4 STOIKIOMETRI
A.
HUKUM-HUKUM DASAR KIMIA
B.
PERHITUNGAN KIMIA
Kata Stoikiometri berasal dari bahasa Yunani, stoicheion yang berarti unsur (partikel) dan metron yang berarti pengukuran. Stoikiometri menggambarkan hubungan kuantitatif antara zat-zat yang terlibat dalam reaksi kimia. Dasardasar stoikiometri, kita dapat menghitung massa atau volume pereaksi yang diperlukan untuk memperoleh massa atau volume hasil reaksi yang dikehendaki. Pengetahuan ini sangat diperlukan untuk menghitung bahan baku yang dibutuhkan guna menghasilkan sejumlah produk yang dikehendaki dalam industri. Setelah Anda mempelajari stokiometri Anda diharapkan dapat membuktikan dan mengkomunikasikan berlakunya hukum dasar kimia. Hubungan antara konsep satu dengan yang lain dalam perhitungan kimia dapat Anda perhatikan pada peta konsep berikut.
66
KIMIA X SMA
STOIKIOMETRI meliputi perhitungan kimia penentuan rumus kimia
RE
hukum kekekalan massa
RM
hukum perbandingan tetap
dapat
terdiri dari perhitungan massa
Ar
Mr
M O L
hukum dasar kimia
perhitungan volume
hukum kelipatan perbandingan
massa molar
hukum perbandingan volume
persamaan reaksi
hukum Avogadro
untuk persamaan pembatas
diukur
keadaan gas lain diketahui
volume molar
keadaan standart
menghitung
keadaan suhu tekanan tertentu
jumlah partikel berkaitan
terdiri
tetapan Avogadro Peta Konsep Stoikiometri
A. HUKUM-HUKUM DASAR KIMIA Pada awal abad ke-18 para ilmuwan mempelajari secara kuantitatif susunan zat-zat melalui percobaan-percobaan dari berbagai reaksi kimia. Hasil percobaan yang diperoleh para ilmuwan tersebut terangkum dalam Hukum-hukum Dasar Kimia.
KIMIA X SMA
1. Hukum Kekekalan Massa Perhatikan hal-hal berikut ini: • Bagaimanakah massa rokok sebelum dibakar dan sesudah dibakar? • Bagaimanakah massa buah mangga sebelum masak (matang) dan sesudah masak? • Bagaimanakah massa besi sebelum dan sesudah berkarat? Dalam serangkaian percobaan pembakaran dan proses-proses yang berhubungan dengan pembakaran, Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794) menyatakan bahwa dalam semua proses pembakaran suatu materi dengan oksigen dari udara maka materi tersebut akan mengalami perubahan. Lavoisier melakukan percobaan, di mana cairan merkuri bereaksi dengan oksigen membentuk merkuri oksida yang berwarna merah (mercury calx). Bila merkuri oksida dipanaskan lagi, maka akan terurai menghasilkan cairan merkuri dan gas oksigen, yang jumlahnya sama dengan yang dibutuhkan pada waktu pembentukan merkuri oksida. Berdasarkan serangkaian percobaannya, Lavoisier mengemukakan suatu hukum dalam bukunya yang berjudul "Treaite Elementaire de Chemie" yang dikenal dengan Hukum Kekekalan Massa. Hukum Kekekalan Massa berbunyi: “ Jumlah massa zat sebelum reaksi dan sesudah reaksi sama”.
Percobaan: Membuktikan Hukum Kekekalan Massa tutup gabus
•
butiran Al • larutan HCl 1M •
Rangkailah alat seperti gambar (Pipa Y yang ujung-ujungnya secara terpisah diisi dengan larutan HCl 1 M pada salah satu ujung dan butiran logam Al pada ujung yang lain, kemudian timbanglah) Catat massa (berat) sebelum kedua zat tersebut direaksikan. Miringkan pipa tersebut sehingga larutan HCl bercampur dengan logam Al. Apakah yang menunjukkan terjadinya reaksi kimia? Timbang kembali semua alat beserta isinya Catat massa (beratnya) Bagaimana massa sebelum dan sesudah reaksi?
