IDN-1. Ujian Teori (official Indonesian version), 49 th IChO 2017, Thailand 1

IDN-1

Membaca Buklet Ujian: Siswa diberi waktu 15 menit untuk membaca buklet ujian ini sebelum ujian dimulai. Jangan menulis atau menghitung selama periode ini, jika dilanggar maka ANDA akan didiskualifikasi! Versi Bahasa Inggris dari soal ujian ini dapat diminta hanya untuk klarifikasi saja.

Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand

1

IDN-1

Ujian Teori

"Bonding the World with Chemistry" 49th INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD Nakhon Pathom, THAILAND


2

IDN-1 Instruksi umum  Halaman: Buklet ujian ini terdiri dari 54 halaman. Terdapat total 11 Soal.  Membaca Buklet Ujian: Siswa diberi waktu 15 menit untuk membaca buklet ujian sebelum ujian dimulai. Jangan menulis atau menghitung selama periode ini, jika dilanggar maka ANDA akan didiskualifikasi! Versi Bahasa Inggris dari soal ujian ini dapat diminta hanya untuk klarifikasi saja.  Waktu Ujian: Siswa mempunyai waktu total 5 jam untuk menyelesaikan ujian.  Start/Stop: Siswa dapat mulai segera setelah perintah “Start” diberikan dan segera berhenti bila perintah “Stop” diberikan. • Bila tidak berhenti bekerja setelah 1 menit atau lebih sesudah perintah “Stop” diberikan, akan mengakibatkan anda didiskualifikasi. • Sesudah perintah “Stop” diberikan, masukkan kembali buklet ujian ke dalam amplop ujian dan tunggu di tempat duduk anda. Pengawas Ujian akan mengumpulkan kertas ujian anda.  Lembar Jawaban: Semua hasil dan jawaban harus ditulis dengan jelas di tempat yang telah disediakan pada buklet ujian untuk penilaian. Hanya jawaban yang ditulis dengan pena yang akan dinilai. • Gunakan hanya pena yang disediakan untuk anda. • Gunakan bagian belakang berkas ujian sebagai kertas buram.  Kalkulator: Untuk setiap perhitungan, gunakan hanya kalkulator yang disediakan oleh panitia 49th IChO.  Butuh Bantuan: Bila anda membutuhkan bantuan (e.g. tambahan makanan ringan atau minuman atau hendak ke toilet), angkat bendera IChO berwarna jingga yang tersedia di meja anda.


3

IDN-1 Daftar Isi

Soal No.

Judul

Halaman

% Total Nilai

1

Produksi propene menggunakan katalis heterogen

5

6%

2

Kinetic isotope effect (KIE) dan zero-point vibrational energy (ZPE)

9

6%

3

Termodinamika reaksi kimia

15

6%

4

Elektrokimia

19

5%

5

Phosphate dan silicate dalam tanah

25

5%

6

Besi

30

6%

7

Teka-Teki Struktur Kimia

35

6%

8

Permukaan Silica

41

5%

9

Mengungkap Senyawa Tak-Dikenal

45

6%

10

Sintesis Total Alkaloid

48

7%

11

Twist & Kiralitas

53

2%


4

IDN-1 Soal 1

Soal 1

6% dari total

Total Nilai

A A1 A2 A3 4 1 2

B

C

7

6

Total 20

Soal 1: Produksi propene menggunakan katalis heterogen Propene atau propylene adalah satu dari berbagai bahan kimia yang penting untuk industri petrokimia, baik di Thailand juga di seluruh dunia. Salah satu contoh penggunaan komersial propene adalah untuk membuat polypropylene (PP).

Bagian A. Propene dapat disintesis melalui dehidrogenasi langsung propane dengan adanya katalis heterogen. Tetapi reaksi tersebut secara ekonomi tidak menguntungkan karena karakteristik reaksi tersebut. Beri penjelasan lengkap terhadap pertanyaan-pertanyaan di bawah ini. Informasi tambahan yang tersedia: Hbond(C=C) = 1.77*Hbond(C-C), Hbond(H-H) = 1.05*Hbond(C-H), dan Hbond(C-H) = 1.19*Hbond(C-C), dengan Hbond adalah entalpi ikatan ratarata dari ikatan kimia tertentu. 1-A1) Berapa perubahan entalpi dehidrogenasi langsung untuk propane? Uraikan cara perhitungan dan tuliskan jawabanmu untuk Hbond(C-C). Perhitungan:


5

IDN-1 1-A2) Sukar sekali meningkatkan jumlah propene dengan cara menaikkan tekanan pada temperatur konstan. Pilih hukum atau prinsip apa yang paling tepat untuk menjelaskan fenomena tersebut. Beri tanda “✓” dalam salah satu lingkaran berikut. ⃝ Hukum Boyle ⃝ Hukum Charles ⃝ Hukum Dalton ⃝ Hukum Raoult ⃝ Prinsip Le Chatelier 1-A3) Awalnya, sistem berada dalam kesetimbangan. Konsisten dengan pertanyaan 1-A1), tunjukkan serangkaian tanda yang benar untuk data termodinamika sistem dehidrogenasi langsung propane. Pilih jawaban-jawaban dengan memberi tanda “✓” pada beberapa lingkaran berikut. ⃝ ⃝ ⃝ ⃝ ⃝ ⃝ ⃝ ⃝ ⃝ *

S G H + + + + + + + + + + + + tidak ada yang benar

T* lower higher lower higher lower higher lower higher

Relatif terhadap temperatur awal pada tekanan parsial yang sama.


