)

Iron nail + tin Paku besi + timah



Low intensity of blue spots around the iron nail. Keamatan tompok biru yang rendah di sekeliling paku besi.

A Jelly + phenolphthalein + potassium hexacyanoferrate(III) solution Agar-agar + fenolftalein + larutan kalium heksasianoferat(III)

Iron nail + Y Paku besi + Y



Low intensity of pink spots around the iron. Keamatan tompok merah jambu yang rendah di sekeliling paku besi.

B Jelly + phenolphthalein + potassium hexacyanoferrate(III) solution Agar-agar + fenolftalein + larutan kalium heksasianoferat(III)

Iron nail + Z Paku besi + Z



U N I T

High intensity of blue spots around the iron nail. Keamatan tompok biru yang tinggi di sekeliling paku besi.

3

C

(a) (i)

State the name of the ions that give blue spots in beakers A and C. Nyatakan nama ion yang memberi warna biru tompok dalam bikar A dan C.  Iron(II) ion / Ion ferum(II)



(ii) Write half equation to represent the the formation of ion in (a)(i). Tulis persamaan setengah untuk menunjukkan pembentukan ion dalam (a)(i). Fe(s/p)

(b) (i)

Fe2+(aq/ak) + 2e

Name the ions that give pink spots in beaker B. / Namakan ion yang memberi tompok merah jambu dalam bikar B. Hydroxide ion / Ion hidroksida



(ii) Write half equation to represent the formation of ion in (b)(i). Tuliskan persamaan setengah yang mewakili pembentukan ion di (b)(i). 2H2O + O2 + 4e– → 4OH–

(c) Suggest one possible metal for / Cadangkan satu logam yang mungkin untuk

Y: Magnesium//Zinc / Magnesium//Zink



Z: Copper//silver / Kuprum//argentum

(d) For the chemical changes that takes place in beaker B, write the oxidation half equation. Bagi perubahan kimia yang berlaku dalam bikar B, tuliskan persamaan setengah pengoksidaan. Mg → Mg2+ + 2e // Zn → Zn2+ + 2e (e) Based on the observations, arrange the metals tin, iron, Y and Z in an ascending order of their electropositivity. Berdasarkan pemerhatian, susunkan logam timah, ferum, Y dan Z secara meningkat mengikut keelektropositifannya. Z, Sn, Fe, Y

115

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 115

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(f) In which beaker the iron nail does not rust? Explain your answer. Dalam bikar manakah paku besi tidak berkarat? Terangkan jawapan anda. Beaker B. The pink spots show the presence of OH– ions. Atom Y releases electrons to form Y2+ ion because Y is more electropositive than Fe. The electrons flow to the surface of iron and accepted by oxygen and water molecules to form hydroxide ions, OH–. / Bikar B. Tompokan merah jambu menunjukkan kehadiran ion hidroksida. Atom Y melepaskan elektron membentuk ion Y2+ kerana Y lebih elektropositif dari besi. Elektron mengalir ke permukaan ferum dan diterima oleh molekul oksigen dan air untuk membentuk ion hidroksida, OH–

(g) In which beaker the iron nail will rust? Explain your answer. Dalam bikar manakah paku besi berkarat? Terangkan jawapan anda. Beakers A and C. Blue spots show the present of iron(II) ions, Fe2+. Iron atom releases electrons and is oxidised to iron(II) ion, Fe2+ because iron is more electropositive than metal Z and tin. / Bikar A dan C. Tompokan biru menunjukkan kehadiran ion ferum(II), Fe2+. Atom ferum melepaskan elektron dan dioksidakan kepada ion Fe2+ kerana ferum lebih elektropositif dari logam Z dan timah.

Redox Reaction in Displacement of Halogen from its Halide Solution Tindak Balas Redoks dalam Penyesaran Halogen daripada Larutan Halidanya 1

U N I T

3

Reactivity series of halogen and halide: / Siri kereaktifan halogen dan halida: • Size of a halogen atom decreases. / Saiz atom halogen berkurang.

HALOGEN HALOGEN

HALIDE HALIDA

• The tendency for a halogen, X2 to receive electrons and become halide, X– increases. / Kecenderungan halogen, X2 untuk menerima elektron dan menjadi halida, X– meningkat.

Chlorine molecule: Molekul klorin: Cl2 (Chlorine water) (Air klorin)

Chloride ion: Ion klorida: Cl– (Potassium chloride solution / Larutan kalium klorida)

oxidising • Chlorine is the strongest agent follows by bromine. / Klorin adalah agen pengoksidaan paling kuat diikuti oleh bromin.

Bromine molecule: Molekul bromin: Br2 (Bromine water) (Air bromin)

Bromide ion: Ion bromida: Br– (Potassium bromide solution / Larutan kalium bromida)

Iodine molecule: Molekul iodin: I2 (Iodine water) (Air iodin)

Iodide ion: / Ion iodida: I– (Potassium iodide solution / Larutan kalium iodida)

• Iodine is the weakest oxidising agent. Iodin adalah agen pengoksidaan paling lemah.

2

The more electronegative halogen



displaces

Halogen

can attract

electrons

• Iodide ion, I – is the strongest reducing agent follows by bromide ion, Br –. / Ion iodida, I– adalah agen penurunan paling kuat diikuti oleh ion bromida, Br –. • Chloride ion, Cl– is the weakest reducing agent. / Ion klorida, penurunan Cl– adalah agen yang paling lemah.

from halides that are less electronegative. More electronegative

less electronegative halogen from its halide solution.

yang lebih elektronegatif boleh menarik

lebih elektronegatif 3

halogen

• The tendency for a halide, Y– to release electron to become halogen, Y2 increases. Kecenderungan halida, Y– untuk melepaskan elektron untuk menjadi halogen, Y2 meningkat.

menyesarkan

elektron

daripada halida yang kurang elektronegatif, halogen yang

halogen yang kurang elektronegatif daripada larutan halidanya.

More electronegative halogen gains electrons and acts as an oxidising agent. By doing so, the more electronegative halogen undergoes reduction to form halide ions. / Halogen yang lebih elektronegatif menerima elektron dan bertindak sebagai agen pengoksidaan . Dengan ini, halogen yang lebih elektronegatif mengalami penurunan untuk membentuk ion halida. X2 + 2e

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 116

2X–, X2 represents more electronegative halogen / mewakili halogen yang lebih elektronegatif (Example: Chlorine, Cl2 and bromine, Br2) / (Contoh: Klorin,Cl2 dan bromin, Br2)

116

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

4

The halide ions of the less electronegative halogen lose their electrons and acts as a reducing agent. By doing so, the halides undergo oxidation to form halogen molecule. Ion halida bagi halogen yang kurang elektronegatif melepaskan elektronnya dan bertindak sebagai agen penurunan. Dengan ini, ion halida yang kurang elektronegatif mengalami pengoksidaan untuk membentuk molekul halogen. 2Y– Y2 + 2e, Y– represents halide ion of the less electronegative halogen / mewakili ion halida bagi halogen yang kurang elektronegatif (Example: bromide, Br– and iodide, I–) / (Contoh: bromida, Br– dan iodida, I–)

5

Determine whether the following reactions will occur. If the reaction occurs, mark ‘3’ and if not, mark ‘7’. Tentukan sama ada tindak balas yang berikut akan berlaku. Jika tindak balas berlaku, tandakan ‘3’ dan jika tdak, tandakan ‘7’. (a) Bromine, Br2 + Potassium chloride, KCl / Bromin, Br2 + Kalium klorida, KCl ( 7 ) (b) Chlorine, Cl2 + Potassium bromide, KBr / Klorin, Cl2 + Kalium bromida, KBr ( 3 ) (c) Bromine, Br2 + Potassium iodide, KI / Bromin, Br2 + Kalium iodida, KI ( 3 ) (d) Chlorine, Cl2 + Potassium iodide, KI / Klorin, Cl2 + Kalium iodida, KI ( 3 ) (e) Iodine, I2 + Potassium bromide, KBr / Iodin, I2 + Kalium bromida, KBr ( 7 ) (f) Iodine, I2 + Potassium chloride, KCl / Iodin, I2 + Kalium klorida, KCl ( 7 )

6

Example of experiment: / Contoh eksperimen: Displacement of iodine by chlorine from potassium iodide solution: Penyesaran iodin oleh klorin dari larutan kalium iodida: (a) Procedure: / Prosedur: (i) Pour about 2 cm3 of potassium iodide solution into a test tube. Masukkan 2 cm3 larutan kalium iodida ke dalam tabung uji. (ii) Add a few drops of chlorine water until no further changes are observed. Tambah beberapa titis air klorin sehingga tiada perubahan dapat dilihat. (iii) The mixture is shaken and warmed gently. Campuran digoncang dan dipanaskan dengan perlahan. (iv) Starch solution is added drop by drop until no changes observed and the changes are recorded. Larutan kanji ditambah titis demi titis hingga tiada perubahan dapat diperhatikan dan pemerhatian dicatatkan. (b) Observation and inference: / Pemerhatian dan inferens: Observation / Pemerhatian (i) The colourless potassium iodide solution turns Larutan tidak berwarna kalium iodida menjadi

Chlorine water Air klorin

Potassium iodide solution / Larutan kalium iodida

brown perang

.

(i)

.

Iodine

is formed. /

Iodin

terbentuk.

(ii) The dark blue precipitate formed when added with starch iodine solution confirms the presence of . biru Mendakan terbentuk apabila larutan kanji iodin . ditambah mengesahkan kehadiran

(c)

Conclusion: / Kesimpulan: 2C1– + I2 (i) Ionic equation / Persamaan ion : C12 + 2I– Chlorine iodine potassium iodide solution . has displaced from iodin larutan kalium iodida Klorin telah menyesarkan daripada



(ii) Iodide ions, I lose electrons to form iodine molecule, I2. Iodide ions undergo oxidation . Ion iodida, I– melepaskan elektron untuk membentuk molekul iodin, I2. Ion iodida mengalami pengoksidaan . Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan : 2I– → I2 + 2e (iii) Chlorine molecule, Cl2 gains electron to form chloride ions. Cl–. Chlorine molecule undergoes reduction . Molekul klorin, Cl2 menerima elektron untuk membentuk ion klorida. Cl–. Klorin mengalami penurunan .

.

–

Reduction

penurunan

: C12 + 2e–

2C1–



(iv)



(v) Iodide ion has reduced chlorine molecule, Cl2. Iodide ion is a reducing agent. Chlorine molecule, Cl2 has oxidised iodide ions. Chlorine is an oxidising agent. Ion iodida telah menurunkan molekul klorin, Cl2. Ion iodida ialah agen penurunan . Klorin, Cl2 telah mengoksidakan ion iodida. Klorin ialah agen pengoksidaan .



3

Inference / Inferens

(ii) When a few drops of starch solution are added, the solution brown changes colour from to dark blue . Apabila beberapa titis larutan kanji ditambah, larutan bertukar dari perang kepada biru tua .



U N I T

half equation / Persamaan setengah

117

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 117

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

7

Colour of halogen cannot be differentiated in aqueous solution, especially bromine and iodine. The presence of halogens is confirmed by using 1, 1, 1-trichloroethane, CH3CCl3. / Warna halogen dalam larutan akueus tidak dapat dibezakan, terutamanya bromin dan iodin. Kehadiran halogen disahkan dengan menggunakan 1, 1, 1-trikloroetana, CH3CCl3. Halogen Halogen

8

Colour in aqueous solution / Warna dalam larutan akueus

Colour in 1, 1, 1-trichloroethane, CH3CCl3 Warna dalam 1, 1, 1-trikloroetana, CH3CCl3

Chlorine, Cl2 Klorin, Cl2

Pale yellow or colourless Kuning pucat atau tanpa warna

Pale yellow or colourless Kuning pucat atau tanpa warna

Bromine, Br2 Bromin, Br2

Brown / yellowish brown / yellow (depending on concentration) Perang / perang kekuningan / kuning (bergantung pada kepekatan)

Brown / yellowish brown / yellow (depending on concentration) Perang / perang kekuningan / kuning (bergantung pada kepekatan)

Iodine, I2 Iodin, I2

Brown / yellowish brown / yellow (depending on concentration) Perang / perang kekuningan / kuning (bergantung pada kepekatan)

Purple / Ungu

Two layers are formed when an aqueous solution of halogen is mixed with 1,1,1-trichloroethane. The denser 1,1,1-trichloroethane will be at the bottom and less dense aqueous solution will be at the top. Dua lapisan terbentuk apabila larutan akueus halogen dicampurkan dengan 1,1,1-trikloroetana. 1,1,1-trikloroetana yang lebih tumpat akan berada di bawah dan larutan akueus yang kurang tumpat berada di atas.

Exercise / Latihan

U N I T

3

1 The diagram below shows bromine water is added to potassium iodide solution until no further change. / Rajah di bawah menunjukkan air bromin ditambahkan kepada larutan kalium iodida sehingga tiada lagi perubahan.

1,1,1-trichloroethane, CH3CCl3 is then added to the test tube and the mixture is shaken well. 1,1,1-trikloroetana, CH3CCl3 kemudiannya ditambah ke dalam tabung uji dan campuran tersebut digoncangkan. (a) (i)

State the colour of the 1,1,1-trichloroethane layer after being shaken. Nyatakan warna lapisan 1,1,1-trikloroetana selepas digoncangkan. Purple / Ungu



Bromine water Air bromin

Potassium iodide solution Larutan kalium iodida

(ii) State the name of product formed in the reaction that causes the colour change. Nyatakan nama hasil yang terbentuk dalam tindak balas yang menyebabkan perubahan warna. Iodine / Iodin



(iii) Write half equation for the reaction. / Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas tersebut. 2I– → I2 + 2e

(b) (i)

What is the function of bromine water in the reaction? / Apakah fungsi air bromin dalam tindak balas? An oxidising agent / Agen pengoksidaan



(ii) Write half equation for the reaction. / Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas tersebut. Br2 + 2e → 2Br–

– – (c) Write the ionic equation for the reaction. / Tuliskan persamaan ion bagi tindak balas tersebut. Br2 + 2I → 2Br + I2

(d) State the change in oxidation number of / Nyatakan perubahan dalam nombor pengoksidaan bagi bromine in bromine water / bromin dalam air bromin : 0 to –1 / 0 kepada –1



(i)



(ii) iodine in potassium iodide / iodin dalam kalium iodida : –1 to 0 / –1 kepada 0

(e) Suggest other halogen that can replace bromine water so that iodine is also formed. / Cadangkan halogen lain yang boleh menggantikan air bromin supaya iodin juga terbentuk. Chlorine / Klorin

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 118

118

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

Redox Reaction in the Change of Fe → Fe and Fe → Fe Tindak Balas Redoks dalam Perubahan Fe2+ → Fe3+ dan Fe3+ → Fe2+ 2+

1

3+

3+

2+

Changing of iron(II) ion, Fe2+ to iron(III) ion, Fe3+ / Mengubah ion ferum(II), Fe2+ kepada ion ferum(III), Fe3+ : (a) Procedure / Prosedur : (i) About 2 cm3 of iron(II) sulphate solution is poured in a test tube. Masukkan 2 cm3 larutan ferum(II) sulfat ke dalam tabung uji. Bromine water Air bromin (ii) Using a dropper, bromine water is added drop by drop to the solution until no further changes are observed. / Menggunakan penitis, air bromin ditambahkan titik demi titik ke dalam larutan sehingga tiada perubahan yang dapat diperhatikan. (iii) The mixture is shaken and warmed gently. Campuran tersebut digoncang dan dipanaskan perlahan-lahan. (iv) Sodium hydroxide solution is added slowly until excess and the changes are recorded. Iron(II) sulphate solution Larutan natrium hidroksida ditambahkan perlahan-lahan sehingga berlebihan dan Larutan ferum(II) sulfat semua perubahan direkodkan. (b) Observation and inference: / Pemerhatian dan inferens: Observation / Pemerhatian

Inference / Inferens

brown . (i) Iron(II) ions Fe2+ has changed to iron(III) ion, Fe3+ . (i) Iron(II) solution changes colour from pale green to 3+ Larutan ferum(II) berubah warna daripada hijau pucat kepada Ion ferum(II), Fe2+ telah bertukar kepada ion ferum(III), Fe . perang . brown precipitate formed when tested with (ii) When sodium hydroxide solution is added to the solution until (ii) The brown excess, a precipitate is formed. It is insoluble in sodium hydroxide solution confirms the presence of iron(III) ion, Fe3+ . excess sodium hydroxide solution. Apabila larutan natrium hidroksida ditambahkan kepada larutan Warna mendakan perang yang terbentuk apabila diuji perang tersebut sehingga berlebihan, mendakan terbentuk. dengan larutan natrium hidroksida mengesahkan kehadiran ion ferum(III) . Ia tak larut dalam larutan natrium hidroksida berlebihan.

(c) Conclusion: / Kesimpulan:

(i)

Iron(II) ion, Fe2+ undergoes





Ion ferum(II), Fe

2+

oxidation

by

losing

its electron to form

iron(III) ion, Fe3+

.

melepaskan elektronnya dan mengalami pengoksidaan untuk membentuk ion ferum(III), Fe3+ .

Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan : Fe2+ → Fe3+ + e

3





(ii) Bromine molecule undergoes reduction by gaining electrons to form bromide ion, Br– . Molekul bromin menerima elektron dan mengalami penurunan untuk membentuk ion bromida, Br– . Reduction half equation / Persamaan setengah penurunan : Br2 + 2e → 2Br–



(iii) Bromine have oxidised iron(II) ion, Fe2+. Bromine is an oxidising agent. Iron(II) ion, Fe2+ has reduced bromine molecule. Iron(II) ion, Fe2+ is a reducing agent. Bromin telah mengoksidakan ion ferum(II), Fe2+ kepada ion ferum(III). Bromin yang ditambah adalah agen pengoksidaan . Ion ferum(II), Fe2+ telah menurunkan molekul bromin kepada ion bromida, Br–. Ion ferum(II) ialah agen penurunan . Ionic equation / Persamaan ion : Br2 + 2Fe2+ → 2Fe3+ + 2Br–



U N I T

(d) Other oxidasing agents that can replace bromine water to change iron(II) ion, Fe2+ to iron(III) ion, Fe3+ are: Agen pengoksidaan lain yang boleh menggantikan air bromin untuk mengubah ion ferum(II), Fe2+ kepada ion ferum(III), Fe3+ adalah: Oxidising agent / Agen pengoksidaan

Half equation for reduction / Persamaan setengah penurunan

Chlorine water / Air klorin

Cl2 + 2e → 2Cl–

Acidified potassium manganate(VII) solution Larutan kalium manganat(VII) berasid

MnO4– + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O

Acidified potassium dichromate(VI) solution Larutan kalium dikromat(VI) berasid

Cr2O72– + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O

119

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 119

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

2

Changing of iron(III) ion, Fe3+ to iron(II) ion, Fe2+ / Mengubah ion ferum(III), Fe3+ kepada ion ferum(II), Fe2+ (a) Procedure: / Prosedur: (i) 2 cm3 of iron(III) sulphate solution is poured in to a test tube. Masukkan 2 cm3 larutan ferum(III) sulfat ke dalam tabung uji. Excess zinc powder (ii) Half spatula of zinc powder is added into the solution. Serbuk zink berlebihan Separuh spatula serbuk zink ditambah ke dalam larutan. (iii) The mixture is shaken and warmed gently. Campuran digoncangkan dan dipanaskan perlahan-lahan. (iv) The mixture is filtered. / Campuran tersebut dituras. Iron(III) sulphate Ferum(III) sulfat (v) Sodium hydroxide solution is added to the filtrate slowly until excess and the changes are recorded. / Larutan natrium hidroksida berlebihan ditambah kepada hasil turasan perlahan-lahan sehingga berlebihan dan semua perubahan direkodkan. (b) Observation and inference: / Pemerhatian dan inferens: Observation / Pemerhatian

U N I T

3

Inference / Inferens

(i) Iron(III) solution changes colour from brown to pale green . (i) Iron(III) ions, Fe3+ has changed to iron(II) ion, Fe2+ . 2+ perang Larutan ferum(III) berubah warna daripada kepada Ion ferum(III), Fe3+ telah bertukar kepada ion ferum(II), Fe . hijau pucat . (ii) The green precipitate formed when tested with sodium (ii) Some zinc powder dissolved . 2+ hydroxide solution confirms the presence of iron(II) ion, Fe . terlarut Sedikit serbuk zink . Mendakan hijau yang terbentuk apabila diuji dengan (iii) When sodium hydroxide solution is added to the solution until larutan natrium hidroksida mengesahkan kehadiran ion green excess, a precipitate is formed. It is insoluble in ferum(II), Fe2+ . excess sodium hydroxide solution. Apabila larutan natrium hidroksida ditambahkan ke dalam larutan hijau tersebut sehingga berlebihan, mendakan terbentuk. tidak larut Ia dalam larutan natrium hidroksida berlebihan.

(c) Conclusion: / Kesimpulan: gaining

2+ electron to form iron(II) ion, Fe .



(i)

Iron (III) ion, Fe3+ undergoes reduction by





Ion ferum(III), Fe3+ mengalami penurunan dengan menerima elektron untuk membentuk ion ferum(II), Fe2+ .





Reduction half equation / Persamaan setengah penurunan :



(ii) Zinc, Zn added is a reducing agent. Zinc atom loses electrons and undergoes oxidation to form zinc ion, Zn2+. Zink, Zn yang ditambah adalah agen penurunan . Atom zink melepaskan elektron dan mengalami pengoksidaan untuk membentuk ion zink, Zn2+. Oxidation half equation / Persamaan setengah pengoksidaan :



Fe3+ + e → Fe2+



Zn → Zn2+ + 2e

(iii) Zinc has reduced iron(III) ion, Fe3+. Zinc is a reducing agent. Iron(III) ion, Fe3+ has oxidised zinc. Iron(III) ion, Fe3+ is an oxidising agent. / Zink telah menurunkan ion ferum(III), Fe3+. Zink ialah agen penurunan . Ion ferum(III), Fe3+ telah mengoksidakan zink. Ion ferum(III) ialah agen pengoksidaan . Ionic equation / Persamaan ion :

Zn + 2Fe3+ → Zn2+ + 2Fe2+

.

(d) Other reducing agents that can replace zinc to change iron(III) ion, Fe3+ to iron(II) ion, Fe2+ are Agen penurunan lain yang boleh menggantikan zink untuk mengubah ion ferum(III), Fe3+ kepada ion ferum(II), Fe2+ adalah Reducing agent / Agen penurunan

Half equation for oxidation / Persamaan setengah pengoksidaan

Magnesium, Mg Magnesium, Mg

Mg → Mg2+ + 2e

Sulphur dioxide, SO2 Sulfur dioksida, SO2

SO2 + 2H2O → SO42– + 4H+ + 2e

Hydrogen sulphide, H2S Hidrogen sulfida, H2S

H2S → 2H+ + S + 2e

Sodium sulphite solution, Na2SO3 Larutan natrium sulfit, Na2SO3

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 120

SO32– + H2O → SO42– + 2H+ + 2e

120

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

Exercise / Latihan 1

The following is an equation that represents a redox reaction. Berikut adalah satu persamaan yang mewakili suatu tindak balas redoks. H2S(g/g) + 2Fe3+(aq/ak)



2Fe2+(aq/ak) + 2H+(aq/ak) + S(s/p)

For the given redox reaction: / Bagi tindak balas redoks yang diberikan: (a) Write half equation for / Tuliskan persamaan setengah bagi + (i) oxidation: / pengoksidaan: H2S → 2H + S + 2e

3+ 2+ (ii) reduction: / penurunan: Fe + e → Fe

(b) State the name of the substance that acts as / Nyatakan nama bahan yang bertindak sebagai an oxidising agent / agen pengoksidaan : Iron(III) ion / Ion ferum(III)



(i)



(ii) a reducing agent / agen penurunan : Hydrogen sulphide / Hidrogen sulfida

(c) State the change in oxidation number of the / Nyatakan perubahan dalam nombor pengoksidaan bagi

(i)

oxidising agent / agen pengoksidaan : Oxidation number of iron in iron(III) decreases from +3 to +2 Nombor pengoksidaan ferum dalam ferum(III) berkurang dari +3 kepada +2



(ii) reducing agent / agen penurunan : Oxidation number of sulphur in hydrogen sulphide increases from –2 to 0 Nombor pengoksidaan sulfur dalam hidrogen sulfida bertambah dari –2 kepada 0.

2

The diagram below shows the set-up of apparatus to investigate the reactions that take place in test tubes X, Y and Z. Complete the following table to explain redox reactions in the three test tubes. Rajah di bawah menunjukkan susunan alat radas untuk mengkaji tindak balas yang berlaku dalam tabung uji X, Y dan Z. Lengkapkan jadual berikut untuk menghuraikan tindak balas redoks dalam ketiga-tiga tabung uji. X

Experiment Eksperimen

Y

Acidified potassium manganate(VII) solution Larutan kalium menganat(VII) berasid

Silver nitrate solution: Larutan argentum nitrat: Colourless to blue Tanpa warna kepada biru

Agen pengoksidaan Oxidising agent

Agen penurunan Reducing agent

Iron(II) sulphate solution Larutan ferum(II) sulfat

Acidified potassium manganate(VII) solution: / Laruan kalium manganat(VII) berasid: Purple to colourless

Potassium bromide solution Larutan kalium bromida

Chlorine water: / Air klorin: Greenish yellow to colourless Kuning kehijauan kepada tanpa

Ungu kepada tanpa warna

warna

deposited / Menjadi lebih nipis,

Iron(II) sulphate solution: Larutan ferum(II) sulfat: Pale green to brown

Potassium bromide solution: Larutan kalium bromida: Tanpa warna kepada perang

pepejal kelabu berkilat terenap

Hijau pucat kepada perang

Copper plate: Kepingan kuprum: Becomes thinner, shiny grey solid

Silver nitrate / Argentum nitrat

Acidified potassium manganate(VII)

Colourless to brown

Chlorine water / Air klorin

Laruran kalium manganat(VII)

Copper / Kuprum

121

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 121

3

Chlorine water Air klorin

Copper plate Kepingan kuprum

Silver nitrate solution Larutan argentum nitrat

Observation Pemerhatian

Z

U N I T

Iron(II) sulphate

Potassium bromide

Ferum(II) sulfat

Kalium bromida

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Oxidation half equation Persamaan setengah pengoksidaan

Cu → Cu2+ + 2e

Fe2+ → Fe3+ + e

2Br– → Br2 + 2e

Reduction half equation Persamaan setengah penurunan

Ag+ + e → Ag

MnO4– + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O

Cl2 + 2e → 2Cl–

Ionic equation Persamaan ion

Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag

MnO4– + 8H+ + 5Fe2+ → Mn2+ + 4H2O + 5Fe3+

Cl2 + 2Br – → Br2 + 2Cl–

Copper atoms, Cu release electrons and are oxidised to copper(II) ions, Cu2+. Silver ions, Ag+ Explain redox reaction in terms of transfer of electron Terangkan tindak balas redoks dari segi pemindahan elektron

receive

electrons and are reduced to silver atom, Ag. Atom kuprum, Cu melepaskan

Manganate(VII) ions, MnO4– receive reduced electrons and are to 2+ manganese(II) ions, Mn . Ion manganat(VII), MnO4– menerima elektron dan mengalami penurunan kepada ion mangan(II), Mn2+.

receive Chlorine molecule, Cl2 reduced electrons and are to – chloride ions, Cl . menerima Molekul klorin, Cl2 elektron dan mengalami penurunan kepada ion klorida, Cl–.

Iron(II) ions, Fe2+ is oxidised as oxidation number of iron in iron(II) ion increases from +2 to +3 . 0 to +2 . 2+ Kuprum, Cu mengalami pengoksidaan Ion ferum(II), Fe mengalami pengoksidaan kerana nombor kerana nombor pengoksidaannya pengoksidaan ferum dalam ion meningkat daripada 0 kepada +2 . ferum(II) meningkat daripada +2 kepada +3 . Silver nitrate, AgNO3 is reduced as oxidation number of silver in silver Manganate(VII) ion, MnO4– ion is nitrate decreases from +1 to 0 . reduced as oxidation number of Argentum nitrat, AgNO3 mengalami manganese in manganate(VII) ions penurunan kerana nombor decreases from +7 to +2 . pengoksidaan argentum dalam Ion manganat(VII), MnO4– mengalami argentum nitrat berkurang penurunan kerana nombor daripada +1 kepada 0 . pengoksidaan mangan dalam ion manganat(VII) berkurang daripada +7 kepada +2 .

Bromide ions, Br – is oxidised as oxidation number of bromine in bromide ions increases from –1 to 0 . teroksida Ion bromida, Br – kerana nombor pengoksidaan bromin dalam ion bromida meningkat daripada –1 kepada 0 .

elektron dan teroksida kepada ion kuprum(II), Cu . Ion argentum, Ag 2+

+

menerima elektron dan mengalami penurunan kepada atom argentum,

U N I T

Iron(II) ions, Fe2+ release electrons Bromide ions, Br – release electrons oxidised and are oxidised to iron(III) ions, and are to bromine 3+ Fe . molecule, Br2. melepaskan Ion ferum(II), Fe2+ Ion bromida, Br – melepaskan teroksida elektron dan kepada ion elektron dan teroksida kepada 3+ ferum(III), Fe . molekul bromin, Br2.

Ag. Copper, Cu is oxidised as oxidation number of copper increases from

3 Explain redox reaction in terms of change in oxidation number / Terangkan tindak balas redoks dari segi perubahan nombor pengoksidaan

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 122

Chlorine molecule, Cl2 is reduced as oxidation number of chlorine in chlorine molecule, Cl2 decreases from 0 to –1 . Molekul klorin, Cl2 mengalami penurunan kerana nombor pengoksidaan klorin dalam molekul klorin, Cl2 berkurang daripada 0 kepada –1 .