67
68
KIMIA X SMA
Latihan 1 1. Lengkapilah data pada tabel berikut, reaksi antara besi dengan belerang menghasilkan besi (II) sulfida Massa sebelum reaksi Massa sesudah reaksi No. Besi (gr) Belerang (gr) Besi(II) sulfida (gr) 1. 2. 3. 4.
... 14 ... 56
4 8 16 ...
11 ... 44 88
2. Sejumlah 12,7 gram tembaga dipijarkan dengan belerang menghasilkan 19,1 gram tembaga (II) sulfida. Berapa gram-kah belerang yang telah bereaksi?
2. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust) Pada proses pembentukan senyawa dari unsur-unsurnya, menunjukkan adanya hubungan massa yang bereaksi secara kuantitatif. Karena itu para ilmuwan kimia mendapatkan dorongan kuat untuk mencari hubungan massa antara zat yang menyusun senyawa. Joseph Louis Proust (1754 – 1826) melakukan percobaan dengan memanaskan kalsium karbonat, (CaCO3) sehingga menghasilkan gas CO2. Ternyata, persentase unsur-unsur penyusun gas CO2 dari hasil pemanasan kalsium karbonat sama dengan persentase CO2 yang ada di alam. Proust mengembangkan hasil temuannya dan mendapatkan suatu hukum yang disebut Hukum Perbandingan Tetap. Hukum Perbandingan Tetap berbunyi: “Perbandingan massa unsur-unsur penyusun senyawa selalu tetap“ Contoh: Data berikut diperoleh dengan cara membakar logam magnesium (mereaksikan magnesium dengan gas oksigen) menghasilkan magnesium oksida. Tabel 4.1 Massa Massa No. magnesium oksigen (gr) (gr) 1. 2. 3.
0,60 0,48 0,36
0,40 0,32 0,24
Massa Perbandingan massa magnesium oksida magnesium dan oksigen (gr) dalam magnesium oksida 1,00 0,80 0,60
0,60 : 0,40 = 3 : 2 0,48 : 0,32 = 3 : 2 0,36 : 0,24 = 3 : 2
KIMIA X SMA
Berdasarkan data di atas membuktikan bahwa perbandingan massa magnesium dan massa oksigen dalam magnesium oksida memiliki nilai tetap yaitu 3: 2, walaupun massa magnesium dan oksigen yang disediakan berbeda-beda.
Latihan 2 1. Hasil percobaan reaksi antara logam tembaga dengan belerang diperoleh data sebagai berikut. No. 1. 2. 3. 4.
Massa tembaga Massa belerang Massa tembaga belerang (gr) (gr) (gr) 4,23 3,17 2,54 2,12
2,13 1,60 1,28 1,06
6,36 4,77 3,82 3,18
a. Berapakah perbandingan massa tembaga dan belerang dalam senyawa tembaga belerang? Apakah data tersebut menunjukkan berlakunya hukum Proust? b. Buatlah grafik antara massa tembaga dengan massa belerang! 2. Dalam senyawa air, perbandingan massa hidrogen dan massa oksigen adalah 1 : 8. Jika 40 gram hidrogen direaksikan dengan oksigen, ternyata diperoleh 270 gram air, berapa gram oksigen yang telah bereaksi?
3. Hukum Kelipatan Perbandingan (Hukum Dalton) John Dalton (1766 – 1844) mengamati bahwa karbon dan oksigen dapat membentuk dua macam senyawa. Pada senyawa pertama perbandingan massa karbon dan oksigen adalah 3 : 4, sedangkan pada senyawa kedua perbandingan karbon dan oksigen adalah 3 : 8. Pada massa karbon yang sama, perbandingan massa oksigen dalam kedua senyawa itu merupakan bilangan bulat dan sederhana, yaitu 1 : 2. Massa atom karbon dan oksigen dalam kedua senyawa di atas, digambarkan oleh Dalton sebagai berikut. Senyawa I Senyawa II
= massa oksigen
= massa karbon
Gambar 4.1 Hukum Kelipatan Perbandingan.
