Perubahan kimia

Kawat tembaga bisa tetap tidak berubah dalam asam encer sementara magnesium berbuih. Baterai kemudian dapat memaksa reaksi yang tidak akan terjadi dengan mencampur sendiri. Gunakan seri reaktivitas, partikel yang ada, dan kondisi reaksi untuk menjelaskan perbedaan tersebut. Lembar 4.1–4.3 berisi latihan asli dan panduan pemberian nilai yang ditulis; Tingkat Tinggi (HT) ditandai dengan persyaratan.

Atom logam membentuk ion positif. Logam yang lebih reaktif memiliki kecenderungan lebih besar untuk melakukan hal ini. Hafalkan kalium, natrium, litium, kalsium, magnesium, seng, besi, dan tembaga dalam urutan reaktivitas menurun. Karbon dan hidrogen adalah titik referensi yang berguna; mereka bukan logam.

Pada suhu ruang, kalium, natrium, dan litium bereaksi dengan air membentuk hidroksida yang larut dan hidrogen. Natrium biasanya meleleh menjadi bola; litium mengapung dan berbuih; kalium mungkin terbakar dengan nyala ungu muda. Kalsium berbuih dan membentuk kalsium hidroksida; campuran bisa menjadi keruh. Magnesium bereaksi sangat lambat dengan air dingin; seng, besi, dan tembaga menunjukkan tidak ada reaksi yang terlihat. Bandingkan kondisi yang sesuai dan sampel bersih serta berukuran serupa. Reaksi uap berada di luar bagian ini.

Dengan asam hidroklorat atau sulfat encer, magnesium, seng, dan besi menghasilkan garam dan hidrogen; tembaga tidak. Logam yang lebih reaktif di atas magnesium bereaksi terlalu hebat untuk perbandingan asam kelas biasa. Kenakan pelindung mata; jauhkan hidrogen dari api selama pengumpulan. Kimia asam-logam yang ditentukan menggunakan Mg, Zn, dan Fe dengan dua asam ini; jangan terapkan aturan hidrogennya pada asam nitrat.

Penggantian terjadi ketika logam yang lebih reaktif menggantikan logam yang kurang reaktif dari suatu senyawa. Untuk seng dalam tembaga(II) sulfat:

Tembaga terbentuk dan larutan biru memudar saat ion tembaga dihilangkan. Hasil dapat menempatkan logam di antara dua logam yang diketahui; satu tes saja tidak dapat menentukan peringkat keseluruhannya.

Logam memperoleh oksigen untuk membuat oksida: $\mathrm{2Mg+O_2\rightarrow2MgO}$. Ini adalah oksidasi. Hilangnya oksigen adalah reduksi. Emas dapat ditemukan sebagai logam itu sendiri karena tidak reaktif. Kebanyakan logam terdapat sebagai senyawa. Karbon dapat mereduksi oksida logam di bawahnya; logam di atas karbon memerlukan metode lain seperti elektrolisis. Proses ekstraksi industri terperinci tidak diperlukan di sini; gunakan informasi proses tambahan apa pun yang diberikan dalam soal.

Contoh perhitungan transfer oksigen. Pada $\mathrm{2Fe_2O_3+3C\rightarrow4Fe+3CO_2}$, besi(II) oksida kehilangan oksigen dan tereduksi. Karbon memperoleh oksigen dan teroksidasi. Persamaan ini setara dengan empat atom besi, enam atom oksigen, dan tiga atom karbon.

HT: transfer elektron. Oksidasi adalah pelepasan elektron; reduksi adalah penerimaan elektron. Untuk reaksi penggantian seng/kopra, abaikan ion sulfat yang tidak berubah:

Atom seng teroksidasi; ion kopra (bukan atom kopra) tereduksi. Untuk $\mathrm{Mg+2HCl\rightarrow MgCl_2+H_2}$, Mg melepaskan dua elektron dan dua ion H⁺ menerimanya; klorida tidak berubah.

Asam dalam air menghasilkan ion H⁺. Basa adalah senyawa yang larut dalam air dan larutannya mengandung ion OH⁻; basa tidak mendonorkan elektron untuk menetralkan asam. Netralisasi antara asam dan basa menghasilkan garam dan air. Karbonat juga menghasilkan karbon dioksida. Reaksi logam sebaliknya menghasilkan hidrogen.

