01 unit 1 chemf5 (bil) 2017 (csy5p)

UNIT

1

RATE OF REACTION KADAR TINDAK BALAS Concept Map / Peta Konsep

Daily activities Aktiviti harian

Industry Processes Proses industri

Average rate of reaction Kadar tindak balas purata

Rate of reaction at any given time Kadar tindak balas pada masa tertentu

1

Measuring rate of reaction Mengukur kadar tindak balas

Examples in Contoh dalam

U N I T

Measurement of the change in quantity of reactant or product against time Ukuran perubahan dalam kuantiti bahan atau hasil tindak balas menentang masa

Application Aplikasi

Meaning / Maksud

RATE OF REACTION

Factors affect rate of reaction Faktor mempengaruhi kadar tindak balas

KADAR TINDAK BALAS

Experiments on the effect of Eksperimen tentang kesan

Can be explained using Boleh diterangkan menggunakan

Temperature Suhu

Concentration Kepekatan

Catalyst Mangkin

The larger the size of solid reactant, the less total surface area expose to collision Semakin besar saiz pepejal bahan tindak balas, semakin berkurangan jumlah luas permukaan yang terdedah kepada perlanggaran

The higher the temperature, the higher the kinetic energy of particles Semakin tinggi suhu, semakin tinggi tenaga kinetik zarah

The higher the concentration of solution, the higher the number of particles per unit volume Semakin tinggi kepekatan larutan, semakin tinggi bilangan zarah per unit isi padu

The presence of catalyst lower the activation energy of the reaction Kehadiran mangkin merendahkan tenaga pengaktifan tindak balas

Collision Theory Teori perlanggaran States that Menyatakan

Effective collision Perlanggaran berkesan

Happen if Berlaku jika

Size Saiz

Related to Berkait dengan

Particles possess activation energy Zarah-zarah mencapai tenaga pengaktifan Particles collide at the correct orientation Zarah-zarah berlanggar pada orientasi yang betul

Frequency of effective collision Frekuensi perlanggaran berkesan

Related to / Berkaitan

Increases Meningkatkan

Rate of reaction increases Kadar tindak balas meningkat

Learning objective / Objektif pembelajaran • • • •

Analysing rate of reaction / Menganalisis kadar tindak balas Synthesising factors affect rate of reaction / Mensintesis faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas Synthesising idea on collision theory / Mensintesis idea tentang teori perlanggaran Practising scientific knowledge to improve quality of life Mempraktikkan pengetahuan saintifik untuk meningkatkan kualiti kehidupan

9 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 9

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Meaning of Rate of Reaction / Maksud Kadar Tindak Balas State the meaning of rate of reaction.

Nyatakan maksud kadar tindak balas.

U N I T

State the relationship between rate of reaction and time.

Nyatakan hubungan antara kadar tindak balas dan masa.

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.

high

1 The rate of reaction is of time.

tinggi Kadar tindak balas jangka masa yang pendek.

rendah Kadar tindak balas jangka masa yang panjang.

fast

jika tindak balas berlaku dengan

low

2 The rate of reaction is of time.

1

if the reaction occurs

if the reaction occurs

slowly

jika tindak balas berlaku dengan

within a short period cepat

dalam

within a long period perlahan

dalam

3 The rate of reaction is inversely proportional to time: Kadar tindak balas berkadar songsang dengan masa: 1

Rate of reaction ∝

Kadar tindak balas ∝

Time taken 1 Masa yang diambil

Give examples of fast reactions.

Berikan contoh tindak balas cepat.

– Reaction of marble chip with hydrochloric acid.

Tindak balas serpihan marmar dengan asid hidroklorik.

– Reaction of magnesium with sulphuric acid.

Tindak balas magnesium dengan asid sulfurik.

– Reaction of potassium with water.

Tindak balas kalium dengan air.

– Burning of fuel.

Pembakaran bahan api.

Give examples of slow reactions.

Berikan contoh tindak balas perlahan.

– Rusting of iron in the air.

Pengaratan besi dalam udara.

– Photosynthesis.

Fotosintesis – Fermentation of fruit juice to form alcohol.

Penapaian jus buah untuk dijadikan alkohol.

How to determine rate of reaction?

Bagaimanakah menentukan kadar tindak balas?

Rate of reaction can be determined by calculating the rate of chemical change or measured quantity in a chemical change per unit time.

Kadar tindak balas boleh ditentukan dengan mengira kadar perubahan kimia atau kuantiti yang diukur dalam perubahan kimia per unit masa.

Rate of reaction =

Change in quantity of reactant/product

Kadar tindak balas = How to identify the change in quantity of reactant / product for measuring rate of reaction?

Give example.

Bagaimanakah cara mengenal pasti perubahan dalam kuantiti bahan / hasil tindak balas untuk mengukur kadar tindak balas?

Berikan contoh.

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 10

Time taken for the change to occur Perubahan kuantiti bahan/hasil Masa yang diambil untuk perubahan berlaku

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.

Perubahan jumlah bahan atau hasil dalam tindak balas yang dipilih untuk mengukur kadar tindak balas mestilah boleh diperhatikan dan diukur.

Example / contoh: (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.

10 23/10/2017 9:47 AM

How to measure the observable changes when a reaction produce gas?

Bagaimanakah cara mengukur perubahan yang dapat diperhatikan semasa tindak balas menghasilkan gas?

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

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

Observable changes Perubahan yang boleh diperhatikan

Chemical reaction Tindak balas kimia

Decrease in mass of magnesium Pengurangan jisim magnesium

Hydrochloric acid Asid hidroklorik

100 g

Magnesium Magnesium

Reading from the balance is recorded in every 30 seconds.

Bacaan daripada penimbang direkodkan setiap 30 saat.

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

1

Increase in volume of hydrogen Peningkatan isi padu hidrogen Hydrochloric acid Asid hidroklorik

U N I T

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.

How to measure the observable change when a reaction produces precipitate?

Bagaimanakah cara mengukur perubahan yang dapat diperhatikan semasa tindak balas menghasilkan mendakan?

Observable changes Perubahan yang boleh diperhatikan

Chemical reaction Tindak balas kimia Reaction between sodium thiousulphate and hydrochloric acid: Tindak balas antara natrium tiosulfat dan asid hidroklorik: 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.

11 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 11

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

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

Amount of solid sulphur formed is measured by the time taken for the mark ‘X’ placed under the conical flask can no longer be seen.

Jumlah pepejal sulfur yang terbentuk diukur dengan masa yang diambil untuk tanda ‘X’ yang diletak di bawah kelalang kon hilang dari penglihatan.

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 12

Time /s Masa /s

=

Dxs

D y cm3

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

t1

∆x

∆y

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

Sketch of graph: Lakaran graf:

Calcium carbonate Kalsium karbonat

Water Air –3

t1

Time/s Masa/s

T

T1

t1

t1

Time/s Masa/s

Time/s Masa/s

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

Rate of reaction for sodium thiosulphate solution at temperature T1 °C Kadar tindak balas bagi larutan natrium tiosulfat pada suhu T1 °C 1 = = y s–1 t1 s

(b)

Rate of reaction for sodium thiosulphate solution with concentration M1 mol dm–3 Time/s Kadar tindakt1 balas bagi larutan natrium Masa/s Temperature of sodium thiosulphate solution / °C –3 tiosulfat kepekatan Suhudengan natrium larutan tiosulfat / °C M1 mol dm 1 = = x s–1 t1 s

M1

Concentration of sodium thiosulphate solution/ mol dm–3 M1 natrium tiosulfat / mol dm–3 Kepekatan

Kepekatan natrium tiosulfat / mol dm–3

(a) Concentration of sodium thiosulphate solution/ mol dm

Sketch of graph / Lakaran graf:

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

Example / Contoh

Rate of reaction is measured by time taken for the formation of precipitate.

Kadar tindak balas diukur dengan masa yang diambil bagi pembentukan mendakan.

X

Hydrochloric acid Asid hidroklorik

Example / Contoh

Rate of reaction is measured by volume of gas released in every 30 seconds by water displacement in a burette.

Kadar tindak balas diukur dengan isi padu gas terbebas dalam setiap 30 saat melalui penyesaran air dalam buret.

1

2

3

4

5

6

7

Time/s Masa/s

Average rate of reaction in the first 4 minutes Kadar tindak balas purata dalam 4 minit pertama (V – 0) cm3 = = x cm3 s–1 (4 – 0) s

V

1

2

3

4

5

6

7

8

Time/s Masa/s

Water Air

Average rate of reaction in the fourth minute kadar tindak balas purata dalam minit keempat (V2 – V1) cm3 = = y cm3 s–1 (4 – 3) s

V1 V2

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

Sketch of graph: Lakaran graf:

Calcium carbonate Kalsium karbonat

Sketch of graph: Lakaran graf: Volume of carbon dioxide gas/cm3 Isi padu gas karbon dioksida /cm3

Hydrochloric acid Asid hidroklorik

8

Water Air

Example / Contoh

Average rate of reaction within certain period of time: Kadar tindak balas purata dalam suatu jangka masa: Rate of reaction is measured by volume of gas released in every 30 seconds by water displacement in a burette.

Kadar tindak balas diukur dengan isi padu gas terbebas dalam setiap 30 saat melalui penyesaran air dalam buret.

Calcium carbonate Kalsium karbonat

Hydrochloric acid Asid hidroklorik

Average rate of reaction from 0 second: Kadar tindak balas purata dari 0 saat: Rate of reaction is measured by volume of gas released in every 30 seconds by water displacement in a burette.

Kadar tindak balas diukur dengan isi padu gas terbebas dalam setiap 30 saat melalui penyesaran air dalam buret.

Example / Contoh

1 Average rate of reaction Kadar tindak balas purata

U N I T

Rate of reaction at any given time/temperature/concentration Kadar tindak balas pada masa /suhu/kepekatan tertentu

Measurement of Rate of Reaction / Pengukuran Kadar Tindak Balas

How to determine the rate of reaction from the graph?

Bagaimanakah cara menentukan kadar tindak balas daripada graf?

MODULE • Chemistry Form 5

12

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

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

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

(a) (i) Write a chemical equation for the above reaction.

Tuliskan persamaan kimia bagi tindak balas di atas.

U N I T

1

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 given reaction.

Lukiskan susunan alat radas yang digunakan untuk mengukur kadar tindak balas dalam tindak balas tersebut.

Hydrochloric acid / Asid hidroklorik

Calcium carbonate Kalsium karbonat

13 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 13

Water Air

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(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.