6

IDN-1 Bagian B. Reaksi yang lebih baik untuk menghasilkan propene dalam jumlah besar adalah oxidative dehydrogenation (ODH) menggunakan katalis padat, seperti vanadium oxides, dalam kondisi adanya gas oksigen molekular. Walaupun tipe reaksi ini masih dalam pengembangan riset, reaksi ini menjanjikan produksi propene skala industri dibandingkan dehidrogenasi langsung. 1-B) Laju total konsumsi propane dalam reaksi adalah rC 3 H 8 

1

, dengan     p p     kred pC H  k p ox O2  3 8  kred dan kox masing-masing adalah tetapan laju untuk reduksi katalis metal oxide oleh propane dan oksidasi katalis oleh molekul oksigen, dan p  adalah tekanan standar 1 bar. Banyak percobaan menunjukkan bahwa laju oksidasi katalis 100,000 kali lebih cepat daripada oksidasi pC H propane. Laju reaksi percobaan adalah rC3 H 8  k obs 3 8 pada 600 K, dengan kobs adalah p tetapan laju yang diamati (0.062 mol s-1). Jika reaktor berisi katalis terus menerus dialiri propane dan oksigen pada tekanan total 1 bar, hitung nilai kred dan kox ketika tekanan parsial propane sebesar 0.10 bar. Asumsikan tekanan parsial propene dapat diabaikan. Perhitungan:


7

IDN-1 Bagian C. Katalis metal oxide mengandung atom-atom oksigen di permukaannya yang membentuk sisi-sisi aktif untuk ODH. Tanda red* menunjukkan sisi reduksi dan O(s) sebagai atom oksigen pada permukaan katalis. Salah satu usulan mekanisme ODH dengan adanya katalis adalah sebagai berikut: k1 C3H8(g) + O(s)  C3H6(g) + H2O(g) + red*

(1)

k2 C3H6(g) + 9O(s)  3CO2(g) + 3H2O(g) + 9red*

(2)

k3 O2(g) + 2red*  2O(s)

(3)

Diketahui  

jumlah sisi tereduksi (reduced sites) , hukum-hukum laju untuk 3 tahap jumlah total sisi aktif (active sites)

di atas adalah: r1  k1 pC3 H 8 (1   ) , r2  k 2 pC3H 6 (1   ) ,

dan r3  k 3 pO2  . 1-C) Asumsikan bahwa jumlah atom oksigen pada permukaan adalah konstan pada setiap waktu reaksi. Hitung  sebagai fungsi dari k1, k2, k3, pC3 H 8 , pC3 H 6 , dan pO2 .

Perhitungan:


8

IDN-1 Soal 2

Soal 2

6% dari total

Total Nilai

A A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 2 2 7 3 3 1 5 1

Total 24

Soal 2: Kinetic isotope effect (KIE) dan zero-point vibrational energy (ZPE) Perhitungan ZPE dan KIE Kinetic isotope effect (KIE) adalah suatu fenomena terkait dengan perubahan tetapan laju reaksi ketika satu atom diganti oleh isotopnya. KIE dapat digunakan untuk konfirmasi apakah ikatan dengan hidrogen putus dalam suatu reaksi. Model Harmonic oscillator digunakan untuk memperkirakan perbedaan laju antara aktivasi ikatan C-H dan C-D (D = 21H). Frekuensi vibrasi () dalam model harmonic oscillator ditunjukkan sebagai



1 2

k



,

dengan k adalah tetapan gaya dan adalah massa tereduksi. Energi vibrasi molekul dinyatakan sebagai

1  En   n  h , 2  dengan n adalah bilangan kuantum vibrasi dengan nilai yang mungkin adalah 0, 1, 2, ... Energi vibrasi terendah (En pada n= 0) disebut sebagai zero-point vibrational energy (ZPE). 2-A1) Hitung massa terseduksi dari C-H (CH) dan C-D (CD) dengan satuan massa atom. Asumsikan massa deuterium adalah dua kali massa hidrogen.

Perhitungan:

[Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai CH dan CD dalam soal 2-A1), gunakan nilai CH = 1.008 dan CD = 2.016 untuk menjawab pertanyaan berikutnya. Catatan: nilai yang diberikan tidak selalu harus mendekati nilai yang sebenarnya.]


9

IDN-1 2-A2) Diketahui bahwa tetapan gaya (k) untuk C-H stretching (ulur) adalah sama seperti nilai C-D stretching, serta besarnya frekuensi C-H stretching adalah 2900 cm-1, hitung frekuensi CD stretching (dengan satuan cm-1).

Perhitungan:


10

IDN-1 2-A3) Berdasarkan nilai frekuensi C-H dan C-D stretching dalam soal 2-A2), hitung zeropoint vibrational energies (ZPE) untuk C-H dan C-D stretching dalam satuan kJ mol-1.

Perhitungan:

[jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai ZPE pada soal 2-A3), gunakan nilai ZPECH = 7.23 kJ/mol dan ZPECD = 2.15 kJ/mol untuk menyelesaikan soal berikutnya. Catatan: nilai yang diberikan tidak harus mendekati nilai yang sebenarnya.]

Kinetic isotope effect (KIE) Karena ada perbedaan dalam zero-point vibrational energies, senyawa terprotonasi dan senyawa terdeuteuriasi (deuteriated) yang terkait diharapkan bereaksi dengan laju yang berbeda. Untuk reaksi disosiasi ikatan C-H dan C-D, energi dari kedua keadaan transisi maupun kedua produk adalah identik, karena itu efek isotop dikontrol oleh perbedaan ZPE untuk ikatan C-H dan C-D.


11

IDN-1 2-A4) Hitung selisih energi disosiasi ikatan (Bond Dissociation Energy, BDE) antara ikatan C-D dan ikatan C-H ( BDE CD  BDE CH ) dalam satuan kJ mol-1.

Perhitungan:

2-A5) Asumsikan bahwa besarnya energi aktivasi (Ea) untuk pemutusan ikatan C-H/C-D kirakira sama dengan besarnya energi disosiasi ikatan dan besarnya faktor Arrhenius untuk pemutusan ikatan C-H sama dengan pemutusan ikatan C-D. Hitung tetapan laju relatif untuk pemutusan ikatan C-H/C-D (kCH/kCD) pada 25 oC. Perhitungan:


12

IDN-1 Penggunaan KIE untuk mempelajari mekanisme reaksi Oksidasi non-deuterated diphenylmethanol dan deuterated diphenylmethanol menggunakan chromic acid berlebih telah dipelajari.