122

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

Redox Reaction in the Transfer of Electron at a Distance Tindak Balas Redoks dalam Pemindahan Elektron pada Satu Jarak 1

Transfer of electron at a distance occurs when two solutions of reducing agent and oxidising agent are separated by an electrolyte in a U-tube: Pemindahan elektron pada satu jarak berlaku apabila dua larutan yang merupakan agen penurunan dan agen pengoksidaan elektrolit dipisahkan oleh suatu dalam tiub-U:

G

Negative terminal (Anode) Terminal negatif (Anod)

+

–

Positive terminal (cathode) Terminal positif (katod)

Carbon electrode Elektrod karbon

Reducing agent (loses electron and undergoes oxidation ) Agen penurunan (kehilangan elektron dan mengalami pengoksidaan )

Oxidising agent (gains electron and undergoes reduction ) Agen pengoksidaan (menerima elektron dan mengalami penurunan )

Electrolyte Elektrolit

2

Procedure / Prosedur : (a) Fill the U-tube half-full with dilute sulphuric acid dan clamp it vertically. Isi tiub-U dengan asid sulfurik cair hingga separuh penuh dan apitkan menegak. (b) Using dropper, fill one arm of U-tube with solution of a reducing agent and the other arm of U-tube with solution of an oxidising agent. Menggunakan penitis, isikan satu lengan tiub-U dengan larutan agen penurunan dan satu lengan tiub-U lagi dengan larutan agen pengoksidaan. (c) Dip in carbon electrodes into the solutions and connect to galvanometer using connecting wire as shown in the diagram. Celup elektrod karbon dalam kedua-dua larutan dan sambungkan kepada galvanometer menggunakan wayar penyambung seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas. (d) Observe the galvanometer pointer and the colour changes of the solutions of oxidising agent and reducing agent. Perhatikan jarum galvanometer dan perubahan warna pada larutan agen pengoksidaan dan agen penurunan.

3

Redox reaction occurs as a result of electrons flow through an external circuit/connecting wire . litar luar/wayar penyambung Tindak balas redoks berlaku disebabkan oleh pengaliran elektron melalui

4

reducing Electrons flow from the agent (loses electrons) to the oxidising agent (gains electrons) through the connecting wires and can be detected by a galvanometer . Elektron mengalir dari agen penurunan (kehilangan elektron) kepada agen pengoksidaan (menerima elektron) melalui wayar penyambung dan boleh dikesan oleh galvanometer .

5

Carbon electrode that is dipped in a reducing agent is known as the negative terminal (anode). Elektrod karbon yang dicelupkan dalam agen penurunan dikenali sebagai terminal negatif (anod).

6

an oxidising Carbon electrode that is dipped in agent is known as the positive terminal (cathode). pengoksidaan Elektrod karbon yang dicelupkan dalam agen dikenali sebagai terminal positif (katod).

7

ions The electrolyte allows the movement of and completes the electric circuit. Elektrolit membenarkan pergerakan ion-ion dan melengkapkan litar elektrik.

123

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 123

U N I T

3

.

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

8

Reducing agent Agen penurunan

loses

oxidation its electron and undergoes . kehilangan elektronnya dan mengalami pengoksidaan .

(a) Examples of common substances used as reducing agents are: Contoh bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai agen penurunan adalah: Substance Bahan

Half equation for oxidation Persamaan setengah pengoksidaan

Observation / Confirmatory test Pemerhatian / Ujian pengesahan

The

colourless

brown

potassium iodide turns

. When a few

drops of starch solution are added, the solution changes colour from Potassium iodide Kalium iodida

2I– → I2 + 2e

brown Larutan

to

dark blue

tanpa warna

perang

. Apabila beberapa titik larutan kanji ditambah, larutan

berubah warna daripada

The

.

kalium iodida bertukar warna menjadi

colourless

perang

kepada

potassium bromide turns

biru tua

.

brown

. The solution

is added to 1 cm of trichloroethane. The mixture is shaken well. 3

Potassium bromide Kalium bromida

Trichloroethane layer at the bottom turns 2Br 

–

→ Br2 + 2e

tanpa warna

Larutan perang

brown

.

kalium bromida bertukar warna menjadi

. Larutan tersebut ditambahkan dengan 1 cm3

trikloroetana. Campuran digoncangkan. Lapisan trikloroetana yang

U N I T

perang

berada di lapisan bawah bertukar warna menjadi

3

The

pale green

iron(II) sulphate solution turns

.

brown

.

When sodium hydroxide solution is added to the mixture until excess, a Iron(II) sulphate, iron(II) chloride Ferum(II) sulfat, ferum(II) klorida

brown Fe2+→ Fe3+ + e

precipitate is formed. It is insoluble in excess sodium

hydroxide solution. Larutan

hijau pucat

ferum(II) sulfat bertukar menjadi

perang

.

Apabila larutan natrium hidroksida ditambahkan kepada campuran sehingga berlebihan, mendakan

perang

terbentuk. Ia tak larut

dalam larutan natrium hidroksida berlebihan.

(b) In a chemical cell or U-tube cell, the electrode that is dipped in the reducing agent becomes the anode loses oxidation or because the agent electrons and undergoes

negative

.

Dalam sel kimia atau sel tiub-U, elektrod yang dicelupkan dalam agen penurunan menjadi terminal anod kehilangan kerana agen tersebut elektron dan mengalami pengoksidaan .

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 124

terminal

negatif

atau

124

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

9

Oxidising agent Agen pengoksidaan

gains menerima

electrons and undergoes elektron dan mengalami

reduction . penurunan

.

(a) Examples of common substances used as oxidising agents are: Contoh bahan-bahan yang biasa digunakan sebagai agen pengoksidaan adalah: Substance Bahan

Acidified potassium manganate(VII) Kalium manganat(VII) berasid

Half equation for reduction Persamaan setengah penurunan

Observation / Confirmatory test Pemerhatian / Ujian pengesahan purple

The MnO4– + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O

ungu

Warna

orange

colour of acidified potassium

jingga

Warna

green

pale yellow decolourises

Cl2 + 2e → 2Cl–

.

tanpa warna

turns

colour of iron(III) sulphate solution

pale green

. Sodium hydroxide solution is

added to the mixture until excess. A Iron(III) sulphate, iron(III) chloride Ferum(III) sulfat, ferum(III) klorida

3

air bromin menjadi

.

brown

The

U N I T

.

perang

Warna

air klorin menjadi

colour of bromine water

decolourises

Br2 + 2e → 2Br –

.

.

brown

The

hijau

colour of chlorine water

kuning pucat

Warna

.

larutan kalium dikromat(VI)

berasid bertukar menjadi

tanpa warna

Bromine water Air bromin

.

dichromate(VI) solution turns Cr2O72– + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O

.

larutan kalium manganat(VII) tanpa warna

berasid menjadi

The Chlorine water Air klorin

decolourises

manganate(VII) solution

The Acidified potassium dichromate(VI) Kalium dikromat(VI) berasid

colour of acidified potassium

green

precipitate is formed. It is insoluble in excess sodium hydroxide solution.

Fe3+ + e → Fe2+

Warna menjadi

perang

larutan ferum(III) sulfat bertukar

hijau pucat

. Larutan natrium hidroksida

ditambahkan kepada campuran sehingga berlebihan. Mendakan

hijau

terbentuk. Ia tidak larut dalam

larutan natrium hidroksida berlebihan.

(b) In a chemical cell or U-tube cell, the electrode that is dipped in an aqueous solution of an oxidising agent becomes the cathode gains reduction positive terminal or because the agent electrons and undergoes . Dalam sel kimia atau sel tiub-U, elektrod yang dicelupkan dalam larutan akueus bagi agen pengoksidaan menjadi terminal positif katod menerima atau kerana agen elektron dan mengalami penurunan .

125

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 125

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

3 U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 126

Acidified potassium manganate(VII) solution Larutan kalium manganat(VII) berasid

Acidified potassium dichromate(VI) solution Larutan kalium dikromat(VI) berasid

Iron(II) sulphate solution and acidified potassium dichromate(VI) solution Larutan ferum(II) sulfat dan larutan kalium dikromat(VI) berasid

Bromine water Air bromin

Oxidising agents Agen pengoksidaan

Potassium iodide solution and acidified potassium manganate(VII) solution Larutan kalium iodida dan larutan kalium manganat(VII) berasid

Iron(II) sulphate solution and bromine water Larutan ferum(II) sulfat dan air bromin

Reactants Bahan tindak balas

Iron(II) sulphate Ferum(II) sulfat

Potassium iodide Kalium iodida

Iron(II) sulphate Ferum(II) sulfat

Reducing agents Agen penurunan

The pale green iron(II) sulphate solution turns brown. Add sodium hydroxide so­­­ lution to the mixture until excess. A brown precipitate is formed. It is in­ soluble in excess sodium hydroxide solution. Warna hijau pucat larutan ferum(II) sulfat bertukar menjadi perang. Tambahkan larutan natrium hidroksida ke dalam campuran sehingga berlebihan. Mendakan perang kemerahan terbentuk. Mendakan tersebut tidak terlarut di dalam larutan natrium hidroksida berlebihan.

Fe2+ → Fe3+ + e

The orange colour of acidified potassium dichromate(VI) solution turns green. Warna jingga larutan natrium dikromat(VI) berasid bertukar menjadi hijau.

Cr2O72– + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O

The purple colour of acidified potassium manganate(VII) solution decolourises. Warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid luntur

MnO4– + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O

Br2 + 2e → 2Br – The brown colour of bromine water decolourises. Warna perang air bromin luntur

Fe2+ → Fe3+ + e – The pale green iron(II) sulphate solution turns brown. Warna hijau pucat larutan ferum(II) sulfat bertukar menjadi perang. – Add sodium hydroxide solution to the mixture until excess. A brown precipitate is formed. It is insoluble in excess sodium hydroxide solution. Tambahkan larutan natrium hidroksida ke dalam campuran sehingga berlebihan. Mendakan perang terbentuk. Mendakan tersebut tidak terlarut dalam larutan natrium hidroksida berlebihan. 2I– → I2 + 2e – Colourless solution turns brown. Add a few drops of starch solution. The solution changes colour from brown to dark blue Larutan kalium iodida yang tidak berwarna bertukar menjadi perang. Tambah beberapa titik kanji. Warna larutan bertukar dari perang ke biru tua.

Write the half equation for reduction at positive terminal, observations and confirmatory test / Tulis persamaan setengah penurunan pada terminal positif, pemerhatian dan ujian pengesahan

Write the half equation for oxidation at negative terminal, observations and confirmatory test / Tulis persamaan setengah pengoksidaan pada terminal negatif, pemerhatian dan ujian pengesahan

14H+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

6Fe2+ + Cr2O72– +

16H+ → 5I2 + 2Mn2+ + 8H2O

10I– + 2MnO 4– +

2Fe2+ + Br2 → 2Fe3+ + 2Br –

Write the ionic equation Tulis persamaan ion

Complete the table below for the electron transfer at a distance / Lengkapkan jadual berikut untuk pemindahan elektron pada suatu jarak

–

–

Dilute sulphuric acid Asid sulfurik cair

FeSO4 (aq/ak)

Dilute sulphuric acid / Asid sulfurik cair

Kl (aq/ak)

Carbon electrode Elektrod karbon

Dilute sulphuric acid Asid sulfurik cair

FeSO2 (aq/ak)

–

G

G

G

+

+

+

Carbon electrode Elektrod karbon

K2Cr2O2 (aq/ak)

KMnO4 (aq/ak)

Carbon electrode Elektrod karbon

Br2 (aq/ak)

Draw the diagram for the set-up of apparatus and mark / Lukis rajah bagi susunan radas dan tandakan – the direction of electron flow arah pengaliran elektron – positive or negative terminal terminal positif atau negatif

MODULE • Chemistry Form 5

126

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

Exercise / Latihan 1

The diagram below shows the set-up of apparatus to investigate redox reaction. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas untuk mengkaji tindak balas redoks. G

M

N

Potassium iodide Kalium iodida

Chlorine water Air klorin

Dilute sulphuric acid Asid sulfurik cair

Carbon electrode Elektrod karbon

(a) How do you know that the reaction has started? / Bagaimanakah anda mengenal pasti bahawa tindak balas telah bermula? Based on the deflection of the pointer of galvanometer/ the pointer of galvanometer deflects. Berdasarkan pesongan penunjuk galvanometer/penunjuk galvanometer terpesong.

(b) What is the function of dilute sulphuric acid? / Apakah fungsi asid sulfurik cair? To allow the ions to flow/ to allow the movement of ions through it. Membolehkan pengaliran ion/membolehkan pergerakan ion melaluinya

(c) What is the colour change of the solution around M electrode after 30 minutes of experiment? Apakah perubahan warna bagi larutan di sekeliling elektrod M selepas eksperimen dijalankan selama 30 minit? Colourless to brown. / Tidak berwarna kepada warna perang.

(d) (i)



U N I T

Write half equation for the reaction that occurs at M electrode of the U-tube. Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas yang berlaku di elektrod M dalam tiub-U. 2I – → I2 + 2e

3

(ii) Write half equation for the reaction that occurs at N electrode of the U-tube. Tuliskan persamaan setengah bagi tindak balas yang berlaku di elektrod N dalam tiub-U. Cl2 + 2e → 2Cl –

(e) Describe a chemical test to determine the product formed in the solution at M electrode of the U-tube. Huraikan ujian kimia yang boleh digunakan untuk menentukan hasil yang terbentuk dalam larutan pada elektrod M dalam tiub-U. Place a few drops of starch solution, a dark blue solution is formed// shake the mixture with tetracholoromethane and a purple layer is formed. / Letakkan beberapa titis larutan kanji, larutan menjadi biru tua //goncang campuran dengan tetraklorometana dan lapisan ungu terbentuk.

(f) (i)

What is the change in oxidation number of chlorine in the reaction? Apakah perubahan nombor pengoksidaan bagi klorin dalam tindak balas ini? 0 to –1 / 0 kepada –1



(ii) What is the change in oxidation number of iodine in the reaction? Apakah perubahan nombor pengoksidaan bagi iodin dalam tindak balas ini? –1 to 0 / –1 kepada 0

(g) (i)

What is the substance that is being oxidised in the experiment? Explain your answer. Apakah bahan yang teroksida dalam eksperimen ini? Terangkan jawapan anda. Iodide ion. Iodide ions release electrons to form iodine molecules// Oxidation number of iodine increase from –1 to 0. Ion iodida. Ion iodida melepaskan elektron untuk membentuk molekul iodin/nombor pengoksidaan iodin meningkat daripada –1 kepada 0



(ii) State the name of the oxidising agent. / Nyatakan nama agen pengoksidaan. Chlorine water / Air klorin

127

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 127

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(h) State the name of one substance that can replace chlorine water in order to get the same product at M electrode. Nyatakan satu bahan yang boleh menggantikan air klorin untuk mendapatkan hasil yang sama di elektrod M. Bromine water/ Acidified potassium manganate(VII) / Air bromin/ kalium manganat(VII) berasid

(i) (i)

If potassium iodide is replaced by iron(II) chloride, what will be observed at electrodes M and N? Jika kalium iodida digantikan dengan ferum(II) klorida, apakah yang akan diperhatikan di elektrod M dan N? Electrode M / Elektrod M : The pale green solution turns brown / larutan hijau pucat bertukar perang Electrode N / Elektrod N : The pale yellow solution decolourises / Warna larutan kuning pucat luntur



(ii) Explain your answer. / Terangkan jawapan anda. At M electrode, iron(II) ion releases one electron to become iron(III) ion. At N electrode, chlorine molecule receives two electrons to become chloride ions. / Di elektrod M, ion Ferum(II) melepaskan satu elektron menjadi ion ferum(III). Di elektrod N, molekul klorin menerima dua elektron menjadi ion klorida.

Redox Reaction in the Reactivity Series of Metals and its Applications Tindak balas Redoks dalam Siri Kereaktifan Logam dan Aplikasinya 1

Reactivity series of metals is an arrangement of metals according to the reactivity of their reactions with oxygen to form oxides: Siri keraktifan kimia adalah susunan logam mengikut kereaktifan tindak balasnya dengan oksigen untuk membentuk oksida: K

U N I T

• A more reactive metal is able to

Ca

Logam yang lebih reaktif dapat

Mg Al

3

C Zn H Fe Sn Pb Cu 2

• Reactivity of metal towards oxygen

Na

increases remove

. / Kereaktifan logam terhadap oksigen

oxygen from less reactive

menyingkirkan

oksigen daripada

metal oxide

oksida logam

meningkat

.

.

yang kurang reaktif.

• A more reactive metal gains oxygen to form metal oxide and undergoes oxidation , oxidation number of metal increases . / Logam yang lebih reaktif menerima oksigen untuk membentuk logam oksida dan mengalami pengoksidaan , nombor pengoksidaan logam meningkat . • An oxide of less reactive metal loses oxygen to form metal and undergoes reduction / oxidation number of metal in the metal oxide decreases . / Oksida logam yang kurang reaktif kehilangan oksigen untuk membentuk logam dan mengalami penurunan / nombor pengoksidaan logam dalam logam oksida berkurang . reduce • A more reactive metal can the oxide of less reactive metal and acts as a reducing agent. / Logam yang lebih reaktif dapat menurunkan oksida logam yang kurang reaktif dan bertindak sebagai agen penurunan .

• A less reactive metal cannot remove oxygen from oxide of more reactive metal. Logam yang kurang reaktif tidak dapat menyingkirkan oksigen daripada oksida logam yang lebih reaktif.

To determine the arrangement of metals reactivity series / Untuk menentukan susunan siri kereaktifan logam (a) The arrangement of metals in reactivity series is obtained by observing how vigorously they react with oxygen. The metal at the top of the series burns most vigorously and most quickly in oxygen. Susunan logam dalam siri kereaktifan diperoleh dengan memerhatikan kecergasan tindak balas logam tersebut dengan oksigen. Logam yang berkedudukan paling tinggi dalam siri tersebut terbakar dengan paling cergas dan cepat dalam oksigen. (b) The diagram below shows the set-up of apparatus to compare reactivity of metals with oxygen: Rajah di bawah menunjukkan susunan radas untuk membandingkan kereaktifan logam dengan oksigen:



Glass wool Kapas kaca Metal powder Serbuk logam

Potassium manganate(VII) Kalium manganat(VII) Heat Panaskan

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 128

Heat Panaskan

128

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks



Procedure: / Prosedur: (i) One spatula of potassium manganate(VII) powder is placed in a boiling tube . Letakkan satu spatula serbuk kalium manganat(VII) dalam tabung didih .



(ii) Small quantity of glass wool is placed in the boiling tube as shown in the diagram.







(iii) One spatula of zinc powder is placed on an asbestos paper and put in the





Sedikit kapas kaca diletakkan dalam

tabung didih

seperti yang ditunjukkan dalam rajah. . tabung didih

Satu spatula serbuk zink diletakkan di atas kertas asbestos dan dimasukkan ke dalam retort stand kaki retort

.



(iv) The boiling tube is clamped horizontally to a Tabung didih diapit secara mendatar kepada



strongly (v) The zinc powder is heated for a few minutes, then the potassium manganate(VII) powder is heated strongly to release oxygen gas. / Serbuk zink dipanaskan dengan kuat untuk beberapa minit, kemudian kuat serbuk kalium manganat(VII) dipanaskan dengan untuk membebaskan gas oksigen.



(vi) The brightness of the flame or glow is recorded. / Kecerahan nyalaan direkodkan. (vii) Steps 1 – 6 are repeated using iron powder, lead powder, copper powder and magnesium powder to replace zinc powder. / Langkah 1 – 6 diulang menggunakan serbuk ferum, serbuk plumbum, serbuk kuprum dan dan serbuk magnesium untuk menggantikan serbuk zink.



Observation / Pemerhatian : Metal Logam

Magnesium Magnesium

Zinc Zink

Observation Pemerhatian Burns vigorously with very bright flame. The white residue is formed. Terbakar dengan cergas dan nyalaan yang sangat terang. Baki berwarna putih terbentuk.

• •

Burns quickly with bright flame. The residue is yellow when hot but turns white when cold. Menyala dengan cepat dan nyalaan terang. Baki adalah kuning apabila panas dan putih apabila sejuk.

• Zinc is a

Iron Ferum

Glows very brightly. The residue is brown. Baraan sangat terang. Baki berwarna perang.

Lead Plumbum

Glows brightly. The residue is brown when hot but turns yellow when cold. / Baraan terang. Baki berwarna perang apabila panas dan kuning apabila sejuk.

Copper Kuprum

Glows dimly. The residue is black. Baraan malap. Baki berwarna hitam.

. .

Balanced equation Persamaan seimbang

Inference and chemical equation Inferen dan persamaan kimia Magnesium is the most reactive metal. Magnesium adalah logam yang paling reaktif . The residue is magnesium oxide . Baki ialah magnesium oksida . very reactive

Zink adalah logam yang • The residue is

2Mg + O2 → MgO

metal. sangat reaktif

zinc oxide

.

2Zn + O2 → 2ZnO

.

zink oksida

Baki ialah

U N I T

3

• Iron is a reactive metal. / Ferum adalah logam reaktif 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

• The residue is iron(III) oxide . Baki ialah ferum(III) oksida . less reactive

• Lead is a

metal.

Plumbum adalah logam kurang reaktif . lead(II) oxide • The residue is .

2Pb + O2 → 2PbO

Baki ialah plumbum(II) oksida . • Copper is the

least reactive

metal.

Kuprum adalah logam paling kurang reaktif copper(II) oxide . • The residue is Baki ialah

3

boiling tube

kuprum(II) oksida

.

2Cu + O2 → 2CuO

.

Determination of the position of carbon in reactivity series of metals Menentukan kedudukan karbon dalam siri kereaktifan logam (a) Carbon reacts with oxygen to form carbon dioxide. Carbon is also an element in the reactivity series of metals. The position of carbon in the reactivity series can be determined by reacting carbon with oxide of metals using the apparatus shown below: Karbon bertindak balas dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida. Karbon adalah suatu unsur dalam siri kereaktifan logam. Kedudukan karbon dalam siri kereaktifan boleh ditentukan dengan melakukan tindak balas antara karbon dengan oksida bagi logam menggunakan alat radas yang Carbon + oxide of metal ditunjukkan di bawah: Karbon + oksida bagi logam Heat Panaskan

129

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 129

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(b) If carbon can remove oxygen from a metal oxide, carbon can reduce the metal oxide to metal: Jika karbon dapat menyingkirkan oksigen daripada suatu oksida logam, karbon dapat menurunkan logam oksida kepada logam: Carbon + metal oxide → metal + carbon dioxide Karbon + oksida logam → logam + karbon dioksida Carbon is above the metal in the reactivity series of metal. Karbon berada di atas logam tersebut dalam siri kereaktifan logam. (c) Conversely, if carbon cannot remove oxygen from metal oxide, carbon is less reactive than the metal in the reactivity series of metal. Thus, no reaction will occur. Sebaliknya, jika karbon tidak dapat menyingkirkan oksigen daripada oksida logam, karbon adalah kurang reaktif berbanding logam tersebut dalam siri kereaktifan logam. Maka, tiada tindak balas berlaku. Carbon is below the metal in the reactivity series of metal. Karbon berada di bawah logam tersebut dalam siri kereaktifan logam. (d) Example: / Contoh: Carbon powder is heated strongly with oxide of metals P, Q and R in a crucible. The table below shows the observations of three experiments to determine the position of carbon in the reactivity series of metal. Serbuk karbon dipanaskan dengan kuat bersama dengan oksida bagi logam P, Q dan R dalam suatu mangkuk pijar. Jadual di bawah menunjukkan pemerhatian bagi tiga eksperimen untuk menentukan kedudukan karbon dalam siri kereaktifan logam. Experiment / Eksperimen

U N I T

3

Reactant / Bahan tindak balas

Observation / Pemerhatian

I

Carbon + oxide of P Karbon + oksida P

No change Tiada perubahan

II

Carbon + oxide of Q Karbon + oksida Q

Dim glow, residue is grey solid Nyalaan malap, baki adalah pepejal kelabu

III

Carbon + oxide of R Karbon + oksida R

Bright glow, residue is brown solid Nyalaan terang, baki adalah pepejal perang



Based on observations in the table, arrange the reactivity of metals P, Q, R and carbon in ascending order. Explain your answer. Suggest one metal for P, Q and R. / Berdasarkan pemerhatian di dalam jadual, susunkan kereaktifan logam P, Q dan R mengikut susunan menaik. Terangkan jawapan anda. Cadangkan satu logam untuk P, Q dan R.



Answer: / Jawapan: (i) Arrangement in ascending order / Susunan dalam tertib menaik :



Explanation: / Penerangan: Experiment I / Eksperimen I (i) Reaction between carbon and oxide of metal P does not occur. Metal P is more reactive than carbon. Tindak balas antara karbon dengan oksida bagi logam P tidak berlaku. Logam P lebih reaktif berbanding karbon.



Experiment II / Eksperimen II (i) Reaction between carbon and oxide of metal Q occurs. Carbon is more Tindak balas antara karbon dengan oksida bagi logam Q berlaku. Karbon



Experiment III / Eksperimen III (i) Reaction between carbon and oxide of metal R occurs. Carbon is more reactive than metal R. lebih Tindak balas antara karbon dengan oksida bagi logam R berlaku. Karbon reaktif berbanding logam R. (ii) Reaction between carbon and oxide of metal Q produces dim glow whereas the reaction between carbon and oxide of metal R produces bright glow. Metal R is less reactive than metal Q. Tindak balas di antara karbon dengan oksida bagi logam Q menghasilkan nyalaan malap manakala tindak balas di antara karbon dengan oksida bagi logam R menghasilkan nyalaan yang terang. Logam R kurang reaktif berbanding logam Q.



R, Q, Carbon, P / R, Q, Karbon, P

reactive than metal Q. lebih reaktif berbanding logam Q.

• Metal P is / Logam P ialah aluminium / aluminium • Metal Q is / Logam Q ialah lead / plumbum • Metal R is / Logam R ialah copper / kuprum © Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 130

130

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

4

Determination of the position of hydrogen in the reactivity series of metal: Menentukan kedudukan hidrogen dalam siri kereaktifan logam: (a) The position of hydrogen in the reactivity series of metal can also be determined based on the ability of hydrogen to remove oxygen from metal oxides. / Kedudukan hidrogen dalam siri kereaktifan logam juga boleh ditentukan berdasarkan oksigen kebolehan hidrogen untuk menyingkirkan daripada oksida logam. (b) If hydrogen can remove oxygen from metal oxide, hydrogen can reduce the metal oxide to metal: Jika hidrogen boleh menyingkirkan oksigen daripada oksida logam, hidrogen boleh menurunkan logam oksida kepada logam: Hydrogen + metal oxide → metal + water Hidrogen + oksida logam → logam + air above Hydrogen is the metal in the reactivity series of metal. di atas Hidrogen berada logam tersebut dalam siri kereaktifan logam.

(c) Conversely, if hydrogen cannot remove oxygen from metal oxide, hydrogen is less reactive than the metal in the reactivity series of metal. Thus, no reaction will occur. Sebaliknya, jika hidrogen tidak dapat menyingkirkan oksigen daripada oksida logam, hidrogen adalah kurang reaktif berbanding logam tersebut dalam siri kereaktifan logam. Maka, tiada tindak balas yang akan berlaku. below Hydrogen is the metal in the reactivity series of metal. di bawah Hidrogen berada logam tersebut dalam siri kereaktifan logam.

(d) Example: / Contoh: The diagram below shows the set-up of apparatus used to determine the position of hydrogen in the reactivity series of metal. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas yang digunakan untuk menentukan kedudukan hidrogen dalam siri kereaktifan logam. Metal oxide / Oksida logam

3

Dry hyrogen gas Gas hidrogen kering Heat Panaskan



The table below shows the observations of three experiments to determine the position of hydrogen in the reactivity series of metal. Jadual di bawah menunjukkan pemerhatian bagi tiga eksperimen untuk menentukan kedudukan hidrogen dalam siri kereaktifan logam. Experiment Eksperimen



Reactant / Bahan tindak balas

Observation / Pemerhatian

Hydrogen + oxide of X Hidrogen + oksida X

(i) Oxide of X is black powder / Oksida X ialah serbuk hitam (ii) Bright glow when heated with hydrogen gas / Nyalaan terang apabila dipanaskan dengan gas hidrogen (iii) Residue is brown powder / Baki adalah serbuk perang

II

Hydrogen + oxide of Y Hidrogen + oksida Y

(i) Oxide Y is white powder / Oksida Y ialah serbuk putih (ii) Oxide Y turns yellow when heated with hydrogen gas without glowing Oksida Y menjadi kuning apabila dipanaskan dengan gas hidrogen tanpa nyalaan (iii) Residue is white powder / Baki adalah serbuk putih

III

Hydrogen + oxide of Z Hidrogen + oksida Z

(i) Oxide Z is yellow powder / Oksida Z ialah serbuk kuning (ii) Faint glow when heated with hydrogen gas / Nyalaan malap apabila dipanaskan dengan gas hidrogen (iii) Residue is grey solid / Baki adalah pepejal kelabu

I



U N I T

Based on observations in the table above, arrange the reactivity of metals X, Y, Z and Hydrogen in ascending order. Explain your answer. Suggest a metal for X, Y and Z. Berdasarkan pemerhatian dalam jadual di atas, susun kereaktifan logam X, Y, Z dan Hidrogen dalam tertib menaik. Terangkan jawapan anda. Cadangkan logam untuk X, Y dan Z.