Volume of CO2 /cm3 Isi padu CO2 /cm3

50

U N I T

1

40

30

20

10

0

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 14

30

60

90

120

150

180

Time/s Masa/s

14 23/10/2017 9:47 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

=

=

Total volume of carbon dioxide gas collected in the first minute Jumlah isi padu gas karbon dioksida yang terkumpul dalam minit pertama Time taken for the change to occur Masa yang diambil bagi perubahan berlaku 27 60

U N I T

= 0.45 cm3 s–1

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

= 0.405 ± 0.1 cm3 s–1

(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 = 0.217 ± 0.1 cm3 s–1

(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.

15 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 15

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

2

U N I T

1

Excess of zinc powder is added to 50 cm3 of 1 mol dm–3 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.

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.

Lakarkan 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.

Volume of hydrogen/cm3 Isi padu hidrogen/cm3 V

Tangent on the curve at t1, t2 and t3 respectively Tangen bagi graf pada t1, t2 dan t3 0

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.

Time/min Masa/min

t3

t2

t1

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

Compare the gradient of the curve at t1 and t2.

Explain your answer.

Bandingkan kecerunan graf pada t1 dan t2.

Terangkan jawapan anda.

The gradient of tangent on the curve at t2 is lower

t2 is

than at t1. The rate of reaction

Kecerunan tangen pada graf di t2 lebih tindak balas di t2 lebih berkurang

rendah

rendah

reacted

.

berbanding di t1. Kadar

jisim

zink dan

berkurang

asid hidroklorik

. The reaction is

decrease

berbanding di t1. Kadar tindak balas

The gradient of tangent on the curve at t3 is zero

as the time increases

apabila masa meningkat kerana

kepekatan

What is the gradient at t3? Explain your answer.

Apakah kecerunan pada t3? Terangkan jawapan anda.

than t1. The rate of reaction at

decreases

of zinc and concentration of hydrochloric acid

mass

because

lower

completed

zero

, the rate of reaction at t3 is

at t3. All hydrochloric acid has

because zinc powder used is in

excess

. At t3,

maximum volume of 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 lengkap

, kadar tindak balas di t3 di t3. Semua asid

kerana serbuk zink yang digunakan adalah

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

Isi padu maksimum gas hidrogen yang dikumpulkan adalah

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 16

600 cm3

.

16 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Sketch a curve for mass of zinc against time.

Lakarkan lengkung bagi jisim zink melawan masa.

Mass of zinc / g Jisim zink / g

U N I T

Time / s Masa / s

Sketch a curve for concentration of hydrochloric acid against time.

Lakarkan lengkung bagi kepekatan asid hidroklorik melawan masa.

1

Concentration of hydrochloric acid / mol dm–3 Kepekatan asid hidroklorik / mol dm–3

Time / s Masa / s

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

17 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 17

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

Calcium carbonate

Heat

‘X’ mark

When the concentration of sodium thiosulphate

The presence of copper(II) sulphate solution in the

The smaller the size of calcium carbonate, the

sulphuric acid increases.

sulphuric acid increases.

The rate of reaction

Fixed variables:

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

The rate of reaction

Fixed variables:

Mass of zinc, the volume and concentration of

The rate of reaction

Mass of calcium carbonate chips, volume and

sulphuric acid, size of conical flask. of mixture, size of conical flask.

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

Apparatus:

solution, volume and concentration of dilute

Fixed variables:

The rate of reaction

Responding variable:

concentration of dilute sulphuric acid, 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.

Apparatus:

Apparatus:

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

reaction mixture.

of the reaction mixture.

concentration of hydrochloric acid, the temperature

sulphuric acid, H2SO4, the temperature of the

Responding variable:

Responding variable:

Responding variable:

Fixed variables:

Concentration of sodium thiosulphate solution

The presence of copper(II) sulphate

The size of calcium carbonate

Temperature of sodium thiosulphate solution

Manipulated variable:

Manipulated variable:

Manipulated variable:

solution increases, the rate of its reaction with

When the temperature of sodium thiosulphate

solution increases, the rate of its reaction with

Manipulated variable:

the rate of reaction.

reaction between zinc and sulphuric acid increases

Hypothesis:

Hypothesis:

Hypothesis:

higher the rate of reaction.

acid?

with sulphuric acid?

Hypothesis:

solution affect the rate of its reaction with sulphuric

thiousulphate solution affect the rate of its reaction

How does the temperature of sodium thiousulphate

Paper

Sodium thiosulphate solution Conical + flask sulphuric acid

Problem statement:

Sodium thiosulphate solution

Temperature

sulphuric acid?

affect the rate of reaction between zinc and

the rate of its reaction with dilute hydrochloric acid?

Problem statement: How does the concentration of sodium

Problem statement:

Zinc

+

Sulphuric acid

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

Water

Water

Sodium thiosulphate solution

Concentration of solution

X

Problem statement:

Hydrochloric acid

+

Copper(II) sulphate

Sulphuric acid

Catalyst

43 42 41 40 39 38

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 18 37

© Nilam Publication Sdn Bhd 36

1 35

Size of solid reactant

U N I T 34

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

MODULE • Chemistry Form 5

18

23/10/2017 9:47 AM

19

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 19

Burette reading/ cm 3 Volume of gas/ cm3

Volume of gas/ cm3

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

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

TABULATION OF DATA:

PROCEDURE: 1 A basin is filled with water until half full.

2 A burette full with water is inverted into the basin.

3 It is then clamped vertically using retort stand.

4 5 g of granulated zinc is weight and put into the conical flask.

5 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 sulphuric acid is measured and poured into the flask as shown in the diagram.

6 1 cm3 of 1.0 mol dm–3 copper(II) sulphate solution is measured and poured in the conical flask.

7 The conical flask is closed immediately with a stopper fitted with delivery tube as shown in the diagram.

8 A stop watch is started immediately.

9 The volume of gas released is recorded for every 30 seconds.

10 Steps 1 to 9 are repeated without adding copper(II) sulphate solution.

11 The graphs of volume of hydrogen gas against time for the two experiments are plotted on the same axes.

PROCEDURE: 1 A basin is filled with water until half full.

2 A burette full with water is inverted into the basin.

3 It is then clamped vertically using retort stand.

4 5 g of large calcium carbonate chips is weighed and put inside the conical flask as shown in the diagram.

5 50 cm 3 of hydrochloric acid 0.2 mol dm –3 is measured and poured into the conical flask.

6 The conical flask is closed immediately with a stopper fitted with delivery tube as shown in the diagram.

7 A stop watch is started immediately.

8 The volume of gas released is recorded for every 30 seconds.

9 Steps 1 to 8 are repeated using 5 g small calcium carbonate chips to replace 5 g of large calcium carbonate chips.

10 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 into 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 into 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.

MODULE • Chemistry Form 5

U N I T

1

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

U N I T

1

MODULE • Chemistry Form 5

© Nilam Publication Sdn Bhd

Larutan natrium tiosulfat

Asid sulfurik

40 39 38

Kuprum(II) sulfat

36

+

Air

Kelalang kon

37

Larutan natrium tiosulfat

+

asid sulfurik

Asid sulfurik

Kertas

Zink

Panaskan

Air

X

Kalsium karbonat

Larutan natrium tiosulfat

41

+

Asid hidroklorik

Suhu

43

Kepekatan larutan

42

Mangkin

35

Saiz bahan tindak balas pepejal

34

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 20

Perancangan Eksperimen untuk Mengkaji Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas

Tanda ‘X’

20

Pernyataan masalah:

Pernyataan masalah:

Pernyataan masalah:

Pernyataan masalah:

Bagaimanakah saiz ketulan kalsium karbonat

Adakah kehadiran larutan kuprum(II) sulfat

Bagaimanakah kepekatan larutan natrium tiosulfat

Bagaimanakah suhu larutan natrium tiosulfat

mempengaruhi kadar tindak balas dengan asid

mempengaruhi kadar tindak balas antara zink

mempengaruhi kadar tindak balas dengan

mempengaruhi kadar tindak balas dengan asid

hidroklorik?

dengan asid sulfurik?

asid sulfurik?

sulfurik?

Apabila kepekatan larutan natrium tiosulfat

Apabila suhu larutan natrium tiosulfat meningkat,

balas antara zink dengan asid sulfurik

meningkat, kadar tindak balasnya dengan asid

kadar tindak balasnya dengan asid sulfurik juga

meningkatkan kadar tindak balas.

sulfurk juga meningkat.

meningkat.

Saiz kalsium karbonat

Kehadiran kuprum(II) sulfat

Kepekatan larutan natrium tiosulfat.

Suhu larutan natrium tiosulfat

Kadar tindak balas

Kadar tindak balas

Kadar tindak balas

Kadar tindak balas

Isi padu larutan natrium tiosulfat, isi padu dan

Isi padu dan kepekatan larutan natrium tiosulfat, isi

kepekatan asid sulfurik cair, suhu campuran, saiz

padu, kepekatan asid sulfurik cair, saiz kelalang kon

Hipotesis:

Hipotesis:

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

Pemboleh ubah dimanipulasi: Pemboleh ubah bergerak balas: Pemboleh ubah dimalarkan:

Pemboleh ubah dimanipulasi: Pemboleh ubah bergerak balas: Pemboleh ubah dimalarkan:

Jisim kalsium karbonat, isi padu dan kepekatan asid Jisim zink, isi padu dan kepekatan asid sulfurik, hidroklorik, suhu campuran tindak balas.

suhu campuran tindak balas.

Hipotesis:

Pemboleh ubah dimanipulasi: Pemboleh ubah bergerak balas: Pemboleh ubah dimalarkan:

Hipotesis:

Pemboleh ubah dimanipulasi: Pemboleh ubah bergerak balas: Pemboleh ubah dimalarkan:

kelalang kon

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.

Radas:

Radas:

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

23/10/2017 9:47 AM

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 21

21

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

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

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

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

PROSEDUR: 1 Sebuah besen diisi dengan air sehingga separuh penuh.

2 Sebuah buret yang telah diisi penuh dengan air diterbalikkan di dalam besen tersebut.

3 Buret tersebut kemudiannya diapitkan menegak menggunakan kaki retort.

4 5 g ketulan kalsium karbonat besar ditimbang dan dimasukkan ke dalam kelalang kon seperti yang ditunjukkan dalam rajah.

5 50 cm 3 asid hidroklorik 0.2 mol dm–3 disukat dan dituang ke dalam kelalang kon.