(terdeuteriasi)

1.00

1.00

0.90

0.90

0.80

0.80

0.70

0.70

ln (C0/Ct)

ln (C0/Ct)

2-A6) Jika C0 adalah konsentrasi awal dari non-deuterated diphenylmethanol atau deuterated diphenylmethanol dan Ct adalah konsentrasinya pada saat t. Hasil eksperimen diplotkan pada grafik yang tertera pada Gambar 2a dan Gambar 2b, dari kedua gambar tersebut dapat ditentukan tetapan laju reaksi orde pertama.

0.60 0.50 0.40

0.60 0.50 0.40

0.30

0.30

0.20

0.20

0.10

0.10 0.00

0.00 0

100

200 300 Time / min

400

500

0

Gambar 2a

15

30

45 Time / min

60

75

90

Gambar 2b

Tentukan Gambar mana yang sesuai untuk oksidasi non-deuterated diphenylmethanol dan mana yang sesuai untuk oksidasi deuterated diphenylmethanol? Untuk setiap pernyataan di bawah ini, pilih jawaban anda dengan memberi tanda “✓” dalam salah satu lingkaran berikut. Oksidasi non-deuterated diphenylmethanol: ⃝ Gambar 2a

⃝ Gambar 2b

⃝ Gambar 2a

⃝ Gambar 2b

Oksidasi deuterated diphenylmethanol:


13

IDN-1 2-A7) Hitung kCH, kCD (dalam min-1), dan kCH/kCD untuk reaksi berdasarkan hasil plot data pada soal 2-A6).

Perhitungan:

2-A8) Mekanisme reaksi yang diusulkan adalah sebagai berikut:

Berdasarkan informasi pada soal 2-A6) dan 2-A7), tahap mana yang merupakan tahap penentu laju? Pilih jawabn anda dengan memberi tanda “✓” dalam salah satu lingkaran berikut. ⃝ Tahap (1) ⃝ Tahap (2) ⃝ Tahap (3)


14

IDN-1 Soal 3

Soal 3

6% dari total

Total Nilai

A A1 A2 A3 7 3 8

B

Total

6

24

Soal 3: Termodinamika reaksi kimia Bagian A. Methanol diproduksi secara komersial menggunakan campuran carbon monoxide dan hidrogen dengan katalis zinc oxide/copper oxide. CO(g) + 2H2(g)  CH3OH(g). Entalpi pembentukan standar (Hfo) dan entropi absolut (So) untuk masing-masing gas pada suhu ruang (298 K) dan tekanan standar 1 bar, dirangkum sebagai berikut: Gas

Hfo (kJ mol-1)

So (J K-1 mol-1)

CO(g) H2(g) CH3OH(g)

-111 0 -201

198 131 240

3-A1) Hitung Ho, So, Go, dan Kp untuk reaksi pada 298 K. Perhitungan:

Ho

= ………..………

kJ

So

= ………….……..

J K-1

Go

= ………..……….

kJ

Kp

= ….…………….

Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai Kp pada 298 K dalam soal 3-A1), gunakan nilai Kp = 9 × 105 untuk menyelesaikan soal berikutnya.


15

IDN-1 3-A2) Suatu reaktor komersial dioperasikan pada temperatur 600 K. Hitung nilai Kp pada temperatur ini, asumsikan bahwa Ho dan So tidak bergantung pada temperatur. Perhitungan:

Kp

= ………………………..

Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai Kp pada 600 K dalam soal 3-A2), gunakan nilai Kp = 1.0×10-2 untuk menyelesaikan soal selanjutnya.


16

IDN-1 3-A3) Produksi methanol di industri berdasarkan pada aliran gas yang mengandung 2.00 moles H2 untuk setiap mol CO ke dalam reaktor. Fraksi mol methanol dalam gas buang dari reaktor tersebut ditemukan sebesar 0.18. Dengan asumsi bahwa kesetimbangan telah tercapai, berapakah tekanan total dalam reaktor pada temperatur tinggi 600 K? Perhitungan:

Tekanan total = ………………………. bar.


17

IDN-1 Bagian B. 3-B) Anggap sistem tertutup berikut ada pada 300 K. Sistem tersebut terdiri dari dua ruang yang dipisahkan oleh kran dengan anggapan volumenya dapat diabaikan. Pada tekanan P yang sama, ruang A dan ruang B masing-masing berisi 0.100 mol gas argon dan 0.200 mol gas nitrogen. Volume kedua ruang, VA dan VB, dipilih sedemikian sehingga gas berperilaku sebagai gas ideal.

Ketika kran dibuka perlahan, sistem dibiarkan sehingga tercapai kesetimbangan. Diasumsikan bahwa kedua gas bercampur membentuk campuran gas ideal. Hitung perubahan energi bebas Gibbs G pada 300 K. Perhitungan:

G

= ………..………. J


18

IDN-1 Soal 4

Soal 4 (5%)

5% dari total

Total

A A1 4

A2 1

A3 5

A4 6

Total 16

Nilai

Soal 4: Elektrokimia Bagian A. Sel Galvani Eksperimen dilakukan pada 30.00ºC. Sel elektrokimia ini terdiri dari setengah sel hidrogen [Pt(s)│H2(g)│H+(aq)] yaitu elektroda logam platinum yang direndam dalam larutan buffer dengan adanya tekanan gas hidrogen. Setengah sel hidrogen ini disambungkan dengan setengah sel logam (M) yang direndam dalam larutan M2+(aq) yang belum diketahui konsentrasinya. Kedua setengah sel tersebut dihubungkan dengan jembatan garam seperti nampak pada Gambar 1. Catatan: Potensial reduksi standar diberikan pada Tabel 1.