131

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 131

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5



Answer: / Jawapan: Arrangement in ascending order: / Susunan dalam tertib menaik

X, Z, Hydrogen, Y / X, Z, Hidrogen, Y

Explanation: / Penerangan:

Experiment I Eksperimen I more metal X . (i) Reaction between hydrogen and oxide of metal X occurs. Hydrogen is reactive than metal X Hydrogen has reduced oxide of metal X to metal X . The brown powder is . lebih Tindak balas antara hidrogen dengan oksida bagi logam X berlaku. Hidrogen reaktif berbanding logam X logam X . Hidrogen telah menurunkan oksida bagi logam X kepada . Serbuk perang ialah logam X . • Metal X is / Logam X ialah copper / kuprum



Experiment II Eksperimen II less (i) Reaction between hydrogen and oxide of metal Y does not occur. Hydrogen is reactive than metal Y. yellow cold Oxide of metal Y is when hot and turns white when . kurang Tindak balas antara hidrogen dengan oksida bagi logam Y tidak berlaku. Hidrogen reaktif berbanding kuning sejuk logam Y. Oksida bagi logam Y adalah apabila panas dan putih apabila . • Metal Y is / Logam Y ialah zinc / zink

U N I T

3



Experiment III Eksperimen III more (i) Reaction between hydrogen and oxide of metal Z occurs. Hydrogen is reactive than metal Z. Hydrogen has yellow grey . reduced oxide of metal Z to metal Z . Oxide of metal Z is and metal Z is lebih Tindak balas antara hidrogen dengan oksida bagi logam Z berlaku. Hidrogen reaktif berbanding logam Z . Oksida bagi logam Z berwarna logam Z. Hidrogen telah menurunkan oksida bagi logam Z kepada kuning dan logam Z berwarna kelabu . • Metal Z is / Logam Z ialah lead / plumbum



(ii) Reaction between hydrogen and oxide of metal X produces bright glow whereas reaction between hydrogen and oxide more of metal Z produces faint glow. Metal Z is reactive than metal X. Tindak balas antara hidrogen dengan oksida bagi logam X menghasilkan nyalaan terang manakala tindak balas lebih antara hidrogen dengan oksida bagi logam Z menghasilkan nyalaan malap. Logam Z reaktif berbanding logam X.

© Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 132

132

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

5

Application of the reactivity series of metals: / Aplikasi siri kereaktifan logam (a) Most metals found naturally as minerals in the form of compounds such as oxides, sulphides, chlorides and carbonates are known as ores. Extraction of metals from their ores are: / Kebanyakan logam yang dijumpai secara semula jadi dalam bentuk sebatian seperti oksida, sulfida, klorida dan karbonat dikenali sebagai bijih galian. Cara pengekstrakan logam daripada bijih galiannya adalah: K

Al

more • Metals that are reactive than carbon in the reactivity series can be extracted from their ores molten carbon by electrolysis of ores using electrode such as: Logam yang lebih reaktif berbanding karbon dalam siri kereaktifan logam boleh diekstrak daripada lebur bijihnya dengan elektrolisis bijih yang menggunakan elektrod karbon seperti: (i) Extraction of aluminium metal from its molten oxide. Pengekstrakan logam aluminium daripada leburan oksidanya. molten (ii) Extraction of potassium, sodium and calcium from their chloride. Pengekstrakan kalium, natrium dan kalsium daripada leburan kloridanya.

C

• Metals that are located below carbon in the reactivity series can be extracted from their ores (metal oxide) using carbon. Carbon is removed as carbon dioxide gas after the reaction: Logam yang terletak di bawah karbon dalam siri kereaktifan boleh diekstrak daripada bijihnya (logam oksida) menggunakan karbon. Karbon dikeluarkan sebagai gas karbon dioksida selepas tindak balas:

Na Ca

Reactivity towards oxygen increases / Kereaktifan terhadap oksigen meningkat

Mg

Metal oxide(s) + Carbon(s) → Metal(s) + Carbon dioxide(g) Logam oksida(p) + Karbon(p) → Logam(p) + Karbon dioksida(g) Zn

H

Fe

Sn

Pb

• Carbon is widely used to extract iron(Fe), tin(Sn), zinc(Zn) and lead(Pb) from their ores. Carbon is more reactive than these metals and act as reducing agent in the metal extraction process. Karbon digunakan secara meluas untuk mengekstrak ferum(Fe), timah(Sn), zink(Zn) dan plumbum(Pb) reaktif daripada timahnya. Karbon lebih daripada logam-logam ini dan bertindak sebagai agen penurunan dalam proses pengekstrakan logam. • The extraction is carried out in a blast furnace . Hot air is pumped into the blast furnace to burn carbon and carbon monoxide is produced. In the blast furnace, a series of chemical reactions take place, for example: / Pengekstrakan ini dijalankan dalam relau bagas . Udara panas dipamkan ke dalam relau bagas untuk membakar karbon dan karbon monoksida terhasil. Dalam relau bagas, beberapa tindak balas kimia berlaku, contohnya: 2Fe2O3(s/p) + C(s/p) 4Fe(s/p) + 3CO2(g/g) Fe2O3((s/p) + CO(g/g) 2Fe((s/p) + 3CO2(g/g)

U N I T

3

hematite Iron, Fe is extracted from its ore, (Fe2O3) hematit Ferum, Fe diekstrak daripada bijihnya, (Fe2O3) cassiterite Tin, Sn is extracted from its ore, (SnO2) kaseterit Stanum, Sn diekstrak daripada bijihnya, (SnO2)

Cu Hg Ag Au

• Less reactive metals are extracted by heating metal sulphides in the air. Logam yang kurang reaktif diekstrak dengan memanaskan logam sulfida di dalam udara. • Least reactive metals exist as free metals in the earth. Logam yang paling kurang reaktif wujud sebagai logam bebas di dalam tanah

more (b) The empirical formula of metal oxide for a reactive metal than hydrogen in the reactivity series such as heating crucible magnesium can be determined by the metal strongly in a as shown in the diagram below: lebih Formula empirik bagi oksida logam untuk logam yang reaktif berbanding hidrogen dalam siri kereaktifan seperti magnesium boleh ditentukan dengan memanaskan logam dengan kuat dalam sebuah mangkuk pijar seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah: Magnesium Magnesium

Heat Panaskan

133

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 133

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(c) The empirical formula of metal oxide for a less reactive metal than hydrogen such as copper(II) oxide can be determined by passing hydrogen gas through strongly heated metal oxides in a combustion tube as shown in the diagram below. Formula empirik bagi oksida logam untuk logam yang kurang reaktif daripada hidrogen seperti kuprum(II) oksida boleh ditentukan dengan melalukan gas hidrogen melalui oksida logam yang dipanaskan dalan tabung pembakaran seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Copper(II) oxide Kuprum(II) oksida Dry hyrogen gas Gas hidrogen kering Heat Panaskan

Exercise / Latihan

U N I T

3

1

Determine whether the following reactions occur. If the reaction occurs, mark ‘3’ and if not, mark ‘7’. Tentukan sama ada tindak balas berikut berlaku. Jika berlaku, tandakan ‘3’ dan jika tidak, tandakan ‘7’. (a) Zinc oxide + Hydrogen / Zink oksida + Hidrogen ( 7 ) (b) Hydrogen oxide + Copper / Hidrogen oksida + Kuprum ( 7 ) (c) Magnesium oxide + Carbon / Magnesium oksida + Karbon ( 7 ) (d) Aluminium + Carbon dioxide / Aluminium + Karbon dioksida ( 3 ) (e) Silver + Hydrogen oxide / Argentum + Hidrogen oksida ( 7 ) (f) Iron(II) oxide + Hydrogen / Ferum(II) oksida + Hidrogen ( 3 ) (g) Carbon + Silver oxide / Karbon + Argentum oksida ( 3 ) (h) Copper + Zinc oxide / Kuprum + Zink oksida ( 7 ) (i) Iron + Lead(II) oxide / Ferum + Plumbum(II) oksida ( 3 )

2

The diagram below shows the set-up of apparatus to investigate the reactivity of metals P, Q and R towards oxygen. Metals P, Q and R are heated strongly before the heating of potassium chlorate(V) powder. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas untuk mengkaji kereaktifan logam P, Q dan R terhadap oksigen. Logam P, Q dan R dipanaskan dengan kuat sebelum pemanasan serbuk kalium klorat(V).



Glass wool / Kapas kaca Metal powder Serbuk logam

Potassium chlorate(V) Kalium klorat(V) Heat Panaskan

Heat Panaskan

The observations are given below : / Pemerhatian-pemerhatian adalah seperti di bawah: Metal / Logam

(a) (i)

Observation / Pemerhatian

P

Burns very bright. The residue is yellow when hot but turns white when cold. Menyala dengan nyalaan yang amat cerah. Baki adalah kuning apabila panas dan menjadi putih apabila sejuk.

Q

Glows faintly. The residue is black. / Berbara dengan malap. Baki berwarna hitam.

R

Glows fairly bright. The residue is brown. / Berbara dengan agak cerah. Baki berwarna perang.

What is the function of potassium chlorate(V)? / Apakah fungsi kalium klorat(V)? To produce oxygen gas / Untuk menghasilkan gas oksigen



(ii) What is the function of glass wool? / Apakah fungsi kapas kaca? To separate the potassium chlorate(V) and the metal powder. / Untuk mengasingkan kalium klorat(V) dan serbuk logam.

(b) Based on the observations, arrange the metals P, Q and R in an ascending order of their reactivity. Berdasarkan pemerhatian, susunkan P, Q dan R dalam susunan menaik mengikut kereaktifannya. Q, R, P © Nilam Publication Sdn Bhd

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 134

134

07/11/2013 1:50 AM

Redox Reactions Tindak Balas Redoks

(c) State the name of metals P and Q. / Nyatakan nama bagi logam-logam P dan Q.

Zinc / Zink

Metal P / Logam P :

Copper / Kuprum

Metal Q / Logam Q :

(d) The chemical formula for the oxide of metal R is R2O3. This oxide can be reduced by hydrogen gas to form metal R. Formula kimia bagi oksida untuk logam R ialah R2O3. Oksida ini boleh diturunkan oleh gas hidrogen kepada logam R. (i) Write an equation for the reaction between R2O3 and hydrogen. Tuliskan persamaan bagi tindak balas antara R2O3 dengan hidrogen. R2O3 + 3H2



2R + 3H2O

(ii) State the name of oxidising agent in this reaction. / Nyatakan nama agen pengoksidaan dalam tindak balas ini. Oxide of metal R/ R oxide / Oksida logam R



(iii) Draw a labelled diagram of the apparatus that can be used to conduct this experiment. Lukiskan gambar rajah berlabel yang boleh digunakan untuk menjalankan eksperimen ini. Oxide of metal Oksida bagi logam R Dry hyrogen gas Gas hidrogen kering Heat / Panaskan

(e) State the name of another substance that can be used to replace potassium chlorate(V). Nyatakan nama bahan lain yang boleh digunakan untuk menggantikan kalium klorat(V). Potassium manganate(VII) / Kalium manganat(VII)

Objective Questions / Soalan Objektif 1

The diagram below shows set-up of apparatus of an experiment to change iron(II) sulphate to iron(III) sulphate. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas bagi eksperimen penukaran ferum(II) sulfat kepada ferun(III) sulfat.

2



Substance X Bahan X

The diagram below shows the apparatus arrangement to investigate the oxidation and reduction in terms of the transfer of electron at a distance. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas untuk mengkaji tindak balas pengoksidaan dan penurunan dari segi pemindahan elektron pada satu jarak.



Bromine water Air bromin

Iron(III) sulphate solution Larutan ferum(III) sulfat

Sulphuric acid Asid sulfurik

P

Q

Potassium iodide solution / Larutan kalium iodida



Which of the following is true about this experiment? Antara berikut, yang manakah adalah benar tentang eksperimen di atas? A Iodide ion is the oxidising agent Ion iodida adalah agen pengoksidaan B Oxidation number of bromine in bromine water increases from –1 to 0 / Nombor pengoksidaan bromin dalam air bromin bertambah dari –1 kepada 0 3 C Oxidation number of iodine in potassium iodide increases from –1 to 0 / Nombor pengoksidaan iodin dalam kalium iodida bertambah dari –1 kepada 0 D Electrons flow from potassium iodide solution to bromine water through sulphuric acid Elektron mengalir dari kalium iodida kepada air bromin melalui asid sulfurik



Which of the following substances can be used as substance X? Antara berikut, yang manakah adalah bahan X? I Potassium iodide solution / Larutan kalium iodida II Chlorine water / Air klorin III Potassium bromide solution Larutan kalium bromida IV Acidified potassium manganate(VII) solution Larutan kalium manganat(VII) berasid A I and II only / I dan II sahaja 3 B II and IV only / II dan IV sahaja C I and III only / I dan III sahaja D III and IV only / III dan IV sahaja

135

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 135

3

G

Carbon electrode Elektrod karbon

Iron(II) sulphate solution Larutan ferum(II) sulfat

U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:50 AM

MODULE • Chemistry Form 5

3 Which of the following reactions is redox reaction? Antara berikut, yang manakah tindak balas redoks? 3 A Na + O2 → Na2O B Na2O + H2O → 2NaOH C NaOH + HCl → NaCl + H2O D 2NaCl + Pb(NO3)2 → PbCl2 + 2NaNO3

3 A B C D 7

Which of the following are the oxidising agents? Antara berikut, yang manakah agen pengoksidaan? I Zinc / Zink II Magnesium / Magnesium III Chlorine water / Air klorin IV Acidified potassium dichromate(VI) solution Larutan kalium dikromat(VI) berasid A I and II only / I dan II sahaja B I and IV only / I dan IV sahaja C II and III only / II dan III sahaja 3 D III and IV only / III dan IV sahaja

4

What is the oxidation number of chromium, Cr in Cr2O72– ion? Apakah nombor pengoksidaan kromium, Cr dalam ion Cr2O72–? A +7 3 C +6 B –7 D –6 5

The table below shows observations for the reaction between metals W, X and Z with different oxides. Jadual di bawah menunjukkan pemerhatian yang melibatkan tindak balas logam W, X dan Z dengan oksida logam yang berbeza. Reaction mixture Campuran tindak balas Oxide of metal Z + metal X Z oksida + logam X Oxide of metal Z + metal W Z oksida + logam W

U N I T

3

8

Observation Pemerhatian Reaction occurs Tindak balas berlaku No reaction Tiada tindak balas



Which of the following is the arrangement of metals W, X and Z in decreasing order of reactivity series of metals? Antara berikut, yang manakah adalah susunan logam W, X dan Z dalam siri kereaktifan mengikut tertib menurun? 3 A X, Z, W C W, Z, X B X, W, Z D Z, W, X 6 The diagram shows the set-up of apparatus to study the effect of other metals on rusting of iron. / Rajah di bawah menunjukkan susunan radas untuk mengkaji kesan logam lain ke atas pengaratan besi.

Experiment Eksperimen



High intensity of pink colouration Keamatan warna merah jambu yang tinggi

II

High intensity of blue colouration Keamatan warna biru yang tinggi

P

Q

R

S

Electron arrangement Susunan elektron

2.8.1

2.8.2

2.8.6

2.8.7



Which of the following is true about the reaction? Antara pernyataan berikut, yang manakah benar tentang tindak balas di atas? A Iron(III) ion, Fe3+ is reduced Ion ferum(III), Fe3+ diturunkan 3 B Iron(II) ion, Fe2+ is oxidised Ion ferum(II), Fe2+ dioksidakan C Bromine water is a reducing agent Air bromin merupakan agen penurunan D Bromide ion is an oxidising agent Ion bromida merupakan agen pengoksidaan

Based on the above observation, the arrangement of metals P, Q and iron in ascending order in electrochemical series is Berdasarkan pemerhatian di atas, susunan menaik logam P, Q dan ferum dalam siri elektrokimia ialah

096-136_B3_ChemF5 2013.indd 136

Atom / Atom

2Fe2+ + Br2 → 2Fe3+ + 2Br–

Experiment II Eksperimen II

I

The table below shows the electron arrangement of atoms of elements P, Q, R and S. / Jadual di bawah menunjukkan susunan elektron dalam atom unsur P, Q, R dan S.

10 The following ionic equation shows a redox reaction. Persamaan ion di bawah mewakili satu tindak balas redoks.

Observation / Pemerhatian

© Nilam Publication Sdn Bhd

9

Which of the elements above is the strongest reducing agent? / Antara berikut, yang manakah agen penurunan paling kuat? 3 A P C R B Q D S

Iron nail Paku besi + Metal Q Logam Q Experiment I Eksperimen I

Which of the following metals can prevent rusting when it is in contact with iron? / Antara logam berikut, yang manakah boleh menghalang pengaratan apabila bersentuhan dengan besi? A Lead / Plumbum B Silver / Argentum C Copper / Kuprum 3 D Magnesium / Magnesium



Hot jelly solution + potassium hexacyanoferrate(III) + phenolphthalein solution Agar-agar panas + kalium heksassianoferrat(III) + fenolftalein

Iron nail Paku besi + Metal P Logam P

Q, iron, P / Q, besi, P P, Q, iron / P, Q, besi P, iron, Q / P, besi, Q Iron, P, Q / Besi, P, Q

136

07/11/2013 1:50 AM

4

TERMOCHEMISTRY TERMOKIMIA

Energy Changes in Chemical Reactions / Perubahan Tenaga dalam Tindak Balas Kimia

• Exothermic reaction Tindak balas eksotermik • Endothermic reaction Tindak balas endotermik

− State what exothermic and endothermic reactions are Menyatakan maksud tindak balas eksotermik dan endotermik − Identify exothermic and endothermic reactions Mengenal pasti tindak balas eksotermik dan endotermik − Give examples of exothermic and endothermic reactions Memberi contoh tindak balas eksotermik dan endotermik − Understand that heat is absorbed when bonds are broken and heat is released when bonds are formed / Memahami bahawa haba diserap semasa ikatan dipecahkan dan haba dibebaskan semasa ikatan dibentuk − Explain why ∆H is positive [endothermic] and ∆H is negative [exothermic] / Menerangkan mengapa ∆H adalah positif [endotermik] dan ∆H adalah negatif [eksotermik] − Draw energy level diagrams for every type of reaction / Melukis rajah aras tenaga untuk setiap jenis tindak balas − Describe the application of knowledge of exothermic and endothermic reactions in everyday life / Menghuraikan aplikasi pengetahuan tentang eksotermik dan endotermik dalam kehidupan seharian

Determine ∆H for Chemistry Reaction / Menentukan ∆H untuk Tindak Balas Kimia • Heat of precipitation Haba pemendakan • Heat of displacement Haba penyesaran • Heat of neutralisation Haba peneutralan • Heat of combustion Haba pembakaran

− State what energy change(H) and heat of reaction(∆H) are Menyatakan maksud perubahan tenaga (H) dan haba tindak balas(∆H) − State what heat of precipitation, displacement, neutralisation and combustion are Menyatakan maksud haba pemendakan, penyesaran, peneutralan dan pembakaran − Construct an energy level diagram for all the heat of reactions Melukis rajah aras tenaga untuk semua jenis haba tindak balas

Describe the Experiment to Determine / Menghuraikan Eksperimen untuk Menentukan

• Heat of precipitation Haba pemendakan • Heat of displacement Haba penyesaran • Heat of neutralisation Haba peneutralan • Heat of combustion Haba pembakaran

− Describe the experiment to determine the different heat of reaction Menghuraikan eksperimen untuk menentukan haba tindak balas yang berbeza − Draw a labelled diagram of the apparatus set-up for each experiment Melukis rajah berlabel bagi susunan alat radas untuk setiap eksperimen − Determine the value of m, x and θ from the experiment and use the formula H = mcθ and ∆H = H/x to calculate heat of reaction / Menentukan nilai m, x dan θ dari eksperimen dan menggunakan formula H = mcθ dan ∆H = H/x untuk mengira haba tindak balas − State the precautionary steps taken for each experiment Menyatakan langkah berjaga-jaga yang diambil dalam setiap eksperimen − Compare and explain the heat of neutralisation for the reaction between a strong acid and a strong alkali with the heat of neutralisation for a reaction between a weak acid and a weak alkali / Membanding dan menerangkan haba peneutralan antara tindak balas asid kuat dengan alkali kuat dan haba peneutralan antara asid lemah dengan alkali lemah − Compare and explain the difference between heat of combustion of various alcohols Membanding dan menerangkan perbezaan haba pembakaran bagi alkohol yang berlainan − Solve numerical problems related to the different heat of reaction Menyelesaikan masalah pengiraan berkaitan haba tindak balas

U N I T

4

Appreciating the Existence of Various Energy Sources / Menghargai Kewujudan Pelbagai Sumber Tenaga − Describe a variety of energy sources / Menghuraikan kepelbagaian sumber tenaga − Identify various technologies used to harness energy / Mengenal pasti pelbagai teknologi digunakan untuk memanfaatkan tenaga − Justify the use of a particular energy source / Mempertimbangkan penggunaan sumber tenaga tertentu

137

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 137

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Energy Changes in Chemical Reactions Perubahan Tenaga dalam Tindak Balas Kimia 1

Chemical energy is stored within the chemical bonds. During a chemical reaction, chemical bonds of the reactants are broken and new bonds in the products are formed. / Tenaga kimia disimpan di dalam bentuk ikatan kimia. Semasa tindak balas kimia, ikatan kimia dalam bahan tindak balas dipecahkan dan ikatan baru dalam hasil terbentuk. absorbed (a) Heat energy is to break the bonds in the reactants. Tenaga haba diserap untuk memecahkan ikatan dalam bahan tindak balas. (b) Heat energy is released during bond formation in the products. Tenaga haba dibebaskan semasa pembentukan ikatan dalam hasil tindak balas.

2

released absorbed Energy that is or is in the form of heat energy . The energy change (the difference between the energy of reactants and the products) in a chemical reaction is called heat of reaction, ∆H. diserap Tenaga yang dibebaskan atau adalah dalam bentuk tenaga haba . Perubahan tenaga (perbezaan antara tenaga bahan dengan hasil) dalam tindak balas kimia dipanggil haba tindak balas, ∆H.

3

Heat of reaction (∆H) is the energy change when one mole of reactant reacts or when one mole of product is formed: Haba tindak balas (∆H) adalah perubahan tenaga apabila satu mol bahan bertindak balas atau satu mol hasil terbentuk: ∆H = Total energy content of products – total energy content of reactants Jumlah kandungan tenaga hasil tindak balas – jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas ∆H = Hhasil – Hbahan / Hproducts – Hreactants

4

Two types of reactions that occur are : / Dua jenis tindak balas yang berlaku adalah: (a) exothermic reaction / tindak balas eksotermik (b) endothermic reaction / tindak balas endotermik

5

Exothermic reaction: / Tindak balas eksotermik: (a) Example of reaction: / Contoh tindak balas: 2H2 + O2 → 2H2O, ∆H = –486 kJ Bonds are broken in the reactants: Ikatan diputuskan dalam bahan tindak balas: Heat is absorbed Haba diserap (+1 370 kJ heat energy absorbed) (+1 370 kJ tenaga haba diserap)

U N I T

4

Heat is released Haba dibebaskan

Bonds are formed in the products: Ikatan terbentuk dalam hasil tindak balas:

(–1 856 kJ heat energy released) (–1 856 kJ tenaga haba dibebaskan)

Energy change, / Perubahan tenaga, DH = +1 370 kJ – 1 856 kJ = –486 kJ (i) The value of ∆H is – 486 kJ. / Nilai ∆H ialah – 486 kJ. greater (ii) The heat released from bond formation is than heat absorbed for bond breaking. tinggi Tenaga haba yang dibebaskan dari pembentukan ikatan lebih daripada haba yang diserap semasa pemecahan ikatan. released (iii) A negative sign for ∆H shows that heat is . dibebaskan Tanda negatif untuk ∆H menunjukkan bahawa haba . © Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 138

138

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia

6

Energy Change in Exothermic Reaction / Perubahan Tenaga dalam Tindak Balas Eksotermik (a) Energy profile diagram for exothermic reactions : / Gambar rajah profil tenaga untuk tindak balas eksotermik: Interpretation: / Tafsiran: (i) The quantity of heat energy absorbed for bonds breaking in the reactants is lower than heat energy released for the formation of bonds in the products. / Kuantiti tenaga haba yang diserap untuk pemecahan Energy Tenaga rendah ikatan dalam bahan tindak balas adalah lebih daripada tenaga haba yang dibebaskan untuk pembentukan ikatan dalam hasil Heat energy tindak balas. is absorbed (+ve) Weak (ii) bonds are broken and strong bonds are formed. Heat energy is Tenaga haba released (–ve) diserap (+if) Ikatan lemah dipecahkan dan ikatan kuat dibentuk. Tenaga haba dilepaskan (iii) Heat of reaction, ∆H is the difference between heat energy absorbed and (–if) Reactants heat energy released when 1 mole of reactant react or 1 mole of product Bahan tindak is formed. / Haba tindak balas, ∆H ialah perbezaan antara tenaga haba balas yang dibebaskan dan tenaga haba yang diserap apabila 1 mol bahan bertindak balas atau 1 mol hasil terbentuk. ∆H is negative (iv) The sign of ∆H is negative . / Tanda bagi ∆H adalah negatif . ∆H (v) Heat energy is released to the surroundings, temperature of the adalah negatif Products surroundings increases . (Surroundings include the reaction solution, Hasil tindak container and the air). / Tenaga haba dibebaskan ke persekitaran, suhu balas persekitaran naik . (Persekitaran termasuklah larutan bahan tindak balas, bekas dan udara) (vi) Energy change: / Perubahan tenaga: Chemical Heat energy → energy kimia haba Tenaga → Tenaga (b) Energy level diagram for exothermic reactions: / Gambar rajah aras tenaga untuk tindak balas eksotermik: Energy / Tenaga

Reactants / Bahan tindak balas

H is negative (heat is released) H adalah negatif (haba dibebaskan) Products / Hasil tindak balas



Energy level diagram shows the total energy content of the reactants compared to the products. Gambar rajah aras tenaga menunjukkan jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas berbanding dengan hasil. Total energy content of the products is less than total energy of the reactants. Jumlah kandungan tenaga hasil kurang daripada jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas.

U N I T

4

Examples of exothermic reactions: / Contoh tindak balas eksotermik: (a) Reaction between zinc and copper(II) sulphate / Tindak balas antara zink dengan kuprum(II) sulfat

40

Excess zinc powder Serbuk zink berlebihan

34

35

36

37

38

39

Temperature increases Suhu meningkat

41

42

43

7

(i) (ii)

Heat / Haba

Copper(II) sulphate solution Larutan kuprum(II) sulfat Heat / Haba

Heat energy is released to the surroundings Tenaga haba dibebaskan kepada persekitaran

139

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 139

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(b) Complete following table: / Lengkapkan jadual berikut: Exothermic reaction Tindak balas eksotermik

Example of chemical equation for the reaction Contoh persamaan kimia untuk tindak balas

2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O

Neutralisation / Peneutralan Reaction between acids and metals Tindak balas antara asid dengan logam

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

Reaction between acids and metal carbonate Tindak balas antara asid dengan karbonat logam

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2 C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Combustion of alcohol / Pembakaran alkohol Dissolving sodium hydroxide/potassium hydroxide in water Melarutkan natrium hidroksida/kalium hidroksida dalam air

NaOH(s/p)

Dissolving anhydrous salt such as copper(II) sulphate in water Melarutkan garam kontang seperti kuprum(II) sulfat dalam air

CuSO4(s/p)

Adding water to concentrated acid Menambahkan air kepada asid pekat

8

Heat energy is absorbed (+ve) Tenaga haba diserap (+if)

Reactants Bahan tindak balas

4

H2O H2O

Na+ (aq/ak) + OH–(aq/ak) Cu2+(aq/ak) + SO42–(aq/ak) 2H+ (aq/ak) + SO42–(aq/ak)

Energy Change in Endothermic Reaction: / Perubahan Tenaga dalam Tindak Balas Endotermik: (a) Energy profile diagram for endothermic reactions: / Gambar rajah profil tenaga untuk tindak balas endotermik: Interpretation: / Tafsiran: (i) The quantity of heat energy absorbed for bonds breaking in the reactants is higher than heat energy released from the formation of bonds in the products. / Kuantiti tenaga haba diserap untuk pemecahan ikatan dalam bahan tindak balas lebih tinggi daripada tenaga haba dibebaskan Energy Tenaga dari pembentukan ikatan dalam hasil tindak balas. Heat energy is released (–ve) Tenaga haba dilepaskan (–if)

U N I T

H2SO4(aq/ak)

H2O

Products Hasil tindak balas

∆H is negative ∆H adalah negatif

(ii) Strong bonds are broken and weak bonds are formed. Ikatan kuat dipecahkan dan ikatan lemah dibentuk. (iii) Heat is absorbed from the surroundings, temperature of the surrounding decreases (Surrounding include the reaction solution, container and the air). / Haba diserap dari persekitaran, suhu persekitaran menurun (Persekitaran termasuklah larutan bahan tindak balas, bekas dan udara). (iv) Heat of reaction, ∆H is the difference between heat energy absorbed and heat energy released. / Haba tindak balas, ∆H adalah perbezaan antara tenaga haba yang diserap dengan tenaga haba yang dibebaskan. (v) The sign of ∆H is positive . / Tanda untuk ∆H adalah positif . (vi) Energy change: / Perubahan tenaga: Heat Chemical energy → energy haba kimia Tenaga → Tenaga

(b) Energy level diagram for endothermic reactions: / Gambar rajah aras tenaga untuk tindak balas endotermik: Energy / Tenaga Products / Hasil tindak balas

Reactants Bahan tindak balas



H is positive (heat is absorbed) H adalah positif (haba diserap)

Total energy content of the products is greater than total energy of the reactants. Jumlah kandungan tenaga hasil tindak balas lebih daripada jumlah kandungan tenaga bahan tindak balas.