6 Kelalang kon ditutup dengan serta merta menggunakan penyumbat bersama salur penghantar.

7 Jam randik dimulakan dengan serta merta.

8 Isi padu gas yang dibebaskan direkod setiap 30 saat.

9 Langkah 1 hingga 8 diulang menggunakan 5 g ketulan kalsium karbonat kecil menggantikan 5 g ketulan kalsium karbonat besar.

10 Graf isi padu karbon dioksida melawan masa diplot pada paksi yang sama.

PROSEDUR: 1 Sebuah besen diisi dengan air sehingga separuh penuh.

2 Sebuah buret yang telah diisi penuh dengan air diterbalikkan di dalam besen tersebut.

3 Buret tersebut kemudiannya diapitkan menegak menggunakan kaki retort.

4 5 g butiran zink ditimbang dan dimasukkan ke dalam kelalang kon seperti yang ditunjukkan dalam rajah.

5 50 cm3 asid sulfurik 0.2 mol dm–3 disukat dan dituang ke dalam kelalang kon.

6 1 cm3 larutan kuprum(II) sulfat 1.0 mol dm–3 disukat dan dituang ke dalam kelalang kon.

7 Kelalang kon ditutup dengan serta merta menggunakan penyumbat bersama salur penghantar.

8 Jam randik dimulakan dengan serta merta.

9 Isi padu gas yang dibebaskan direkod setiap 30 saat.

10 Langkah 1 hingga 9 diulang tanpa menambah larutan kuprum(II) sulfat.

11 Graf isi padu gas hidrogen melawan masa bagi kedua-dua eksperimen diplotkan dalam paksi yang sama.

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 Jam randik diperhentikan 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

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 jam randik dimulakan.

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

PENJADUALAN DATA:

A Ketulan besar kalsium karbonat Masa/s Bacaan buret/cm 3

Masa/s Bacaan buret/cm 3 Isi padu gas/cm 3

PENJADUALAN DATA:

Masa/s Bacaan buret/cm 3

Isi padu larutan natrium tiosulfat / cm3

50

40

30

20

10

Isi padu gas/cm

Isi padu air/cm

0

10

20

30

40

3

B Butiran zink tanpa larutan kuprum(II) sulfat Masa/s

3

Kepekatan larutan natrium tiosulfat / mol dm–3

Bacaan buret/cm 3

Masa yang diambil untuk ‘X’ hilang/s

Isi padu gas/cm 3

1 –1 masa /s

PENJADUALAN DATA: Suhu larutan Na2S2O2 /°C Masa yang diambil untuk ‘X’ hilang/ s

1 –1 masa /s

U N I T

1

23/10/2017 9:47 AM

© Nilam Publication Sdn Bhd

B Ketulan kecil kalsium karbonat

A Butiran zink dengan larutan kuprum(II) sulfat

55 50 45 40 35 30

MODULE • Chemistry Form 5

Isi padu gas/cm 3

PENJADUALAN DATA:

U N I T

1 Intepretation of data and conclusion for the experiments to investigate factors that affect the rate of reaction.

Pentafsiran data dan kesimpulan bagi eksperimen untuk mengkaji faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas.

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

Sketch of the graph / Lakaran graf

Interpretation and conclusion / Tafsiran dan kesimpulan

22

1 From the sketch of graph in Diagram 1: Dari lakaran graf dalam Rajah 1: (a) The average rate of reaction for the first t1 seconds in experiment I 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 hydrochloric acid + excess of small calcium Experiment I Kadar tindak balas purata dalam masa t1 saat pertama dalam carbonate chips.

Eksperimen I eksperimen I V1 50 cm3 asid hidroklorik 0.2 mol dm–3 + ketulan kecil kalsium karbonat V1 cm3 berlebihan.

Experiment II = = X cm3 s–1 t1 s Eksperimen II V2 Experiment II: (b) The average rate of reaction for the first t1 seconds in experiment II Eksperimen II: Kadar tindak balas purata dalam masa t1 saat pertama dalam eksperimen II 50 cm3 of 0.2 mol dm–3 hydrochloric acid + excess of large calcium V2 cm3 Time/s carbonate chips. = = Y cm3 s–1 t 3 –3 1 Masa/s t1 s 50 cm asid hidroklorik 0.2 mol dm + ketulan besar kalsium karbonat Diagram 1 / Rajah 1 The value of V1 is larger than V2 / Nilai V1 lebih besar dari V2 berlebihan.

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

2

* 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.

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

lebih tinggi dari eksperimen II. 3 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 .

The number of mole of hydrochloric acid in both experiments Bilangan mol asid hidroklorik dalam kedua-dua eksperimen

= t1 Diagram 2 / Rajah 2

Time/s Masa/s

50 u 0.2 1 000

= 0.01 mol

23/10/2017 9:47 AM

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 .

5 Conclusion: / Kesimpulan: 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.

MODULE • Chemistry Form 5

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 22

2

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 23

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

Sketch of the graph / Lakaran graf Concentration of sodium thiosulphate solution / mol dm Kepekatan larutan natrium tiosulfat / mol dm–3

Balanced equation: / Persamaan seimbang: Na2S2O3(aq/ak) + H2SO4(aq/ak) R Na2SO4(aq/ak) + H2O(l/ce) + SO2(g/g) + S(s/p)

Observable changes to measure rate of reaction:

Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar tindak balas:

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. * The concentration of Na2S2O3(aq) is changed in all experiments. The volume and temperature of sulphuric acid are kept constant. / Kepekatan Na2S2O3(ak) ditukar dalam semua eksperimen. Isi padu dan suhu asid sulfurik dikekalkan.

23

(c) F actor: Temperature of reaction mixture Faktor: Suhu campuran bahan tindak balas 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.

Time/s Masa/s Diagram 3 / Rajah 3

1 /s–1 Time

Diagram 4 / Rajah 4

Sketch of the graph / Lakaran graf Temperature of sodium thiosulphate solution /°C Suhu larutan natrium tiosulfat /°C

Interpretation and conclusion / Tafsiran dan kesimpulan 1 From the sketch of graph in Diagram 5: / Dari lakaran graf dalam Rajah 5: (a) 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. (b) 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

Time/s Masa/s Diagram 5 / Rajah 5 Temperature of sodium thiosulphate solution /°C Suhu larutan natrium tiosulfat / °C

Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar tindak balas:

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.

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

1 /s–1 Masa

1 /s–1 Time

1 /s–1 Masa

Diagram 6 / Rajah 6

diperlukan untuk mendakan kuning sulfur untuk kelihatan dan semakin cepat tanda ‘X’ hilang dari pandangan.

2 From the sketch of graph in Diagram 6: / Dari lakaran graf dalam Rajah 6: As the temperature of sodium thiosulphate solution increases, the 1 1 value of represents the rate of reaction. increases . time time 1 Apabila suhu larutan natrium tiosulfat meningkat, nilai turut masa meningkat . 1 mewakili kadar tindak balas. masa 3 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

.

U N I T

1

23/10/2017 9:47 AM

© Nilam Publication Sdn Bhd

Observable changes to measure rate of reaction:

As the concentration of sodium thiosulphate increases, the value of 1 1 rate of reaction . time increases. time represents the 1 Apabila kepekatan larutan natrium tiosulfat meningkat, nilai turut masa 1 kadar tindak balas meningkat. mewakili . masa

MODULE • Chemistry Form 5

+ S(s/p)

1 From the sketch of graph in Diagram 3: / Dari lakaran graf dalam Rajah 3: (a) As the concentration of sodium thiosulphate solution decreases, a longer time is needed for the mark ‘X’ to disappear from view.

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

2 From the sketch of graph in Diagram 4: / Dari lakaran graf dalam Rajah 4:

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

Balanced equation: / Persamaan seimbang: Na2S2O3(aq/ak) + H2SO4(aq/ak) R Na2SO4(aq/ak) + H2O(l/ce) + SO2(g/g)

Interpretation and conclusion / Tafsiran dan kesimpulan –3

U N I T

1

MODULE • Chemistry Form 5

Š Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 24

3

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.

Factor Faktor The size of solid reactant Saiz bahan tindak balas pepejal

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

The smaller the size of a solid reactant, the

greater

is the

kadar tindak balas, semakin

tinggi

the rate of reaction, the

gradient of the curve.

Semakin kecil saiz bahan tindak balas pepejal, semakin

tinggi

kecerunan graf.

24

The concentration of solution Kepekatan larutan

Quantity of product (g/mol/cm3) Kuantiti hasil (g/mol/cm3) (a) V

The maximum quantity of product Kuantiti hasil maksimum

(b)

The gradient of the curve Kecerunan lengkung

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

The temperature of reaction mixture Suhu campuran tindak balas The presence of catalyst Kehadiran mangkin

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.

The higher the temperature of a solution, the

higher

the rate of reaction, the

greater

is the

gradient of the curve.

Semakin tinggi suhu larutan, semakin

tinggi

kadar tindak balas, semakin

tinggi

kecerunan graf.

The presence of catalyst in certain chemical reaction increases the rate of reaction, the gradient of the curve becomes

greater

.

Kehadiran mangkin dalam suatu tindak balas kimia meningkatkan kadar tindak balas, kecerunan graf menjadi lebih tinggi

.

An increase in the quantity of catalyst chemical reaction increases the rate of reaction, the gradient of the curve becomes

greater

.

Peningkatan dalam kuantiti mangkin yang digunakan akan meningkatkan kadar tindak balas, kecerunan graf menjadi lebih

tinggi

.

23/10/2017 9:47 AM

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 25

Latihan: Lakar graf isi padu gas yang dihasilkan melawan masa bagi eksperimen-eksperimen berikut.

Exercise: Sketch the Graf of volume of gas prduced agaigst time for following experiments.

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

(a) Experiment / Eksperimen Experiment I:

Sketch of the graph Lakaran graf

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

Eksperimen I:

zinc.