69
70
KIMIA X SMA
Beberapa penelitian terhadap unsur-unsur yang membentuk lebih dari satu senyawa, Dalton menyatakan pendapatnya, bahwa: "Bila dua unsur membentuk dua senyawa atau lebih dan salah satu unsurnya mempunyai massa yang sama maka massa unsur yang lainnya berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana." Pernyataan Dalton tersebut disebut Hukum Kelipatan Perbandingan Contoh: Belerang dan oksigen dapat membentuk dua senyawa yaitu SO2 dan SO3. Perhatikan tabel berikut ini. Tabel 4.2 Massa Massa unsur pembentuk Perbandingan massa Senyawa senyawa senyawa belerang dan oksigen (g) Belerang (g) Oksigen (g) SO2
6,4
3,2
3,2
3,2 : 3,2 = 1 : 1 = 2 : 2
SO3
8,0
3,2
4,8
3,2 : 4,8 = 1 : 1,5 = 2 : 3
Dari data di atas ternyata, untuk massa S yang sama, perbandingan massa O yaitu 2 : 3, yang merupakan bilangan bulat dan sederhana.
Latihan 3 1. Unsur A dan B bergabung membentuk dua senyawa. Pada senyawa I mengandung 42,9% A dan senyawa II mengandung 27,3% A. Buktikan bahwa kedua senyawa itu sesuai Hukum Kelipatan Perbandingan! 2. Unsur N dan O dapat membentuk tiga senyawa oksida nitrogen. Persentase N dalam ketiga oksida nitrogen tersebut berturut-turut adalah 46,7%, 36,8% dan 25,9%. Apakah dalam senyawa itu berlaku Hukum Kelipatan Perbandingan? Jelaskan!
4. Hukum Perbandingan Volum (Hukum Gay-Lussac) Percobaan tentang beberapa reaksi yang berwujud gas pada suhu dan tekanan tertentu telah dilakukan oleh Gay-Lussac (1778 – 1850). Berdasarkan serangkaian percobaannya diperoleh data sebagai berikut: a. satu liter gas hidrogen bereaksi dengan satu liter gas klorin, menghasilkan dua liter gas hidrogen klorida; b. dua liter gas hidrogen bereaksi dengan satu liter gas oksigen, menghasilkan dua liter uap air; c. tiga liter gas hidrogen beraksi dengan satu liter gas nitrogen, menghasilkan 2 liter gas ammonia.
KIMIA X SMA
Reaksi di atas selanjutnya dapat dituliskan persamaan reaksinya sebagai berikut. Perbandingan volumnya: 1: 1: 2 1) H2(g) + Cl2(g) ⎯⎯⎯→ 2HCl(g) 1 liter 1 liter 2 liter 2) 2H2(g) + O2(g) ⎯⎯⎯→ 2H2O(g)
Perbandingan volumnya: 2: 1: 2
2 liter 1 liter 2 liter 3) 3H2(g) + N2(g) ⎯⎯⎯→ 2NH3(g)
Perbandingan volumnya: 3: 1: 2
3 liter 1 liter 2 liter Berdasarkan hasil percobaan tersebut Gay Lussac mengemukakan hukum yang disebut Hukum Perbandingan Volum, berbunyi: "Volum gas-gas yang bereaksi dan volum gas-gas hasil reaksi, jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama, akan berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana". Berdasarkan hukum tersebut, untuk reaksi zat yang berwujud gas, perbandingan koefisien reaksi ekivalen dengan perbandingan volumnya, sehingga berlaku hubungan sebagai berikut: Volum gas X Koefisien gas X = Volum gas Y Koefisien gas Y Contoh Soal: Sebanyak 4 liter gas etana dibakar sempurna menghasilkan gas karbon dioksida dan uap air, menurut reaksi: C2H6(g) + O2(g) ⎯⎯⎯→ CO2(g) + H2O(g) Hitunglah: a. volum gas oksigen yang diperlukan. b. volum gas CO2 yang terbentuk. c. volum uap air yang terbentuk. Jawab: Persamaan reaksi setara: 2C2H6(g) + 7O2(g) ⎯⎯⎯→ 4CO2(g) + 6H2O(g) a. Volum O2 yang diperlukan =
7 x 4 liter = 14 liter 2
b. Volum CO2 yang terbentuk =
4 x 4 liter = 8 liter 2
c. Volum uap air =
6 x 4 liter = 12 liter 2
71
72
KIMIA X SMA
Latihan 4 Pembakaran sempurna 4 liter gas amonia NH3 menghasilkan gas nitrogen dioksida NO2 dan uap air, menurut reaksi: NH3(g) + O2(g) ⎯⎯⎯→ NO2(g) + H2O(g) (reaksi belum setara) Hitunglah: a. Volum gas oksigen yang diperlukan. b. Volum gas NO2 yang dihasilkan. c. Volum uap air yang dihasilkan. d. Jika udara mengandung 20% gas oksigen, berapa liter volum udara yang diperlukan?