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 140

140

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia

Examples of endothermic reactions: / Contoh tindak balas endotermik: (a) Dissolving ammonium nitrate in water / Melarutkan ammonium nitrat dalam air

41 40

Temperature decreases Suhu menurun

42

43

9

36

37

38

39

Ammonium nitrate Ammonium nitrat

34

35

Water / Air

Heat / Haba

Heat / Haba

Heat energy is absorbed from the surroundings Tenaga haba diserap dari persekitaran

(b) Complete the following table: / Lengkapkan jadual di bawah: Endothermic reaction Tindak balas endotermik

Example of chemical equation for the reaction Contoh persamaan kimia untuk tindak balas

Dissolving ammonium salts/nitrate salts in water Melarutkan garam ammonium/garam nitrat dalam air

NH4NO3(s/p)

Decomposition of nitrate and carbonate salt when heated Penguraian garam nitrat atau karbonat apabila dipanaskan

H2O

2Cu(NO3)2

Decomposition of hydrated salt to anhydrous salt and water when heated / Penguraian garam terhidrat kepada garam kontang dan air apabila dipanaskan



CuSO4.5H2O(s/p) (blue/biru)

NH4+ (aq/ak) + NO3– (aq/ak)

D D

2CuO + 4NO2 + O2 CuSO4(s/p) + 5H2O(l/ce) (white/putih)

10 Application of knowledge of exothermic and endothermic reactions in everyday life. Aplikasi tindak balas eksotermik dan endotermik dalam kehidupan seharian. (a) Hot packs: / Pek panas: (i) Contain chemicals that release heat, application of exothermic reaction. Mengandungi bahan kimia yang membebaskan haba, aplikasi bagi tindak balas eksotermik . (ii) It is a plastic bag containing separate compartments of water and anhydrous calcium chloride. The anhydrous calcium release chloride dissolves in water to heat, thus causing the temperature to increase . Ia adalah beg plastik yang mengandungi ruang berasingan air dan kalsium klorida kontang. Kalsium klorida kontang naik . larut dalam air dan membebaskan haba yang seterusnya menyebabkan suhu H2O CaCl2(s/p) Ca2+(aq/ak) + 2Cl–(aq/ak) ∆ H = –83 kJ mol–1

(b)



(iii) Other substances that can be used in a hot pack are anhydrous magnesium sulphate, anhydrous copper(II) sulphate and calcium oxide. / Bahan lain yang boleh digunakan dalam pek panas adalah magnesium sulfat kontang, kuprum(II) sulfat kontang dan kalsium oksida. (iv) A reusable hot pack uses supersaturated solution of sodium ethanoate crystallisation and resolution. Pek panas yang boleh dipakai semula menggunakan larutan tepu natrium etanoat yang akan menghablur.

U N I T

4

Cold packs: / Pek sejuk: (i) Contain chemicals that absorb heat, application of endothermic reaction. Mengandungi bahan kima yang menyerap haba, aplikasi bagi tindak balas endotermik . (ii) It is a plastic bag containing separate compartments of water and solid ammonium nitrate. The solid ammonium nitrate dissolves in water to absorb heat, thus causing the temperature to decrease . Ia adalah beg plastik yang mengandungi ruang yang berasingan air dan pepejal ammonium nitrat. Pepejal ammonium nitrat larut dalam air menyerap haba yang seterusnya menyebabkan suhu menurun . H2O NH4NO3(s/p) NH4+(aq/ak) + NO3– (aq/ak) ∆H = + 26 kJ mol–1 (iii) Other substances that can be used in a cold pack are ammonium chloride, potassium nitrate and sodium thiosulphate. Bahan lain yang boleh digunakan dalam pek sejuk adalah ammonium klorida, kalium nitrat dan natrium tiosulfat.

141

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 141

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Exercise / Latihan 1

Construct energy level diagram for the following thermochemical equations: Lukis gambar rajah aras tenaga untuk persamaan termokimia berikut: (a) HCl + NaOH (b) NH4NO3(s/p)

H2O

NaCl + H2O

∆H = –57 kJ mol–1

NH4+ (aq/ak) + NO3–(aq/ak)

∆H = +26 kJ mol–1

Give three statements to interpret the energy level diagrams that you have constructed. Berikan tiga pernyataan untuk mentafsirkan gambar rajah aras tenaga yang telah dilukis. Answer: / Jawapan: (a) Energy level diagram: / Gambar rajah aras tenaga: Energy / Tenaga

HCl + NaOH

∆H = –57 kJ mol–1 NaCl + H2O

Interpretation: / Tafsiran: exothermic (i) The reaction between hydrochloric acid and sodium hydroxide is . eksotermik Tindak balas antara asid hidroklorik dengan natrium hidroksida adalah

U N I T

.

(ii) When one mole of hydrochloric acid reacts with one mole of sodium hydroxide to produce one mole of sodium chloride and one mole of water, the quantity of heat released is 57 kJ. Apabila satu mol asid hidroklorik bertindak balas dengan satu mol natrium hidroksida menghasilkan satu mol natrium klorida dan satu mol air, kuantiti haba yang dibebaskan ialah 57 kJ. total (iii) The total energy of 1 mole of hydrochloric acid and 1 mole of sodium hydroxide is more than the difference energy of 1 mole of sodium chloride and 1 mole of water. The in energy is 57 kJ. Jumlah tenaga bagi 1 mol asid hidroklorik dan 1 mol natrium hidroksida lebih jumlah daripada tenaga 1 mol natrium klorida dan 1 mol air. Perbezaan tenaga adalah 57 kJ.

(b) Energy level diagram: / Gambar rajah aras tenaga: Energy / Tenaga +

–

NH4 (aq/ak) + NO3 (aq/ak)

4

∆H = +26 kJ mol–1 NH2NO3(s/p)



Interpretation: / Tafsiran: endothermic (i) Dissolving ammonium nitrate in water is . endotermik Melarutkan ammonium nitrat dalam air adalah

.

absorbed (ii) When one mole of ammonium nitrate dissolves in water, the quantity of heat is 26 kJ. diserap Apabila satu mol ammonium nitrat larut dalam air, kuantiti haba yang ialah 26 kJ.



(iii) The total energy of 1 mole of solid ammonium nitrate is less than the total energy of ammonium nitrate solution. The difference in energy is 26 kJ. / Jumlah tenaga bagi 1 mol pepejal ammonium nitrat adalah kurang daripada jumlah tenaga 1 mol larutan ammonium nitrat. Perbezaan tenaga adalah 26 kJ.

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 142

142

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia

2

The diagram below shows the energy level of reaction I and II. Gambar rajah di bawah menunjukkan aras tenaga bagi tindak balas I dan II. Energy / Tenaga

Energy / Tenaga

2NO2(g/g)

Zn + CuSO4

∆H = –210 kJ mol–1 ∆H = +66 kJ mol–1

N2(g/g) + 2O2(g/g)

ZnSO4 + Cu

Reaction II / Tindak balas II

Reaction I / Tindak balas I



Based on the diagram above, compare the energy level diagram in reaction I and reaction II. Berdasarkan gambar rajah di atas, bandingkan rajah aras tenaga tindak balas I dan tindak balas II. Answer: / Jawapan: endothermic exothermic (i) Reaction I is while reaction II is . endotermik eksotermik Tindak balas I adalah manakala tindak balas II adalah . (ii) Heat is absorbed from the surrounding in reaction I while heat is released to the surrounding in reaction II. / Haba diserap dari persekitaran dalam tindak balas I manakala haba dibebaskan ke persekitaran dalam tindak balas II. (iii) The total energy content of 1 mole of nitrogen gas and 2 moles of oxygen gas is lower than the total energy content of 2 moles of nitrogen dioxide in reaction I. The total energy of the content of 1 mole of zinc and 1 mole of copper(II) sulphate is higher than the total energy content of 1 mole of zinc sulphate and 1 mole of copper in reaction II. Jumlah kandungan tenaga 1 mol gas nitrogen dan 2 mol gas oksigen lebih rendah daripada jumlah kandungan tenaga 2 mol nitrogen dioksida dalam tindak balas I. Jumlah kandungan tenaga 1 mol zink dan 1 mol kuprum(II) sulfat lebih tinggi daripada jumlah tenaga 1 mol zink sulfat dan 1 mol kuprum dalam tindak balas II. (iv) The quantity of heat absorbed during reaction I is 66 kJ (heat of reaction is +66 kJ mol–1) while the quantity of heat released during reaction II is 210 kJ (heat of reaction is –210 kJ mol–1). / Kuantiti haba yang diserap 66 kJ semasa tindak balas I adalah (haba tindak balas ialah +66 kJ mol–1) manakala kuantiti haba yang dibebaskan semasa tindak balas II adalah 210 kJ (haba tindak balas ialah –210 kJ mol–1).

Determination of the Heat of Reaction (∆H) Penentuan Haba Tindak Balas (∆H) 1

Four types of heat of reaction, depending on the type of reaction: / Empat jenis haba tindak balas mengikut jenis tindak balas: (a) Heat of precipitation from precipitation reaction: / Haba pemendakan dari tindak balas pemendakan : cations anions Precipitation reaction occurs when two solutions containing and of insoluble salts added together. This reaction is used to prepare any insoluble salt . / Tindak balas pemendakan berlaku apabila dua larutan kation anion mengandungi dan garam tak larut dicampur bersama. Tindak balas ini digunakan untuk menyediakan garam tak larut .

U N I T

4

Example: / Contoh: (i) Insoluble silver chloride salt is prepared by adding silver nitrate solution (contains Ag+) with sodium chloride solution (contains Cl–). / Argentum klorida yang tidak larut disediakan dengan menambahkan larutan argentum nitrat (mengandungi Ag+) dengan larutan natrium klorida (mengandungi Cl–).

Silver nitrate solution Larutan argentum nitrat

Sodium chloride solution Larutan natrium klorida



Silver chloride Argentum klorida

143

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 143

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(ii) Balanced equation: / Persamaan kimia: AgNO3(aq/ak) + NaCl(aq/ak) → AgCl(s/p) + NaNO3(aq/ak) + – (iii) Ionic equation: / Persamaan ion: Ag + Cl → AgCl (iv) Heat of precipitation is heat change when 1 mole of a precipitate is formed from its ions in aqueous solution. Haba pemendakan ialah perubahan haba apabila 1 mol mendakan terbentuk dari ion-ionnya dalam larutan akueus. (b) Heat of displacement from displacement reaction: / Haba penyesaran daripada tindak balas penyesaran : Displacement reaction occurs when a metal which is situated at a higher position (higher tendency to release electron) in the electrochemical series displace a metal below it from its salt solution. Tindak balas penyesaran berlaku apabila logam yang berada di kedudukan yang lebih tinggi (lebih cenderung melepaskan elektron) dalam siri elektrokimia menyesar logam di bawahnya dari larutan garamnya. Example: / Contoh: Copper zinc (i) Excess of zinc powder is added into copper(II) sulphate solution. is displaced by from copper(II) sulphate solution . / Serbuk zink berlebihan ditambah kepada larutan kuprum(II) sulfat. Kuprum disesar oleh zink daripada larutan kuprum(II) sulfat .

Zinc

Serbuk

powder zink

Copper(II) sulphate solution Larutan kuprum(II) sulfat

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43





U N I T

4

(ii) Persamaan kimia: / Balanced equation: Zn(s/p) + CuSO4(aq/ak) → ZnSO4(aq/ak) + Cu(s/p) 2+ 2+ (iii) Ionic equation: / Persamaan ion: Zn + Cu → Zn + Cu (iv) Heat of displacement is heat change when 1 mole of a metal is displaced from its salt solution by a more electropositive metal. / Haba penyesaran ialah perubahan haba apabila 1 mol logam disesarkan dari larutan garamnya oleh logam yang lebih elektropositif.

peneutralan Heat of neutralisation from neutralisation reaction: / Haba peneutralan daripada tindak balas acid base salt water . Neutralisation is the reaction between an and a to form only and bes air Peneutralan ialah tindak balas antara asid dan menghasilkan garam dan sahaja. Example: / Contoh: (i) Hydrochloric acid is added into sodium hydroxide solution. Asid hidroklorik ditambah ke dalam larutan natrium hidroksida. (ii) Balanced equation: / Persamaan kimia: HCl(aq/ak) + NaOH(aq/ak) → NaCl(aq/ak) + H2O(l/ce) + – (iii) Ionic equation: / Persamaan ion: H + OH → H2O (iv) Heat of neutralisation is heat released when 1 mole of water is formed from neutralisation of acid with an alkali. Haba peneutralan ialah haba yang dibebaskan apabila 1 mol air terbentuk dari peneutralan asid dan alkali.

(c)

(d) Heat of combustion from combustion of any fuel: / Haba pembakaran daripada pembakaran sebarang bahan api: Combustion is a reaction when a substance burns completely in the excess oxygen. / Tindak balas pembakaran adalah tindak balas yang berlaku apabila bahan terbakar lengkap dalam oksigen berlebihan.

Example: / Contoh: (i) Combustion of ethanol in excess of oxygen produces carbon dioxide and water . Pembakaran etanol dalam oksigen berlebihan menghasilkan karbon dioksida dan air . (ii) Balanced equation: / Persamaan kimia: C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O (iii) Heat of combustion is heat released when 1 mole of fuel is burnt completely in excess oxygen under standard conditions. Haba pembakaran ialah haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan api terbakar lengkap dalam oksigen berlebihan di bawah keadaan piawai.

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 144

144

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia

2

Complete the following table. / Lengkapkan jadual di bawah. No. i

Heat of reaction Haba tindak balas

Definition Definisi

Heat of precipitation Haba pemendakan

Heat of precipitation is heat change when 1 mole of precipitate is formed from its ions in aqueous solution. Haba pemendakan ialah perubahan haba

Example Contoh Thermochemical equation: / Persamaan termokimia: Pb(NO3)2(aq/ak) + Na2SO4(aq/ak) → PbSO4(s/p) + 2NaNO3(aq/ak) ∆H = –50.4 kJ mol–1 Ionic equation: / Persamaan ion: Pb2+ + SO42– → PbSO4

dari ion-ionnya dalam

• 50.4 kJ heat energy is released when 1 mole of lead(II) ions reacted with 1 mole of sulphate ions to form 1 mole of lead(II) sulphate . 50.4 kJ tenaga haba dibebaskan apabila 1 mol ion plumbum(II) bertindak balas dengan 1 mol ion sulfat untuk membentuk 1 mol plumbum(II) sulfat .

larutan akueus.

Energy level diagram: / Gambar rajah aras tenaga:

apabila 1 mol mendakan terbentuk

Energy / Tenaga Pb2+(aq/ak) + SO42–(aq/ak) ΔH = –50.4 kJ mol–1 PbSO4(s/p)

ii

Heat of displacement Haba penyesaran

Heat of displacement is heat change when 1 mole of a metal is displaced from its solution by a more electropositive metal. Haba penyesaran ialah perubahan haba apabila 1 mol logam disesarkan dari larutan garamnya oleh logam yang lebih elektropositif.

Thermochemical equation: / Persamaan termokimia: Zn(s/p) + CuSO4(aq/ak) → ZnSO4(aq/ak) + Cu(s/p) ∆H = –217 kJ mol–1 Ionic equation: / Persamaan ion: Cu2+ + Zn → Zn2+ + Cu released • 217 kJ heat energy is when 1 mole of copper is displaced from zinc . / 217 kJ tenaga haba dibebaskan copper(II) sulphate solution by kuprum apabila 1 mol disesarkan dari kuprum(II) sulfat oleh zink. Energy level diagram: / Gambar rajah aras tenaga: Energy / Tenaga Cu2+(ak/aq) + Zn(p/s) ∆H = –217 kJ mol–1 Zn2+(ak/aq) + Cu(s/p)

iii

Heat of neutralisation Haba peneutralan

Heat of neutralisation is heat released when 1 mole of water is formed from neutralisation of acid with an alkali. Haba peneutralan ialah perubahan haba yang dibebaskan apabila 1 mol air terbentuk dari peneutralan asid dan alkali.

U N I T

Thermochemical equation: / Persamaan termokimia: KOH(aq/ak) + HNO3(aq/ak) → KNO3(aq/ak) + H2O(l/ce) ∆H = –57 kJ mol–1

4

Ionic equation: / Persamaan ion: H+ + OH– → H2O • 57 kJ heat energy is released when 1 mol of water formed from neutralisation of potassium hydroxide with nitric acid . 57 kJ haba dibebaskan apabila 1 mol air terbentuk dari peneutralan kalium hidroksida dengan asid nitrik . Energy level diagram: / Gambar rajah aras tenaga: Energy / Tenaga H+(aq/ak) + OH–(aq/ak) ΔH = –57 kJ mol–1 H2O(l/ce)

145

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 145

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

iv

Heat of combustion Haba pembakaran

Heat of combustion is heat released when 1 mole of fuel is burnt completely in excess oxygen. Haba pembakaran ialah haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan api terbakar lengkap dalam oksigen berlebihan.

Thermochemical equation: / Persamaan termokimia: C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O ∆H = –1 366 kJ mol–1 • 1 366 kJ heat energy is released when one mole of ethanol is burnt completely excess oxygen . / 1 366 kJ tenaga haba dibebaskan apabila 1 mol in etanol dibakar lengkap dalam oksigen berlebihan . Energy level diagram: / Gambar rajah aras tenaga: Energy / Tenaga C2H5OH + 3O2 ΔH = –1 366 kJ mol–1 2CO2 + 3O2

3

Method of calculating Heat of Reaction, / Kaedah pengiraan Haba Tindak Balas, ∆H: (a) Quantity of heat change in a substance depends on: / Kuantiti perubahan haba dalam bahan bergantung pada: (i) Mass of substance (m in grams) / Jisim bahan (m dalam gram) (ii) Specific heat capacity of a substance (c in J g–1 °C–1) / Muatan haba tentu bahan (c dalam J g–1 °C–1) (iii) Temperature change / Perubahan suhu (θ°C) (b) For a chemical reaction that occurs in an aqueous solution (precipitation, displacement of metal and neutralisation), assumptions are made during the calculation of heat of reaction: / Untuk tindak balas kimia yang berlaku dalam larutan akueus (pemendakan, penyesaran logam dan peneutralan) anggapan dibuat semasa pengiraan haba tindak balas: (i) Density of aqueous solution is equal to the density of water = 1 g cm–3, contoh: Ketumpatan larutan akueus sama dengan ketumpatan air = 1 g cm–3, for example: • 1 cm3 of aqueous solution has a mass of 1 g / 1 cm3 larutan akueus mempunyai jisim 1 g • 2 cm3 of aqueous solution has a mass of 2 g / 2 cm3 larutan akueus mempunyai jisim 2 g • m cm3 of aqueous solution has a mass of m g / m cm3 larutan akueus mempunyai jisim m g (ii) Specific heat capacity of solution = Specific heat capacity of water = 4.2 J g–1 °C–1 Muatan haba tentu bahan larutan = Muatan haba tentu bahan air = 4.2 J g–1 °C–1 (iii) No heat lost to the surroundings, all heat released in an exothermic reaction is absorbed into the reaction mixture. / Tiada haba hilang ke persekitaran, semua haba terbebas dalam tindak balas eksotermik diserap dalam campuran tindak balas. (c) Heat change, H / Perubahan haba, H (i) The heat change, H in a reaction can be calculated with the following formula Perubahan haba, H dalam tindak balas boleh dikira dengan formula berikut:

U N I T

4

Heat change (H) / Perubahan haba (H) = mcθ J where / di mana m = mass of the solution in gram / jisim larutan dalam gram c = specific heat capacity of solution in J g–1 °C–1 / muatan haba tentu larutan dalam J g–1 °C–1 θ = temperature change in °C / perubahan suhu dalam °C (d) Heat of reaction, ∆H / Haba tindak balas, ∆H (i) Heat of reaction (∆H) is the energy change when one mole of reactant reacts or when one mole of product is formed. Haba tindak balas (∆H) ialah perubahan tenaga apabila satu mol bahan bertindak balas atau satu mol hasil terbentuk. (ii) X mol of reactant/product absorbs/releases H J of heat energy / X mol bahan/hasil menyerap/membebaskan H J tenaga H J mol–1 1 mol of reactant/ product absorbs/releases / 1 mol of bahan/hasil menyerap/membebaskan X HJ ⇒ ∆H (heat of reaction) / ∆H (Haba tindak balas) = +/–  , X mol X = number of moles of reactant/product / bilangan mol bahan/hasil

Note: / Catatan: negative increases for exothermic reaction (temperature (i) The sign of ∆H is negatif menaik Tanda ∆H adalah untuk tindak balas eksotermik (suhu positive decreases (ii) The sign of ∆H is for endothermic reaction (temperature positif menurun Tanda ∆H adalah untuk tindak balas endotermik (suhu (iii) The unit for heat of reaction is kJ mol–1. / Unit untuk haba tindak balas ialah kJ mol–1.

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 146

). ). ). ).

146

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia





Example: / Contoh: 60 cm3 of 0.25 mol dm–3 silver nitrate solution reacts with 60 cm3 of 0.25 mol dm–3 potassium bromide solution with an average temperature of 29°C. A yellow precipitate was formed and the highest temperature reached is 32°C. Determine the heat of reaction, ∆H. / 60 cm3 larutan argentum nitrat 0.25 mol dm–3 bertindak balas dengan 60 cm3 larutan kalium bromida 0.25 mol dm–3 dengan suhu purata 29°C. Mendakan kuning terbentuk dan suhu tertinggi dicapai ialah 32°C. Tentukan haba tindak balas, ∆H.



(iv) Solution: / Penyelesaian: Steps / Langkah-langkah

Calculation / Pengiraan

Step 1: / Langkah 1: Determine the mass of the solution, m (Density of aqueous solution = 1 g cm–3) Tentukan jisim larutan, m (Ketumpatan larutan akueus = 1 g cm–3)

Mass of the solution, m / Jisim larutan, m = (60 cm3 + 60 cm3) × 1 g cm–3 = 120 g

Step 2 : / Langkah 2: Determine the temperature change, q Tentukan perubahan suhu,

Temperature change, / Perubahan suhu, = (32 – 29)°C = 3°C

Step 3: / Langkah 3: Determine the heat released, H Tentukan haba yang dibebaskan, H (Specific heat capacity of solution / Muatan haba tentu larutan = 4.2 J g–1 ºC–1)

H = mcθ J H = 120 g ¥ 4.2 J g–1 °C– ¥ 3°C = 1 512 J

Step 4: / Langkah 4: Determine the number of moles of silver bromide precipitated (X) / Tentukan bilangan mol argentum bromida yang termendak (X)

AgNO3(aq/ak) + KBr (aq/ak) → AgBr(s/p) + KNO3(aq/ak) or / atau Ag+ + Br– → AgBr Number of moles of Ag+ / Bilangan mol Ag+ = 60 dm3 ¥ 0.25 mol dm–3 = 0.015 mol 1 000 Number of moles of Br – / Bilangan mol Br – = 60 dm3 ¥ 0.25 mol dm–3 = 0.015 mol 1 000 From the equation: / Daripada persamaan: 1 mole of Ag+ ions reacts with 1 mole of Br – ions to form 1 mole of AgBr 1 mol ion Ag+ bertindak balas dengan 1 mol ion Br  – membentuk 1 mol AgBr 0.015 mole of Ag+ ions reacts with 0.015 mole Br – ions to form 0.015 mole AgBr 0.015 mol ion Ag+ bertindak balas dengan 0.015 mol ion Br – membentuk 0.015 mol AgBr



X= Step 5: / Langkah 5: Determine the heat of reaction (∆H) Tentukan haba tindak balas (∆H)

∆H = – H (negative because heat is released to the surrounding X or temperature increases) / (negatif sebab haba dibebaskan ke persekitaran atau suhu menaik) =–

Draw the energy level diagram Lukis gambar rajah aras tenaga

0.015

U N I T

4

1 512 = –100.8 kJ mol–1 0.015 mol

Energy / Tenaga AgNO3(aq/ak) + KBr(aq/ak) ΔH = –100.8 kJ mol–1 AgBr(s/p) + KNO3(aq/ak)

(e) Heat of combustion of fuel is determined by burning of a known mass of fuel (such as ethanol). The heat released from the burning of alcohol is used to increase the temperature of certain volume of water. / Haba pembakaran bahan api ditentukan dengan pembakaran jisim bahan api yang diketahui (seperti etanol). Haba yang dibebaskan dari pembakaran etanol digunakan untuk memanaskan suhu isi padu tertentu air.

147

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 147

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM







Sodium chloride solution Larutan natrium klorida

B

when 1 mol of precipitate is formed from its ions in aqueous solution. Haba pemendakan: Perubahan haba apabila 1 mol mendakan dihasilkan daripada ion-ionnya di dalam larutan akueus. m = total volume of salt solution jumlah isi padu larutan garam x = number of moles of precipitate (from the balanced equation) / bilangan mol mendakan (dari persamaan seimbang)

∆H = Heat of precipitation: Heat change

B



Apparatus: / Radas: Polystyrene cup, measuring cylinder, thermometer Bekas polisterina, silinder penyukat, termometer Procedure: / Prosedur: 1 25 cm3 of 0.5 mol dm–3 silver nitrate solution is measured with measuring cylinder and poured into a polystyrene cup .

Material: / Bahan: 0.5 mol dm–3 of sodium chloride solution, 0.5 mol dm–3 of silver nitrate solution Larutan natrium klorida 0.5 mol dm–3, Larutan argentum nitrat 0.5 mol dm–3

Silver nitrate solution Larutan argentum nitrat

Material: / Bahan: 0.5 mol dm–3 of copper(II) sulphate, zinc powder Larutan kuprum(II) sulfat 0.5 mol dm–3, serbuk zink Apparatus: / Radas: Polystyrene cup, measuring cylinder, thermometer Bekas polisterina, silinder penyukat, termometer Procedure: / Prosedur: 1 25 cm3 of 0.5 mol dm–3 copper(II) sulphate solution is measured with measuring cylinder and poured into a

Copper(II) sulphate solution Larutan kuprum(II) sulfat

Zinc powder Serbuk zink

B

when 1 mole of metal is displaced from its solution by a more electropositive metal. / Haba penyesaran: Perbezaan haba apabila 1 mol logam disesarkan daripada larutannya oleh logam yang lebih elektropositif. m = volume of salt solution/ isi padu larutan garam x = number of moles of metals displaced (from the balanced equation) bilangan mol logam yang disesarkan (dari persamaan seimbang)

∆H = Heat of displacement: Heat change

B

H = mcq



Manipulated variable: / Pemboleh ubah dimanipulasikan: Type of acid / Jenis asid Responding variable: Pemboleh ubah bergerak balas: Heat of neutralisation / Haba peneutralan Fixed variable: / Pemboleh ubah dimalarkan: Volume and concentration of acid and alkali, type of alkali / Isi padu dan kepekatan asid dan alkali, jenis alkali Hypothesis: / Hipotesis: Reaction between hydrochloric acid and sodium hydroxide has higher heat of neutralisation than reaction between ethanoic acid and sodium hydroxide / Tindak balas asid hidroklorik

Sodium hydroxide solution Larutan natrium hidroksida

Hydrochloric acid Asid hidroklorik

B

when 1 mole of water is formed from neutralisation of acid with an alkali. Haba peneutralan: Haba yang terbebas apabila 1 mol air dihasilkan daripada peneutralan asid dengan suatu alkali. m = total volume of acid and alkali jumlah isi padu asid dan alkali x = number of moles of water (from the balanced equation) / bilangan mol air (dari persamaan seimbang)

∆H = Heat of neutralisation: Heat released

B



Fuel Bahan api

Copper Can Tin kuprum

Thermometer Termometer

of combustion. / Semakin bertambah bilangan

Manipulated variable: Pemboleh ubah dimanipulasikan: Type of alcohols / Jenis alkohol Responding variable: Pemboleh ubah bergerak balas: Heat of combustion / Haba pembakaran Fixed variable: / Pemboleh ubah dimalarkan: Volume of water, type of metal can Isi padu air, jenis bekas logam Hypothesis: / Hipotesis: The higher the number of carbon and hydrogen atom per molecule alcohols, the higher the heat

Water Air

Wind shield Pengadang angin

B

when 1 mole of fuel is burnt completely in excess oxygen. / Haba pembakaran: Haba yang terbebas apabila 1 mol bahan api terbakar lengkap dalam oksigen berlebihan. m = volume of water in copper can isi padu air x = number of moles of alcohol (from mass fuel in the lamp) / bilangan mol alkohol (dari perbezaan jisim pelita)

∆H = Heat of combustion: Heat released

B

Heat released/Heat absorbed/ Heat change / Haba dibebaskan/ Haba diserap/Perubahan haba,

B

Heat of reaction (DH) is the energy change when one mole of reactant reacts or when one mole of product is formed. Haba tindak balas (DH) ialah perbezaan haba apabila 1 mol bahan bertindak balas atau apabila 1 mol hasil tindak balas dihasilkan.

CALCULATION: / PENGIRAAN: Heat of reaction, / Haba tindak balas, mcq DH = ± x

43

42

35

34

36

37

38

39

40

41

43 42 41 40 39 38 37 36 35 34

43 42 41 40 39 38 37 36 35 34

43 42 41 40 39 38 37 36

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 148 35

© Nilam Publication Sdn Bhd 34

4 U N I T

Activity/Experiment to Determine Heat of Reaction Aktiviti/Eksperimen untuk Menentukan Haba Tindak Balas

MODULE • Chemistry Form 5

148

07/11/2013 2:06 AM

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 149

3 A thermometer is placed into each solution and the initial temperature T1 and T2 of each solution is recorded . Termometer diletakkan di dalam setiap larutan dan suhu awal setiap larutan T1 dan T2 dicatat . 4 The sodium chloride solution is poured quickly and carefully into the silver nitrate solution. Larutan natrium klorida dituang dengan cepat dan cermat ke dalam larutan argentum nitrat. 5 The reaction of mixture is stirred with the thermometer and the highest temperature, T3 is recorded . Campuran tindak balas dikacau dengan termometer dan suhu tertinggi, T3 dicatat .

dengan silinder penyukat dan dituang ke dalam cawan polistirena yang lain.