Excess of zinc powder + 100 cm of 3

1.0 mol dm–3 sulphuric acid at 40°C Serbuk zink berlebihan + 100 cm3 asid sulfurik 1.0 mol dm–3 pada 40°C Experiment II:

Eksperimen II: Excess of zinc powder + 50 cm3 of 1.0 mol dm sulphuric acid at 30°C –3

Serbuk zink berlebihan + 50 cm3 asid sulfurik 1.0 mol dm–3 pada 30°C Balanced equation:

25

Persamaan seimbang: Zn(s/p) + H2SO4(aq/ak) R ZnSO4(aq/ak) + H2(g/g)

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

2 Volume of H2 collected depends on number of mol of H2SO4 Isi padu H2 yang terkumpul bergantung pada bilangan mol H2SO4 (a) Number of mol of H2SO4 in experiment I =

Bilangan mol H2SO4 dalam eksperimen I

100 u 1 1 000

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

Bilangan mol H2SO4 dalam eksperimen II

50 u 1 1 000

= 0.1 mol

= 0.05 mol

⇒ 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

eksperimen II .

adalah dua kali ganda dari

Experiment I Eksperimen I

Compare rate of reaction: Bandingkan kadar tindak balas: Experiment Eksperimen

Type of Zinc Jenis zink

Concentration of H2SO4 Kepekatan H2SO4

Temperature Suhu

of reaction:

I

Powder / Serbuk

1.0 mol dm–3

40°C

mengukur kadar tindak balas:

II

Powder / Serbuk

1.0 mol dm–3

30°C

Observable changes to measure rate

Volume of hydrogen/cm3 Isi padu hidrogen/cm3

Perubahan yang dapat dilihat untuk Volume of hydrogen gas collected in every 30 seconds by water displacement in the burette. / Isi padu gas hidrogen terkumpul setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran air

size

of zinc and concentration of sulphuric

acid. sulfurik. mixture in experiment I

higher

higher

than experiment II, the gradient of the curve for experiment I is

Kadar tindak balas awal dalam eksperimen I lebih campuran tindak balas dalam eksperimen I lebih tinggi

zink dan kepekatan asid

than experiment II because the temperature of reaction

than experiment II.

eksperimen I adalah lebih

saiz

tinggi

tinggi

greater

berbanding eksperimen II kerana

suhu

berbanding eksperimen II , kecerunan graf bagi

berbanding eksperimen II.

MODULE • Chemistry Form 5

Kadar tindak balas dalam eksperimen I dan II tidak dipengaruhi oleh ⇒ Initial rate of reaction in experiment I is

Time/s Masa/s

U N I T

1

23/10/2017 9:47 AM

© Nilam Publication Sdn Bhd

dalam buret.

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

Experiment II Eksperimen II

U N I T

1

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 Experiment II: 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 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

26

Balanced equation: Persamaan seimbang: CaCO3(s/p) + 2HCl(aq/ak) R CaCl2(aq/ak) + H2O(l/ce) + CO2(g/g)

Observable changes to measure rate of reaction: Perubahan yang diperhatikan untuk mengukur kadar tindak balas: Volume of carbon dioxide collected in every 30 seconds by water displacement in the burette. / Isi padu gas hidrogen terkumpul setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran air dalam buret.

MODULE • Chemistry Form 5

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 26

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

(b) Experiment / Eksperimen

Sketch of the graph Lakaran graf

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

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

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

Bilangan mol HCl dalam eksperimen III

25 u 1.0 1 000

= 0.025 mol

25 u 0.5 1 000

= 0.0125 mol

100 u 0.5 = 0.05 mol 1 000

⇒ The maximum volume of carbon dioxide gas in experiment III is double of

experiment I

.

Isi padu maksimum karbon dioksida yang terkumpul dalam eksperimen III adalah dua kali ganda eksperimen I.

⇒ The maximum volume of carbon dioxide gas in experiment I is double of

experiment II

.

Isi padu maksimum karbon dioksida yang terkumpul dalam eksperimen I adalah dua kali ganda eksperimen II .

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

Volume of carbon dioxide /cm3 Isi padu karbon dioksida/cm3 Experiment III Eksperimen III

Experiment Eksperimen

Type of CaCO3 Jenis CaCO3

Concentration of HCl Kepekatan HCl

Experiment I Eksperimen I

I

Chips / Ketulan

1.0 mol dm–3

Experiment II Eksperimen II

II

Chips / Ketulan

0.5 mol dm–3

III

Chips / Ketulan

0.5 mol dm–3

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

size

Kadar tindak balas dalam eksperimen I, II dan II tidak dipengaruhi oleh ⇒ Initial rate of reaction in experiment I is experiment I is

higher

higher

experiment II. Kadar tindak balas awal bagi eksperimen I lebih dalam eksperimen I lebih

tinggi

saiz

kalsium karbonat.

gradient

tinggi

concentration

of the curve for experiment I is

⇒ Initial rate of reaction in experiment II is same , the

equal gradient

Kadar tindak balas awal dalam eksperimen II adalah

of HCl in

greater

than

berbanding eksperimen II kerana kepekatan HCl

berbanding eksperimen II, kecerunan graf bagi eksperimen I lebih

berbanding eksperimen II. experiments II and III is the

of calcium carbonate.

than experiment II because the

than experiment II, the

Time/s Masa/s

to experiment III because the

tinggi

concentration

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

dengan eksperimen III kerana

23/10/2017 9:47 AM

dalam eksperimen II dan III adalah sama , kecerunan graf dalam eksperimen II dan III adalah

kepekatan HCl sama .

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 27

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

(c) Experiment / Eksperimen 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 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 Balanced equation: Persamaan seimbang: Mg(s/p) + 2HCl(aq/ak) R MgCl2(aq/ak)

27

Observable changes to measure rate of reaction: Perubahan yang dapat dilihat untuk mengukur kadar tindak balas: Volume of hydrogen gas collected in every

Sketch of the graph Lakaran graf

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

Magnesium adalah berlebihan dalam eksperimen I dan II, isi padu gas hidrogen yang terkumpul tidak dipengaruhi oleh kuantiti magnesium.

2 Volume of H2 collected depends on the number of mol of HCl. Isi padu H2 yang terkumpul bergantung pada bilangan mol HCl. (a) Number of mol of HCl in experiment I =

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

Bilangan mol HCl dalam eksperimen II

100 u 1 = 0.1 mol 1 000

200 u 1 = 0.2 mol 1 000

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

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

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

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

Type of Mg Jenis Mg

Concentration of HCl Kepekatan HCl

I

Powder / Serbuk

1.0 mol dm–3

II

Ribbon / Pita

1.0 mol dm–3

30 seconds by water displacement in the burette. / Isi padu gas hidrogen terkumpul setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran air dalam buret.

Experiment I Eksperimen I

Time/s Masa/s

4 Initial rate of reaction in experiment I is higher than experiment II because the total surface area of magnesium powder in experiment I is higher than magnesium ribbon in experiment II, the gradient of the curve for experiment I is greater than experiment II. Kadar tindak balas awal dalam eksperimen I lebih serbuk magnesium dalam eksperimen I lebih graf bagi eksperimen I lebih

tinggi

tinggi

tinggi

daripada eksperimen II kerana jumlah luas permukaan

daripada pita magnesium dalam eksperimen II, kecerunan

daripada eksperimen II. MODULE • Chemistry Form 5

© Nilam Publication Sdn Bhd

U N I T

1

23/10/2017 9:47 AM

U N I T

1

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 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

28

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 Balanced equation: Persamaan seimbang: Experiments I and II: Eksperimen I dan II:

Sketch of the graph Lakaran graf

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.

2 Volume of H2 depends on the number of mol of H2SO4.

Isi padu H2 bergantung pada bilangan mol H2SO4. (a) Number of mol of H2SO4 in experiment I =

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

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

Bilangan mol H2SO4 dalam eksperimen III

100 u 1 = 0.1 mol 1 000

100 u 0.5 = 0.05 mol 1 000 100 u 0.5 = 0.05 mol 1 000

⇒ 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 . 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.

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

Type of zinc Jenis zink

Concentration of H2SO4 Kepekatan H2SO4

Presence of catalyst Kehadiran mangkin

Zn + H2SO4 R ZnSO4 + H2

I

Granules / Butiran

1.0 mol dm–3

Experiment III: Eksperimen III:

Copper(II) sulphate Kuprum(II) sulfat

II

Granules / Butiran

0.5 mol dm–3

Copper(II) sulphate Kuprum(II) sulfat

III

Granules / Butiran

0.5 mol dm–3

–

Zn + H2SO4 R ZnSO4 + H2

Observable changes to measure rate of reaction: Perubahan yang dapat dilihat untuk mengukur kadar tindak balas: Volume of hydrogen gas collected in every 30 seconds by water displacement in the burette. / Isi padu gas hidrogen terkumpul setiap 30 saat melalui kaedah penyesaran air dalam buret.

⇒ 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

23/10/2017 9:47 AM

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.

Volume of hydrogen /cm3 Isi padu hidrogen /cm3 Experiment I Eksperimen I

Experiment II Eksperimen II

Experiment III Eksperimen III Time/s Masa/s

MODULE • Chemistry Form 5

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 28

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

(d) Experiment / Eksperimen

MODULE • Chemistry Form 5

Application of factors that affect the rate of reaction Aplikasi faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas Give examples of the application in daily activities.

Berikan contoh aplikasi dalam aktiviti harian.

(a) Storage of food in a refrigerator – When the food is kept in refrigerator, the food lasts longer. bacteria lower The temperature in the refrigerator slows down the activity of the . The bacteria lower . toxin produces less , hence the rate of decomposition of food is

Penyimpanan makanan dalam peti sejuk – Apabila makanan disimpan dalam peti sejuk, makanan tahan lebih lama. Suhu yang Bakteria

lebih rendah

dalam peti sejuk memperlahankan aktiviti bakteria . toksin , kadar penguraian makanan lebih rendah .

menghasilkan kurang

(b) Burning of charcoal – When food is cooked with smaller pieces of charcoal, the food cooked faster.

The smaller pieces of charcoal have a larger total exposed surface area. Hence, smaller pieces charcoal burns faster to produce more heat.

Pembakaran arang – Apabila makanan dimasak dengan ketulan arang yang kecil, makanan masak dengan lebih cepat. Ketulan kecil arang mempunyai luas permukaan terdedah yang lebih besar. Oleh itu, ketulan kecil arang terbakar lebih cepat untuk menghasilkan lebih haba.

U N I T

1

(c) 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

increase/higher . Hence time taken for the food to be cooked is faster food cooked at a higher temperature in a pressure cooker. the food is

shorter

. Thus the

Memasak makanan dalam periuk tekanan – Tekanan tinggi dalam periuk tekanan meningkatkan takat didih kinetik air kepada suhu yang melebihi 100°C. Tenaga zarah-zarah dalam meningkat/lebih tinggi

makanan

makanan masak dengan lebih

cepat

. Maka masa untuk makanan masak

berkurang . Oleh itu,

pada suhu yang lebih tinggi dalam periuk tekanan. total (d) Cooking of smaller pieces of food – The 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

.

makanan yang lebih kecil adalah lebih

besar

Maka, masa yang diambil untuk makanan dimasak Give examples of the application in industrial processes.