• Asam klorida menghasilkan klorida; asam nitrat menghasilkan nitrat; asam sulfat menghasilkan sulfat.
• Ion positif berasal dari logam, basa, atau karbonat. Samakan muatan sebelum menyederhanakan persamaan.
• Contoh: Ca²⁺ dan NO₃⁻ membentuk Ca(NO₃)₂, bukan CaNO₃.

• $\mathrm{H^+(aq)+OH^-(aq)\rightarrow H_2O(l)}$ adalah persamaan netralisasi ionik.

Praktikum wajib 1: kristal tembaga(II) sulfat kering murni. Panaskan secara lembut larutan asam sulfat encer, tambahkan tembaga(II) oksida sedikit demi sedikit sambil diaduk hingga ada sisa padatan hitam, lalu saring. Sisa padatan tidak larut menunjukkan bahwa asam telah bereaksi; penyaringan menghilangkan kelebihan tersebut. Panaskan filtrat biru secara lembut menggunakan penangas air atau pemanas listrik untuk memekatkannya tanpa menguapkan sampai kering. Biarkan mendingin dan mengkristal. Saring kristalnya, bilas dengan sedikit air suling dingin, dan keringkan di antara kertas saring. Bilasan menghilangkan larutan di permukaan; gunakan sedikit air dingin untuk meminimalkan kehilangan kristal. Gunakan pelindung mata dan hadapi peralatan panas dengan hati-hati. Metode tertulis ini tidak menggantikan praktikum bawah pengawasan langsung.

Skala pH. Pada tingkat ini, pH berkisar dari 0 hingga 14: di bawah 7 bersifat asam, 7 netral, dan di atas 7 bersifat basa. Gunakan indikator universal bersama grafik warnanya untuk perkiraan pH, atau probe pH yang sesuai untuk pembacaan. Tambahkan indikator ke sampel kecil, bukan ke botol stok. Satu indikator rentang sempit hanya mendeteksi titik akhir titrasi yang sesuai tetapi tidak mengukur seluruh rentang pH. Pengenceran asam menurunkan konsentrasi H⁺ dan mendekatkan pH ke arah 7; hal ini tidak mengubah asam menjadi basa.

Praktikum wajib 2, kimia saja: titrasi. Bilas pipet dengan basa, gunakan alat hisap pipet untuk memindahkan volume tetap ke dalam labu erlenmeyer, dan tambahkan beberapa tetes indikator yang sesuai. Bilas buret dengan asam; isi buret dan hilangkan gelembung udara pada ujungnya. Baca bagian bawah meniskus pada ketinggian mata dan catat pembacaan awal serta akhir. Aduk labu dan tambahkan asam perlahan, setetes demi setetes mendekati titik akhir, di atas ubin putih. Volume titran adalah pembacaan akhir dikurangi pembacaan awal. Lakukan percobaan kasar terlebih dahulu, kemudian ulangi pengukuran akurat dan ratakan titrasi konkordan menggunakan toleransi yang ditetapkan; buang hasil percobaan kasar. Menambahkan air suling ke dalam labu membilas percikan tanpa mengubah jumlah basa. Praktikum nyata tetap diperlukan.

Perhitungan HT contoh. 20.0 cm³ larutan 0.100 mol/dm³ NaOH bereaksi dengan 25.0 cm³ asam sulfat. Tentukan konsentrasi asam dan konsentrasi massanya; $M(\mathrm{H_2SO_4})=98$ g/mol.

HT: asam kuat dan lemah. Asam kuat terionisasi sepenuhnya dalam air; asam klorida, nitrat, dan sulfat adalah contoh spesifik. Asam lemah hanya terionisasi sebagian; asam etanoat, sitrat, dan karbonat adalah contohnya. Pada konsentrasi tertentu, asam yang lebih kuat memiliki pH yang lebih rendah. Konsentrasi/encer menggambarkan jumlah asam per volume larutan, sedangkan kuat/lemah menggambarkan derajat ionisasi. Pengenceran asam kuat tidak mengubahnya menjadi asam lemah. Perubahan satu satuan pH penuh berarti sepuluh kali lipat perbedaan konsentrasi H⁺; pH 2 memiliki 1000 kali konsentrasi H⁺ dibandingkan pH 5. Keadaan netral berkaitan dengan keseimbangan H⁺ dan OH⁻, bukan ketiadaan ion.