2 25 cm3 of 0.5 mol dm–3 sodium chloride solution is measured with another measuring cylinder and poured into another polystyrene cup . 25 cm3 larutan natrium klorida berkepekatan 0.5 mol dm–3 disukat

25 cm3 larutan argentum nitrat berkepekatan 0.5 mol dm–3 disukat silinder penyukat dengan dan dituang ke dalam cawan polistirena .

Campuran tindak balas dikacau termometer dengan dan suhu tertinggi , T2 dicatat .

sulfat. 4 The reaction mixture is stirred with the thermometer and the highest recorded . temperature, T2 is

2 A thermometer is placed into the solution and the initial temperature T1 of the solution is recorded . Termometer diletakkan di dalam larutan tersebut dan suhu awal T1 dicatat . 3 Half spatula of zinc powder is quickly and carefully added into the copper(II) sulphate solution . serbuk Separuh spatula zink ditambahkan dengan cepat dan cermat ke dalam larutan kuprum(II)

polystyrene cup . 25 cm3 larutan kuprum(II) sulfat berkepekatan 0.5 mol dm–3 disukat dengan silinder penyukat dan dituang ke dalam cawan polistirena . Material: / Bahan 2 mol dm–3 of hydrochloric acid, 2 mol dm–3 ethanoic acid, 2 mol dm–3 of sodium hydroxide solution Asid hidroklorik 2 mol dm–3, asid etanoik 2 mol dm–3, larutan natrium hidroksida 2 mol dm–3 Apparatus: / Radas: Polystyrene cup, measuring cylinder, thermometer / Bekas polisterina, silinder penyukat, termometer Procedure: / Prosedur: 1 50 cm3 of 2 mol dm–3 sodium hydroxide solution is measured with measuring cylinder and poured into a polystyrene cup . / 50 cm3 larutan natrium hidroksida 2 mol dm–3 disukat dengan silinder penyukat dan dituang ke dalam cawan polistirena . 2 50 cm3 of 2 mol dm–3 hydrochloric acid is measured with another measuring cylinder and poured into another polystyrene cup . / 50 cm3 asid hidroklorik berkepekatan 2 mol dm–3 disukat dengan silinder penyukat yang lain dan dituang ke dalam cawan polistirena yang lain. 3 A thermometer is placed into each solution and the initial temperature of sodium hydroxide solution and hydrochloric acid, T1 and T2 are recorded . / Termometer diletakkan di dalam setiap larutan dan suhu awal larutan natrium hidroksida dan asid hidroklorik, T1 dan T2 dicatat . 4 Hydrochloric acid is poured quickly and carefully into the sodium hydroxide solution. / Asid hidroklorik dituang dengan cepat dan cermat ke dalam larutan natrium hidroksida. 5 The reaction mixture is stirred with the thermometer and the highest temperature, T3 is recorded . / Campuran tindak balas dikacau dengan termometer dan suhu tertinggi , T3 dicatat . 6 Steps 1 to 5 are repeated using sodium hydroxide solution and ethanoic acid. Langkah 1 hingga 5 diulang dengan menggunakan larutan natrium hidroksida dan asid etanoik.

dengan natrium hidroksida menghasilkan haba peneutralan yang lebih tinggi dari haba peneutralan antara asid etanoik dan natrium hidroksida.

149

until its temperature increases by 30°C, the flame is put off and the highest temperature, T2 reached by the water is recorded . / Air tersebut dikacau berterusan dengan termometer sehingga suhunya meningkat sebanyak 30°C, api dipadamkan dan suhu tertinggi  , T2 dicapai oleh air dicatat . 8 The final mass of the lamp, m2 and its content is weighed immediately and recorded . Jisim terakhir pelita m2 dan kandungannya segera ditimbang dan dicatat . 9 Steps 1 to 8 are repeated with ethanol, propanol and butanol. / Langkah 1 hingga 8 diulangi dengan menggunakan etanol, propanol dan butanol.

3 The copper can is placed on a tripod stand. Bekas kuprum diletakkan di atas tungku kaki tiga. 4 A lamp is filled with methanol. The lamp is weighed and the initial mass, m1 is recorded . Pelita diisikan dengan metanol dan ditimbang. Jisim dicatat . awalnya, m1 5 A wind shield is placed as shown in the diagram to minimise heat loss to the moving air in the surrounding. Penghadang angin diletakkan seperti ditunjukkan dalam rajah untuk mengurangkan kehilangan haba ke udara persekitarannya. 6 The lamp is placed near the base of the copper can to maximise the heat transfer and the wick is lighted . Pelita diletak dekat dengan bekas kuprum untuk memaksimakan pemindahan haba. Sumbu pelita tersebut dinyalakan . 7 The water is stirred continuously with the thermometer

Material: / Bahan: Methanol, ethanol, propanol, butanol Methanol, etanol, propanol, butanol Apparatus: / Radas: Lamp, copper can, thermometer, wind shield, wooden block, measuring cylinder, tripod stand Pelita, bekas kuprum, termometer, pengadang, bongkah kayu, silinder penyukat, tungku kaki tiga Procedure: / Prosedur: 1 100 cm3 of water is measured with measuring cylinder and pour it into the copper can . / 100 cm3 air disukat dengan silinder penyukat dan dituang ke dalam bekas kuprum . 2 A thermometer is placed into the water and the initial temperature, T1 is recorded . / Termometer diletakkan dicatat . di dalam air dan suhu awal , T1

bertambah haba pembakaran.

atom karbon dan hidrogen setiap molekul alkohol, semakin

Termochemistry Termokimia

U N I T

4

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Numerical Problems Involving Heat of Displacement Pengiraan Melibatkan Haba Penyesaran 1



Excess of zinc powder is added to 50 cm3 of 0.1 mol dm–3 copper(II) sulphate solution. The temperature of reaction mixture increases by 5°C. Calculate the heat of displacement of copper by zinc from copper(II) sulphate solution. [Specific heat capacity of solution = 4.2 J g–1 o C–1, density of solution = 1 g cm–3] Serbuk zink berlebihan ditambah kepada 50 cm3 larutan kuprum(II) sulfat 0.1 mol dm–3. Suhu campuran tindak balas meningkat sebanyak 5°C. Hitungkan haba penyesaran kuprum oleh zink dari larutan kuprum(II) sulfat. [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1, ketumpatan larutan = 1 g cm–3] Answer: / Jawapan: Excess / Lebih Zn +

50 cm3 0.1 mol dm–3 CuSO4

→

? mol ZnSO4 + Cu

50 × 0.1 1 000

Number of moles of CuSO4 / Bilangan mol CuSO4 =

= 0.005 mol

From the equation, / Dari persamaan,

1 mol CuSO4 : 1 mol Cu 0.005 mol CuSO4 : 0.005 mol Cu Heat released in the experiment, / Haba dibebaskan dalam eksperimen, H = 50 × 4.2 × 5 J = 1 050 J Heat of displacement, / Haba penyesaran ∆H = – 

2

1 050 J = –210 kJ mol–1 0.005 mol

The following is the thermochemical equation for a reaction. / Berikut adalah persamaan termokimia untuk suatu tindak balas. Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu ∆H = –210 kJ mol–1 Calculate the heat released when 50 cm3 of 1.0 mol dm–3 copper(II) sulphate solution reacts with excess zinc. / Hitungkan haba yang dibebaskan apabila 50 cm3 larutan kuprum(II) sulfat 1.0 mol dm–3 bertindak balas dengan zink berlebihan. Answer: / Jawapan: Number of moles of CuSO4 / Bilangan mol CuSO4 = From the equation, / Dari persamaan



U N I T

4

3

50 × 1 1 000

= 0.05 mol

1 mol CuSO4 : 1 mol Cu 0.05 mol CuSO4 : 0.05 mol Cu

Displacement of 1 mol of Cu releases 210 kJ Penyesaran 1 mol Cu membebaskan 210 kJ

or / atau

0.05 mol Cu release / 0.05 mol Cu membebaskan 210 × 0.05 = 10.5 kJ



Heat released, / Haba dibebaskan, H = 10.5 kJ



H X H 210 kJ mol–1 = 0.05 H = 210 kJ mol–1 × 0.05 mol = 10.5 kJ ∆H =

The thermochemical ionic equation below represents the reaction between magnesium powder and iron(II) sulphate solution. Persamaan ion termokimia di bawah mewakili tindak balas antara serbuk magnesium dengan larutan ferum(II) sulfat. Mg(s/p) + Fe2+(aq/ak) → Mg2+(aq/ak) + Fe(s/p) ∆H = –189 kJ mol–1



Calculate the increase in temperature when excess magnesium powder is added into 80 cm3 of 0.4 mol dm–3 iron(II) sulphate solution. [Specific heat capacity of solution = 4.2 J g–1 °C–1, density of solution = 1 g cm–3] / Hitungkan kenaikan suhu apabila serbuk magnesium berlebihan ditambah kepada 80 cm3 larutan ferum(II) sulfat 0.4 mol dm–3. [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g –1 °C–1, ketumpatan larutan = 1 g cm–3] Answer: / Jawapan:

80 × 0.4 = 0.032 mol 1 000 1 mol Fe 2+ : 1 mol Fe 0.032 mol Fe 2+ : 0.032 mol Fe

Number of moles of FeSO4 / Bilangan mol FeSO4 = From the equation, / Dari persamaan H ∆H = X H –1 189 kJ mol = 0.032 mol © Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 150

H = Heat released in the experiment Haba dibebaskan dalam eksperimen

H = 189 kJ mol–1 × 0.032 mol = 6.048 kJ = 6 048 J 6 048 J = mcθ = 80 × 4.2 × θ θ = 18°C

150

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia

Numerical Problems Involving Heat of Precipitation Pengiraan Melibatkan Haba Pemendakan 1

When 25 cm3 of 0.25 mol dm–3 silver nitrate solution is added into 25 cm3 of 0.25 mol dm–3 sodium chloride solution, the temperature of the mixture rises by 3°C. What is the quantity of heat released in this experiment? [Specific heat capacity of a solution = 4.2 J g–1 °C–1] Apabila 25 cm3 larutan argentum nitrat 0.25 mol dm–3 ditambah kepada 25 cm3 larutan natrium klorida 0.25 mol dm–3, suhu campuran tindak balas naik sebanyak 3ºC. Berapa kuantiti haba yang dibebaskan dalam eksperimen ini? [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1] Answer: / Jawapan: Heat released in the experiment, / Haba dibebaskan dalam eksperimen, H = 50 g × 4.2 J g–1 ºC–1 × 3ºC = 630 J

2

The thermochemical ionic equation below represents the reaction between lead(II) nitrate solution and potassium sulphate solution. Persamaan ion termokimia di bawah mewakili tindak balas antara larutan plumbum(II) nitrat dengan larutan kalium sulfat. Pb2+ + SO42– → PbSO4 ∆H = –50.4 kJ mol–1 Calculate the increase in temperature when 25 cm3 of 1 mol dm–3 of lead(II) nitrate solution is added into 25 cm3 of 1 mol dm–3 of potassium sulphate solution. [Specific heat capacity of solution = 4.2 J g–1 °C–1, density of solution = 1 g cm–3] Hitungkan kenaikan suhu apabila 25 cm3 larutan plumbum(II) nitrat 1 mol dm–3 ditambah kepada 25 cm3 larutan kalium sulfat 1 mol dm–3. [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1, ketumpatan larutan = 1 g cm–3] Answer: / Jawapan: H , X = Number of moles of PbSO4, / Bilangan mol PbSO4, H = heat release / haba dibebaskan, X ∆H = heat of precipitation / haba pemendakan 25 × 1 Number of moles of Pb2+ / Bilangan mol Pb2+ = = 0.025 mol, 1 000 25 × 1 Number of moles of SO42– / Bilangan mol SO42– = = 0.025 mol 1 000 From the equation: / Dari Persamaan • 1 mol of Pb2+ ions reacts with 1 mol of SO42– ions to form 1 mole of PbSO4 1 mol ion Pb2+ bertindak balas dengan 1 mol ion SO42– membentuk 1 mol PbSO4 • 0.025 mole of Pb2+ ions reacts with 0.025 mole SO42– ions to form 0.025 mole of PbSO4 0.025 mol ion Pb2+ bertindak balas dengan 0.025 mol ion SO42– membentuk 0.025 mol PbSO4 X = 0.025 mol H 50.4 kJ mol–1 = 0.025 mol Heat release, / Haba dibebaskan, H = 1.26 kJ = 1 260 J 1 260 J = mcθ = 50 g × 4.2 J g–1 ºC–1 × θ θ = 6 ºC

∆H =

U N I T

Numerical Problems Involving Heat of Neutralisation Pengiraan Melibatkan Haba Peneutralan 1



4

100 cm3 of 2.0 mol dm–3 sodium hydroxide solution is added into 100 cm3 of 2.0 mol dm–3 ethanoic acid. The initial temperature for both solutions is 28.0ºC and the highest temperature is 41.0ºC. Calculate heat of neutralisation. / 100 cm3 larutan natrium hidroksida 2.0 mol dm–3 ditambah kepada 100 cm3 asid etanoik 2.0 mol dm–3. Suhu awal kedua-dua larutan ialah 28.0ºC dan suhu tertinggi ialah 41.0ºC. Hitungkan haba peneutralan. [Specific heat capacity of a solution = 4.2 J g–1 °C–1] / [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1] Answer: / Jawapan: ∆H = –54.6 kJ mol

–1

2



The reaction between 25 cm3 of hydrochloric acid and 25 cm3 of sodium hydroxide solution releases the heat of 2 100 J. What is the temperature change of the mixture? / Tindak balas antara 25 cm3 asid hidroklorik dan 25 cm3 larutan natrium hidroksida membebaskan haba sebanyak 2 100 J. Apakah perubahan suhu campuran tindak balas? [Specific heat capacity of a solution = 4.2 J g–1 °C–1] / [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1] Answer: / Jawapan: θ = 10 ºC

151

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 151

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Comparing the Heat of Neutralisation Membandingkan Haba Peneutralan 1

Heat of neutralisation is heat released when one mole of hydrogen ions from acid reacts with one mole of hydroxide ions from alkali to produce one mole of water: Haba peneutralan ialah haba yang dibebaskan apabila satu mol ion hidrogen dari asid bertindak balas dengan satu mol ion hidroksida dari alkali menghasilkan satu mol air: H+(aq/ak) + OH–(aq/ak) → H2O



1 mol of hydrogen ions react with 1 mol of hydroxide ions to form 1 mol of water to release 57 kJ of heat energy. 1 mol ion hidrogen bertindak balas dengan ion hidroksida membentuk 1 mol air dan membebaskan 57 kJ tenaga haba.

2

Heat neutralisation between strong acid and strong alkali: / Haba peneutralan antara asid kuat dengan alkali kuat: Heat of neutralisation of sodium hydroxide solution/potassium hydroxide solution with hydrochloric acid/nitric acid is –57 kJ mol–1 because all the reactions produce one mol of water. Haba peneutralan bagi larutan natrium hidroksida/kalium hidroksida dengan asid hidroklorik/asid nitrik ialah –57 kJ mol–1 kerana semua tindak balas menghasilkan satu mol air.





U N I T

∆ H = –57 kJ mol–1

HCl + KOH → KCl + H2O HCl + NaOH → NaCl + H2O HNO3 + KOH → KNO3 + H2O HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O

H+ + OH– → H2O, ∆H = –57 kJ mol–1



3

Heat of neutralisation between sodium hydroxide and sulphuric acid (diprotic acid): / Haba peneutralan antara natrium hidroksida dengan asid sulfurik (asid diprotik): 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O (a) 2 mol hydroxide ions react with 2 mol of hydrogen ions to form 2 mol H2O. Heat released is 2 × 57 kJ = 114 kJ. 2 mol ion hidroksida bertindak balas dengan 2 mol ion hidrogen membentuk 2 mol H2O. Haba yang dibebaskan ialah 2 × 57 kJ = 114 kJ. (b) Heat of neutralisation of sulphuric acid with sodium hydroxide remains at –57 kJ mol–1 because the definition for heat of neutralisation is heat released for the formation of one mol of water. Haba peneutralan bagi asid sulfurik dengan natrium hidroksida masih –57 kJ mol–1 kerana maksud haba peneutralan adalah haba yang dibebaskan bagi pembentukan satu mol air.

4

Heat of neutralisation between weak acid and strong alkali: / Haba peneutralan antara asid lemah dengan alkali kuat: (a) Magnitude of heat of neutralisation for a weak acid with a strong alkali or strong acid with weak alkali is less than 57 kJ mol. Magnitud haba peneutralan untuk asid lemah dengan alkali kuat atau asid kuat dengan alkali lemah adalah kurang daripada 57 kJ mol. Example: / Contoh: NaOH + CH3COOH → CH3COONa + H2O NaOH + HCN → NaCN + H2O

4

∆H = –55 kJ mol–1 ∆H = –12 kJ mol–1

Explanation: / Penerangan:

(i)

Weak acids Asid lemah

ionise mengion

hydrogen partially in water to produce separa dalam dalam air menghasilkan ion

ions. hidrogen

.

Example: / Contoh: CH3COOH

CH3COO– + H+

(ii) Some of the particles still remain in the form of molecules . / Sebahagian zarah masih kekal dalam bentuk molekul . (iii) Heat energy is absorbed to ionise molecules of the weak acid that have not been ionised so that they ionise completely. Tenaga haba diserap untuk mengionkan molekul asid lemah yang masih belum mengion supaya mengion sepenuhnya. (iv) Part of the heat that is released is used/absorbed to ionise the molecules of weak acid that has not been ionised. Sebahagian haba yang dibebaskan digunakan/diserap untuk mengionkan molekul asid lemah yang masih belum mengion.

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 152

152

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia



# Calculation guide: / Panduan pengiraan: (a) If any reaction is repeated by changing the volume without changing the concentration, change in temperature is the same. / Jika sebarang tindak balas diulangi dengan menukarkan isi padu tanpa menukar kepekatan, perubahan suhu adalah sama. (b) If the reaction is repeated by changing the concentration of the solution by n times without changing the volume, the temperature change is n times. / Jika sebarang tindak balas diulangi dengan menukarkan kepekatan larutan sebanyak n kali tanpa menukar isi padu, perubahan suhu adalah n kali.



Example 1: / Contoh 1: (i) Reaction I: / Tindak balas I: 50 cm3 of 2 mol dm–3 hydrochloric acid is added to 50 cm3 of 2 mol dm–3 potassium hydroxide solution. The temperature rises by 13°C. / 50 cm3 asid hidroklorik 2 mol dm–3 ditambah dengan 50 cm3 larutan kalium hidroksida 2 mol dm–3.Suhu naik sebanyak 13°C. (ii) Reaction II: / Tindak balas II:  300 cm3 of 2 mol dm–3 hydrochloric acid is added to 300 cm3 of 2 mol dm–3 potassium hydroxide solution. What is the temperature change in this reaction? / 300 cm3 asid hidroklorik 2 mol dm–3 ditambah dengan 300 cm3 larutan kalium hidroksida 2 mol dm–3. Apakah perubahan suhu dalam tindak balas ini? Answer: / Jawapan: H ∆H = where / di mana X Reaction I: / Tindak balas I:

∆H = Heat of neutralisation / Haba peneutralan X = Number of moles of water / Bilangan mol air H = Heat change (heat released in the reaction) Perubahan haba (haba dibebaskan dalam tindak balas) = mcq 100 × 4.2 × 13 J = 54 600 J 0.1 600 × 4.2 × T , where / di mana T = temperature change in reaction I 0.6 perubahan suhu dalam tindak balas I

∆H =

Reaction II: / Tindak balas II: 54 600 J =





T = 13ºC

Example 2: / Contoh 2: (i) Reaction I: / Tindak balas I: 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 lead(II) nitrate is added to 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 sodium carbonate solution. The temperature of the mixture rises by 2.4°C. / 50 cm3 larutan plumbum(II) nitrat 2 mol dm–3 ditambah dengan 50 cm3 larutan natrium karbonat 0.2 mol dm–3. Suhu naik sebanyak 2.4°C. (ii) Reaction II: / Tindak balas II: 50 cm3 of 0.6 mol dm–3 lead(II) nitrate solution is added to 50 cm3 of 0.6 mol dm–3 sodium carbonate solution. What is the temperature rise in this experiment? / 50 cm3 larutan plumbum(II) nitrat 0.6 mol dm–3 ditambah dengan 50 cm3 larutan natrium karbonat 0.6 mol dm–3. Apakah kenaikan suhu dalam eksperimen ini? Answer: / Jawapan: ∆H =

H where / di mana X

U N I T

4

∆H = Heat of precipitation of lead(II) carbonate Haba pemendakan plumbum(II) karbonat X = Number of moles of lead(II) carbonate precipitated Bilangan mol mendakan plumbum(II) karbonat H = Heat change / Perubahan haba = mcθ Ionic equation for both reactions: / Persamaan ion untuk kedua-dua tindak balas: Pb2+ + CO32– → PbCO3

100 × 4.2 × 2.4 J = 100 800 J mol–1 0.01 100 × 4.2 × T Reaction II: / Tindak balas II: 100 800 J = , where / di mana T = temperature change in reaction II 0.03

Reaction I: / Tindak balas I:

∆H =

perubahan suhu dalam tindak balas II



T = 7.2°C (The temperature changes is 3 times more than reaction I) (Perubahan suhu adalah 3 kali lebih daripada tindak balas I)

153

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 153

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Numerical Problems Involving Heat of Combustion Pengiraan Melibatkan Haba Pembakaran 1



Methanol burns in oxygen in a reaction as shown in the thermochemical equation below. / Metanol terbakar dalam oksigen seperti persamaan termokimia di bawah. 3 CH3OH(s/p) +  O2(g/g) → CO2 (g/g) + 2H2O ∆H = –725 kJ mol–1 2 What is the mass of methanol that must be burnt completely to produce 145 kJ of heat? [Relative atomic mass: C, 12; O, 16] Apakah jisim metanol yang perlu dibakar lengkap untuk menghasilkan 145 kJ haba? [Jisim atom relatif: C, 12; O, 16] Answer: / Jawapan: ∆H =

H , X

X = Number of moles of methanol / Bilangan mol metanol 145 kJ 725 kJ mol –1 = X 145 kJ Number of moles of methanol / Bilangan mol metanol = = 0.2 mol 725 kJ mol–1 Mass of methanol / Jisim metanol = 0.2 × [12 × 1 + 4 × 1 + 16] = 6.4 g

2



22 g of butanol is burnt completely in excess of oxygen. The heat released is used to heat up 500 cm3 water from 27.5°C to 55.8°C. Calculate the heat of combustion of butanol. / 22 g butanol terbakar lengkap dalam oksigen berlebihan. Haba yang dibebaskan memanaskan 500 cm3 air dari 27.5°C ke 55.8°C. Hitungkan haba pembakaran butanol. [Specific heat capacity of a solution = 4.2 J g–1 °C–1, relative atomic mass: H, 1; C, 12; O, 16 ] [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1, jisim atom relatif: H, 1; C, 12; O, 16] H ∆H = , X

X = Number of moles of butanol, / Bilangan mol butanol, H = heat released, / haba dibebaskan ∆H = heat of combustion / haba pembakaran ∆H = 500 × 4.2 × 28.3 J = 199.9 kJ mol–1 22 mol 74



Comparing the Heat of Combustion of Various Fuels Membandingkan Haba Pembakaran Pelbagai Bahan Api

U N I T

4

1 2 3 4

Fuels are substances that burn in the air to produce heat energy. Bahan api adalah bahan yang dibakar dalam udara untuk menghasilkan tenaga. Heat of combustion is heat energy released when 1 mole of fuel is burnt completely in excess oxygen. Haba pembakaran ialah tenaga haba yang dibebaskan apabila 1 mol bahan api dibakar lengkap dalam oksigen berlebihan. The higher the number of carbon and hydrogen atoms per molecule of fuel, the higher the heat energy released by the combustion of 1 mole of fuel. Semakin tinggi bilangan atom karbon dan hidrogen dalam setiap molekul bahan api, semakin banyak tenaga haba dibebaskan dari pembakaran 1 mol bahan api. Example: / Contoh: The diagram below shows the graph of heat of combustion of alcohols against number of carbon atom per molecule. Rajah di bawah menunjukkan graf haba pembakaran melawan bilangan atom karbon dalam setiap molekul alkohol. Heat of combustion of alcohol (kJ mol–1) Haba pembakaran alkohol (kJ mol–1) 3 000 2 000 1 000 0

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 154

1

2

3

4

Number of carbon atom per molecule Bilangan atom karbon per molekul



154

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia



Conclusion: / Kesimpulan: When the number of carbon atom per molecule of alcohol increases, the heat combustion increases. Apabila bilangan atom karbon dalam setiap molekul alkohol bertambah, haba pembakaran bertambah. Explanation: / Penerangan: (a) When the number of carbon atom per molecule of alcohol increases , the number of carbon dioxide and water molecules produced as products increases . / Apabila bilangan atom karbon dalam setiap molekul alkohol bertambah , air bilangan molekul karbon dioksida dan yang dihasilkan bertambah . (b) More bonds between atoms in carbon dioxide and water molecules are formed, more heat is released. Lebih banyak ikatan antara atom dalam molekul air dan karbon dioksida terbentuk, lebih banyak haba dibebaskan.

5



Fuel value / Nilai bahan api (a) Fuel value is the amount of heat released when 1 g of fuel burns completely, the unit is kJ g–1. Nilai bahan api adalah jumlah haba yang dibebaskan apabila 1 g bahan api terbakar lengkap, unitnya adalah kJ g–1. (b) A fuel with high fuel value can supply more energy. Bahan api dengan nilai bahan api yang tinggi boleh membekalkan lebih tenaga. Example: / Contoh: Fuel value/ kJ g–1 / Nilai bahan api/ kJ g–1

Fuel / Bahan api Methanol / Metanol

23

Charcoal / Arang kayu

35

Crude oil / Minyak mentah

45

Kerosene

/ Kerosin

37

Petrol / Petrol Natural gas

(c) 6

34

/ Gas asli

50

Aspects to be considered when choosing a fuel in industry: Aspek yang perlu dipertimbangkan apabila memilih bahan api dalam industri: (i) Fuel value of the fuel. / Nilai bahan api bagi bahan api. (ii) Cost of energy/fuel. / Harga tenaga/bahan api. (iii) Availability and sources of the fuel. / Sumber bahan api. (iv) Effect of the fuel to the environment. / Kesan bahan api kepada persekitaran.

Other sources of energy / Sumber tenaga yang lain (a) World’s major sources of energy are fossil fuels such as coal, petroleum and natural gas which are non-renewable source of energy, eventually they will be used up. / Sumber utama tenaga dunia adalah bahan api fosil seperti arang batu, petroleum dan gas asli yang merupakan sumber yang tidak boleh diperbaharui yang mana ia akan habis digunakan. (b) Other sources of energy are the sun, biomass, water and radioactive substances. Sumber tenaga yang lain adalah matahari, biojisim, air dan bahan radioaktif.

U N I T

4

Structured Questions / Soalan Struktur The diagram below shows the apparatus set-up for an experiment to determine the heat of displacement of silver. Rajah di bawah menunjukkan susunan radas untuk eksperimen menentukan haba penyesaran argentum.

Excess of copper powder Serbuk kuprum berlebihan

35

36

37

38

39

40

41

42

43

1

34

Plastic cup Cawan plastik

100 cm3 of 0.5 mol dm–3 silver nitrate solution 100 cm3 larutan argentum nitrat 0.5 mol dm–3

155

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 155

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5



The following data was obtained: / Berikut adalah data yang diperoleh: Initial temperature of silver nitrate solution / Suhu awal larutan argentum nitrat = 28.0ºC Highest temperature of the mixture of product / Suhu tertinggi campuran hasil tindak balas = 40.5ºC [Given specific heat capacity of solution = 4.2 J g–1 °C–1, density of solution = 1 g cm–3] [Muatan haba tentu larutan = 4.2 J g–1 °C–1, ketumpatan larutan = 1 g cm–3]



(a) What is meant by the ‘heat of displacement’ in the experiment? Apakah yang dimaksudkan dengan ‘haba penyesaran’ dalam eksperimen itu? Heat released when one mole of silver is displaced from silver nitrate solution by copper. Haba dibebaskan apabila satu mol argentum disesarkan dari larutan argentum nitrat oleh kuprum.