Berikan contoh aplikasi dalam proses industri.

jumlah

Memasak kepingan makanan yang lebih kecil –

luas permukaan pada kepingan

. Makanan dapat berkurang .

(a) Haber process is an industrial process to manufacture to run the process at a higher rate are:

ammonia gas

menyerap

. The optimum conditions

gas ammonia Proses Haber adalah proses dalam industri untuk menghasilkan 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.

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

400ºC – 500ºC

lebih haba.

. Keadaan

2NH3(g)

Fe, 200 – 300 atm

(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) oxide , V2O5. / Mangkin adalah vanadium(V) oksida , V2O5. (iii) The catalyst is

Chemical equation: / Persamaan kimia: 2SO2 + O2

29 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 29

V2O5, 450ºC 1 atm

2SO3

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

The Collision Theory / Teori Perlanggaran

U N I T

1

The energy changes are always caused by two processes that occur during chemical reaction when reactants change to products. What are these two processes? / Perubahan tenaga adalah disebabkan oleh dua proses yang berlaku semasa tindak balas kimia apabila bahan tindak balas bertukar menjadi hasil tindak balas. Apakah dua proses ini?

During a chemical reaction, Semasa tindak balas kimia, 1 Chemical bonds in the reactants are broken.

Ikatan kimia dalam bahan tindak balas terputus.

2 New bonds in the products are formed.

Ikatan baru dalam hasil tindak balas terbentuk.

How can a reaction take place according to the collision theory?

Bagaimanakah suatu tindak balas berlaku berdasarkan teori perlanggaran?

According to the collision theory, a chemical reaction can only occur when a reacting particles collide with one another with certain amount of kinetic energy.

Berdasarkan teori perlanggaran, suatu tindak balas kimia boleh berlaku apabila satu zarah tindak balas berlanggar dengan satu zarah lain dengan jumlah tenaga kinetik tertentu.

What is activation energy, Ea? Apakah tenaga pengaktifan, Ea?

It is the minimum amount of energy needed for the reacting particles to react.

Tenaga minima yang diperlukan oleh zarah bahan tindak balas untuk bertindak balas.

Are all chemical reactions have the same activation energy, Ea? Adakah semua tindak balas kimia mempunyai tenaga pengaktifan, Ea yang sama?

No, different chemical reactions have different activation energy.

Tidak, tindak balas kimia yang berbeza mempunyai tenaga pengaktifan yang berbeza.

Define effective collision.

Nyatakan maksud perlanggaran berkesan.

The collisions that lead to a chemical reaction and result in the formation of products.

Perlanggaran yang membawa kepada tindak balas kimia dan membentuk hasil tindak balas.

What happens when the energy of collision between particles less than activation energy, Ea? Apakah yang berlaku apabila tenaga perlanggaran antara zarah kurang daripada tenaga pengaktifan, Ea?

The reactants particles just bounce off each other and no reaction occur.

Zarah bahan tindak balas hanya akan melantun antara satu sama lain dan tiada tindak balas berlaku.

Collision Perlanggaran

Reactant A Bahan A

⇒ ⇒

⇒ ⇒ What happens when the collision between particles does not occur at the correct orientation?

Apakah yang berlaku apabila perlanggaran antara zarah tidak berlaku pada orientasi yang betul?

Below Ea Bawah Ea

Bounce / Melantun

Reactant B Bahan B

No new products formed Tiada hasil baru terbentuk

Collision energy of particles < activation energy. / Tenaga perlanggaran zarah < tenaga pengaktifan.

The chemical bonds in the reactants are not broken.

Ikatan kimia dalam bahan tindak balas tidak terputus.

No reaction. / Tiada tindak balas.

The collision is an ineffective collision. / Perlanggaran tidak berkesan.

The reactants particles just bounce off each other and no reaction occur.

Zarah bahan tindak balas hanya akan melantun antara satu sama lain dan tiada tindak balas berlaku.

Collision Perlanggaran

Wrong orientation Orientasi salah

Bounce / Melantun

Reactant B Bahan B

Reactant A Bahan A

⇒ The chemical bonds in the reactants are not broken. No reaction.

Ikatan kimia dalam bahan tindak balas tidak terputus. Tiada tindak balas. ⇒ The collision is an ineffective collision. / Perlanggaran tidak berkesan.

What happens when the energy of collision between the reacting particles have equal or more than the activation energy, Ea and collide at correct orientation?

Apakah yang berlaku apabila tenaga perlanggaran antara zarah tindak balas adalah sama atau lebih daripada tenaga pengaktifan, Ea dan berlanggar pada orientasi yang betul? © Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 30

Collision Perlanggaran

Reactant A Bahan A

⇒ ⇒ ⇒ ⇒

No new products formed Tiada hasil baru terbentuk

Achieves Ea / Mencapai Ea Correct orientation / Orientasi betul Reactant B Bahan B

New products are formed Hasil baru terbentuk

Collision energy of particles ≥ activation energy. / Tenaga perlanggaran zarah ≥ tenaga pengaktifan.

The chemical bonds in the reactants are broken. / Ikatan kimia dalam bahan tindak balas terputus.

Reaction occurs. / Tindak balas berlaku.

The collision is an effective collision. / Perlanggaran berkesan.

30 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

What are the conditions for a reaction to occur?

Apakah syarat untuk tindak balas berlaku?

How to show the energy changes of reacting particles and the activation energy, Ea in a reaction?

Bagaimana cara menunjukkan perubahan tenaga zarah bahan bertindak balas dan tenaga pengaktifan, Ea dalam suatu tindak balas?

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 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 energy changes of the reacting particles and the activation energy of a reaction is shown in an energy profile diagram.

Perubahan tenaga zarah-zarah yang bertindak balas dan tenaga pengaktifan tindak balas ditunjukkan dalam gambar rajah profil tenaga. (a) * Exothermic reaction / Tindak balas eksotermik

U N I T

1

Energy / Tenaga

Ea Reactants Bahan tindak balas

Products Hasil tindak balas

Reaction path Lintasan tindak balas

(b) * Endothermic reaction / Tindak balas endotermik Energy / Tenaga

Ea

Products Hasil tindak balas

Reactants Bahan tindak balas

Reaction path Lintasan tindak balas

Ea – The minimum energy the reactant particles must possess before the collision between them can result in a chemical reaction. *Exothermic and endothermic reactions will studied in the topic 4, Thermochemistry.

Ea – Tenaga minimum yang mesti dimiliki oleh zarah-zarah bahan tindak balas sebelum perlanggaran di antara mereka dapat menghasilkan tindak balas kimia. * Tindak balas eksotermik dan endotermik akan dipelajari dalam tajuk 4, Termokimia.

How to relate the frequency of effective collision with the rate of reaction?

Bagaimanakah cara mengaitkan frekuensi perlanggaran berkesan dengan kadar tindak balas?

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.

How to change the frequency of effective collision?

Bagaimana cara mengubah frekuensi perlanggaran berkesan?

Frequency of effective collision can be changed by changing the following: Frekuensi perlanggaran berkesan boleh diubah dengan mengubah perkara berikut: 1 The frequency of collision between particles (number of collisions per unit time).

Frekuensi perlanggaran antara zarah (bilangan perlanggaran per unit masa).

Remark / Catatan: 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 tindak balas meningkat, frekuensi bagi perlanggaran berkesan di antara zarah-zarah turut meningkat.

Or / Atau 2 The activation energy of the chemical reaction.

Tenaga pengaktifan tindak balas kimia.

31 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 31

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

State factors that can change the frequency of effective collision.

Nyatakan faktor yang boleh mengubah frekuensi perlanggaran berkesan.

1

2

3

4

Size of solid reactant.

Saiz pepejal bahan tindak balas.

Concentration of reacting solution.

Kepekatan larutan yang bertindak balas.

Temperature of reaction mixture.

Suhu campuran tindak balas.

The presence of catalyst.

Kehadiran mangkin.

Remark / Catatan: Factors Faktor

U N I T

1

Frequency of collision or Frequency of effective Rate of Affect Affect activation energy collision / Frekuensi reaction Frekuensi perlanggaran perlanggaran Kadar mempengaruhi mempengaruhi mempengaruhi atau tenaga pengaktifan berkesan tindak balas Affect

Relationship Between Frequency of Effective Collision with Factors Affecting Rate of Reaction / Hubung Kait antara Frekuensi Perlanggaran Berkesan dengan Faktor Mempengaruhi Kadar Tindak Balas 1

Size of Solid Reactant Saiz Pepejal Bahan Tindak Balas

How does the change in size of solid reactant affect rate of reaction?

Bagaimana perubahan saiz pepejal bahan tindak balas mempengaruhi kadar tindak balas?

The smaller the size of solid reactant, the larger total surface area exposed to collision that allows more collision between reacting particles.

Semakin kecil saiz pepejal bahan tindak balas, semakin besar jumlah luas permukaan yang terdedah kepada perlanggaran yang membenarkan lebih banyak perlanggaran antara zarah tindak balas.

Explain how this factor affects the rate of reaction.

Terangkan bagaimana faktor ini mempengaruhi kadar tindak balas.

– A chemical reaction takes place on the surface of a solid reactant as it is where collision between reacting particles take place.

Tindak balas kimia berlaku pada permukaan pepejal bahan tindak balas kerana ia adalah tempat berlakunya perlanggaran antara zarah-zarah tindak balas.

– When the size of solid reactant is larger, the area exposed to collisions is smaller because collisions are limited on the surface of solid. Thus, the total surface area at which reaction occur is smaller.

Apabila saiz pepejal bahan tindak balas besar, luas kawasan yang terdedah kepada perlanggaran adalah lebih kecil kerana perlanggaran adalah terhad pada permukaan pepejal. Oleh itu, jumlah luas permukaan di mana tindak balas berlaku adalah lebih kecil.

– When the solid reactant is broken into smaller size, the area exposed to collision is larger when surface area in the inner part of the solid becomes available for collisions. Hence, the total surface area at which reaction occur becomes larger.

Apabila pepejal bahan tindak balas dipecahkan kepada saiz yang lebih kecil, kawasan yang terdedah kepada perlanggaran adalah lebih besar apabila luas permukaan bahagian dalam pepejal menjadi tersedia untuk perlanggaran. Oleh itu, jumlah luas permukaan berlakunya tindak balas menjadi lebih besar.