5. Hipotesis Avogadro Pada saat Gay Lussac mengemukakan hasil percobaannya, para ilmuwan saat itu belum menerima, karena tidak sesuai dengan teori atom Dalton. Menurut teori atom Dalton, partikel terkecil dari semua unsur adalah atom-atom tunggal dan partikel senyawa adalah gabungan dari atom yang berbeda dan disebut atom senyawa. Amedeo Avogadro (1776 – 1856) mengemukakan pendapatnya, bahwa hukum Gay Lussac dan teori Dalton dapat sejalan, apabila ada dua anggapan sebagai berikut. a. Volum yang sama dari gas-gas yang berbeda, pada suhu dan tekanan yang sama mempunyai jumlah partikel yang sama. b. Pada dasarnya yang dimaksud partikel gas adalah molekul-molekul yang merupakan gabungan terdiri atas sejumlah atom yang bergabung. Avogadro mengusulkan bahwa gas hidrogen dan oksigen keduanya berada sebagai molekul-molekul diatomik yang merupakan gabungan dari atom-atom yang sama, yaitu sebagai H2 dan O2.
+ 2 liter gas hidrogen 1 liter gas oksigen 2 molekul gas hidrogen 1 molekul gas oksigen Gambar 4.2
2 liter uap air 2 molekul uap air
KIMIA X SMA
Apa yang diusulkan oleh Avogadro tersebut pada kurun waktu berikutnya diperkuat oleh ilmuwan dari Jerman, Stanisalao Cannizaro (1826 – 1910). Dia mengemukakan daftar massa atom yang diperolehnya dari pendapat Avogadro. Pendapat Avogadro ini dikenal dengan Hipotesa Avogadro. Dari berbagai percobaan membuktikan kebenaran dari hipotesa Avogadro maka hipotesa Avogadro dapat disebut Hukum Avogadro, berbunyi: "Pada suhu dan tekanan yang sama gas-gas yang volumnya sama akan mempunyai jumlah partikel yang sama". Contoh soal: Pada suhu dan tekanan tertentu, 2 liter gas nitrogen tepat bereaksi dengan 4 liter gas oksigen menghasilkan 4 liter oksida nitogen, NxOy. Bagaimana rumus oksida tersebut? Jawab: Perbandingan volum sama dengan perbandingan koefisien reaksi, sehingga reaksinya dapat ditulis sebagai berikut: 2N2(g) + 4O2(g) ⎯⎯⎯→ 4NxOy(g) Dalam persamaan reaksi jumlah atom kiri harus sama dengan jumlah atom kanan, sehingga harga x dan y dapat ditentukan sebagai berikut. Jumlah atom N kiri = jumlah atom N kanan 2 x 2 = 4x x=1 Jumlah atom O kiri = jumlah atom O kanan 4 x 2 = 4y y=2 Jadi rumus oksida tersebut adalah NO2
Latihan 5 1. Sebanyak 200 ml gas klor, Cl2 (P, T) tepat bereaksi dengan 500 ml gas oksigen, O2 (P, T) menghasilkan 200 ml oksida klor, ClxOy (P, T). Tentukan rumus oksida tersebut! 2. Pada suhu dan tekanan tertentu, 6 liter gas NH3 mempunyai 2 x 1020 molekul. Pada P dan T yang sama, berapa jumlah molekul 4 liter gas SO3?