(b) State three observations in the experiment and the reason for each observation. Nyatakan tiga pemerhatian dalam eksperimen itu dan berikan sebab untuk setiap pemerhatian. (i) Grey solid is deposited because silver metal is displaced by copper from silver nitrate solution / Pepejal kelabu berkilat

terenap kerana logam argentum disesar oleh kuprum

(ii) Colourless solution turns blue because copper(II) ion is produced / Larutan tanpa warna menjadi biru kerana kuprum(II)

ion dihasilkan

(iii) The thermometer reading rises or the container becomes hot or warm because heat is released to the surroundings/the

reaction is exothermic / Bacaan termometer meningkat atau bekas menjadi panas kerana haba dibebaskan ke



persekitaran/ tindak balas adalah eksotermik

(c) Why is a plastic cup used in the experiment? / Mengapakah cawan plastik digunakan dalam eksperimen itu? To reduce heat loss to the surrounding. / Untuk mengurangkan kehilangan haba ke persekitaran

(d) Write the ionic equation for the reaction. / Tulis persamaan ion untuk tindak balas itu. Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag

(e) Based on the information given in the experiment, calculate: / Berdasarkan maklumat yang diberi, hitungkan: (i) change in temperature / perubahan suhu

θ = 40.5 – 28.0 = 12.5°C (ii) the heat given out in the experiment / haba yang dibebaskan dalam eksperimen



(iii) the heat of displacement of silver / haba penyesaran argentum

H = (100)(4.2)(12.5) = 5 250 J

U N I T

Number of moles of AgNO3 / Bilangan mol AgNO3 = 100 × 0.5 = 0.05 mol 1 000 From the equation, / Dari persamaan, 2 mol of AgNO3 produce 2 mol of Ag / 2 mol AgNO3 menghasilkan 2 mol Ag 0.05 mol of AgNO3 produce 0.05 mol of Ag / 0.05 mol AgNO3 menghasilkan 0.05 mol Ag

4

–5 250 J 0.05 mol = –105 kJ mol–1

Heat of displacement of silver / Haba penyesaran argentum =

(f) (i)



The experiment is repeated using 100 cm3 of 1.0 mol dm–3 silver nitrate solution and excess copper powder. Calculate the temperature change in this experiment. Eksperimen itu diulangi menggunakan 100 cm3 larutan argentum nitrat 1.0 mol dm–3 dan serbuk kuprum yang berlebihan. Hitungkan perubahan suhu dalam eksperimen ini. 1 × 100 = 0.1 mol, 1 000 Number of moles of Ag displaced / Bilangan mol Ag disesarkan = 0.1 mol



Number of moles of Ag+ / Bilangan mol Ag+ =



Temperature change, / Perubahan suhu, θ =

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 156

0.1 × 105 000 = 25 ºC 100 × 4.2

156

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia



(ii) Explain why this change of temperature is different from that in (e)(i). Terangkan mengapa perubahan suhu berbeza dengan (e)(i). The number of mol of silver displaced is doubled, hence amount of heat energy released is also doubled. The amount of heat energy which is doubled is used to increase the same volume of solution. The increase in temperature of the solution is also doubled. / Bilangan mol argentum disesar adalah dua kali ganda, maka jumlah tenaga haba dibebaskan juga dua kali ganda. Jumlah tenaga haba yang dua kali ganda digunakan untuk meningkatkan suhu larutan yang sama isi padunya. Kenaikan suhu larutan juga menjadi dua kali ganda.

2

35

36

37

38

39

40

41

42

43



Experiment I is carried out to determine the heat of neutralisation between strong acid and strong alkali. 50 cm3 of 0.5 mol dm–3 sodium hydroxide solution is poured into a plastic cup and the initial temperature is recorded. 50 cm3 of 0.5 mol dm–3 nitric acid is then poured into the cup containing the sodium hydroxide solution. The mixture is stirred and heat produced raises the temperature by 3°C. [Specific heat capacity of the solution = 4.2 J g–1 °C–1] Eksperimen I dijalankan untuk menentukan haba peneutralan antara asid kuat dengan alkali kuat. 50 cm3 larutan natrium hidroksida 0.5 mol dm–3 dituangkan dalam cawan plastik dan suhu awal dicatat. 50 cm3 asid nitrik 0.5 mol dm–3 kemudian dituangkan ke dalam cawan mengandungi larutan natrium hidroksida. Campuran tindak balas dikacau dan haba yang terbebas menaikkan suhu sebanyak 3°C. [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1]

34

Plastic cup Cawan plastik

50 cm3 of 0.5 mol dm–3 sodium hydroxide solution and 50 cm3 of 0.5 mol dm–3 nitric acid 50 cm3 larutan natrium hidroksida 0.5 mol dm–3 dan 50 cm3 asid nitrik 0.5 mol dm–3

Experiment I / Eksperimen I

(a) What is meant by ‘heat of neutralisation’ in the experiment? Apakah yang dimaksudkan ‘haba peneutralan’ dalam eksperimen ini? Heat released when 1 mole of water is formed from the neutralisation between nitric acid and sodium hydroxide solution. Haba yang dibebaskan apabila 1 mol air terbentuk dari tindak balas antara asid nitrik dan larutan natrium hidroksida.

(b) Calculate / Hitungkan (i) the number of moles of sodium hydroxide that reacts with hydrochloric acid. bilangan mol natrium hidroksida yang bertindak balas dengan asid hidroklorik.



U N I T

50 × 0.5 1 000 = 0.025 mol

Number of moles / Bilangan mol =

(ii) the heat released in the experiment. / haba yang dibebaskan dalam tindak balas itu.

4





Heat released / Haba dibebaskan = Heat changed / Perubahan haba = 100 × 4.2 × 3 = 1 260 J (iii) haba peneutralan bagi tindak balas. / the heat of neutralisation for the reaction. NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O 0.025 mol 0.025 mol 0.025 mol 0.025 mole of NaOH reacts with 0.025 mole of HNO3 to form 0.025 mole of H2O 0.025 mol NaOH bertindak balas dengan 0.025 mol HNO3 membentuk 0.025 mol H2O The heat change is 1 260 J / Haba dibebaskan ialah 1 260 J 1 260 J Heat of neutralisation / Haba peneutralan = ∆H = – 0.025 mol = –50.4 kJ mol–1

(c) Write the thermochemical equation for the reaction in the experiment. Tulis persamaan termokimia untuk tindak balas dalam eksperimen. NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O ∆H = –50.4 kJ mol–1

157

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 157

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(d) (i)

Construct energy level diagram for the reaction. / Lukis gambar rajah aras tenaga untuk tindak balas itu. Energy / Tenaga NaOH + HNO3 ∆H = –50.4 kJ mol–1 NaNO3 + H2O



(ii) State three information about the reaction which can be obtained from the above energy level diagram. Nyatakan tiga maklumat tentang tindak balas yang boleh diperoleh daripada gambar rajah aras tenaga. • It is an exothermic reaction//heat energy is released to the surrounding. / Tindak balas eksotermik//tenaga haba dibebaskan ke persekitaran. • The total energy of reactants is higher than the products. / Jumlah tenaga dalam bahan tindak balas lebih tinggi daripada hasil tindak balas. • –50.4 kJ of heat energy is released when 1 mole of water is formed. / –50.4 kJ haba dibebaskan apabila 1 mol air terbentuk.

35

36

37

38

39

40

41

42

43

(e) Experiment II is carried out under the same conditions as experiment I, whereby a 50 cm3 of 1 mol dm–3 ethanoic acid is added to 50 cm3 of 1 mol dm–3 sodium hydroxide solution. The temperature of the mixture increased by 5.5°C. Eksperimen II dijalankan dalam keadaan yang sama dengan eksperimen I di mana 50 cm3 asid etanoik 1 mol dm–3 ditambah kepada 50 cm3 larutan natrium hidroksida 1 mol dm–3. Suhu campuran meningkat sebanyak 5.5ºC.

34

Plastic cup Cawan plastik

50 cm3 of 1 mol dm–3 sodium hydroxide solution and 50 cm3 of 1 mol dm–3 ethanoic acid 50 cm3 larutan natrium hidroksida 1 mol dm–3 dan 50 cm3 asid etanoik 1 mol dm–3

Experiment II / Eksperimen II



(i)

Calculate the number of moles of sodium hydroxide used. / Hitungkan bilangan mol natrium hidroksida digunakan. Number of moles alkali used / Bilangan mol natrium hidroksida =

U N I T

4



(ii)

MV 1 × (50) = 1 000 1 000 = 0.05 mol

Calculate the heat of neutralisation for the reaction between ethanoic acid and sodium hydroxide solution. [Specific capacity for all solutions is 4.2 J g–1 °C–1 and the density of all solutions is 1.0 g cm–3] Hitungkan haba peneutralan bagi tindak balas antara asid etanoik dengan larutan natrium hidroksida. [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1, ketumpatan larutan = 1 g cm–3]

Heat change / Haba dibebaskan = mcθ = (50 + 50) × 4.2 × 5.5 = 2 310 J 2 310 J = – 46 200 J mol–1 = 46.2 kJ mol–1 Heat of neutralisation / Haba peneutralan = – 0.05 mol

(f) Compare the heat of neutralisation for Experiment I and Experiment II. Explain your answer. Bandingkan haba peneutralan dalam Eksperimen I dan Eksperimen II. Terangkan jawapan anda. The heat of neutralisation for Experiment I is higher than Experiment II. Nitric acid is a strong acid which ionises completely in water. Ethanoic acid is a weak acid which ionises partially in water, some of the ethanoic acid still remain in the form of molecules. Some of heat released in Experiment II during neutralisation is absorbed to ionise the molecules of ethanoic acid. Haba peneutralan dalam Eksperimen I lebih tinggi daripada Eksperimen II. Asid nitrik adalah asid kuat mengion lengkap dalam air. Asid etanoik adalah asid lemah yang mengion separa dalam air, sebahagian asid etanoik wujud dalam bentuk molekul. Sebahagian haba yang dibebaskan dalam Eksperimen II semasa peneutralan diserap untuk mengionkan molekul asid etanoik yang belum mengion. © Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 158

158

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia

(g) Experiment II is repeated by adding 100 cm of 1 mol dm ethanoic acid to 100 cm of 1 mol dm sodium hydroxide solution, the increase in temperature is still 5.5°C. Explain why. / Eksperimen II diulangi dengan menambahkan 100 cm3 asid etanoik 1 mol dm–3 kepada 100 cm3 larutan natrium hidroksida 1 mol dm–3, kenaikan suhu masih kekal 5.5ºC. Terangkan mengapa. 3

–3

3

–3

The number of moles of water produced is doubled, hence amount of heat energy released is doubled. The amount of heat energy which is doubled is used to increase total volume of solution which is also doubled. Therefore the temperature increased remains the same. / Bilangan mol air yang terbentuk menjadi dua kali ganda, oleh itu jumlah tenaga haba yang dibebaskan juga dua kali ganda. Jumlah haba yang dua kali ganda digunakan untuk menaikkan suhu larutan yang jumlah isi padunya juga dua kali ganda. Oleh itu kenaikan suhu kekal sama.

3



An experiment was carried out to determine the heat of precipitation for the reaction between lead(II) nitrate and potassium sulphate. 50.0 cm3 of 0.5 mol dm–3 lead(II) nitrate solution was added to 50.0 cm3 of 0.5 mol dm–3 of potassium sulphate solution in a plastic cup. Satu eksperimen dijalankan untuk menentukan haba pemendakan antara plumbum(II) nitrat dan kalium sulfat. 50.0 cm3 larutan plumbum(II) nitrat 0.5 mol dm–3 ditambahkan kepada 50.0 cm3 larutan kalium sulfat 0.5 mol dm–3 di dalam cawan plastik. The thermochemical equation for the reaction is shown below: / Persamaan termokimia untuk tindak balas seperti berikut: Pb(NO3)2 + K2SO4 → PbSO4 + 2KNO3 ∆H = –50.4 kJ mol–1



[Specific heat capacity of the solution = 4.2 J g–1 °C–1, density solution = 1 g cm–3] [Muatan haba tentu bahan larutan = 4.2 J g–1 °C–1, ketumpatan larutan = 1 g cm–3] (a) What is meant by ‘heat of precepitation’ in the experiment? Apakah yang dimaksudkan dengan ‘haba pemendakan’ dalam eksperimen itu? Heat is released when 1 mole of lead(II) sulphate is precipitated from mixing the aqueous solution of the Pb2+ ions and SO42– ions. / Haba yang dibebaskan apabila 1 mol plumbum(II) sulfat termendak dari larutan akueus yang mengandungi ion Pb2+ dan ion SO42–.

(b) State one observation in the experiment. / Nyatakan satu pemerhatian dalam eksperimen. White precipitate is formed. / Mendakan putih terbentuk.

(c) Calculate / Hitungkan (i) number of moles of lead(II) nitrate / Bilangan mol plumbum(II) nitrat Number of moles / Bilangan mol =



50 × 0.5 = 0.025 mol 1 000

(ii) Heat change in the experiment. / Perubahan haba dalam eksperimen. Pb(NO3)2 + K2SO4 → PbSO4 + 2KNO3 ∆H = –50.4 kJ mol–1

U N I T

Number of moles of PbSO4 / Bilangan mol PbSO4 = 0.025 mol 1 mole of lead(II) sulphate is precipitated, heat released is 50.4 kJ 1 mol plumbum(II) sulfat termendak, haba terbebas ialah 50.4 kJ 0.025 mol of lead(II) sulphate, heat released is / 0.025 mol of plumbum(II) sulfat termendak, haba terbebas ialah = 50.4 × 0.025 = 1.26 kJ H or / atau 50.4 kJ = 0.025 H = 50.4 × 0.025 = 1.26 kJ



4

(iii) Temperature change / Perubahan suhu 1 260 J = 100 × 4.2 × θ θ=



1 260 = 3°C 100 × 4.2

(d) Construct energy level diagram for the reaction. / Lukis gambar rajah aras tenaga untuk tindak balas tersebut. Energy / Tenaga Pb(NO3)2 + K2SO4 ∆H = –50.4 kJ mol–1 PbSO4 + 2KNO3

159

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 159

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(e) Write an ionic equation for the above reaction. / Tulis persamaan ion untuk tindak balas di atas. Pb2+ + SO42– → PbSO4

(f) The experiment is repeated by using 50.0 cm3 of 0.5 mol dm-3 lead(II) ethanoate and 50.0 cm3 of 0.5 mol dm–3 sodium sulphate solution. What is the change in temperature for the reaction? Explain your answer. Eksperimen diulangi dengan menggunakan 50.0 cm3 plumbum(II) etanoat 0.5 mol dm–3 dan 50.0 cm3 larutan natrium sulfat 0.5 mol dm–3. Apakah perubahan suhu untuk tindak balas itu? Terangkan jawapan anda. 3°C. The precipitation of lead(II) sulphate only involves Pb2+ ions and SO42– ions. / 3°C. Pemendakan plumbum(II) sulfat hanya melibatkan ion Pb2+ dan ion SO42–.

(g) Why is a plastic cup used in this experiment? / Mengapakah cawan plastik digunakan dalam eksperimen ini? Plastic is a good heat insulator // to reduce heat loss to the surrounding. / Plastik adalah penebat haba yang baik // untuk mengurangkan kehilangan haba ke persekitaran.

(h) In another experiment where calcium chloride solution is reacted with sodium carbonate solution, the temperature of the mixture decreases. The temperature change is recorded and ∆H is calculated. Dalam eksperimen lain, larutan kalsium klorida ditindak balaskan dengan larutan natrium karbonat, suhu campuran tindak balas berkurang. Perubahan suhu direkod dan ∆H dihitung. (i) Write a balanced equation for the reaction above. / Tulis persamaan seimbang untuk tindak balas di atas. CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl



(ii) Construct an energy level diagram for the reaction. / Lukis gambar rajah aras tenaga untuk tindak balas itu. Energy / Tenaga CaCO3 + 2NaC1

CaC12 + Na2CO3

42

Metal can / Tin logam

35

36

37

38

39

40

Thermometer Termometer

43

The apparatus set-up below was used to determine the heat of combustion of butanol. Susunan radas di bawah telah digunakan untuk menentukan haba pembakaran butanol.

41

4

4

34

U N I T

Water / Air

Lamp + Butanol Pelita + Butanol



The results are as follows: / Keputusan adalah seperti betrikut: Initial mass of lamp + butanol / Jisim awal pelita + butanol = 502.28 g Final mass of lamp + butanol / Jisim akhir pelita + butanol = 500.00 g Initial temperature of water / Suhu awal air = 29°C Highest temperature of water / Suhu tertinggi air = 59°C Volume of water / Isi padu air = 500 cm3 [Specific heat capacity of water = 4.2 J g–1 °C–1] / [Muatan haba tentu air = 4.2 J g–1 °C–1] (a) Write the equation for the combustion of butanol, C4H9OH. / Tulis persamaan untuk pembakaran butanol, C4H9OH. C4H9OH + 6O2 → 4CO2 + 5H2O

(b) Calculate the heat energy change for the combustion of butanol in the above experiment. Hitungkan perubahan haba untuk pembakaran butanol di dalam eksperimen di atas. Heat change, / Perubahan haba, H = 500 × 4.2 × 30 = 63 000 J/63 kJ

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 160

160

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia

(c) Calculate the number of moles of butanol that was burnt. Hitungkan bilangan mol butanol yang telah terbakar. [Relative atomic mass: / Jisim atom relatif: C = 12, H = 1]

Relative molecular mass / Jisim molekul realtif = 4(12) + 10(1) + 16 = 74 2.28 Number of moles / Bilangan mol = 74 = 0.03 mol



(d) Calculate the heat of combustion for butanol. Hitungkan haba pembakaran butanol. 0.03 mol of butanol releases 63 kJ of heat energy / 0.03 mol butanol membebaskan 63 kJ 63 kJ = 2100 kJ of heat energy / tenaga haba 1 mol of butanol releases / 1 mol butanol membebaskan = 0.03 mol DH = –2 100 kJ mol–1

(e) Give two precautionary steps that should be taken when conducting the experiment above. Berikan dua langkah berjaga-jaga yang harus diambil semasa menjalankan eksperimen di atas. • Use a wind shield / Gunakan pengadang angin • Make sure the flame touches the bottom of the metal can / Pastikan nyalaaan pelita menyentuh bahagaian bawah bekas logam. • Stir the water in the metal can continuously (any 2) / Kacau air dalam bekas logam secara berterusan (mana-mana 2)

(f) The theoretical value for the heat of combustion of butanol is –2 877 kJ. Explain why the experimental value for the heat of combustion of butanol is lower than the theoretical value. Nilai teori untuk haba pembakaran butanol ialah –2 877 kJ. Terangkan mengapa nilai dari eksperimen untuk haba pembakaran butanol adalah lebih rendah daripada nilai teori. Heat is lost to the surrounding. Incomplete combustion of butanol. Heat from the flame during the burning of butanol is absorbed by the tin/heats the tin. / Haba hilang ke persekitaran. Pembakaran butanol yang tidak lengkap. Haba dari nyalaan pembakaran butanol diserap oleh bekas logam/memanaskan bekas logam

(g) The table below shows the molecular formula and heat of combustion of three types of alcohol. Jadual di bawah menunjukkan formula molekul dan haba pembakaran untuk tiga jenis alkohol. Alcohol / Alkohol



Molecular formula / Formula molekul

Heat of combustion/ kJ mol–1 / Haba pembakaran/ kJ mol–1

Methanol / Metanol

CH3OH

725

Ethanol / Etanol

C2H5OH

1 376

Propan-1-ol Propan-1-ol

C3H7OH

2 015

U N I T

4

Explain why there are differences in the value of heat of combustion of the alcohols in the table. Terangkan mengapa terdapat perbezaan pada nilai haba pembakaran alkohol dalam jadual di atas. As the number of carbon and hydrogen atoms per molecule increases, the value of heat combustion increases. The higher the number of carbon and hydrogen atoms per molecule, the more carbon dioxide and water molecules products will be formed. More bonds in the product formed, more heat is released. / Apabila bilangan atom carbon dalam setiap molekul alkohol bertambah, nilai haba pembakaran bertambah. Semakin bertambah bilangan atom karbon dan hidrogen dalam setiap molekul alkohol, bilangan molekul karbon dioksida dan air sebagai hasil juga bertambah. Semakin banyak ikatan dalam hasil terbentuk, semakin banyak haba dibebaskan.

161

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 161

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Objective Questions / Soalan Objektif 1

The reaction between calcium nitrate solution and sodium carbonate solution is endothermic. Which of the following energy level diagrams represents this reaction? Tindak balas antara larutan kalsium nitrat dengan larutan natrium karbonat adalah endotermik. Antara gambar rajah aras tenaga berikut, yang manakah mewakili tindak balas itu? A Energy / Tenaga

3 C Bond breaking in oxygen molecule to form oxygen atom. / Pemecahan ikatan dalam molekul oksigen menjadi atom oksigen. D Bond breaking between methane molecules. Pemecahan ikatan dalam kovalen antara molekulmolekul metana. 3

Which of the following reactions are decreased in temperature? / Antara tindak balas berikut, yang manakah menyerap haba dari persekitaran? A Dilute sulphuric acid is added to sodium hydroxide solution. / Asid sulfurik cair ditambah kepada larutan natrium hidroksida. 3 B Solid ammonium nitrate is dissolved in water. Pepejal ammonium nitrat dilarut dalam air. C Zinc powder is added to copper(II) sulphate solution. Serbuk zink ditambah kepada larutan kuprum(II) sulfat. D A piece of potassium is added to water. Seketul kalium ditambah kepada air.

Ca2+ + CO32–

CaCO3

3 B

Energy / Tenaga CaCO3

Ca2+ + CO32–

C

4

Tenaga / Energy Na+ + NO3–



NaNO3

D

The diagram below shows the energy level diagram for the reaction between P and Q. / Rajah di bawah menunjukkan gambar rajah aras tenaga untuk tindak balas antara P dan Q. P + Q → R + S ∆H = x kJ mol–1 Energy / Tenaga

Energy / Tenaga

70 kJ 200 kJ

NaNO3

R+S

P+Q

U N I T

4

–

Na+ + NO3

What is the value of x? / Apakah nilai x? A +270 C –130 B +200 3 D +130

2

The combustion of methane in excess oxygen produces carbon dioxide and water. Bond breaking and bond formation occurs during the combustion. Which of the following occurs with absorption of energy during this combustion process? Pembakaran metana dalam oksigen berlebihan menghasilkan karbon dioksida dan air. Pemecahan ikatan dan pembentukan ikatan berlaku semasa pembakaran. Antara berikut, yang mana­kah berlaku dengan penyerapan tenaga semasa pembakaran? A Bond formation between carbon atom and oxygen atom. / Pembentukan ikatan antara atom karbon dengan atom oksigen. B Bond formation between hydrogen atom and oxygen atom. / Pembentukan ikatan antara atom hidrogen dengan atom oksigen.

© Nilam Publication Sdn Bhd

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 162

5

When 1 mol of solid sodium nitrate, NaNO3 is dissolved in 1 dm3 of water, 40 kJ of heat energy is absorbed. What is the drop in temperature when 17.0 g of sodium nitrate is dissolved in 1 dm3 of water? [Relative atomic mass: N = 14, O = 16, Na = 23, specific heat capacity of water = 4 J g–1 °C–1, density of water = 1 g cm–3] Apabila 1 mol pepejal natrium nitrat, NaNO3 dilarutkan dalam 1 dm3 air, haba sebanyak 40 kJ diserap. Berapakah penurunan suhu apabila 17.0 g natrium nitrat dilarutkan dalam 1 dm3 air? [Jisim atom relatif: N = 14, O = 16, Na = 23, Muatan haba tentu air = 4 J g–1 °C–1, ketumpatan air = 1 g cm–3] A 1°C C 4°C 3 B 2°C D 8°C

162

07/11/2013 2:06 AM

Termochemistry Termokimia

6

Combustion of 1.6 g of methanol will increase the temperature of 500 cm3 of water by 17°C. What will be the increase in temperature of 250 cm3 of water when 3.2 g of methanol is burnt? Pembakaran 1.6 g metanol dapat menaikkan suhu 500 cm3 air sebanyak 17°C. Berapakah kenaikan suhu bagi 250 cm3 air apabila 3.2 g metanol dibakar? [Relative atomic mass: / Jisim atom relatif :C = 12, H = 1, density of water / ketumpatan air = 1 g cm–3] A 8.5°C B 17°C C 34°C 3 D 68°C 7

In an experiment to determine the heat of precipitation of calcium carbonate, 50 cm3 of 1 mol dm–3 calcium nitrate solution is added to 50 cm3 of 1 mol dm–3 sodium carbonate solution. The temperature of the mixture drops by 1.5°C. What is the heat of precipitation of calcium carbonate? [Specific heat capacity of water = 4.2 J g–1 °C–1] Dalam satu eksperimen untuk menentukan haba pemendakan bagi kalsium karbonat, 50 cm3 larutan kalsium nitrat 1 mol dm–3 dicampur dengan 50 cm3 larutan natrium karbonat 1 mol dm–3. Suhu campuran menurun sebanyak 1.5°C. Berapakah haba pemendakan kalsium karbonat? [Muatan haba tentu larutan = 4.2 J g–1 °C–1] 50 × 4.2 × 1.5 A J mol dm–1 0.05 B 100 × 4.2 × 1.5 J mol dm–1 3 C 100 × 4.2 × 1.5 J mol dm–1 0.05 D 50 × 4.2 × 1.5 J mol dm–1

An experiment is conducted to determine the heat of neutralisation for the reaction between sulphuric acid and potassium hydroxide solution. The information that has to be gathered from the experiment are Satu eksperimen dilakukan untuk menentukan haba peneutralan antara asid sulfurik dengan larutan kalium hidroksida. Maklumat yang perlu diperoleh daripada eksperimen ialah I the increase in temperature of the reaction mixture kenaikan suhu campuran tindak balas II the volume of both solutions used isi padu kedua-dua larutan yang digunakan III specific heat capacity of reaction mixture muatan haba tentu larutan bagi campuran tindak balas IV concentration of both solutions used kepekatan kedua-dua larutan yang digunakan A I and II only I dan II sahaja B III and IV only III dan IV sahaja C I, II and IV only I, II dan IV sahaja 3 D I, II, III and IV I, II, III dan IV 10 When 100 cm3 of 1 mol dm–3 sodium hydroxide solution is added to 100 cm3 of 1 mol dm–3 nitric acid, the temperature of the mixture increases by x°C. What is the increase in the temperature when 50 cm3 of 1 mol dm–3 sodium hydroxide solution is added to 50 cm3 of 1 mol dm–3 nitric acid? Apabila 100 cm3 larutan natrium hidroksida 1 mol dm–3 ditambah dengan 100 cm3 asid nitrik 1 mol dm–3, suhu campuran tindak balas naik sebanyak x°C. Apakah kenaikan suhu apabila 50 cm3 larutan natrium hidroksida 1 mol dm–3 ditambah dengan 50 cm3 asid nitrik 1 mol dm–3? x A °C 4 x B °C 2 3 C x°C D 2x°C

8

Heat of combustion of liquid paraffin is 10 600 kJ mol–1. Relative molecular mass of paraffin is 212. What is the mass of liquid paraffin has to be burnt to increase the temperature of 1 dm3 of water from 30°C to 90°C? Haba pembakaran bagi suatu cecair parafin ialah 10 600 kJ mol–1. Jisim molekul relatif bagi parafin ialah 212. Berapakah jisim cecair parafin yang mesti dibakar supaya dapat menaikkan suhu 1 dm3 air daripada 30°C kepada 90°C? [Specific heat capacity of water / Muatan haba tentu air = 4 J g–1 °C–1] A 0.48 g B 0.96 g 3 C 4.80 g D 9.60 g

163

137-163_B4_ChemF5 2013.indd 163

9

U N I T

4

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:06 AM

5

CHEMICAL FOR CONSUMERS

BAHAN KIMIA UNTUK PENGGUNA Analysing Soap and Detergent Menganalisis Sabun dan Detergen

• State what soap is Menyatakan maksud sabun • State what detergent is Menyatakan maksud detergen • Describe soap preparation process Menghuraikan proses penyediaan sabun • Describe detergent preparation process Menghuraikan proses penyediaan detergen • Describe the cleansing action of soap Menghuraikan tindakan pembersihan sabun • Describe the cleansing action of detergent Menghuraikan tindakan pembersihan detergen • Compare and contrast the effectiveness of the cleansing action of soap and detergent Membanding dan membezakan keberkesanan tindakan pembersihan sabun dengan detergen • Identify the additives in soap and detergent and their respective functions Mengenal pasti bahan-bahan tambah dalam sabun dan detergen dan kegunaannya

Evaluating the Use of Food Additives Menilai Penggunaan Bahan Tambah Makanan • State the types of food additive and their examples Menyatakan jenis-jenis bahan tambah makanan dan contoh-contohnya • State the functions of each type of food additive Menyatakan fungsi bagi setiap jenis bahan tambah makanan • Justify the use of food additive Menjustifikasi penggunaan bahan tambah makanan • Describe the effect of food additive on health and environment Menerangkan kesan bahan tambah makanan kepada kesihatan dan alam sekitar

Memahami Ubat-ubatan Understanding Medicines

U N I T

• State examples of traditional medicine, their sources and uses Menyatakan contoh-contoh ubat tradisional, sumber dan kegunaannya • State the types of modern medicine and their examples Menyatakan jenis-jenis ubat-ubatan moden dan contohnya • Describe the possible side effects of using modern and traditional medicine Menghuraikan kesan-kesan sampingan penggunaan ubat-ubatan moden dan tradisional • Describe the correct usage of modern and traditional medicine Menghuraikan penggunaan ubat-ubatan moden dan tradisional yang betul

5 © Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 164

164

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

Soap / Sabun 1 2

3

garam Soaps are sodium or potassium salt of fatty acids. / Sabun ialah natrium atau kalium bagi asid lemak. Fatty acids are organic acid with long carbon chain CnH2n + 1COOH, n > 10. Fatty acid found naturally as an ester with alcohol glycerol (alcohol with 3 OH). Ester of fatty acid with glycerol is fat or oil. / Asid lemak ialah asid organik yang mempunyai rantai karbon panjang CnH2n + 1COOH, n > 10. Asid lemak boleh didapati secara semula jadi sebagai ester dengan alkohol gliserol. (alkohol dengan 3 OH). Ester bagi asid lemak ialah lemak atau minyak. Soap preparation by saponification: / Penyediaan sabun melalui proses saponifikasi: animal vegetable (a) Soap can be prepared from fats and oils. binatang sayuran Sabun boleh dihasilkan daripada lemak dan minyak .

