LKPD Kimia Kelas 11: Mengaitkan Perubahan Entalpi Standar Reaksi Penguraian terhadap Efisiensi Sumber Energi

INFORMASI UMUM

TUJUAN PEMBELAJARAN

1. Mengaitkan perubahan entalpi standar dari suatu reaksi kimia dengan sumber energi yang ada di lingkungan sekitar

PETUNJUK UMUM

• Bacalah instruksi pada setiap kegiatan dengan saksama bersama anggota kelompokmu.
• Gunakan data termokimia yang disediakan untuk mengaitkan nilai perubahan entalpi standar penguraian dengan efektivitas pelepasan/kebutuhan energi pada bahan bakar di lingkungan sekitar.
• Diskusikan hasil analisis secara kolaboratif dan tuliskan jawabanmu pada format ruang jawaban yang telah disediakan.

KEGIATAN

Kegiatan 1: Mengenal Nilai Perubahan Entalpi Standar Penguraian Bahan Bakar

Estimasi: 35 menit

Alat & Bahan:

• Kalkulator
• Tabel periodik unsur / data termokimia pada lembar LKPD
• Alat tulis

Petunjuk Pengerjaan:

1. Cermati tabel data reaksi penguraian termokimia standar dari 3 jenis zat yang umum digunakan atau dihasilkan dalam sistem sumber energi lingkungan: Air (H2O), Metana (CH4), dan Karbon Dioksida (CO2).
2. Data termokimia penguraian standar: 1. H2O(l) -> H2(g) + 1/2 O2(g) ; ΔHd° = +285,8 kJ/mol 2. CH4(g) -> C(s) + 2 H2(g) ; ΔHd° = +74,8 kJ/mol 3. CO2(g) -> C(s) + O2(g) ; ΔHd° = +393,5 kJ/mol
3. Jawablah pertanyaan analisis untuk mengaitkan tanda dan besaran nilai ΔHd° dengan kebutuhan energi penguraian zat tersebut.

Pertanyaan:

1. Berdasarkan data termokimia di atas, perhatikan tanda nilai ΔHd° ketiga reaksi penguraian tersebut. Kaitkan tanda nilai entalpi penguraian tersebut dengan apakah reaksi penguraian bahan-bahan tersebut melepaskan energi ke lingkungan atau justru memerlukan pasokan energi dari lingkungan!

2. Lengkapi tabel perbandingan berikut untuk mengaitkan jumlah energi yang dibutuhkan dari lingkungan guna menguraikan 1 mol masing-masing zat senyawa energi tersebut:
Kolom: Zat Senyawa | Nilai ΔHd° (kJ/mol) | Kebutuhan Energi Penguraian per Mol (kJ) | Peringkat Kebutuhan Energi (1 = terbesar, 3 = terkecil)

Tuliskan uraian pada 3-4 baris bergaris untuk nomor 1. Untuk nomor 2, lengkapi tabel 4 kolom: Kolom 1 (Zat Senyawa), Kolom 2 (Nilai ΔHd°), Kolom 3 (Kebutuhan Energi Penguraian per Mol), Kolom 4 (Peringkat Kebutuhan Energi).

Kegiatan 2: Mengaitkan Entalpi Penguraian dengan Ketersediaan dan Efisiensi Energi Gas Hidrogen

Estimasi: 50 menit

Alat & Bahan:

• Buku Siswa Kimia Kelas 11 Bab Termokimia
• Lembar kerja kelompok

Petunjuk Pengerjaan:

1. Pelajari studi kasus energi lingkungan berikut: Gas hidrogen (H2) merupakan sumber energi bersih ramah lingkungan yang dapat diperoleh dari penguraian air (H2O) melalui reaksi: H2O(l) -> H2(g) + 1/2 O2(g) dengan ΔHd° = +285,8 kJ/mol. Sebaliknya, ketika gas hidrogen dibakar sebagai sumber energi terjadi reaksi pembentukan uap air: H2(g) + 1/2 O2(g) -> H2O(l) dengan ΔH = -285,8 kJ/mol.
2. Kaitkan besaran perubahan entalpi penguraian air tersebut dengan efisiensi pemanfaatan air sebagai sumber pembawa energi hidrogen di lingkungan sekitar.
3. Diskusikan bersama kelompok dan rumuskan jawaban pertanyaan berikut.

Pertanyaan:

1. Berdasarkan prinsip termokimia bahwa pembalikan reaksi membalik tanda entalpi, kaitkan nilai ΔHd° penguraian air (+285,8 kJ/mol) dengan jumlah energi kalor yang dilepaskan ketika 1 mol gas H2 digunakan kembali sebagai bahan bakar di lingkungan sekitar!

2. Kaitkan besarnya nilai ΔHd° air (+285,8 kJ/mol) terhadap tantangan efisiensi penyediaan energi hidrogen: Mengapa memproduksi energi hidrogen dari penguraian air membutuhkan sumber energi primer terbarukan (seperti panel surya/angin) dari lingkungan sekitar terlebih dahulu?

Tuliskan hasil analisis dalam format paragraf terstruktur (masing-masing 4-5 kalimat) pada ruang isian teks yang tersedia.

Kegiatan 3: Evaluasi Kaitan Entalpi Penguraian Senyawa Bahan Bakar terhadap Potensi Energi Lingkungan

Estimasi: 50 menit

Alat & Bahan:

• Lembar kerja LKPD
• Alat tulis

Petunjuk Pengerjaan:

1. Perhatikan dua sumber energi hidrokarbon/bahan bakar di sekitar kita: Gas Metana (biogas) CH4 dengan penguraian: CH4(g) -> C(s) + 2 H2(g) ; ΔHd° = +74,8 kJ/mol, dan Etanol C2H5OH(l) -> 2 C(s) + 3 H2(g) + 1/2 O2(g) ; ΔHd° = +277,7 kJ/mol.
2. Kaitkan besaran nilai entalpi penguraian kedua senyawa tersebut dengan stabilitas ikatan kimianya serta implikasinya terhadap energi yang dilepas saat kedua bahan bakar tersebut bereaksi dengan oksigen di lingkungan sekitar.
3. Selesaikan pertanyaan berikut secara mandiri/kelompok, lalu siapkan kesimpulan akhir.

Pertanyaan:

1. Berdasarkan nilai ΔHd° metana (+74,8 kJ/mol) dan etanol (+277,7 kJ/mol), kaitkan nilai entalpi penguraian standar tersebut dengan kemudahan senyawa tersebut untuk terurai sebelum bereaksi menghasilkan energi di lingkungan sekitar!

2. Buatlah simpulan singkat yang mengaitkan hubungan antara nilai perubahan entalpi standar (ΔH°) suatu reaksi penguraian kimia dengan perannya dalam menentukan efisiensi dan kelayakan suatu zat dijadikan sumber energi di lingkungan sekitar!

Tuliskan jawaban pada kolom uraian terstruktur bergaris nomor 1 dan kotak kesimpulan akhir nomor 2. Bagian bawah lembar ini mencakup kolom refleksi diri.

REFLEKSI

1. Bagaimana pemahamanmu mengenai nilai perubahan entalpi penguraian (ΔHd°) membantumu menyadari alasan mengapa air tidak bisa langsung menyala sebagai bahan bakar tanpa diuraikan terlebih dahulu?

2. Menurutmu, mengapa penting bagi masyarakat untuk mempertimbangkan kebutuhan energi reaksi penguraian saat memilih teknologi sumber energi terbarukan di lingkungan sekitar?

3. Bagian mana dari kegiatan analisis termokimia hari ini yang paling menantang dan bagaimana kamu mengatasinya?