Gambar 1 Sel galvani


19

IDN-1 Tabel 1. Potensial reduksi standar (range 298-308 K) E๐ (V)

Setengah-reaksi Ba2+(aq) + 2eSr2+(aq) + 2eCa2+(aq) + 2eEr2+(aq) + 2eTi2+(aq) + 2eMn2+(aq) + 2eV2+(aq) + 2eCr2+(aq) + 2eFe2+(aq) + 2eCd2+(aq) + 2eCo2+(aq) + 2eNi2+(aq) + 2eSn2+(aq) + 2ePb2+(aq) + 2e2H+(aq) + 2eSn4+(aq) + 2eCu2+(aq) + eGe2+(aq) +2eVO2+(aq) + 2H+(aq) +eCu2+(aq) + 2eTc2+(aq) + 2eRu2+(aq) + 2eI2(s) + 2eUO22+(aq) + 4H+(aq)+ 2ePtCl42-(aq) + 2eFe3+(aq) + eHg22+(aq) + 2eHg2+(aq) + 2e2Hg2+(aq) + 2ePt2+(aq) + 2eMnO2(s) + 4H+(aq) + 2eCr2O72-(aq)+ 14H+(aq) + 6eCo3+(aq) + eS2O82-(aq) + 2e-

Ba(s) Sr(s) Ca(s) Er(s) Ti(s) Mn(s) V(s) Cr(s) Fe(s) Cd(s) Co(s) Ni(s) Sn(s) Pb(s) H2(g) Sn2+(aq) Cu+(aq) Ge(s) V3+(aq) + H2O(l) Cu(s) Tc(s) Ru(s) 2I-(aq) U4+(aq) + 2H2O(l) Pt(s) + 4Cl-(aq) Fe2+(aq) 2Hg(l) Hg(l) Hg22+(aq) Pt(s) Mn2+(aq) + 2H2O(l) 2Cr3+ (aq) + 7H2O (l) Co2+(aq) 2SO42-(aq)


-2.912 -2.899 -2.868 -2.000 -1.630 -1.185 -1.175 -0.913 -0.447 -0.403 -0.280 -0.257 -0.138 -0.126 0.000 +0.151 +0.153 +0.240 +0.337 +0.340 +0.400 +0.455 +0.535 +0.612 +0.755 +0.770 +0.797 +0.851 +0.920 +1.180 +1.224 +1.360 +1.920 +2.010

20

IDN-1 4-A1) Jika kuosien reaksi (Q) dari seluruh sel Galvani sama dengan 2.18 x 10-4 pada 30.00๐C, dan electromotive force (emf) adalah +0.450 V. Hitung nilai potensial reduksi standar (E๐) logam M dan tentukan lambang logam “M” yang sebenarnya. Catatan: G  G o  RT ln Q Perhitungan

Potensial reduksi standar untuk M adalah ……....………..………V (jawaban dengan 3 angka di belakang koma) Jadi, lambang logam “M” adalah …………..……… 4-A2) Tuliskan persamaan reaksi redoks spontan dan setara untuk sel galvani tersebut.


21

IDN-1 4-A3) Konsentrasi larutan M2+(aq) unkown dalam sel (Gambar 1), dapat ditentukan dengan titrasi iodometri. Sebanyak 25.00 cm3 aliquot larutan M2+(aq) dimasukkan ke dalam labu titrasi dan ditambahkan KI berlebih. Untuk mencapai titik akhir titrasi, diperlukan 25.05 cm3 sodium thiosulfate 0.800 mol dm-3. Tuliskan semua reaksi redoks yang terkait dengan titrasi ini dan hitung konsentrasi larutan M2+(aq).

Perhitungan

Konsentrasi larutan M2+(aq) adalah……….………mol dm-3 (Jawaban dengan 3 angka di belakang koma)

Jika anda tidak berhasil mendapatkan jawaban pada soal ini, gunakan konsentrasi larutan M2+ 0.950 mol dm-3 untuk menyelesaikan soal selanjutnya.


22

IDN-1 4-A4) Pada Gambar 1, jika pada setengah sel hidrogen, tekanan gas hidrogen sebesar 0.360 bar dan elektroda platinum terendam dalam 500 cm3 larutan buffer yang mengandung 0.050 mol lactic acid (HC3H5O3) dan 0.025 mol sodium lactate (C3H5O3Na), maka nilai emf (electromotive force) terukur untuk sel galvani tsb adalah +0.534 V. Hitung pH larutan buffer dan tetapan disosiasi asam (Ka) untuk lactic acid pada 30.00๐C.

Perhitungan pH larutan buffer

pH larutan buffer adalah …………………………………… (Jawaban dengan 2 angka di belakang koma) Jika anda tidak berhasil mendapatkan jawaban, gunakan nilai 3.46 sebagai nilai pH buffer untuk menyelesaikan soal selanjutnya.


23

IDN-1 Perhitungan tetapan disosiasi asam (Ka) untuk lactic acid

Tetapan disosiasi asam untuk lactic acid adalah ……………………………………


24

IDN-1 Soal 5

Soal 5

5% dari total

Total Nilai

A A1 A2 1 1

B 3

C C1 C2 1 2

D 2

Total 10

Soal 5: Phosphate dan silicate dalam tanah Distribusi dan mobilitas phosphorus dalam tanah biasanya dipelajari melalui ekstraksi bertahap. Ekstraksi bertahap ini dilakukan dengan menggunakan reagen asam atau basa untuk fraksinasi inorganic phosphorus dalam tanah. Sampel tanah diekstrak dan dianalisis sebagai berikut: Bagian A. Penentuan total phosphate (PO43) dan silicate (SiO44) Sampel tanah sebanyak 5.00 g diekstrak sehingga menghasilkan volume akhir 50.0 cm3 larutan yang mengandung total phosphorus dan silicon terlarut. Ektrak ini dianalisis untuk mendapatkan konsentrasi phosphorus dan silicon. Konsentrasi phosphorus dan silicon yang diperoleh masing-masing adalah 5.16 mg dm3 dan 5.35 mg dm3. 5-A1) Tentukan massa PO43 (dalam mg) per 1.00 g tanah. Perhitungan

1 g tanah mengandung PO43 =_________mg (jawaban dengan 3 angka di belakang koma)

5-A2) Hitung massa SiO44 dalam mg per 1.00 g tanah. Perhitungan

1 g tanah mengandung SiO44- =___________mg (jawaban dengan 3 angka di belakang koma)


25

IDN-1 Bagian B. Penentuan kandungan PO43- dalam ekstrak asam Phosphate dapat dianalisis menggunakan metoda molybdenum blue. Satu mol phosphate dikonversi menjadi satu mol senyawa molybdenum blue. Metode ini digunakan untuk penentuan phosphate dalam ekstrak asam. Absorbance (A) dan transmittance (T) diukur pada 800 nm. Absortivitas molar senyawa molybdenum blue adalah 6720 dm3 mol-1 cm-1 dan semua pengukuran dilakukan dengan menggunakan kuvet 1.00-cm. Transmitans dan absorbansi dinyatakan dalam persamaan berikut: T = I / Io A = log (Io / I) dengan I adalah intensitas cahaya yang ditransmisikan dan Io adalah intensitas cahaya awal. 5-B1) Ketika sampel yang dianalisis mengandung konsentrasi phosphate yang tinggi, digunakan referensi larutan molybdenum blue 7.5 x 10-5 mol dm-3 untuk mengatur titik nol absorbansi. Transmitans sampel yang terukur adalah 0.55. Hitung konsentrasi phosphate (mol dm-3) dalam larutan sampel.