(b) Soap are prepared by hydrolysing fats/oils in potassium hydroxide or sodium hydroxide solution, the reaction is called saponification . / Sabun boleh disediakan dengan hidrolisis lemak/minyak dalam larutan kalium hidroksida atau natrium hidroksida , tindak balas ini dipanggil saponifikasi . solution boiling (c) The saponification process involves fats or oils with concentrated sodium hydroxide solution . The products are glycerol and the salts of fatty acids which are soaps: / Proses or potassium hydroxide saponifikasi melibatkan pendidihan lemak atau minyak dengan larutan natrium hidroksida atau larutan kalium hidroksida yang pekat . Hasilnya adalah gliserol dan garam dari asid lemak iaitu sabun: Fats/oil Sodium hydroxide Glycerol Sodium salt of fatty acid Saponification (ESTER) (ALKALI) (ALCOHOL) (SOAP) Saponifikasi + Lemak/minyak + Natrium hidroksida Gliserol Garam natrium dari asid lemak (ESTER) (ALKALI) (ALKOHOL) (SABUN)

(d) Complete the following: / Lengkapkan yang berikut: H H

C

H

O O

C

H

R

C

O OH

R

O H

C

O

C

O

C

C

O–Na+

O R’

+  3NaOH

H

C

+

OH

R’

O H

C

C

O–Na+

O H

R”

C

OH

R”

C

O–Na+

H

H Fat/oil Lemak/minyak

Salt of fatty acid Garam dari asid lemak

Glycerol Gliserol

Sodium hydroxide Natrium hidroksida

(i) R, R’ and R” are long hydrocarbon chain (alkyl group). R, R’ and R” can be the same or different. R, R’ dan R” adalah rantai hidrokarbon panjang (kumpulan alkil). R, R’ dan R” boleh sama ataupun berbeza.

(e) Formula for soap: / Formula bagi sabun: (i) Structural formula for soap: / Formula struktur sabun: O

CH3(CH2)n

C

O O–Na+

or / atau

CH3(CH2)n

C

U N I T

O–K+

(ii) The general formula of soap: / Formula am sabun: RCOO– Na+

or / atau

RCOO–K+,

165

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 165

where R is alkyl group, CnH2n + 1, n > 10 di mana R ialah kumpulan alkil, CnH2n + 1, n > 10

5

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(f) Complete the following: / Lengkapkan yang berikut: Fatty acid Asid lemak C11H23COOH Lauric acid / Asid laurik

Soap Sabun

Formula for soap Formula bagi sabun

Oil or fat used Minyak atau lemak yang digunakan

Sodium laurate Natrium laurat

C11H23COONa

Coconut oil Minyak kelapa

C15H31COOH Palmitic acid / Asid palmitik

Sodium palmitate Natrium palmitat

C15H31COONa

Palm oil Minyak sawit

C17H34COOH Stearic acid / Asid stearik

Sodium stearate Natrium stearat

C17H34COONa

Animal fats Lemak binatang

Preparing a Sample of Soap in the Laboratory Menyediakan Sabun dalam Makmal 1 2 3

Materials: Palm oil, sodium chloride, 5 mol dm-3 sodium hydroxide, distilled water Bahan-bahan: Minyak sawit, natrium klorida, natrium hidroksida 5 mol dm–3, air suling Apparatus: Beaker, glass rod, wire gauze, tripod stand, Bunsen burner, filter paper, filter funnel, spatula. Alat radas: Bikar, rod kaca, kasa dawai, tungku kaki tiga, penunu Bunsen, kertas turas, corong penuras, spatula. Set-up of apparatus: / Susunan alat radas:

Palm oil + concentrated sodium hydroxide Minyak sawit + natrium hidroksida pekat

Heat Panaskan

4

U N I T

5

Prosedur: / Procedure: (a) 10 cm3 of palm oil is measured and poured into a beaker. 10 cm3 minyak sawit disukat dan dituang ke dalam bikar. measured added palm oil (b) 50 cm3 of 5 mol dm-3 sodium hydroxide solution is and to the . 3 –3 disukat ditambah minyak sawit 50 cm larutan natrium hidroksida 5 mol dm dan kepada . mixture heated stirred glass rod boils Campuran (c) The is while being constantly with a until it ./ rod kaca mendidih . tersebut dipanaskan sambil dikacau dengan berterusan menggunakan sehingga boiling Pendidihan (d) The is continued for about 5 minutes. / diteruskan selama 5 minit. 3 100 cm sodium chloride (e) of distilled water and three spatulas of are added to the mixture. 3 100 cm natrium klorida air suling dan tiga spatula ditambah kepada campuran. (f) The mixture is boiled again for another five minutes with constant stirring . lima Campuran dididihkan sekali lagi selama minit sambil dikacau dengan sekata. cool menyejuk (g) The mixture is allowed to . / Campuran tersebut dibiarkan . cooled filtered rinsed soap .) (h) The mixture is and the residue is with distilled water. (The residue is disejukkan dituras dibilas Campuran yang telah tersebut dan bakinya dengan air suling. (Baki itu ialah sabun .) pressed dry (i) The residue is between a few pieces of filter paper to the soap. ditekan mengeringkan Baki tersebut di antara beberapa helai kertas turas untuk sabun tersebut. (j) A small amount of soap is added to 2 cm3 of water in a test tube. The test tube is shaken. Sedikit sabun ditambahkan kepada 2 cm3 air di dalam tabung uji. Tabung uji digoncangkan. (k) The solution formed is touched and felt by fingers. / Larutan yang terbentuk disentuh dan dirasa dengan jari.

© Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 166

166

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

5

Observation: / Pemerhatian: white

(a) The residue is a soft slippery

(b) Soap feels

foamy

(c) Soap is 6

putih

solid. / Baki tersebut adalah pepejal licin

. / Sabun mempunyai rasa yang

pada jari.

berbuih

when it is shaken in water. / Sabun

yang lembut.

apabila digoncangkan dalam air.

Discussion: / Perbincangan: (a) When palm oil is boiled with sodium hydroxide solution, a soap is formed. The reaction is called saponification . Apabila minyak sawit dididihkan dengan larutan natrium hidroksida , sabun terbentuk. Tindak balas tersebut dipanggil saponifikasi . (b) The chemical reaction is: / Tindak balas kimia ialah: H H

C

H

O O

C

H

C17H35

C

O OH

C17H35

O H

C

O

C

C

O

C

O–Na+

O H

C17H35

O H

C

C

OH +

+  3NaOH H

C17H35

C17H35

C

Glyceryl tripalmitate Gliserol tripalmitat

O–Na+

O

OH C17H35

H

H

C

Glycerol Gliserol

C

O–Na+

Sodium palmitate (soap) Natrium palmitat (sabun)

(c) The soap can be precipitated by adding sodium chloride. Sodium chloride lowers the solubility of soap in water. Sabun boleh dimendakkan dengan menambah natrium klorida. Natrium klorida dapat mengurangkan keterlarutan sabun dalam air. 7

Conclusion: / Kesimpulan: (a) Saponification process of palm oil in sodium hydroxide solution produces glycerol and soap (salt of fatty acid) . Proses saponifikasi bagi minyak sawit dalam larutan natrium hidroksida menghasilkan gliserol dan sabun (garam bagi asid lemak) .

Detergent / Detergen 1

2

Detergent is cleaning agent that is not soap. Detergents are sodium salts of alkylbenzene sulphonic acid or alkyl sulphonic acid. Detergen ialah agen pembersih yang bukan sabun. Detergen adalah garam natrium dari asid alkilbenzena sulfonik atau asid alkil sulfonik. Two common groups of detergents are: / Dua kumpulan detergen yang biasa adalah: Sodium alkylbenzene sulphonate / Natrium alkilbenzena sulfonat

Sodium alkyl sulphate / Natrium alkil sulfat

O R

O

S

O –

O Na+

R

O

S

–

O Na+

5

O



R represents a long chain hydrocarbon / R mewakil rantai hidrokarbon yang panjang

3

Detergents are made from hydrocarbon which is obtained from petroleum. Detergen dibuat daripada hidrokarbon yang diperoleh daripada petroleum.

167

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 167

O

U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

4

Preparation of detergent / Penyediaan detergen (a) Preparation of sodium alkyl benzene sulphonate. / Penyediaan natrium alkil benzena sulfonat. (i) Alkylation: The long chain alkene is reacted with benzene to form alkylbenzene. Pengalkilan: Rantai panjang alkena ditindak balaskan dengan benzena untuk membentuk alkilbenzena. CH3 CH3(CH2)nCH = CH2

+

O

CH3(CH2)n

C

O

H (ii) Sulphonation of alkylbenzene: The alkylbenzene is reacted with concentrated sulphuric acid to form alkylbenzene sulphonic acid. Pensulfonan alkilbenzena: Alkilbenzena bertindak balas dengan asid sulfurik pekat untuk membentuk asid alkilbenzena sulfonik. CH3 CH3 (CH2)n

O

C

O

+

H Alkylbenzene Alkilbenzena

HO

S

CH3 OH

CH3 (CH2)n

O Sulphuric acid Asid sulfurik

O

C

O

S

OH + H2O

H O Alkylbenzene sulphonic acid Asid alkilbenzena sulfonik

(iii) Neutralisation: The alkylbenzene sulphonic acid is then neutralised with sodium hydroxide solution to produce detergent alkylbenzene sulphonate salt, which is . Peneutralan: asid alkilbenzena sulfonik kemudiannya dineutralkan dengan larutan natrium hidroksida menghasilkan garam alkilbenzena sulfonat, iaitu detergen . CH3 O CH3 O CH3 (CH2)n

C

O

S

H

OH +

O

H

+

O

H Sodium hydroxide Natrium hidroksida

HO

S

OH

O Sulphuric acid Asid sulfurik

Long chain alcohol Alkohol rantai panjang

5

C

S

ONa + H2O

O

Sodium alkylbenzene sulphonate Natrium alkilbenzena sulfonat

Water Air

(b) Preparation of sodium alkyl sulphate / Penyediaan natrium alkil sulfat concentrated (i) Sulphonation of alcohol: The long chain alcohol is reacted with sulphuric acid to form alkyl sulphonic acid. / Pensulfonan alkohol: Alkohol rantai panjang ditindak balaskan dengan asid sulfurik pekat untuk membentuk asid alkil sulfonik. O O CH3(CH2)nCH2

U N I T

CH3 (CH2)n

O

Alkylbenzene sulphonic acid Asid alkilbenzena sulfonik

  NaOH

CH3(CH2)nCH2

O

S

OH

O Alkyl sulphonic acid Asid akil sulfonik

+

 H2O Water Air

(ii) Neutralisation: The alkyl sulphonic acid is then neutralised with sodium hydroxide solution to produce sodium detergent alkyl sulphate salt, which is . Peneutralan: Asid alkil sulfonik kemudiannya dineutralkan dengan larutan natrium hidroksida untuk menghasilkan detergen garam natrium alkil sulfat, iaitu . O CH3(CH2)nCH2

O

S

O Alkyl sulphonic acid Asid alkil sulfonik

© Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 168

O OH

+  NaOH Sodium hydroxide Natrium hidroksida

CH3(CH2)nCH2

O

S

O Sodium alkyl sulphate Natrium alkil sulfat

ONa

+ H2O Water Air

168

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

The Cleansing Action of Soap and Detergent Tindakan Pembersihan Sabun dan Detergen 1

The cleansing action of soap: / Tindakan pembersihan sabun: RCOO–Na+ / RCOO–K+ (a) Soap with the general formula ionises in water to produce sodium/potassium cation, Na+ + – RCOO–Na+ / RCOO–K+ (or K ) and soap anion, RCOO . / Sabun mempunyai formula am mengion dalam air untuk + + menghasilkan kation natrium/kalium, Na (atau K ) dan anion sabun, RCOO–. (b) Soap anion is made up of two parts: / Anion sabun terdiri daripada dua bahagian: O O–

R

C

Alkyl Alkil

Carboxylate ion Ion karboksilat

(i) R is a long hydrocarbon chain which are: / R ialah rantai hidrokarbon panjang yang bersifat: • hydrophobic (repelled by water) / hidrofobik (tak larut dalam air) • non-polar end (no charge) / hujung tidak berpolar (tidak bercas) • soluble in oil or grease / larut dalam minyak atau gris (ii) –COO– is a carboxylate ion which are: / –COO– ialah ion karboksilat yang bersifat: • hydrophilic (soluble in water) / hidrofilik (larut dalam air) • polar end (negatively charge) / bahagian berpolar (bercas negatif) • insoluble in oil or grease / tak larut dalam minyak atau gris (c) Example: / Contoh: Sodium laurate: CH3 – (CH2)14 – COONa in water ionizes to: CH3 – (CH2)14 – COO– (soap anion) and Na+. Natrium laurat: CH3 – (CH2)14 – COONa dalam air mengion kepada: CH3 – (CH2)14 – COO– (anion sabun) dan Na+. The structural formula of soap anion: / Formula struktur anion sabun: CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 –

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C-O O

hydrophobic Hydrocarbon chain or . Caboxylate ion or hidrofobik Rantai hidrokarbon atau . Ion karboksilat atau (d) Simplified representation of soap anion is: / Struktur ringkas anion sabun:

Hydrophobic Hidrofobik



hydrophilic hidrofilik

. .

Hydrophilic Hidrofilik

(e) The hydrophobic and hydrophilic parts of soap anions work together to remove greasy stains: Kedua-dua bahagian hidrofobik dan hidrofilik anion sabun diperlukan untuk membersihkan kotoran berminyak: ionises (i) The soap in water to produce free moving soap anions and cations. mengion Sabun dalam air menghasilkan anion sabun dan kation yang bebas bergerak. (ii) Soap anion reduces the surface tension of water which will increase wetting ability of water. Therefore, water wets the dirty cloth. / Anion sabun mengurangkan ketegangan permukaan air lalu meningkatkan kebolehan air untuk membasah. Oleh itu, air membasahi kain kotor. (iii) The hydrophilic part of the soap anions dissolves in water while the hydrophobic part dissolves and penetrates into the grease. / Bahagian hidrofilik anion sabun larut di dalam air manakala bahagian hidrofobik larut dalam gris. Hydrophilic part Bahagian hidrofilik

Hydrophobic part Bahagian hidrofobik

5

Grease / Gris Water Air

Cloth / Kain

169

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 169

U N I T

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(iv) By the movement of water during scrubbing and rubbing, grease is Pergerakan air semasa gosokan dan pengocakan menyebabkan gris

lifted tertanggal

off the surface. daripada permukaan kain.

Hydrophilic part Bahagian hidrofilik

Hydrophobic part Bahagian hidrofobik

Grease / Gris

Water Air

Cloth / Kain

(v) The hydrophilic part of soap anions surround the grease, the grease is suspended in the water. Bahagian hidrofilik anion sabun mengelilingi gris, gris terapung di dalam air. titisan kecil (vi) The grease is dispersed into smaller droplets . / Gris berpecah kepada . (vii) The small droplets do not redeposit on the surface of the cloth due to repulsion between negative charges on their tolakan surface. / Titisan kecil tersebut tidak bergabung semula pada permukaan kain kerana sesama cas negatif pada bahagian hidrofilik di permukaan titisan gris. emulsion (viii) The droplets are suspended in water, forming an . emulsi Titisan tersebut tersebar sekata dalam air, membentuk . (ix) Rinsing away the dirty water removes the grease droplets and the surface of the cloth is then cleaned. Dengan membilas air kotor, titisan gris dapat ditanggalkan dan permukaan kain dapat dibersihkan. Small droplet of grease Titisan kecil gris Cloth / Kain

2

The cleansing action of detergent / Tindakan pencucian detergen anion cation . For example the ionisation of (a) Detergent dissolves in water to form detergent and sodium anion kation sodium alkyl sulphate; / Detergen melarut dalam air untuk membentuk detergen dan natrium. Contohnya pengionan natrium alkil sulfat; O O H2O CH3 (CH2)n O S O-Na+ CH3 (CH2)n O S O+ Na+ O

O

(b) The structure of a detergent anion is similar to a soap anion. The detergent anion is also made up of two parts i.e hydrophobic part and hydrophilic part. / Struktur anion detergen sama dengan anion sabun. Anion detergen juga terdiri daripada dua bahagian iaitu bahagian hidrofobik dan bahagian hidrofilik. (i) Alkyl sulphate ion: / Ion alkil sulfat: O CH3 (CH2)n O S O– O



hydrophobic Hydrocarbon chain or . Sulphate ion or hidrofobik Rantai hidrokarbon atau . Ion sulfat atau (ii) Ion alkilbenzena sulfonat: / Alkylbenzene sulphonate ion:

hydrophilic hidrofilik

. .

O

U N I T

5

CH3 (CH2)n

O

S OO

hydrophobic hydrophilic Hydrocarbon chain or . Benzene sulphonate ion or . hidrofobik hidrofilik Rantai hidrokarbon atau . Ion benzena sulfonat atau . (c) The cleansing action of detergent is also very similar to soap, the hydrocarbon chain dissolves and penetrates in grease while the sulphate ion or benzene sulphonate ion remains in water. / Tindakan pembersihan detergen juga sama dengan sabun, rantai hidrokarbon melarut dan menembusi gris manakala ion sulfat atau ion benzena sulfonat kekal dalam air. © Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 170

170

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

The Effectiveness of the Cleansing of Soap and Detergent Keberkesanan Pembersihan Sabun dan Detergen 1 2 3

4 5 6

The effectiveness of soap is reduced when used in hard water. Keberkesanan sabun berkurang apabila digunakan di dalam air liat. Hard water contains high concentration of calcium ion (Ca2+) and magnesium ion (Mg2+). Air liat mengandungi ion kalsium (Ca2+) dan ion magnesium (Mg2+) dengan kepekatan yang tinggi. react Calcium ions and magnesium ions with soap anions to form insoluble scum. Ion kalsium dan ion magnesium bertindak balas dengan anion sabun untuk membentuk kekat sabun yang tak larut. (C17H35COO)2Mg

2C17H35COO− (aq/ak) Stearic anion/soap anion Anion stearik/anion sabun

+

Mg2+(aq/ak)

→

Insoluble magnesium stearate (scum) Magnesium stearat tak larut (kekat)

2C17H35COO− (aq/ak) Stearic anion/soap anion Anion stearik/anion sabun

+

Ca2+ (aq/ak)

→

Insoluble calcium stearate (scum) Kalsium stearat tak larut (kekat)

(s/p)↓

(C17H35COO)2Ca

(s/p)↓

scum Formation of reduces the amount of soap available for cleaning. kekat Pembentukan mengurangkan jumlah sabun yang diperlukan untuk pembersihan. Detergent anions do not form insoluble scum with calcium ions and magnesium ions. This means detergent can act as cleaning agent in hard water. Thus, detergent is more effective than soap in hard water. Anion detergen tidak membentuk kekat tak larut dengan ion kalsium dan ion magnesium. Ini bermakna detergen boleh bertindak sebagai agen pembersih dalam air liat. Maka, detergen lebih berkesan berbanding sabun dalam air liat. Complete the following table: / Lengkapkan jadual berikut: Cleaning agent Agen pembersih Sources Sumber

General formula Formula am

The structure of polar end (Hydrophilic) Struktur hujung berpolar (Hidrofilik)

Soap / Sabun

Detergent / Detergen

Animal fats or vegetable oil Lemak haiwan atau minyak sayuran

Long chain hydrocarbon from petroleum Rantai hidrokarbon yang panjang daripada petroleum

RCOONa

O

O C

O

–

C

O

–

O

S

Carboxylate ion / Ion karboksilat

Formation of scum Pembentukan kekat

pH pH Effect on environment Kesan ke atas alam sekitar

O– O

S or

O

O –

O O

O

Benzene sulphonate ion Ion benzena sulfonat

or S O

O

O

–

S

–

O

O Sulphate ion Ion sulfat

Effective in soft water only Pembersih yang berkesan dalam air lembut sahaja

Effective in soft water and hard water Berkesan dalam kedua-dua air lembut dan air liat

Forms scum in hard water Membentuk kekat dalam air liat

Do not form scum in hard water Tidak membentuk kekat dalam air liat

Slightly alkaline Sedikit beralkali

pH value is modified to suit cleaning task Nilai pH boleh diubah mengikut jenis pembersihan

Biodegradable, do not cause pollution Terbiodegradasi, tidak menyebabkan pencemaran

Mostly non-biodegradable, cause pollution Kebanyakannya tidak terbiodegradasi, menyebabkan pencemaran

171

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 171

SO3Na, ROSO3Na

O

O

O

Effectiveness Keberkesanan

O

R

U N I T

5

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

7

Detergents generally contain a wide variety of additives. Additives are added to enhance its cleaning efficiency. Complete the following table: Secara amnya, detergen mengandungi pelbagai jenis bahan tambah. Bahan-bahan tambah dicampurkan untuk meningkatkan keberkesanan pembersihan. Lengkapkan jadual berikut: Additive / Bahan tambah

8

Function / Fungsi

Biological enzyme such as lipase and peptidase Enzim biologi seperti lipase dan peptidase

Remove protein stains such as blood Membuang kotoran-kotoran protein seperti darah

Whitening agent such as sodium perborate and sodium hypochlorite Agen pemutih seperti natrium perborat dan natrium hipoklorit

Convert stain to colourless substances Menukar kotoran kepada sebatian tanpa warna

Fragrances Minyak wangi

Add fragrance to fabrics and detergent Menambahkan kewangian fabrik dan detergen

Experiment to compare the effectiveness of soap and detergent Eksperimen untuk membandingkan keberkesanan sabun dan detergen (a) Apparatus: Beaker, measuring cylinder, glass rod / Radas: Bikar, silinder penyukat, rod kaca (b) Materials: 1 mol dm–3 magnesium sulphate solution, detergent powder, soap powder and cloths with oily stain. Bahan-bahan: 1 mol dm–3 larutan magnesium sulfat, serbuk detergen, serbuk sabun dan kain dengan kotoran berminyak. Soap + hard water Sabun + air liat

Cloth with oily stains Kain dengan kotoran berminyak

Detergent + hard water Detergen + air liat

(c) Procedure: / Prosedur: (i) Two beakers are filled with 1 mol dm–3 magnesium sulphate solution until half full. Dua bikar diisi dengan 1 mol dm–3 magnesium sulfat sehingga separuh penuh. (ii) ½ spatula of soap is added to one beaker and ½ spatula of detergent is added to another beaker. ½ spatula serbuk sabun ditambahkan kepada satu bikar dan ½ spatula serbuk detergen ditambahkan kepada bikar yang lain. (iii) The mixtures are stirred with a glass rod. / Campuran tersebut dikacau dengan rod kaca. (iv) The dirty clothes are dipped into each of the beakers. / Kain yang kotor direndam di dalam setiap bikar. (v) The dirty clothes in each beaker are washed by scrubbing. / Kain kotor dalam setiap bikar dibasuh dengan gosokan. (vi) The cleansing actions of soap and detergent on the dirty clothes are observed and recorded. Tindakan pembersihan sabun dan detergen ke atas kain-kain kotor tersebut diperhatikan dan direkodkan. (d) Observation: / Pemerhatian: Cleaning agent / Agen pembersih

U N I T

5

Detergent / Detergen

Soap / Sabun

Effectiveness Keberkesanan

Cloth is cleaned easily Kain dibersihkan dengan senang

Cloth is still dirty Kain masih lagi kotor

Formation of scum Pembentukan kekat

No formation of scum Tiada pembentukan kekat

Scum forms Kekat terbentuk

(e) Conclusion: / Kesimpulan: Detergent cleans stains more effective compared to soap in hard water. Detergent is more effective than soap in hard water. Detergen membersihkan kotoran dengan lebih berkesan berbanding sabun dalam air liat. Detergen lebih berkesan berbanding sabun dalam air liat.

© Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 172

172

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

Exercise / Latihan 1

The diagrams below show the apparatus set-up for preparing soap. Rajah di bawah menunjukkan susunan alat radas untuk penyediaan sabun. Substance X Bahan X

Palm oil + concentrated sodium hydroxide Minyak sawit + natrium hidroksida pekat

Soap Sabun

Heat

Heat

Panaskan Panaskan (a) (i) What is meant by soap? / Apakah yang dimaksudkan dengan sabun?

Soaps are sodium or potassium salt of long chain fatty acid. / Sabun ialah garam natrium atau kalium bagi asid lemak yang berantai panjang

(ii) State the name of the process to prepare soap. / Nyatakan nama proses penyediaan sabun. Saponification / Saponifikasi

(b) Substance X is added to the soap mixture to complete the process. Bahan X ditambahkan kepada campuran sabun untuk melengkapkan proses tersebut. (i) State the name of substance X. / Nyatakan nama bahan X. Sodium chloride / Natrium klorida

(ii) Why is substance X added to the mixture? / Mengapakah bahan X ditambahkan kepada campuran? To reduce the solubility of soap / to precipitate the soap / Untuk mengurangkan keterlarutan sabun/ untuk pemendakan sabun

(c) The following equation shows the reaction that takes place in the preparation of soap. Persamaan berikut menunjukkan tindak balas yang berlaku dalam penyediaan sabun. Palm oil + Concentrated sodium hydroxide Minyak sawit + Natrium hidroksida pekat

Boil / Pendidihan

Sodium palmitate (soap) + Substance Y Natrium palmitat (sabun) + Bahan Y

(i) What is the homologous series of palm oil? / Apakah siri homolog bagi minyak sawit? Ester / Ester

(ii) Substance Y is another product in the reaction. State the name of substance Y. Bahan Y ialah hasil lain dalam tindak balas ini. Nyatakan nama bagi bahan Y. Glycerol / Gliserol

(iii) A student wants to prepare a potassium palmitate soap. What alkali should be used? Seorang pelajar mahu membuat sabun kalium palmitat. Apakah alkali yang patut digunakan? Potassium hydroxide / Kalium hidroksida

(d) The diagram below shows the structural formula of a soap anion. Rajah di bawah menunjukkan struktur formula bagi suatu anion sabun. CH3 CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2 CH2 _

CH2 CH2 C – O

U N I T

O Hydrophobic Hidrofobik

(i) State the property of hydrophobic and hydrophilic parts of soap anion. Nyatakan sifat bagi bahagian hidrofobik dan hidrofilik dalam anion sabun.

Hydrophilic Hidrofilik

5

Hydrophobic dissolves in organic solvent. Hydrophilic dissolves in water. / Hidrofobik larut dalam pelarut organik. Hidrofilik larut dalam air.

173

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 173

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(ii) Soap is used to wash oily stains on cloth. Explain the cleansing action of soap on the oily stain. / Sabun digunakan untuk membasuh kotoran berminyak pada kain. Terangkan tindakan pembersihan sabun ke atas kotoran berminyak. Soap reduces the surface tension of water and increases the wetting ability of water on the surface of the oily cloth. The hydrophobic part of the soap anion dissolves in the oily stains. The hydrophilic part of the soap anion remains in the water. Scrubbing helps to lift the oily stains from the cloth and break the oily stains into small droplets. The droplets do not redeposit on the surface of the cloth due to repulsion between the negative charges on their surface. The droplets are suspended in water forming an emulsion. Rinsing washes away these droplets and leaves the surface clean. Sabun mengurangkan ketegangan permukaan air dan meningkatkan kebolehan membasah air ke atas permukaan kain berminyak. Bahagian hidrofobik anion sabun larut dalam kotoran berminyak. Bahagian hidrofilik anion sabun larut dalam air. Gosokan dapat membantu menarik kotoran berminyak dan memecahkan kotoran berminyak kepada titisan kecil. Titisan-titisan tersebut tidak termendak pada permukaan kain kerana berlaku penolakan di antara cas negatif pada bahagian hidrofilik anion sabun. Titisan-titisan itu tersebar dalam air dan membentuk emulsi. Pembilasan dapat membersihkan titisan-titisan ini dan menjadikan permukaan kain bersih.

2

The diagrams below show the structural formula for the anion part of cleansing agent X and cleansing agent Y particles. Rajah di bawah menunjukkan formula struktur bahagian anion agen pembersih X dan zarah-zarah agen pembersih Y. O R

O

C

O–Na+

R

O

S

O–Na+

O Cleansing agent X / Agen pembersih X

Cleansing agent Y / Agen pembersih Y

(a) Identify cleansing agents X and Y as soap and detergent. / Kenal pasti agen pembersih X dan Y sebagai sabun dan detergen.

Soap: / Sabun: Cleansing agent X / Agen pembersih X



Detergent: / Detergen: Cleansing agent Y / Agen pembersih Y

(b) Draw the hydrophilic part of cleaning agents X and Y. / Lukiskan bahagian hidrofilik agen pembersih X dan Y. O O O C

S

O–

O– O

Cleansing agent X / Agen pembersih X

Cleansing agent Y / Agen pembersih Y

(c) State the name of part of the cleansing agents X and Y that is soluble in grease. Nyatakan nama bahagian bagi agen pembersih X dan Y yang larut dalam gris. Hydrophobic / Hidrofobik

U N I T

5

(d) Soap is ineffective as a cleansing agent in hard water. Explain. Sabun tidak berkesan sebagai agen pembersih dalam air liat. Terangkan. The soap anions react with the magnesium ions and calcium ions in hard water to form white precipitate of magnesium and calcium salt/ scum. Formation of scum reduces the amount of soap for cleaning. / Anion sabun bertindak balas dengan ion magnesium dan ion kalsium dalam air liat membentuk mendakan putih magnesium dan garam kalsium/kekat. Pembentukan kekat mengurangkan jumlah sabun yang boleh digunakan untuk membersih.

© Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 174

174

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

(e) State one advantage of detergent over soap. / Nyatakan satu kelebihan detergen berbanding sabun. Detergent anions react with the magnesium ions and calcium ions in hard water to form soluble salt/no scum. The cleansing action of detergent is more effective than soap in hard water. / Detergen tidak membentuk kekat dengan ion magnesium dan ion kalsium dalam air liat. Tindakan pembersihan detergen lebih berkesan berbanding sabun dalam air liat.