Particle of substance A Zarah bahan A

Particle of substance B Zarah bahan B

When the size substance B decreases Apabila saiz bahan B berkurangan When the size of solid substance B is large, only outer layer of reacting particles B can react with reacting particles A Apabila saiz pepejal bahan B besar, hanya lapisan luar bahan tindak balas zarah B boleh bertindak balas dengan bahan tindak balas zarah A

When size of solid substance B is broken into smaller size, more reacting particles B can react with reacting particles A Apabila saiz pepejal bahan B dipecahkan kepada saiz yang lebih kecil, lebih banyak bahan tindak balas zarah B dapat bertindak dengan bahan tindak balas zarah A

– This will increase the frequency of collision between particles, thus, frequency of effective collisions between particles increases which leads to an increase of rate of reaction.

Ini akan menambahkan frekuensi perlanggaran antara zarah, oleh itu, frekuensi perlanggaran berkesan antara zarah meningkat yang membawa kepada peningkatan kadar tindak balas.

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 32

32 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

2

Concentration / Kepekatan

How does the concentration of solution affect rate of reaction?

Bagaimanakah kepekatan larutan mempengaruhi kadar tindak balas?

– Concentration is the number of solutes dissolved in a given volume of solution.

Kepekatan ialah bilangan zat terlarut yang melarut dalam suatu isi padu larutan yang diberi.

– A higher concentration means that the number of particles of solute per unit volume is also higher, and vice versa.

Kepekatan tinggi bermaksud bilangan zarah zat terlarut per unit isi padu juga tinggi, dan sebaliknya.

Explain how this factor affects the rate of reaction.

Terangkan bagaimana faktor ini mempengaruhi kadar tindak balas.

– When the concentration of solution is higher, the number of particles per unit volume increases.

Apabila kepekatan larutan tinggi, bilangan zarah per unit isi padu meningkat.

– This will increase the frequency of collision between particles, thus, frequency of effective collisions between particles increases.

Ini akan meningkatkan frekuensi perlanggaran antara zarah-zarah, oleh itu, frekuensi perlanggaran berkesan antara zarah meningkat.

Particle of substance A Zarah bahan A

Particle of substance B Zarah bahan B

U N I T

1

When the concentration increases Apabila kepekatan meningkat At a lower concentration, the number of particles of A and B in a unit volume is lower, thus the frequency of collision between particles is low.

Pada kepekatan yang rendah, bilangan zarah A dan B dalam satu unit isi padu adalah rendah, oleh itu frekuensi perlanggaran antara zarah juga rendah.

At a higher concentration, the number of particles of A and B in a unit volume is higher, thus the frequency of collision between particles is high.

Pada kepekatan yang tinggi, bilangan zarah A dan B dalam satu unit isi padu adalah tinggi, oleh itu frekuensi perlanggaran antara zarah adalah tinggi.

– This leads to an increase of rate of reaction.

Ini membawa kepada peningkatan kadar tindak balas.

Explain why the monoprotic acid and diprotic acid have different rate of reaction when the concentration of the acids is the same.

Terangkan mengapa asid monoprotik dan asid diprotik mempunyai kadar tindak balas yang berbeza apabila kepekatan asid adalah sama.

For diprotic acid, 1 mol dm–3 of the acid ionises to 2 mol dm–3 of hidrogen ions, H+ Bagi asid diprotik, 1 mol dm–3 asid mengion kepada 2 mol dm–3 ion hidrogen, H+ Example / Contoh:

H2SO4 1 mol dm–3

2H+ + SO42– 2 mol dm–3

– For monoprotic acid, 1 mol dm–3 of the acid ionises to 1 mol dm–3 of hidrogen ions, H+ Bagi asid monoprotik, 1 mol dm–3 asid mengion kepada 1 mol dm–3 ion hidrogen, H+ Example / Contoh: HCl

1 mol dm–3

H+ + Cl– 1 mol dm–3

– Hence, when the same concentration of sulphuric acid and hydrochloric acid are used, the concentration of hydrogen ions in sulphuric acid is doubled.

Oleh itu, apabila kepekatan asid sulfurik dan asid hidroklorik yang sama digunakan, kepekatan ion hidrogen dalam asid sulfurik adalah dua kali ganda.

– The rate of reaction using sulphuric acid is higher than hydrochloric acid.

Kadar tindak balas menggunakan asid sulfurik adalah lebih tinggi daripada asid hidroklorik.

3

Temperature / Suhu

How does the temperature of solution affect rate of reaction?

Bagaimanakah suhu larutan mempengaruhi kadar tindak balas?

The higher the temperature of a substance, the higher the kinetic energy of the reacting particles and vice versa.

Semakin tinggi suhu bahan, semakin tinggi tenaga kinetik zarah bahan tindak balas dan sebaliknya.

Explain how this factor affects the rate of reaction.

Terangkan bagaimana faktor ini mempengaruhi kadar tindak balas.

– When the temperature increases, the kinetic energy of reacting particles increases and the particles move faster.

Apabila suhu meningkat, tenaga kinetik zarah bahan tindak balas meningkat dan zarah bergerak lebih pantas.

– This will increase the frequency of collision between particles, thus, frequency of effective collisions between particles increases.

Ini akan meningkatkan frekuensi perlanggaran antara zarah, oleh itu, frekuensi perlanggaran berkesan antara zarah meningkat.

– This leads to an increase of rate of reaction.

Ini akan membawa kepada peningkatan kadar tindak balas.

33 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 33

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

4

U N I T

1

Catalyst / Mangkin

Define catalyst.

Nyatakan maksud mangkin.

It is a substance that change the rate of reaction without itself being chemically changed in the reaction.

Ialah sejenis bahan yang mengubah kadar tindak balas tanpa ianya berubah secara kimia dalam tindak balas.

How does catalyst affect the rate of reaction?

Bagaimanakah mangkin mempengaruhi kadar tindak balas?

Catalyst provides alternative pathway of a reaction at lower activation energy for the reacting particles to react.

Mangkin menyediakan lintasan alternatif suatu tindak balas pada tenaga pengaktifan yang lebih rendah bagi zarah tindak balas untuk bertindak balas.

Explain how this factor affects the rate of reaction.

Terangkan bagaimana faktor ini mempengaruhi kadar tindak balas.

1 In a reaction, if the reacting particles collide with energy lower than the activation energy, there will be no reaction.

2 When catalyst is added to the same reaction, its provides alternative pathway with a lower activation energy for the reacting particles to react.

3 With this lower activation energy, more reacting particles will have enough energy to react when they collide.

4 This will increase the frequency of effective collisions between particles which leads to an increase of rate of reaction.

1 Dalam suatu tindak balas, jika zarah-zarah bahan tindak balas berlanggar dengan tenaga yang lebih rendah daripada tenaga pengaktifan, tiada tindak balas berlaku.

2 Apabila mangkin ditambah kepada tindak balas yang sama, ia memberikan laluan alternatif dengan tenaga pengaktifan yang lebih rendah untuk zarah-zarah bahan tindak balas bertindak balas.

3 Dengan tenaga pengaktifan yang lebih rendah ini, lebih banyak zarah-zarah bahan tindak balas mempunyai tenaga yang mencukupi untuk bertindak balas semasa perlanggaran.

4 Ini akan meningkatkan frekuensi perlanggaran berkesan antara zarah-zarah yang menyebabkan peningkatan kadar tindak balas.

Energy / Tenaga

Uncatalysed reaction pathway Laluan tindak balas tanpa mangkin

Catalysed reaction pathway Lintasan tindak balas bermangkin

Ea Ea'

Reactants Bahan

Products / Hasil

Reaction path Lintasan tindak balas

– Ea: Result in a chemical reaction.

Keputusan dalam suatu tindak balas kimia.

– Ea’: The lower activation energy in the presence of a catalyst.

Tenaga pengaktifan yang lebih rendah disebabkan kehadiran mangkin.

Remark / Catatan: Catalyst provide lower activation energy for the reacting particles to collide effectively.

Mangkin menyediakan tenaga pengaktifan yang lebih rendah bagi zarah tindak balas untuk berlanggar secara berkesan.

State the characteristics of catalyst.

Nyatakan ciri-ciri mangkin.

1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 34

A catalyst does not change the amount of products of a reaction.

Catalyst is specific to a particular reaction, different chemical reactions need different catalyst.

Catalyst remains unchanged chemically during a reaction.

Catalyst may undergo physical change during a reaction.

Only a small amount of catalyst needed to achieve big increase in rate of reaction.

More amount of catalyst used can further increase the rate of reaction.

Catalyst in powder form can further increase the rate of reaction.

Mangkin tidak mengubah jumlah hasil tindak balas.

Mangkin adalah khusus untuk tindak balas tertentu, tindak balas kimia yang berbeza memerlukan mangkin yang berbeza.

Mangkin tidak berubah secara kimia semasa tindak balas.

Mangkin boleh mengalami perubahan fizikal semasa tindak balas.

Hanya sedikit mangkin yang diperlukan untuk mencapai peningkatan besar dalam kadar tindak balas.

Lebih banyak mangkin yang digunakan dapat meningkatkan kadar tindak balas.

Mangkin dalam bentuk serbuk dapat meningkatkan lagi kadar tindak balas.

34 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Conclusion / Kesimpulan Steps to explain factors that affect the rate of reaction based on collision theory: Kaedah untuk menerangkan faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas berdasarkan teori perlanggaran: Size of Reactant Saiz Bahan Tindak Balas

Concentration of Reactant Kepekatan Bahan Tindak Balas

Temperature of Reaction Mixture Suhu Campuran Tindak Balas

The smaller the size of reactant,

The higher the concentration of reactants,

The higher the temperature,

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

semakin tinggi tenaga kinetik zarah-zarah

permukaan yang terdedah

dalam satu unit isi padu.

yang bertindak balas.

the kinetic energy of reacting particles is higher.

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

Mangkin menyediakan jalan alternatif bagi tindak balas yang memerlukan

Semakin tinggi suhu,

kepada perlanggaran.

tenaga pengaktifan yang lebih rendah (Ea’)

U N I T

1

More colliding particles achive The reacting particles move faster.

Zarah yang bertindak balas bergerak dengan lebih laju.

The frequency of Frekuensi

The frequency of

The rate of reaction

meningkat.

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

berkesan

increases

.