Perhitungan

 Konsentrasi phosphate dalam larutan sampel = _____________ mol dm-3


26

IDN-1 Bagian C. Penentuan PO43- dan SiO44- dalam ekstrak alkali Ion phosphate dan ion silicate keduanya dapat bereaksi dengan molybdate dalam larutan alkali menghasilkan yellow molybdophosphate dan molybdatosilicate. Reduksi selanjutnya dengan asam askorbat menghasilkan senyawa molybdenum blue dengan intensitas warna yang tinggi. Kedua kompleks memiliki serapan maksimum pada 800 nm. Penambahan tartaric acid dapat membantu mencegah gangguan silikat pada penentuan phosphate. Dua seri standar phosphate diperlakukan dengan penambahan dan tanpa penambahan tartaric acid, sedangkan satu seri standar silicate tidak diperlakukan dengan penambahan tartaric acid. Persamaan linier yang didapat dari kalibrasi kurva adalah: Kondisi

Persamaan linier

Phosphate dengan dan tanpa penambahan tartaric acid

y = 6720x1

Silicate tanpa penambahan tartaric acid

y = 868x2

y adalah absorbansi pada 800 nm, x1 adalah konsentrasi phosphate dalam mol dm-3, x2 adalah konsentrasi silicate dalam mol dm-3 Absorbansi pada 800 nm untuk fraksi alkali dari ektrak tanah setelah penambahan dan tanpa penambahan tartaric acid masing-masing adalah 0.267 dan 0.510. 5-C1) Hitung konsentrasi phosphate dalam ekstrak tanah alkali dalam mol dm-3 dan hitung konsentrasi phosphorous dalam mg dm-3. Perhitungan

 Konsentrasi PO43- = _______________ mol dm-3

 Konsentrasi P = _______________

mg dm-3

(Jawaban dengan 2 angka di belakang koma)


27

IDN-1 5-C2) Hitung konsentrasi silicate dalam sampel tanah fraksi alkali, nyatakan dalam mol dm-3 dan hitung pula konsentrasi silicon dalam mg dm-3. Perhitungan

 Konsentrasi SiO44- = _____________________ mol dm-3

(jawaban dengan 2 angka di belakang koma)

 Konsentrasi Si = ___________________

mg dm-3

(jawaban dengan 2 angka di belakang koma)


28

IDN-1 Bagian D. Pra-konsentrasi ammonium phosphomolybdate Sampel larutan ammonium phosphomolybdate ((NH4)3PMo12O40) sebanyak 100 cm3 diekstrak dengan 5.0 cm3 pelarut organik. Koefisien partisi organic-water (Kow) didefinisikan sebagai rasio konsentrasi senyawa tersebut dalam fasa organic (co) terhadap konsentrasi senyawa yang sama dalam fasa air (cw). Kow senyawa ammonium phosphomolybdate adalah 5.0. Molar absorptivitas ammonium phosphomolybdate dalam fasa organic adalah 5000 dm3 mol-1 cm-1.

5-D) Jika absorbance dalam fasa organic adalah 0.200, hitung massa total phosphorus (dalam satuan mg) yang terkandung dalam larutan sampel semula. Tebal cuvette adalah 1.00 cm.

Perhitungan

Jumlah total P dalam sampel larutan semula (original) =_____________ mg


29

IDN-1 Soal 6 6% dari total

Soal 6 (6%) Total Nilai

A A1 3

A2 8

B1 4

B B2 3.5

C B3 5

C1 2

Total C2 4

29.5

Soal 6: Besi

Besi (Fe) adalah unsur terbanyak keempat yang terkandung dalam kerak Bumi dan telah digunakan selama lebih dari 5000 tahun. Bagian A. Besi murni sangat mudah teroksidasi sehingga membatasi penggunaannya. Unsur X merupakan salah satu unsur yang ditambahkan untuk membentuk paduan logam (alloy) dengan tujuan meningkatkan sifat ketahanan besi terhadap okidasi. 6-A1) Berikut adalah beberapa informasi mengenai unsur X: (1) Pada ionisasi pertama, dilepaskan satu selektron dengan bilangan kuantum n1 = 4 – l1. (2) Pada ionisasi kedua, dilepaskan satu selektron dengan bilangan kuantum n2 = 5 – l2. (3) Massa atom X lebih kecil daripada Fe. Apakah lambang unsur X? (Jawablah dengan menuliskan lambang unsur yang tepat sesuai dengan tabel periodik unsur)


30

IDN-1 6-A2) Baik Fe maupun X mengkristal dengan struktur kubus berpusat badan. Melalui pendekatan bahwa atom Fe berbentuk bola-pejal, volume atom Fe di dalam sel satuan adalah 1.59x10-23 cm3. Volume sel satuan atom X adalah 0.0252 nm3. Larutan padatan yang dapat |𝑅 −𝑅 | saling menggantikan sempurna biasanya terjadi ketika nilai R = ( 𝑋𝑅 𝐹𝑒 ) ×100 lebih kecil 𝐹𝑒

atau sama dengan 15, dengan RX dan RFe secara berturut-turut adalah jari-jari atom X dan Fe. Dapatkah X dan Fe membentuk larutan padatan yang saling menggantikan sempurna? Uraikan perhitungan anda. Jika tidak ada uraian perhitungan, maka tidak akan dinilai. Diketahui volume bola adalah 4/3r3. Jawab (Beri tanda ✓ pada kotak yang sesuai.)  Ya (R  15)

 Tidak (R > 15)

Perhitungan

RFe = ...…………...…..nm

RX = ………………….nm


R = ……………..…..