Elektrolit menghantarkan arus ketika ion-ionnya dapat bergerak: senyawa ionik bisa berupa lelehan atau dilarutkan dalam air. Ion tidak dapat menghantarkan muatan melalui kisi-kisi padat karena tidak dapat berpindah tempat. Elektrolisis menggunakan arus listrik untuk melonggarkan ion di elektroda dan menghasilkan unsur. Kation bergerak menuju katode negatif dan menerima elektron; anion bergerak menuju anoda positif dan melepaskan elektron. Ion membawa muatan dalam cairan; elektron membawa muatan melalui rangkaian logam eksternal.

Senyawa biner leleh, elektroda inert. Timbal(II) bromida menghasilkan timbal di katode dan bromin di anoda. Lelehan seng klorida menghasilkan seng dan klorin. Tidak ada air yang bersaing dalam garam lelehan.

Ekstraksi aluminium. Aluminium berada di atas karbon. Elektrolisis membutuhkan energi listrik yang besar untuk arus dan pemanasan. Aluminium oksida dilarutkan dalam kriolit leleh; campuran ini memiliki titik lebur lebih rendah daripada aluminium oksida murni, sehingga mengurangi kebutuhan pemanasan. Oksigen yang terbentuk di elektroda karbon positif bereaksi dengannya menghasilkan karbon dioksida, sehingga elektroda ini harus diganti. Diagram berlaku untuk campuran lelehan ini, bukan garam aluminium berair.

Larutan berair dengan elektroda inert. Air menyediakan H⁺ dan OH⁻ sebagai kemungkinan tambahan. Sesuai aturan GCSE yang ditentukan, logam di bawah hidrogen mengendap di katoda; jika logam berada di atas hidrogen, hidrogen terbentuk. Di anoda, halida menghasilkan halogennya; jika tidak, oksigen terbentuk. Konsentrasi dan material elektroda dapat berpengaruh dalam sistem nyata; gunakan kondisi yang disediakan dan jangan pindahkan prediksi elektroda inert ke elektroda tembaga reaktif tanpa informasi tambahan.

Praktik wajib 3. Kembangkan hipotesis untuk setiap larutan sebelum diuji dengan elektroda inert. Gunakan sampel terpisah yang diberi label, material/jarak elektroda yang sama, arus searah (DC) tegangan rendah yang sesuai, dan waktu uji yang seragam. Amati setiap elektroda secara terpisah. Uji hidrogen dengan tusuk api menyala pada sampel kecil yang terkumpul (bunyi ‘pop’); oksigen menyalakan kembali tusuk api memudar; klorin memutihkan kertas lakmus lembab. Endapan tembaga berwarna merah muda-coklat. Kenakan pelindung mata, hindari kontak kulit, dan gunakan hanya jumlah gas kecil dengan ventilasi baik serta pengawasan guru; jangan pernah menghirup klorin. Cuci elektroda antar larutan untuk mengurangi kontaminasi. Bandingkan bukti aktual dengan hipotesis; ketiadaan gas yang terlihat bukan merupakan bukti bahwa tidak ada reaksi. Prediksi tertulis tidak menggantikan praktik.

HT: persamaan separuh. Seimbangkan atom terlebih dahulu, kemudian muatan menggunakan elektron; elektron berada di sebelah kiri untuk reduksi dan di sebelah kanan untuk oksidasi.

Dalam persamaan oksida, reaktan adalah dua ion oksida, bukan peroksida atau molekul oksigen bermuatan. Periksa kedua atom oksigen dan total muatan −4. Dalam persamaan hidroksida, terdapat empat atom oksigen dan empat atom hidrogen di masing-masing sisi, dengan total muatan −4 di masing-masing sisi.

• Gunakan reaksi yang diamati untuk mengurutkan logam tak dikenal; bedakan redoks transfer oksigen dan transfer elektron HT.
• Pilih reagen dan metode pemisahan untuk garam kering murni yang dinamakan; tentukan rumusnya dari muatannya.
• Jelaskan pengukuran pH, pengenceran, kekuatan dan konsentrasi; lakukan metode titrasi kimia dan perhitungan HT dengan rasio yang setara.
• Prediksikan produk leburan/berair, jelaskan ekstraksi aluminium, dan uji hipotesis RP3; siswa HT menyeimbangkan kedua persamaan separuh.
• Cobalah tugas yang tidak familiar di lembaran 4.1–4.3 sebelum melihat pedoman penilaian. Partisipasi praktik dan integrasi sumber autentik adalah pemeriksaan terpisah.