*

effective

Frekuensi perlanggaran

tenaga pengaktifan

increases.

collision between particles perlanggaran di antara zarah-zarah

actication energy .

Lebih banyak zarah yang berlanggar mencapai

. / Kadar tindak balas

meningkat

.

*State the particles that collide based on ionic equation. *Nyatakan zarah yang berlanggar berdasarkan persamaan ion.

35 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 35

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

U N I T

1

1

Compare factor that affects the rate of reaction in both experiments.

Example: (a) Factor size of solid reactant (for reaction between different size of calcium carbonate and hydrochloric acid)

The size of calcium carbonate chips in experiment I is smaller than experiment II (b) Factor concentration (for the reaction between different concentration of hydrochloric acid with zinc)

The concentration of hydrochloric acid in experiment I is higher than experiment II (c) Factor temperature (for the reaction between different temperature of hydrochloric acid and zinc)

The temperature of reaction mixture in experiment I is higher than experiment II (d) Factor catalyst (for the reaction between zinc and sulphuric acid)

Copper(II) sulphate present as a catalyst for the reaction between zinc and sulphuric acid in experiment I but not in experiment II

2

Compare how the factor affects the rate of reaction in both experiments. (a) Factor size solid reactant

The total surface area of calcium carbonate chips in experiment I is larger than experiment II (b) Factor concentration

The number of hydrogen ions per unit volume in experiment I is higher than experiment II (c) Factor temperature

The kinetic energy of hydrogen ion in experiment I is higher than experiment II (d) Factor catalyst

• Copper(II) sulphate lower the activation energy for the reaction between zinc and sulphuric acid in experiment I

• More colliding particles achieve the activation energy

36

• Analyse the condition for both experiments given in the form of description/balanced equation/diagram to identify factor that affects the rate of reaction.

4

23/10/2017 9:47 AM

5

* Compare frequency of effective collision between particles in both experiments. (a) Factor size solid reactant

The frequency of effective collision between calcium carbonate and hydrogen ion in experiment I is higher than experiment II (b) Factor concentration

The frequency of effective collision between hydrogen ions and zinc atoms in experiment I is higher than experiment II (c) Factor temperature

The frequency of effective collision between hydrogen ions and zinc atoms in experiment I is higher than experiment II (d) Factor catalyst

The frequency of effective collision between hydrogen ions and zinc atoms in experiment I is higher than experiment II Compare rate of reaction in both experiments Rate of reaction in experiment I is higher than experiment II.

3

Compare frequency of collision between number of *particles in both experiments. (a) Factor size solid reactant

The frequency of collision between calcium carbonate and hydrogen ion in experiment I is higher than experiment II (b) Factor concentration

The frequency of collision between hydrogen ions and zinc atoms in experiment I is higher than experiment II (c) Factor temperature

The frequency of collision between hydrogen ions and zinc atoms in experiment I is higher than experiment II (d) **Factor catalyst

* State the particles that collide in the reaction based on the ionic equation **Catalyst does not increase the frequency of collision between particles

MODULE • Chemistry Form 5

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 36

Steps to Compare And Explain Factor that Affects Rate of Reaction Between Any Two Experiments

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 37

Langkah untuk Membanding dan Menerangkan Faktor yang Mempengaruhi Kadar Tindak Balas antara Sebarang Dua Eksperimen

1

Banding faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas dalam kedua-dua eksperimen.

Contoh: (a) Faktor saiz bahan tindak balas pepejal (untuk tindak balas antara saiz ketulan kalsium karbonat yang berbeza dengan asid hidroklorik)

Saiz ketulan kalsium karbonat dalam eksperimen I lebih kecil dari eksprimen II (b) Faktor kepekatan (untuk tindak balas antara asid hidroklorik berkepekatan berbeza dengan zink)

Kepekatan asid hidroklorik dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (c) Faktor suhu (untuk tindak balas antara asid hidroklorik bersuhu berbeza dengan zink)

Suhu campuran tindak balas dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (d) Faktor mangkin (untuk tindak balas antara zink dan asid sulfurik)

Kuprum(II) sulfat hadir sebagai mangkin untuk tindak balas antara zink dan asid sulfurik dalam eksperimen I tetapi tiada dalam eksperimen II

37

• Analisis keadaan bagi kedua-dua eksperimen yang diberi dalam bentuk huraian/ persamaan kima seimbang/susunan radas untuk mengenal pasti faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas 4

Banding kadar tindak balas dalam kedua-dua eksperimen.

Kadar tindak balas dalam eksperimen I lebih tinggi dari ekspeimen II

Banding bagaimana faktor itu mempengaruhi kadar tindak balas dalam kedua-dua eksperimen. (a) Faktor saiz bahan tindak balas pepejal Jumlah luas permukaan ketulan kalsium karbonat dalam eksperimen I lebih besar dari eksperimen II (b) Faktor kepekatan

Bilangan ion hidrogen dalam satu unit isi padu dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (c) Faktor suhu

Tenaga kinetik ion hidrogen dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (d) Faktor mangkin • Kuprum(II) sulfat merendahkan tenaga pengaktifan untuk tindak balas antara zink dan asid sulfurik dalam experiment I • Lebih banyak zarah yang berlanggar mencapai tenaga pengaktifan

3

Banding frekuensi perlanggaran antara *zarah dalam kedua-dua eksperimen. (a) Faktor saiz bahan tindak balas pepejal

Frekuensi perlanggaran antara kalsium karbonat dan ion hidrogen dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (b) Faktor kepekatan

Frekuensi perlanggaran antara ion hidrogen dan atom zink dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (c) Faktor suhu

Frekuensi perlanggaran antara ion hidrogen dan atom zink dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (d) **Faktor mangkin

* Nyatakan zarah yang berlanggar dalam tindak balas berdasarkan persamaan ion **Mangkin tidak meningkatkan frekuensi perlanggaran antara zarah

MODULE • Chemistry Form 5

© Nilam Publication Sdn Bhd

U N I T

1

23/10/2017 9:47 AM

5

Banding frekuensi perlanggaran berkesan antara bilangan*zarah dalam keduadua eksperimen (a) Faktor saiz bahan tindak balas pepejal

Frekuensi perlanggaran berkesan antara kalsium karbonat dan ion hidrogen dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (b) Faktor kepekatan

Frekuensi perlanggaran berkesan antara ion hidrogen dan atom zink dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (c) Faktor suhu

Frekuensi perlanggaran berkesan antara ion hidrogen dan atom zink dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II (d) Faktor mangkin

Frekuensi perlanggaran berkesan antara ion hidrogen dan atom zink dalam eksperimen I lebih tinggi dari eksperimen II

2

MODULE • Chemistry Form 5

Exercise / Latihan 1

Complete the following table. / Lengkapkan jadual berikut.

Chemical equation Persamaan kimia

1

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

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)

U N I T

Ionic equation Persamaan ion

(vi) 2H2O2 R 2H2O + O2 (vii) Na2S2O3 + H2SO4 R Na2SO4 + H2O + SO2 + S

2

Hydrogen peroxide molecules Molekul hidrogen peroksida

– S2O32– + 2H+ R H2O + SO2 + S

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.

Reactant Bahan tindak balas

Experiment I / Eksperimen I

Experiment II / Eksperimen II

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

3

–3

Balanced equation Persamaan seimbang

CaCO3 + 2HCl R CaCl2 + H2O + CO2

Ionic equation Persamaan ion

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

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

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 *zarah-zarah

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.

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 38

38 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Experiment I / Eksperimen I Compare rate of reaction Bandingkan kadar tindak balas

Experiment II / Eksperimen II

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

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

U N I T

Experiment II Eksperimen II

1

Time/s Masa/s

* particles / zarah-zarah 3

– 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.

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

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

Number of moles of HCl / Bilangan HCl

Number of moles of H2SO4 / Bilangan mol H2SO4

Reactant Bahan tindak balas

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

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

3

–3

20 × 0.5 = = 0.01 mol 1 000

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+

20 × 0.5 = 0.01 mol 1 000

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.

39 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 39

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Experiment I / Eksperimen I

Experiment II / Eksperimen II

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.

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

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

U N I T

Experiment II Eksperimen II

240

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 monoprotic Sulphuric acid is acid while hydrochloric acid is 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 monoprotik manakala asid hidroklorik ialah asid . 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.

* particles / zarah-zarah 4

– 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.

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

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 40

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

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

CuSO4

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

Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

40 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

Experiment I / Eksperimen I

Experiment II / Eksperimen II 50 u 1 = 0.05 mol 1 000

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

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 collisions between *particles Bandingkan frekuensi perlanggaran berkesan di antara *zarah-zarah

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

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

Number of moles of HCl / Bilangan mol HCl =

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

U N I T

1

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.

1 The gradient of the curve for experiment II is higher

in reaction experiment II is

Kecerunan graf bagi eksperimen II

greater

than experiment I because the rate of reaction

than experiment I. lebih tinggi

daripada eksperimen I kerana kadar tindak balas

dalam eksperimen II lebih tinggi daripada eksperimen I. 2 The volume of hydrogen gas released in experiment I is

equal

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.

Isi padu gas hidrogen yang dibebaskan dalam eksperimen I adalah

sama

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 hidrogen yang dihasilkan.

41 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 41

mangkin

tidak mempengaruhi jumlah isi padu gas

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

5

U N I T

1

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

(b) Draw the set-up of apparatus for the experiment.

Lukiskan susunan radas bagi eksperimen ini.

Manganese(IV) oxide Mangan(IV) oksida Water Air

H 2O 2

(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.

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 42

42 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(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 moles 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

U N I T

(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.

1

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

6

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)

43 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 43

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(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

U N I T

1

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

0.04

0.06

0.08

1 /s–1 Time / Masa

(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, S2O32–. The 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.

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 44

44 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(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

V = 80 cm3

(h) Frozen woolly mammoth found in Siberia was still with fur intact after 39 000 years. Explain why.

Didapati bulu panjang pada Mammoth yang beku di Siberia masih utuh selepas 39 000 tahun. Terangkan mengapa.

HOTS At low temperature, the bacteria which cause decay are not active.

U N I T

1

Pada suhu rendah, bakteria yang menyebabkan bulu mereput adalah tidak aktif.

7

A student carried out three sets of experiment to investigate the factors affecting the rate of reaction. The table below shows the information and the result of the experiment.

Seorang pelajar menjalankan tiga set eksperimen untuk mengkaji faktor-faktor yang mempengaruhi kadar tindak balas. Jadual di bawah menunjukkan maklumat dan keputusan eksperimen itu.