31

IDN-1 Bagian B. Besi di dalam air alami berada dalam bentuk Fe(HCO3)2, yang mengalami ionisasi menjadi Fe2+ dan HCO3-. Untuk menghilangkan besi dari air, Fe(HCO3)2 dioksidasi menjadi Fe(OH)3 yang tak larut, yang dapat dipisahkan dengan cara penyaringan. 6-B1) Fe2+ dapat dioksidasi oleh KMnO4 dalam larutan basa menghasilkan endapan Fe(OH)3 dan MnO2. Tuliskan persamaan reaksi ion yang setara untuk reaksi tersebut di dalam larutan basa.

Pada kondisi tersebut, ion HCO3 diubah menjadi CO32. Tuliskan persamaan reaksi ion yang setara untuk reaksi tersebut dalam larutan basa.

6-B2) Senyawa kovalen A yang mengandung lebih dari 2 atom dan merupakan suatu oksidator, dapat dibuat dengan cara mereaksikan molekul halogen diatomik (Q2) dengan NaQO2. 1Q2 + xNaQO2  yA + zNaQ dengan x + y + z ≤ 7 dengan x, y dan z adalah koefisien dari persamaan reaksi yang setara. Di antara senyawa biner antara hidrogen dan halogen, HQ memiliki titik didih paling rendah. Tentukan identitas Q, dan jika A memiliki satu elektron tak berpasangan, gambarkan struktur Lewis senyawa A yang memiliki muatan formal nol pada semua atomnya. (Jawablah dengan menuliskan lambang unsur yang tepat sesuai dengan tabel periodik unsur.)

Q = ……………........ Struktur Lewis senyawa A

Bagaimana bentuk geometri molekul senyawa A? (Beri tanda ✓ pada kotak yang sesuai.)  linier

 bengkok

 siklik

 tetrahedral

 trigonal planar


 lainnya

32

IDN-1 6-B3) Senyawa D merupakan oksidator tak stabil yang dapat digunakan untuk menghilangkan Fe(HCO3)2 dari air alami. Senyawa tersebut mengandung unsur G, Z dan hidrogen, serta bilangan oksidasi Z adalah +1. Dalam senyawa ini, hidrogen terikat langsung dengan unsur yang memiliki keelektronegatifan paling tinggi di antara ketiganya. Berikut adalah beberapa informasi mengenai unsur G dan Z: (1) G berada dalam keadaan normalnya sebagai molekul diatomik, G2. (2) Z memiliki satu proton lebih sedikit daripada unsur E. E berwujud gas pada kondisi standar. Z2 merupakan padatan yang volatil (mudah menguap). (3) Senyawa EG3 memiliki bentuk piramidal. Tentukan identitas G dan Z serta gambarkan struktur molekul senyawa D. (Jawablah dengan menuliskan lambang unsur yang tepat sesuai tabel periodik unsur.)

G = …….………….……

Z = ……………….…..

Struktur molekul senyawa D


33

IDN-1 Bagian C. 59 Fe adalah suatu isotop radiofarmasi yang digunakan untuk mempelajari metabolisme besi di dalam limpa. Isotop ini meluruh menjadi 59Co sesuai reaksi peluruhan berikut: 59 26𝐹𝑒

59  27 𝐶𝑜 + a + b

(1)

6-C1) Apakah a dan b pada persamaan (1)? (Beri tanda ✓ pada kotak yang sesuai.) proton

neutron

beta

positron

alpha

Gamma

6-C2) Perhatikan persamaan (1), jika isotop 59Fe dibiarkan selama 178 hari, yaitu n kali lipat dari waktu paruhnya (t1/2), maka rasio mol 59Co terhadap 59Fe adalah 15:1. Jika n merupakan bilangan bulat, berapakah waktu paruh 59Fe dalam satuan hari? Uraikan perhitungan anda. Perhitungan:

Waktu paruh 59Fe = …………………….hari (1 angka di belakang koma)


34



A A1 4.5

A2 1.5

A3 6

Total A4 6

A5 2

20

Soal 7: Teka-teki Struktur Kimia Kompleks titanium telah dipelajari aktivitas antitumornya. Banyak faktor termasuk isomerisasi dan ukuran yang telah menunjukkan dapat mempengaruhi potensi kompleks tersebut. Soal ini berhubungan dengan sintesis dan karakterisasi beberapa kompleks titanium. 7-A1) Reaksi antara 2 ekivalen 2-tert-butylphenol, 2 ekivalen formaldehyde, dan N,N'dimethylethylene-1,2-diamine dalam kondisi asam pada 75 C menghasilkan tiga produk utama yang memiliki rumus molekul yang sama, yaitu C26H40N2O2, seperti ditampilkan pada persamaan reaksi berikut. Gambarkan struktur masing-masing produk.

Produk 1:

Produk 2:


35

IDN-1 Produk 3:

7-A2) Jika 2,4-di-tert-butylphenol digunakan sebagai substrat menggantikan 2-tertbutylphenol dengan stoikiometri yang sama seperti pada soal 7-A1), ternyata hanya produk X yang terbentuk. Gambarkan struktur X.


36

IDN-1 Reaksi antara X dari soal 7-A2) dengan Ti(OiPr)4 [iPr = isopropyl] dalam diethyl ether dengan atmosfer inert menghasilkan kompleks Ti berbilangan koordinasi-enam Y yang berwujud padatan kristal kuning, dan isopropanol pada temperatur kamar.