73
74
KIMIA X SMA
B. PERHITUNGAN KIMIA Pembahasan perhitungan kimia dimulai dari pengertian massa molekul relatif (Mr), konsep mol, penerapan hukum Gay Lussac serta hukum Avogadro dalam persamaan reaksi, penentuan rumus empiris rumus molekul, air kristal dan kadar zat dalam senyawa, serta pereaksi pembatas.
1. Massa Molekul Relatif (Mr) Partikel dasar suatu senyawa adalah molekul yang merupakan gabungan dari atom-atom suatu unsur. Oleh karena itu penentuan massa molekul relatif (Mr) juga menggunakan pembanding atom karbon-12. Jadi, massa molekul relatif adalah perbandingan massa rata-rata satu molekul terhadap 1⁄12 kali massa satu atom karbon-12. Untuk senyawa yang terdiri atas ion-ion digunakan istilah massa rumus relatif, dengan lambang yang sama, yaitu Mr. Massa molekul relatif (Mr) suatu senyawa X2Y3 dapat dirumuskan sebagai berikut: Mr senyawa X 2 Y3 =
Massa rata - rata 1 molekul X 2 Y3 1 x massa 1 atom C – 12 12
Untuk memperoleh harga Mr dijabarkan sebagai berikut: Mr X 2 Y3 = =
(2 massa rata - rata atom X) + (3 massa rata - rata atom Y) 1 x massa 1 atom C – 12 12 2 massa rata - rata atom X 3 massa rata - rata atom Y + 1 x massa 1 atom C – 12 1 x massa 1 atom C – 12 12 12
= 2 . Ar X + 3 . Ar Y
Jadi massa molekul relatif (Mr) merupakan penjumlahan dari massa atom relatif (Ar) atom-atom penyusun molekul atau senyawa. Contoh soal: Hitunglah massa molekul relatif asam sulfat, H2SO4 jika diketahui Ar H = 1, S = 32 dan O = 16. Jawab: Mr H2SO4 = (2 x Ar H) + (1 x Ar S) + (4 x Ar O) = (2 x 1) + (1 x 32) + (4 x 16) = 2 + 32 + 64 = 98
KIMIA X SMA
Latihan 6 Hitunglah Mr senyawa berikut ini! 1. NH3 6. KMnO4 2. HNO3
7. H3PO4
3. Mg(OH)2
8. Na2CO3
4. Al(OH)3
9. Ca3(PO4)2
5. FeSO4
10. Al2(SO4)3
Diketahui Ar H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Na = 23, Mg = 24, Al = 27, P = 31, S = 32, Ca = 40, Mn = 55, Fe = 56 dan K = 39.
2. Mol Dalam perhitungan kimia para ahli kimia sepakat mencari satuan yang digunakan untuk menyatakan jumlah zat yaitu mol. Telah kita ketahui bahwa partikel dasar penyusun suatu unsur adalah atom, sedangkan partikel penyusun senyawa berupa molekul atau ion. Karena ukuran partikel dasar tersebut sangat kecil maka untuk keperluan perhitungan digunakan satuan jumlah seperti halnya yang telah kita kenal dalam kehidupan sehari-hari yaitu lusin, kodi, rim, dan sebagainya. IUPAC menetapkan satuan mol tersebut didasarkan pada atom C-12, yang dinyatakan sebagai berikut. Satu mol suatu zat adalah banyaknya partikel dalam suatu zat di mana jumlahnya sama dengan banyaknya atom yang terdapat dalam 12 gram C-12. Ilmuwan dari Jerman Johann Loschmidt pada tahun 1865 melalui percobaannya berhasil menghitung banyaknya atom yang terdapat dalam 12 gram C-12, yaitu sebanyak 6,02 x 1023. Bilangan ini selanjutnya disebut Tetapan Avogadro, sebab yang pertama menyatakan perlunya satuan jumlah bagi atom atau molekul adalah Amedeo Avogadro, dilambangkan L (Loschmidt) untuk menghargai jasa Loschmidt. 1 mol = 6,02 x 1023 = tetapan Avogadro (L) a. Hubungan Mol Dengan Jumlah Partikel Satu mol zat adalah banyaknya zat tersebut yang mengandung 6,02 x 10 23 partikel. Partikel ini dalam zat dapat berupa atom, molekul atau ion.