Set Set

Reactants Bahan tindak balas

Time taken to collect maximum volume of gas / s Masa diambil untuk mengumpulkan isi padu gas maksimum / s

I

3 g magnesium ribbon and 50 cm3 of 1 mol dm–3 hydrochloric acid 3 g pita magnesium dan 50 cm3 asid hidroklorik 1 mol dm–3

100

II

3 g magnesium powder and 50 cm3 of 1 mol dm–3 hydrochloric acid 3 g serbuk magnesium dan 50 cm3 asid hidroklorik 1 mol dm–3

60

III

3 g magnesium powder and 50 cm3 of 1 mol dm–3 hydrochloric acid and copper(II) sulphate solution 3 g serbuk magnesium dan 50 cm3 asid hidroklorik 1 mol dm–3 dan larutan kuprum(II) sulfat

30

(a) Write a chemical equation to show the reaction between magnesium and hydrochloric acid.

Tuliskan persamaan kimia untuk menunjukkan tindak balas antara magnesium dan asid hidroklorik.

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

(b) Calculate the number of mole of / Hitung bilangan mol bagi

(i) Magnesium / Magnesium

[Relative atomic mass of Mg = 24] / [Jisim atom relatif Mg = 24]

Number of moles Mg / Bilangan Mol Mg =

3 = 0.125 mol 24

(ii) Hydrochloric acid / Asid hidroklorik

Number of moles HCl / Bilangan Mol HCl = 1 × 50 = 0.05 mol 1 000

(c) Calculate the maximum volume of hydrogen gas produced at room condition.

Hitung isi padu maksimum gas hidrogen yang dihasilkan pada keadaan bilik.

[1 mole of gas occupies the volume of 24 dm3 at room condition] / [1 mol gas menempati isi padu 24 dm3 pada keadaan bilik]

From the equation / Daripada persamaan:

2 mol HCl : 1 mol H2

0.05 mol HCl : 0.025 mol H2 Volume of hydrogen gas / Isi padu gas hidrogen = 0.025 × 24 dm3 = 0.6 dm3 = 600 cm3

45 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 45

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(d) What is the average rate of reaction for / Apakah kadar tindak balas purata bagi

(i) Set I? 0.6 600 Rate of reaction / Kadar tindak balas = = 0.006 dm3 s–1 // = 6 cm3 s–1 100

100

(ii) Set II? 0.6 600 Rate of reaction / Kadar tindak balas = = 0.01 dm3 s–1 // = 10 cm3 s–1 60

U N I T

1

60

(iii) Set III? 0.6 600 Rate of reaction / Kadar tindak balas = = 0.02 dm3 s–1 // = 20 cm3 s–1 30

30

(e) (i)

The diagram below shows the curve obtained for set I when the volume of hydrogen gas liberated against time is plotted. On the same axes, sketch the curve that you would expect to obtain if the experiment is repeated using 3 g magnesium ribbon and 50 cm3 of 2 mol dm–3 hydrochloric acid.

Rajah di bawah menunjukkan lengkung yang diperoleh bagi Set I apabila isi padu gas hidrogen yang dibebaskan melawan masa diplotkan. Pada paksi yang sama, lakarkan lengkung yang anda jangka diperoleh sekiranya eksperimen diulang menggunakan 3 g pita magnesium dan 50 cm3 asid hidroklorik 2 mol dm–3.

Volume of hydrogen gas / dm3 Isi padu gas hidrogen / dm3 1.2

0.6

Time / s Masa / s

(ii) Explain how you obtain the curve in (e)(i).

Terangkan bagaimana anda memperoleh lengkung di (e)(i).

1 Initial rate of reaction of the experiment is higher because the concentration of hydrochloric acid is higher.

2 Hydrochloric is the limiting factor // Magnesium is in excess.

3 Maximum volume of hydrogen gas collected is double because the number of mole of hydrochloric acid is double.

1 Kadar tindak balas awal eksperimen adalah lebih tinggi kerana kepekatan asid hidroklorik lebih tinggi.

2 Hidroklorik adalah faktor pengehad // Magnesium berlebihan.

3 Isi padu maksimum gas hidrogen yang dikumpul adalah dua kali ganda kerana bilangan mol asid hidroklorik adalah

(f) (i)

dua kali ganda.

Compare the rate of reaction in Set II and Set III. Bandingkan kadar tindak balas dalam Set II dan Set III. Rate of reaction in Set III is higher than Set II. Kadar tindak balas dalam Set III lebih tinggi daripada Set II

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 46

46 23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(ii) By using the collision theory, explain the difference in the rate of reaction between Set II and Set III.

Dengan menggunakan teori perlanggaran, terangkan perbezaan kadar tindak balas antara Set II dan Set III. – Reaction between magnesium and hydrochloric acid in Set II is without catalyst while copper(II) sulphate presence in Set III as a catalyst.

– Copper(II) sulphate lower the activation energy for the reaction between magnesium and hydrochloric acid in Set III. – Frequency of effective collisions between magnesium atom and hydrogen ion in Set III is higher than Set II. – Tindak balas antara magnesium dan asid hidroklorik dalam Set II tanpa mangkin manakala kuprum(II) sulfat hadir sebagai mangkin dalam Set III. – Kuprum(II) sulfat merendahkan tenaga pengaktifan untuk tindak balas antara magnesium dan asid hidroklorik dalam Set III. – Frekuensi perlanggaran berkesan antara atom magnesium dan ion hidrogen dalam Set III lebih tinggi daripada Set II.

– Ea : The activation energy in Set II. Tenaga pengaktifan Set II. – Ea;: The activation energy in Set III. Tenaga pengaktifan Set III.

Ea Ea;

Mg + 2HCl

MgCl2 + H2

1

(iii) Sketch energy profile diagram which shows an activation energy for the reactions in Set II and Set III. Lakarkan gambar rajah profil tenaga yang menunjukkan tenaga pengaktifan untuk Set II dan Set III. Energy Tenaga

8

U N I T

Reaction path Lintasan tindak balas

The diagram below shows a sketch of curve I and curve II for volume of carbon dioxide gas collected against time. Curve I is for the reaction in Experiment I between 2.0 g marble chips added to 50 cm3 of 1 mol dm–3 hydrochloric acid at room temperature.

Rajah di bawah menunjukkan lakaran lengkung I dan lengkung II untuk isi padu gas karbon dioksida yang dikumpulkan melawan masa. Lengkung I adalah tindak balas dalam Eksperimen I di antara 2.0 g ketulan marmar ditambah kepada 50 cm3 asid hidroklorik 1 mol dm–3 pada suhu bilik.

Volume of carbon dioxide gas / cm3 Isi padu gas karbon dioksida / cm3 II I

Time / s Masa / s

(a) Write a chemical equation to show the reaction between marble chips and hydrochloric acid.

Tuliskan persamaan kimia untuk menunjukkan tindak balas antara ketulan marmar dan asid hidroklorik.

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

47 Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 47

© Nilam Publication Sdn Bhd

23/10/2017 9:47 AM

MODULE • Chemistry Form 5

(b) State two ways to obtain curve II for the reaction of 50 cm3 of 1 mol dm–3 hydrochloric acid at room temperature.

Nyatakan dua cara untuk mendapatkan lengkung II bagi tindak balas 50 cm3 asid hidroklorik 1 mol dm–3 pada suhu bilik. (i) 2.0 g marble powder is used to replace 2.0 g marble chips (ii) The experiment is carried out a 40 °C (higher than room temperature) (i) 2.0 g serbuk marmar digunakan untuk menggantikan 2.0 g ketulan marmar (ii) Eksperimen dijalankan pada suhu 40 °C (lebih tinggi daripada suhu bilik)

U N I T

1

(c) Explain each of your answer in (b).

Terangkan setiap jawapan anda dalam (b). (i) 2.0 g marble powder in Experiment II has a larger total surface area than 2.0 g marble chips in Experiment I, hence

initial rate of reaction of Experiment II is higher than Experiment I. Maximum volume of carbon dioxide gas collected in

Experiment I and II are the same because the quantity of marble and hydrochloric acid are the same in both

experiments.

(ii) Experiment II conducted at higher temperature compared to Experiment I, hence intial rate of reaction

Experiment II is higher than Experiment I. Maximum volume of carbon dioxide gas collected in Experiment I and II are

the same because the quantity of marble and hydrochloric acid are the same in both experiments.

(i) 2.0 g serbuk marmar dalam Eksperimen II mempunyai jumlah luas permukaan yang lebih besar daripada 2.0 g

ketulan marmar dalam Eksperimen I, oleh itu kadar awal tindak balas Eksperimen II adalah lebih tinggi daripada

Eksperimen I. Isi padu maksimum gas karbon dioksida yang dikumpulkan dalam Eksperimen I dan II adalah sama kerana

kuantiti marmar dan asid hidroklorik adalah sama dalam kedua-dua eksperimen.

(ii) Eksperimen II dijalankan pada suhu yang lebih tinggi berbanding Eksperimen I, maka kadar tindak balas awal

Eksperimen II adalah lebih tinggi daripada Eksperimen I. Isi padu maksimum gas karbon dioksida yang dikumpulkan

dalam Eksperimen I dan II adalah sama kerana kuantiti marmar dan asid hidroklorik adalah sama dalam kedua-dua

eksperimen.

(d) Which of the two reactants in Experiment I is in excess? Explain your answer.

Antara dua bahan tindak balas dalam Eksperimen I, yang manakah berlebihan? Terangkan jawapan anda.

[Relative atomic mass: C = 12, O = 16, Ca = 40] / [Jisim atom relatif: C = 12, O = 16, Ca = 40] 2g = 0.02 mol 100 g mol–1 Number of moles HCl / Bilangan mol HCl = 50 × 1 = 0.05 mol 1 000 Number of moles CaCO3 / Bilangan mol CaCO3 =

From the equation / Daripada persamaan: 1 mol of CaCO3 react with 2 mol of HCl / 1 mol CaCO3 bertindak balas dengan 2 mol HCl 0.02 mol of CaCO3 react with 0.04 mol of HCl / 0.02 mol CaCO3 bertindak balas dengan 0.04 mol HCl → Hydrochloric acid is in excess / Asid hidroklorik berlebihan

Additional Question Soalan Tambahan

© Nilam Publication Sdn Bhd

Unit 1 ChemF5 (BIl) 2017 (CSY5p).indd 48

48 23/10/2017 9:47 AM