(persamaan 1) Spektra UV-Vis X, Ti(OiPr)4, dan Y menunjukkan bahwa hanya produk Y saja yang memiliki absorbansi pada  = 370 nm. Dengan cara memvariasikan volume X dan Ti(OiPr)4, dengan masing-masing konsentrasi sebesar 0.50 mol dm-3, serta menggunakan benzena sebagai pelarut, maka dihasilkan data absorbansi pada  = 370 nm sebagai berikut: Volume X (cm3) 0 0.20 0.30 0.50 0.78 0.90 1.10 1.20

Volume Ti(OiPr)4 (cm3) 1.20 1.00 0.90 0.70 0.42 0.30 0.10 0

Volume benzena (cm3) 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80 1.80

Absorbansi 0.05 0.25 0.38 0.59 0.48 0.38 0.17 0.02

7-A3) Isilah tabel berikut dengan nilai yang tepat.

mol X mol X + mol Ti(Oi Pr)4

Absorbansi 0.05 0.25 0.38 0.59 0.48 0.38 0.17 0.02

(2 angka di belakang koma)


37

IDN-1 Alurkan grafik yang menunjukkan hubungan antara

mol X dengan mol X + mol Ti(Oi Pr)4

Absorbansi

absorbansi pada grafik kosong di bawah ini.

mol X mol X + mol Ti(OiPr)4 Nilai

mol X mol X + mol Ti(Oi Pr)4

yang memaksimalkan jumlah produk Y menunjukkan

stoikiometri X dalam rumus molekul Y. Berdasarkan grafik di atas, berapakah rasio molar antara Ti:X dalam kompleks Y?

rasio molar antara Ti:X dalam kompleks Y adalah ................................................


38

IDN-1 7-A4) Kompleks Ti Y memiliki bilangan koordinasi-enam. Spektrum IR Y tidak menunjukkan pita serapan lebar di daerah 3200–3600 cm-1. Y terdapat dalam bentuk tiga diastereomer. Dengan mengabaikan stereokimia pada atom N, gambarkan dengan tepat dan jelas struktur ketiga diastereomer tersebut. Perhatikan bahwa anda tidak perlu menggambarkan struktur ligan secara lengkap. Identifikasi hanya atom-atom donor apa saja yang terlibat dalam koordinasi dengan titanium dan kerangka ligan dengan atom-atom donornya dapat digambarkan sebagai berikut: Contoh:

dapat digambarkan menjadi:

**Jika anda tidak dapat memperoleh struktur X dari soal 7-A2), maka gunakanlah simbol ligan berikut untuk mewakili ligan X (A dan Z adalah atom donor):

Diastereomer 1:

Diastereomer 2:


39

IDN-1 Diastereomer 3:

7-A5) Pada kondisi tertentu, reaksi pada persamaan 1 hanya menghasilkan satu diastereomer dari Y. Diketahui bahwa struktur Y dalam kondisi "fixed" (tak ada pergerakan intramolekul), spektrum 1H NMR Y dalam CDCl3 menunjukkan empat sinyal singlet yang beresonanasi pada  1.25, 1.30, 1.66, dan 1.72 yang bersesuaian dengan gugus tert-butyl. Puncak-puncak ini dapat diinterpretasikan sebagai bagian dari molekul organik. Gambarkan struktur satu-satunya diastereomer yang mungkin untuk Y. (Anda tidak perlu menggambarkan struktur ligan secara lengkap. Identifikasi hanya atom-atom donor yang terlibat dalam koordinasi dan kerangka ligan antara atom-atom donornya dapat digambarkan seperti pada soal 7-A4))


40



A1 6

A2 5.5

A A3 3

Total A4 4

A5 1.5

20

Soal 8: Permukaan Silica Silica dapat ditemukan dalam berbagai bentuk, mulai dari amorf hingga kristalin. Silica dapat disintesis via proses sol-gel menggunakan silicon alkoxides seperti tetramethoxysilane (TMOS) dan tetraethoxysilane (TEOS) yang ditunjukkan pada skema berikut: a. Hidrolisis

b. Kondensasi air

c. Kondensasi alkohol


41

IDN-1 Ketika silica dalam bentuk ruahnya (bulk), semua atom silicon terikat secara tetrahedral dengan empat atom oksigen menghasilkan jejaring padatan tiga-dimensi. Lingkungan silicon yang ditemukan di dalam silica adalah sebagai berikut:

8-A1) Tiga lingkungan atom silicon (mirip dengan contoh di atas) biasanya umum teramati pada permukaan silica. Gambarkan tiga struktur lingkungan silicon tersebut pada kotak di bawah ini.

Silica dapat digunakan sebagai adsorben ion logam dalam air yang efektif. Usulan struktur kompleks logam-silika adalah sebagai berikut: z y x I

II

8-A2) Setelah Cu2+ diserap, warna silica berubah dari putih menjadi biru pucat. Spektrum visible menunjukkan pita serapan yang lebar (disertai adanya suatu bahu/shoulder), pada max = 550 nm. Jika Cu2+ dapat terikat pada silica dan mengadopsi struktur yang mirip dengan II, gambarkan diagram pemisahan orbital-d ion Cu2+ beserta nama-nama orbital-d dalam kompleks tersebut serta tentukan transisi elektron yang terkait dengan serapan di daerah visible. Diagram Pemisahan:

Transisi elektron yang terkait (tentukan mana orbital-d dengan energi lebih rendah dan mana orbital-d dengan energi lebih tinggi)


42

IDN-1 8-A3) Jika ion-ion logam transisi deret pertama membentuk kompleks dengan silica analog seperti yang terjadi dengan Cu2+, ion(-ion) logam manakah yang analog dengan transisi electron pada Cu2+? Ion(-ion) logam tersebut harus memiliki bilangan oksidasi +2 atau +3. Perhatikan bahwa gugus silanol (Si-OH) dan air adalah ligan medan lemah.

Silica secara acak terikat pada berbagai jenis ion logam. Untuk meningkatkan selektivitas, modifikasi permukaan silica telah dilakukan dengan cara proses pencangkokan (grafting) menggunakan berbagai molekul organik seperti 3-aminopropyltrimethoxysilane dan 3mercaptopropyltrimethoxysilane.