(f) One of the properties of soap and detergent is that they can form lather with water. What is the function of lather? Salah satu sifat sabun dan detergen ialah ia membentuk buih dengan air. Apakah fungsi buih? It helps to suspend the grease particles. / Membantu mengapungkan titisan gris.

3

A student carried out two experiments to investigate the cleansing effect of soap and detergent on oily stained cloth in hard water. / Seorang pelajar menjalankan dua eksperimen untuk mengkaji kesan pembersihan sabun dan detergen ke atas kain kotor yang berminyak di dalam air liat. Experiment / Eksperimen

Set up of apparatus Susunan alat radas

Experiment I / Eksperimen I

Experiment II / Eksperimen II

Detergent + hard water Detergen + air liat

Soap + hard water Sabun + air liat Cloth with oily stains Kain dengan kotoran berminyak

Observation Pemerhatian

Oily stain remained Kotoran berminyak kekal

Cloth with oily stains Kain dengan kotoran berminyak

Oily stain disappeared Kotoran berminyak hilang

(a) Compare the cleansing effect between experiment I and experiment II. Bandingkan kesan pembersihan antara eksperimen I dengan eksperimen II. Soap in experiment I is not effective as cleansing agent in hard water whereas detergent in experiment II is effective as cleansing agent in hard water. / Sabun dalam eksperimen I tidak berkesan sebagai agen pembersih dalam air liat manakala detergen dalam eksperimen II berkesan sebagai agen pembersih dalam air liat.

(b) Explain why there are differences in the observations. / Terangkan mengapa terdapat perbezaan dalam pemerhatian. Hard water contains calcium ions, Ca2+ and magnesium ions, Mg2+. Soap anions in hard water react with magnesium ions or calcium ions to form scum, insoluble precipitate, no foam is formed. Detergent anions react with Ca2+ ions and Mg2+ ions to form soluble salt, no precipitate, no scum, foam is formed. / Air liat mengandungi ion kalsium, Ca2+ dan ion magnesium, Mg2+. Anion sabun dalam air liat bertindak balas dengan ion magnesium dan ion kalsium membentuk kekat, mendakan tak larut, tiada buih yang terbentuk. Anion detergen bertindak balas dengan ion Ca2+ dan ion Mg2+ untuk membentuk garam terlarut, tiada mendakan, tiada kekat. Buih terbentuk.

(c) State the substance which is more suitable as a cleansing agent to remove stains in hard water. Nyatakan bahan yang lebih sesuai sebagai agen pembersih untuk membuang kotoran dalam air liat. Detergent is more effective than soap as a cleansing agent in hard water. Detergen lebih berkesan berbanding sabun sebagai agen pembersih dalam air liat.

U N I T

Food Additives / Bahan Tambah Makanan 1

2

Food additives are added to food to: / Bahan tambah makanan ditambah ke dalam makanan untuk: (a) improve its appearance, taste or texture / memperbaiki rupa, rasa dan teksturnya (b) preserve the food / mengawet makanan Food additives can be natural or synthetic compounds. Bahan tambah makanan boleh didapati dalam bentuk semula jadi ataupun sebatian sintetik.

175

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 175

5 © Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

3

Food additives are classified according to their function. / Bahan tambah makanan boleh dikelaskan mengikut fungsinya. Type of food additive / Jenis bahan tambah makanan

Example of food additive Contoh bahan tambah makanan

Function / how it works Fungsi/ bagaimana ia berfungsi

− Monosodium glutamate (MSG) Mononatrium glutamat (MSG)

− Enhance the natural flavour of the food Meningkatkan rasa asli makanan

Flavouring agent Agen perasa

− Ester such as octyl ethanoate (orange flavour) and ethyl butanoate (pineapple flavour) Ester seperti oktil etanoat (perasa oren) dan etil butanoat (perasa nanas)

− Produce artificial flavour Menghasilkan rasa tiruan

− Sweeten the food, it has less calories than sugar − Aspartame Aspartam Memaniskan makanan, mempunyai kandungan kalori yang lebih rendah berbanding gula

Antioxidants Antioksidan

U N I T

Thickening agent Pemekat

Cake, jam, ice cream and drinks Kek, jem, aiskrim dan minuman

Drink and juice, frozen dessert Minuman dan jus, pencuci mulut beku Sausage, burger, luncheon meat Sosej, burger, daging yang diproses

− Sulphur dioxide Sulfur dioksida

Fruit juice, jam, soft drink Jus buah, jem, minuman bergas

− Sodium benzoate Natrium benzoat

Chilli and tomato sauce, oyster sauce, fruit juice Sos cili dan tomato, sos tiram, jus buah

− Salt Garam

Salted fish Ikan masin

− Sugar Gula

Jam Jem

− Prevent food from being spoilt Menghalang makanan daripada rosak − Provide acidic condition that inhibits the growth of microorganism Menyediakan keadaan berasid untuk menghalang pertumbuhan mikroorganisma

− Vinegar Cuka

Pickled / Jeruk

− Prevent oxidation that causes rancid fats and brown fruits Menghalang pengoksidaan yang menyebabkan lemak tengik dan buah menjadi perang

− Ascorbic acid (vitamin C) Asid askorbik (vitamin C) − Citric acid Asid sitrik

Cake, biscuit, margarine, fruit juice Kek, biskut, marjerin, jus buah

− Acacia gum Gam Acacia

Chewing gum Gula-gula getah

− Pectin Pektin − Gelatin Gelatin

Jam, jelly, cheese cream and low fat yogurt Jem, jeli, krim keju dan dadih rendah lemak

− Prevent food from being spoilt Mengelakkan makanan daripada rosak − Remove water from the cell of microorganism and retard the growth of microorganism Mengeluarkan air daripada sel mikroorganisma dan membantutkan pertumbuhan mikroorganisma

− Thicken the food Memekatkan makanan

5 © Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 176

Soup, frozen food, meat and fish based product Sup, makanan beku, makanan yang diperbuat daripada daging dan ikan

− Sodium nitrate Natrium nitrat − Prevent food from being spoilt Mengelakkan makanan daripada rosak − Prevent or slow down the growth of microorganisms Menghalang atau mempertahankan pertumbuhan mikroorganisma

Preservatives Pengawet

Example of food Contoh makanan

176

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

Stabilisers Penstabil

Pewarna Colouring

− Improves the texture of food by preventing an emulsion* from separating out into a layer of water and oil. (To emulsify the food) Memperbaikkan tekstur makanan dengan menghalang emulsi* daripada terpisah kepada lapisan air dan minyak (Mengemulsikan makanan) * emulsions are either oil droplets suspended in water or water droplets suspended in oil. / emulsi adalah titisan minyak yang tersebar sekata dalam air atau titisan air yang tersebar sekata dalam minyak. − Improve the consistency of food by giving a firmer, more uniform and smoother texture. Memperbaiki struktur makanan dengan menjadikan teksturnya lebih sekata, halus dan licin.

− Lecithin Lesitin − Gelatin Gelatin

Chocolate, ice cream, butter, salad dressing Coklat, ais krim, mentega, sos salad

− Add or restore the colour in a food to make the food appearance look more attractive. Menambah atau mengekalkan warna dalam makanan untuk menjadikannya lebih menarik.

− Azo compound such as tartrazine and ‘sunset yellow’ Sebatian azo seperti tartrazine dan ‘sunset yellow’ − Triphenyl compounds such as brilliant blue Sebatian trifenil seperti warna biru

Orange juice, jam Jus oren, jem

Exercise / Latihan 1

The table below shows the types and examples of food additives. Jadual di bawah menunjukkan jenis-jenis dan contoh-contoh bahan tambah makanan. Types of food additives / Jenis bahan tambah

Examples / Contoh Sodium nitrate / Natrium nitrat

V

Sodium chloride / Natrium klorida

Antioxidants / Antioksidan

X Y

Flavouring agents / Agen perasa

MSG Octyl ethanoate / Oktil etanoat

W

Acacia gum / Gam Acacia

Food colouring / Pewarna makanan

Z

(a) What is V, W, X, Y and Z? / Apakah V, W, X, Y dan Z? V : Preservatives / Pengawet W : Stablizers and thickening agent / Penstabil dan pemekat X : Ascorbic acid / Asid askorbik

U N I T

Y : Saccharin/ aspartame / Sakarin/ aspartame Z : Azo compound/ triphenyl compound / Sebatian azo/ sebatian trifenil

5

(b) (i) Give an example of food that uses sodium nitrate as food additive. Berikan satu contoh makanan yang menggunakan natrium nitrat sebagai bahan tambah makanan. Sausage/ burger/ meat / Sosej/ burger/ daging

177

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 177

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(ii) Explain how sodium nitrate works as food additive. Terangkan bagaimana natrium nitrat bertindak sebagai bahan tambah makanan. Sodium nitrate prevents sausage/ burger/ meat from being spoilt by slowing down the growth of microorganism / Natrium nitrat menghalang sosej/ burger/ daging daripada rosak kerana ia memperlahankan pertumbuhan mikroorganisma

(iii) Suggest another example of the same type of food additive as sodium nitrate that is used in chilli and tomato sauce. Cadangkan contoh lain bahan tambah makanan dari jenis yang sama seperti natrium nitrat yang digunakan dalam sos cili dan sos tomato. Sodium benzoate / Natrium benzoat

(c) (i)

Give an example of food that uses sodium chloride as food additive. / Berikan satu contoh makanan yang menggunakan natrium klorida sebagai bahan tambah makanan. Salted fish / Ikan masin



(ii) Explain how sodium chloride works as food additive. / Terangkan bagaimana natrium klorida bertindak sebagai bahan tambah makanan. Sodium chloride prevents fish from being spoilt by removing water from the cell of microorganism and retards its growth. Natrium klorida menghalang ikan daripada rosak dengan mengeluarkan air daripada sel mikroorganisma dan membantutkan pertumbuhannya.

(d) (i)

What is the function of Y as a flavouring agent? / Apakah fungsi Y sebagai agen perasa? Sweeten the food with less calories. / Memaniskan makanan dengan kalori yang lebih rendah.



(ii) What is the side effect of MSG on our health? / Apakah kesan sampingan MSG ke atas kesihatan kita? Cause headache/ falling hair. / Menyebabkan sakit kepala/ rambut gugur.



(iii) What is the function of octyl ethanoate as a flavouring agent? / Apakah fungsi oktil etanoat sebagai agen perasa? Produce artificial orange flavour. / Menghasilkan rasa oren tiruan

(e) Name the example of food additives that cause the children to become hyperactive. Namakan contoh bahan tambah makanan yang menyebabkan kanak-kanak menjadi hiperaktif. Azo compound/ triphenyl compound / Sebatian azo/ sebatian trifenil

Medicine / Ubat 1 2

U N I T

5

disease pain A medicine is used to prevent or cure or to relieve . penyakit kesakitan Ubat digunakan untuk menghalang atau menyembuhkan atau mengurangkan Medicines can be classified to: / Ubat boleh dikelaskan kepada: (a) Traditional medicine / Ubat tradisional (i) Obtained from natural sources (plants or animals), without chemical reactions Diperoleh daripada sumber semula jadi (tumbuhan atau binatang), tanpa tindak balas kimia (ii) Prepared by boiling parts of the plants or crushed to make a paste Disediakan dengan mendidihkan atau menghancurkan bahagian tumbuhan untuk dijadikan adunan (iii) Usually not processed / Biasanya tidak diproses (b) Modern medicine / Ubat moden (i) Chemicals that are extracted from plants and animals or synthetic chemicals Bahan kimia yang diekstrak daripada tumbuhan dan binatang atau bahan kimia buatan (ii) It is manufactured in the form of liquid, capsules, powders and tablet Dihasilkan dalam bentuk cecair, kapsul, serbuk atau pil (iii) Usually processed in the laboratory Biasanya diproses dalam makmal

© Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 178

.

178

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

3

Traditional medicine / Ubat tradisional Complete the following table for some common traditional medicines and their functions: Lengkapkan jadual berikut untuk beberapa ubat-ubat tradisional dan kegunaannya: Traditional medicine Ubat tradisional

4

Function Fungsi

Aloe vera Lidah buaya

Its juice is used to treat skin wounds and burns Jusnya digunakan untuk merawat luka kulit dan kesan bakar

Bitter gourd Peria

Fruits are used to treat diabetes Buahnya digunakan untuk merawat diabetes

Ginger Halia

Rhizomes are used to treat stomach wind, improves blood circulation and digestion Rizomnya digunakan untuk merawat angin dalam perut, memperbaikkan pengaliran darah dan pencernaan.

Garlic Bawang putih

Used to lower blood pressure and also has antibiotic properties Digunakan untuk mengurangkan tekanan darah dan mempunyai sifat-sifat antibiotik.

Hibiscus Bunga raya

Leaves relieve headaches and hair loss Daunnya digunakan untuk meredakan demam dan merawat keguguran rambut.

Turmeric Kunyit

Treats pimples Merawat jerawat.

Tamarind Asam jawa

Juice reduces coughing Jus asam jawa boleh mengurangkan batuk.

Centella asiatica Pegaga

Its leaves are used as herbal tea to treat pain and inflammation. Daun pegaga digunakan sebagai teh herba untuk merawat sakit dan pembengkakan.

Modern medicine / Ubat moden The following table shows the classification of modern medicines according to their effects on the body. Jadual berikut menunjukkan pengelasan ubat moden mengikut kesannya ke atas badan. Type of modern medicine Jenis ubat moden

Function / Fungsi

Example / Contoh

Aspirin (acetylsalicylic acid) # acidic Aspirin (asid asetilsalisilik) # berasid

Analgesic Analgesik

To relieve pain without causing unconsciousness Untuk melegakan kesakitan tanpa menyebabkan pesakit tidak sedar

Paracetamol #Neutral Parasetamol #Neutral

C18H21NO3H2O Codeine / Kodeina

179

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 179

Note / Nota • Relieves pain caused by headache, toothache and arthritis. Meredakan sakit yang disebabkan sakit kepala, sakit gigi dan artritis. • Reduces fever and inflammation caused by infection. Mengurangkan demam dan keradangan yang disebabkan jangkitan. • Causes internal bleeding ulceration (not suitable for gastric patients) Menyebabkan pendarahan dalaman (tidak sesuai untuk pesakit gastrik) • Relieves pain and reduces fever Meredakan sakit dan mengurangkan demam • Does not reduce inflammation Tidak mengurangkan keradangan • Does not irritate the stomach Tidak menyakitkan perut • Cough medicine Ubat batuk • Causes sleepiness Menyebabkan mengantuk • Misuse of codeine causes addiction Salah guna kodeina boleh menyebabkan ketagihan

U N I T

5

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

– Used to treat infections

Antibiotic Antibiotik

Psychotherapeutic Psikoteraputik

caused by bacteria or fungi Digunakan untuk merawat jangkitan yang disebabkan bakteria dan kulat – Antibiotics kill or slow down the growth of bacteria or fungi Antibiotik membunuh atau memperlahankan pertumbuhan bakteria atau kulat

Used to treat mental illness Digunakan untuk merawat sakit mental

• Patient must take full course of the antibiotic

Penicilline Penisilin

prescribed by the doctor to make sure all the bacteria are killed, otherwise they may become resistant to the antibiotic. Pesakit mesti mengambil semua antibiotik yang dipreskripsi oleh doktor supaya semua bakteria dibunuh, jika tidak, bakteria akan menjadi imun terhadap antibiotik. • Side effects of antibiotics are headache, allergic reaction and dizziness. Kesan sampingan antibiotik adalah sakit kepala, alergi dan pening.

Streptomycin Streptomisin

Stimulants e.g. amphetamine Stimulan seperti amfetamin

• To reduce fatigue and elevate mood Mengurangkan keletihan dan merangsang perasaan • Can cause addiction Boleh menyebabkan ketagihan

Antidepressant: Barbiturates and tranquilizer Antidepresen: Barbiturat dan trankuilizer

• To reduce tension and anxiety Mengurangkan tekanan dan kegelisahan • Can cause addiction Boleh menyebabkan ketagihan

Antipsychotics e.g. chloropromazine Antipsikotik seperti kloropromazine

• To treat psychiatric illness with severe mental disorder Merawat sakit jiwa dan sakit mental yang teruk

Exercise / Latihan 1

The diagram below shows the molecular structure of aspirin. / Rajah di bawah menunjukkan struktur molekul bagi aspirin. H C

H

O

C

C

C

C

H

C

O

H

C

C

H

H

O

C O

H

H (a) (i) What is the molecular formula for aspirin? / Apakah formula molekul bagi aspirin? C9H8O4

(ii) What is the scientific name for aspirin? / Apakah nama saintifik bagi aspirin?

U N I T

5

Acetylsalicylic acid / Asid asetilsalisilik

(iii) State which type of medicine does aspirin belong to. / Nyatakan jenis ubat bagi aspirin. Analgesic / Analgesik

(iv) What is the side effect of aspirin on children below 12 years old? Apakah kesan sampingan aspirin kepada kanak-kanak di bawah 12 tahun? Irritates lining of the stomach and causes bleeding / Radang pada perut dan menyebabkan pendarahan

© Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 180

180

07/11/2013 1:22 AM

Chemical for Consumers Bahan Kimia untuk Pengguna

(v) Suggest another example of medicine that can be used in replacing aspirin to reduce fever. Cadangkan satu contoh ubat lain yang boleh digunakan untuk menggantikan aspirin bagi meredakan demam. Paracetamol / Parasetamol

(b) (i)

Antibiotic is one of the medicines that is always given by a doctor to a patient. What is the function of antibiotic? Antibiotik adalah salah satu ubat yang selalu diberi oleh doktor kepada pesakit. Apakah fungsi antibiotik? To kill or inhibit growth of infectious bacteria / Untuk membunuh atau menghalang pertumbuhan bakteria yang mudah berjangkit.



(ii) Explain why the patient must take full course of the antibiotic prescribed by the doctor. Terangkan mengapa pesakit mesti menghabiskan semua antibiotik yang telah dipreskripsi oleh doktor. To make sure that all the bacteria are killed. If not, the bacteria will become immune to the medicine or it will cause further infection / Untuk memastikan semua bakteria telah dibunuh. Jika tidak, bakteria akan menjadi imun kepada ubat dan menyebabkan jangkitan yang teruk.

(c) (i) State the name of one type of medicine that changes the emotions and behaviour of the patient. Namakan satu jenis ubat lain yang mengubah emosi dan kelakuan pesakit. Psychotherapeutic / Psikoteraputik



(ii) A patient is suffering from hallucination, delusion or other symptoms of mental illness. Suggest other example of medicine that is suitable to treat the patient. Seorang pesakit mengalami masalah halusinasi, khayalan dan gejala-gejala lain sakit mental. Cadangkan contoh ubat lain yang sesuai untuk merawat pesakit. Antipsychotic / Antipsikotik

(d) Medicines that are obtained from plants and animals are known as traditional medicines. State the name of a traditional medicine that can be used to cure diabetes. Ubat yang diperoleh daripada tumbuhan dan binatang dikenali sebagai ubat tradisional. Namakan satu ubat tradisional yang digunakan untuk merawat diabetes. Bitter gourd / Peria

Objective Questions / Soalan Objektif A It is ionic / Ia adalah ion 3 B It is soluble in grease Ia larut dalam gris C It is hydrophilic end Ia merupakan bahagian hidrofilik D It reacts with calcium ion to form scum Ia bertindak dengan ion kalsium untuk membentuk kekat

1 Which of the following molecules is a soap? Antara molekul berikut, yang manakah merupakan sabun? A CH3(CH2)14COOH B CH3(CH2)2COONa 3 C CH3(CH2)14COONa D CH3(CH2)14COOCH3 2

The diagram below shows the structural formula for a soap anion. / Rajah di bawah menunjukkan formula struktur bagi anion sabun. CH3 CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

Part A Bahagian A



CH2 CH2

CH2

3

Which of the following are detergent? Antara berikut, yang manakah merupakan detergen? I CH3(CH2)11OCOONa II CH3(CH2)16COOK III CH3(CH2)11OSO3Na IV CH3(CH2)11SO3K A I and II only / I dan II sahaja B I and IV only / I dan IV sahaja C II and III only / II dan III sahaja 3 D III and IV only / III dan IV sahaja

CH2 CH2

CH2 CH2

_

C– O O

Which of the following is true about part A of soap anion? Antara berikut, yang manakah benar tentang bahagian A bagi anion sabun?

181

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 181

U N I T

5

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 1:22 AM

MODULE • Chemistry Form 5

4



A To stabilise the oil in water Menstabilkan minyak dalam air B To enhance the taste and flavour of food Menambah rasa makanan C To prevent the food from being oxidised Mengelakkan makanan daripada teroksida 3 D To improve the appearance of food by restoring their colours Supaya makanan kelihatan lebih menarik

Which of the following food additives slows down the activity of microorganism? Antara bahan tambah makanan berikut, yang manakah dapat melambatkan aktiviti mikroorganisma? 3 A Benzoic acid Asid benzoik B Sodium chloride Natrium klorida C Ascorbic acid Asid askorbik D Pectin Pektin

8

Ascorbic acid is added to fruit juice. Which of the following is the function of ascorbic acid? Asid askorbik ditambah ke dalam jus buah-buahan. Antara berikut, yang manakah fungsi asid askorbik? A As a flavouring Sebagai perisa makanan B To increase the calories Untuk menambah kalori 3 C To decrease the action of oxygen Mengurangkan tindak balas oleh oksigen D Prevent the growth of microorganism Menghalang pertumbuhan mikroorganisma

5

Which of the following is not used to prepare soap? Antara berikut, yang manakah tidak digunakan dalam penyediaan sabun? A Fats or oil Lemak atau minyak B Sodium chloride Natrium klorida C Sodium hydroxide Natrium hidroksida 3 D Sodium nitrate Natrium nitrat

9

Which of the following can be treated with streptomycin? Antara berikut, yang manakah boleh dirawat dengan streptomisin? A Cough Batuk B Anxiety Perasaan kebimbangan C Mental diorders Gangguan mental 3 D Bacterial infected diseases Jangkitan bakteria

6

Why is sodium chloride added during the preparation of soap? Mengapakah natrium klorida ditambah dalam penyediaan sabun? A To soften the water Untuk melembutkan air 3 B To decrease the solubility of soap Untuk mengurangkan keterlarutan sabun C To prevent the formation of scum Untuk mengelakkan pembentukan kekat D To reduce the surface tension of water Mengurangkan tekanan pada permukaan air 7

10 Which of the following is used to cure headaches? Antara berikut, yang manakah digunakan menyembuhkan sakit kepala? A Cortisone / Kortison B Barbiturates / Barbiturat C Amphetamine / Amfetamin 3 D Paracetemol / Parasetamol

What is the purpose of adding azo and triphenyl compounds in food? Apakah tujuan menambah sebatian azo dan trifenil di dalam makanan?

untuk

U N I T

5 © Nilam Publication Sdn Bhd

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 182

182

07/11/2013 1:22 AM

183

164-184_B5_ChemF5 2013.indd 183

7

6

5

4

3

2

1

Titanium 48 40 Zirconium

Zirkonium 91 72 Hafnium

Hafnium 178.5 104 Rutherfordium

Rutherfordium Dubnium 257 260

Skandium 45 39

Yttrium

Ittrium 89 57

Lanthanum

Lantanum 139 89

Actinium

Aktinium 227

Kalsium 40 38

Strontium

Strontium 88 56

Barium

Barium 137 88

Radium

Radium 226

Kalium 39 37

Rubidium

Rubidium 85.5 55

Cesium

Sesium 133 87

Francium

Fransium 223

Fr

Cs

Rb

Ra

Ba

Sr

Ac

La

Y

Key: Petunjuk:

Actinides Aktinida

Lanthanides Lantanida

Rf

Hf

Zr

Nb

Ta

Db

Thorium Torium 232

Th

Cerium Serium 140 90

Ce

58

Dubnium

Tantalum 181 105

Tantalum

Niobium 93 73

Niobium

Vanadium 51 41

Vanadium

V

Titanium

Ti

Scandium

Sc

Calcium

Ca

Potassium

K

Magnesium 24 20

Natrium 23 19 23

4 22

3

21

Magnesium

5

Jism atom relatif

Mn

7 25

Mo

Tc

Mangan 55 43

Ru

Ferum 56 44

W

Sg

Re

Bh

60

Os

Hs

61

Pm

Hassium 265

Hassium

Osmium 190 108

Osmium

Rutenium 101 76

Rh

Ir

Pa

Logam

Metal

Proactinium Proaktinium 231

U

Uranium Uranium 238

Np

Neptunium Neptunium 237

Pt

Ds

Platinum 195 110

Platinum

Paladium 106 78

Mercury Merkuri 201 112

Gold Aurum 197 111

Rg

Au

Uub

Hg

Cd

Cadmium Kadmium 112 80

Silver Argentum 108 79

Ag

Zinc Zink 65 48

30

Zn

12

Copper Kuprum 64 47

Cu

29

62

Sm

Pu

Plutonium Plutonium 244

64

Gd

Separa logam

Semi-metal

Americium Amerisium 243

Am

Curium Kurium 247

Cm

Europium Gadolinium Europium Gadolinium 152 157 95 96

63

Eu

Ga

Cf

Dysprosium Disprosium 162.5 98

66

Dy

Thallium Talium 204

Tl

Indium Indium 115 81

In

Gallium Galium 70 49

Es

Holmium Holmium 165 99

67

Ho

Lead Plumbum 207

Pb

Tin Stanum 119 82

Sn

Germanium Germanium 73 50

Ge

Si

Silicon Silikon 28 32

Aluminium Aluminium 27 31

Al

Carbon Karbon 12 14

Boron Boron 11 13

C

6

5

B

14

13

Bukan logam

Non-metal

Berkelium Californium Einsteinium Berkelium Kalifornium Einsteinium 247 249 254

Bk

Terbium Terbium 159 97

65

Tb

Ununbium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Ununbium 266 271 272 285

Mt

Pd

Palladium

Nikel 59 46

Nickel

Ni

28

10

Meitnerium Darmstadtium Roentgenium

Iridium 192 109

Iridium

Rodium 103 77

Rhodium

Kobalt 59 45

Cobalt

Co

9 27

Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Praseodimium Neodimium Prometium Samarium 141 144 147 150 91 92 93 94

Nd

59

Pr

Bohrium 262

Bohrium

Renium 186 107

Rhenium

Siborgium 262

Scaborgium

Tungsten 184 106

Tungsten

Molibdenum Teknetium 96 98 74 75

Molybdenum Technetium Ruthenium

Kromium 52 42

Iron

Fe

8 26

11

Name of the element / Nama unsur

Proton number / Nombor proton

Transition elements / Unsur peralihan

Chromium Manganese

Cr

24

6

Relative atomic mass

Simbol unsur

Symbol of the element

Md

Thulium Tulium 169 101

69

Tm

Polonium Polonium 210

Po

Tellurium Telurium 128 84

Te

Selenium Selenium 79 52

Se

Sulphur Sulfur 32 34

S

Oxygen Oksigen 16 16

O

8

16

No

Ytterbium Itterbium 173 102

70

Yb

Astatine Astatin 210

At

Iodine Iodin 127 85

I

Bromine Bromin 80 53

Br

Chorine Klorin 35.5 35

Cl

Fluorine Fluorin 19 17

9

F

17

Lr

Lutetium Lutetium 175 103

71

Lu

Radon Radon 222

Rn

Xenon Xenon 131 86

Xe

Krypton Kripton 84 54

Kr

Argon Argon 40 36

Ar

Neon Neon 20 18

Ne

Helium Helium 4 10

He

2

18

Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrensium 253 254 257 256

Fm

Erbium Erbium 167 100

68

Er

Bismuth Bismut 209

Bi

Antimony Antimoni 122 83

Sb

Arsenic Arsenik 75 51

As

Phosphorus Fosforus 31 33

P

Nitrogen Nitrogen 14 15

N

7

15

The Periodic Table of Elements / Jadual Berkala Unsur

Sodium

Mg

Berilium 9 12

Litium 7 11

Na

Beryllium

Be

4

2

Lithium

Li

Hidrogen 1 3

Hydrogen

H

1

1

U N I T

5

© Nilam Publication Sdn Bhd

07/11/2013 2:14 AM

FORM

5

Bil

Teacher’s Editions

in g ual

Wan Noor Afifah Wan Yusoff merupakan Guru Cemerlang Kimia Gred Khas C. Beliau mendapat Ijazah Sarjana Muda Sains dengan Pendidikan dengan kepujian dari Universiti Malaya pada tahun 1985. Beliau terlibat aktif sebagai Penceramah dalam kebanyakan kursus atau bengkel yang berkaitan dengan Pelaksanaan Pengajaran dan Pembelajaran berkesan untuk mata pelajaran Kimia yang dianjurkan di peringkat daerah, negeri mahupun kebangsaan. Selain itu, beliau juga merupakan Ketua Panel Pembina Chemistry Perfect Score Module dan Ketua Fasilitator Program Perfect Score Sekolah Berasrama Penuh sejak tahun 2006 hingga kini.

Tajuk-tajuk dalam siri ini:

M O D U L

Matapelajaran

Tingkatan

1

2

3

4

5

SPM

Chemistry Kimia Fizik Biologi Matematik Matematik Tambahan Bahasa Malaysia English Sains Sejarah Geografi

Berminat untuk Menjadi Penulis?... Sila Hubungi:

03-6178 0132

[email protected]

Tingkat 1, No. 35, Jalan 5/10B, Spring Crest Industrial Park 68100 Batu Caves, Selangor, Malaysia. 4EL s&AX  WWWNILAMPUBLICATIONCOMsNILAMPUBLICATION YAHOOCOM

WM RM10.95 EM RM10.95