8-A4) Jika Hg2+ hanya terikat pada sisi pengikatan dengan sulfur dalam silica-SH, maka terbentuk kompleks [Hg(silica-SH)2]2+ symmetric. Gambarkan struktur [Hg(silica-SH)2]2+, tentukan arah orientasi spesifik sumbu ikatan, dan gambarkan diagram pemisahan orbital-d yang bersesuaian. (Anda boleh menggunakan R-SH untuk mewakili penggambaran struktur silica-SH) Struktur:

Diagram pemisahan orbital-d:


43

IDN-1 8-A5)

Tentukan apakah pernyataan-pernyataan berikut True atau False: a) Transisi d-d ditemukan dalam [(Hg(silica-SH)x)]2+  True

 False

b) [(Cu(silica-NH2)x]2+ yang memiliki geometri serupa, diharapkan memiliki warna yang serupa dengan kompleks copper(II) amine lainnya.  True

 False

c) Pada spektra serapan visible, max [(Cu(silica-NH2)x]2+ lebih besar daripada [(Cu(silica-OH)x]2+.  True

 False


44

IDN-1 Soal 9

Soal 9

6% dari total

Total Nilai

A1 6

A A2 6

A3 11

Total 23

Soal 9: Mengungkap Senyawa Tak-Dikenal 9-A1) Senyawa organik A merupakan senyawa kiral dan hanya terdiri dari tiga unsur dengan massa molekul (MW) 149 (dibulatkan). Spektrum 1H NMR senyawa A menunjukkan ada tiga tipe proton aromatik, dan spektrum 13C NMR menunjukkan delapan sinyal, dengan empat di antaranya berada di daerah 120-140 ppm. Senyawa A dapat dibuat dengan mereaksikan senyawa karbonil dengan methylamine, yang direaksikan lebih lanjut dengan NaBH3CN. Gambarkan semua struktur senyawa A yang mungkin terbentuk. Tidak perlu menggambarkan stereokimianya, dan jangan masukkan struktur stereoisomer sebagai bagian dari jawaban yang harus digambarkan.


45

IDN-1 9-A2) Salah satu dari isomer posisi dari senyawa A (struktur A1, A2 atau A3) dapat disintesis dari reaksi antara senyawa B atau C dengan D seperti ditunjukkan pada bagan reaksi di bawah ini. Gambarkan struktur senyawa B-F dan isomer posisi dari senyawa A.


46

IDN-1 9-A3) Senyawa A merupakan bentuk-(R) dari salah satu struktur A1-A3. Senyawa ini dapat disintesis mulai dari senyawa diol vicinal X maupun Y seperti ditampilkan pada diagram berikut. Kedua senyawa diol tersebut merupakan isomer srtuktural, dan setiap struktur memiliki satu karbon lebih sedikit daripada senyawa A. Gambarkan struktur G-N, X, Y dan bentuk-(R) dari senyawa A. Anda harus menggambarkan semua stereokimia pada senyawa yang digambarkan.


47

IDN-1 Soal 10

Soal 10 (6%)

7% dari total

Total Nilai

A A1 20.5

B B1 4

B2 5.5

Total 30

Soal 10: Sintesis Total Alkaloid Alkaloid adalah kelompok senyawa bahan alam yang mengandung nitrogen. Kerumitan struktur dan potensi aktivitas biologisnya sangat menarik untuk dipelajari. Dua contoh senyawa alkaloid – sauristolactam dan pancratistatin dibahas dalam soal berikut. Bagian A Sauristolactam memiliki sitotoksisitas sangat baik terhadap berbagai galur sel kanker. Senyawa ini dapat disintesis menggunakan jalur tahapan sintesis berikut. (Spektra 1H-NMR diukur dalam CDCl3 pada 300 MHz.)


48

IDN-1 10-A1) Gambarkan struktur A-G dalam tahapan sintesis berikut. Tuliskan semua uraian jawaban anda di kotak-kotak kosong di bawah.


49

IDN-1 Struktur A-G:

A

B

C

D

E

F

G


50

IDN-1 Bagian B Pancratistatin, diisolasi dari tumbuhan asli Hawaiian, spider lily, menunjukkan potensi aktivitas inhibitor terhadap pertumbuhan sel kanker baik secra in vitro maupun in vivo, di samping memiliki aktivitas antivirus yang sangat baik.

Pancratistatin dapat disintesis dari senyawa antara (intermediet) X1 dan X2. Sintesis kedua intermediet ini ditunjukkan pada skema reaksi berikut. 10-B1) Gambarkan struktur Adan B.


51

IDN-1 10-B2) Intermediet X1 (suatu enantiomer tunggal dengan stereokimia ditunjukkan pada skema reaksi) dilabeli dengan deuterium yang memiliki konfigurasi seperti ditampilkan pada skema di bawah, gambarkan pada kotak-kotak dalam skema reaksi berikut struktur kursi 3-D senyawa E dan struktur senyawa F lengkap dengan stereokimianya. Apakah Y proton (1H) atau deuterium (2H)?


52

IDN-1 Soal 11

Soal 11

2% dari total

Total Nilai

A A1 10

A2 2

Total 12

Soal 11: Twist & Kiralitas

trans-Cyclooctene memiliki sebuah bidang kiral dan halangan yang tinggi untuk mengalami rasemisasi. Akibatnya ikatan rangkap pada trans-cyclooctene dapat terpilin (twisted), sehingga molekul tersebut menunjukkan kereaktifan yang unik dalam reaksi sikloadisi. Pada tahun 2011, Fox dan rekan mengembangkan sintesis fotokimia terhadap berbagai senyawa turunan trans-cyclooctene. Proses tersebut bersifat non-stereocontrolled (tidak dapat dikrontrol stereokimianya) dan skema sintesis ditunjukkan sebagai berikut.


53

IDN-1 11-A1) Gambarkan semua kemungkinan struktur stereoisomer dari senyawa 3 yang dapat diperoleh dari reaksi reduksi senyawa 2. Tidak perlu menuliskan konfigurasi R,S pada strukturnya.

11-A2) Jika salah satu dari stereoisomer senyawa 3 diubah menjadi senyawa 4, berapa banyak kemungkinan bentuk stereoisomer dari senyawa 4 yang dapat dihasilkan? Jumlah kemungkinan bentuk stereoisomer dari senyawa 4 = Jika terdapat lebih dari satu stereoisomer, apakah mungkin memisahkan stereoisomerstereoisomer dari senyawa 4 tersebut menggunakan kromatografi akiral (achiral chromatography)?



Ya

 Tidak


54

IDN-1. Ujian Teori (official Indonesian version), 49 th IChO 2017, Thailand 1

Recommend Documents