75
76
KIMIA X SMA
Contoh: 1 mol unsur tembaga (Cu) mengandung 6,02 x 1023 atom Cu 1 mol gas nitrogen (N2) mengandung 6,02 x 1023 molekul N2 1 mol gas karbon dioksida (CO2) mengandung 6,02 x 1023 molekul CO2 1 mol ion nitrat (NO3-) mengandung 6,02 x 1023 ion NO3Hubungan mol dengan jumlah partikel dapat dirumuskan: Jumlah partikel zat = mol x L
Mol =
Jumlah partikel L
1 mol = 6,02 x 1023 partikel = L Contoh soal: 1. Hitunglah jumlah partikel zat berikut: a. 2 mol aluminium (Al) b. 0,04 mol gas belerang dioksida (SO2) c. 0,2 mol ion sulfat SO42Jawab: a. Jumlah atom Al = mol x L = 2 mol x 6,02 x 1023 atom/mol = 12,04 x 1023 atom Al b. Jumlah molekul SO2 = 0,04 mol x 6,02 x 1023 molekul/mol = 24,08 x 1021 molekul SO2 c. Jumlah ion SO42- = 0,2 mol x 6,02 x 1023 ion/mol = 12,04 x 1022 ion SO422. Hitung mol zat berikut: a. 3,01 x 1022 atom besi (Fe) b. 6,02 x 1020 molekul asam nitrat (HNO3) c. 15,05 x 1021 ion natrium (Na+) Jawab: a.
Mol Fe = =
Jumlah atom Fe L 3,10 x 10 22
6, 02 x 10 23 = 0, 05 mol Fe
KIMIA X SMA
b.
Mol HNO 3 =
c.
Mol Na+ =
6, 02 x 10 20 molekul
6, 02 x 10 23 molekul/mol = 0, 001 mol HNO 3 15, 05 x 10 21 ion
6, 02 x 10 23 ion/mol
= 0, 025 mol Na+ 3. Hitunglah jumlah atom C dan atom O dalam 0,1 mol CO2 . Jawab: Dalam 1 molekul CO2 terdapat 1 atom C dan 2 atom O Jumlah atom C = 1 x 0,1 x 6,02 x 1023 = 6,02 x 1022 atom Jumlah atom O = 2 x 0,1 x 6,02 x 1023 = 12,04 x 1022 atom
Latihan 7 Hitunglah: 1. Jumlah atom dalam 2 mol belerang! 2. Jumlah molekul CO2 dalam 0,01 mol gas CO2! 3. Jumlah mol dari 6,02 x 1021 molekul N2! 4. Jumlah mol dari 24,8 x 1020 atom besi! 5. Jumlah atom S dan atom O dalam 1 mol SO3!
b. Hubungan Mol dengan Massa (gram) Pada penetapan satuan mol dijelaskan, bahwa dalam 12 gram karbon -12 (Ar C-12) terdapat 6,02 X 1023 atom karbon, dinyatakan sebagai satu mol. Massa atom karbon-12 dalam 1mol ini disebut massa molar karbon. Karena atom karbon-12 sebagai standar, maka massa molar zat secara umum dapat ditentukan berdasarkan atom karbon-12. Satuan massa molar adalah gram/mol atau gram mol-1.
77
78
KIMIA X SMA
Perhatikan contoh pada tabel di bawah ini. Tabel 4.3 Hubungan Rumus Zat, Mr, dan Massa Molar Nama
Rumus zat Massa 1 mol Ar atau Mr Massa molar zat (gr) (gr/mol)
air
H2O
18
18
18
aluminium karbondioksida
Al CO2
27 44
27 44
27 44
asam sulfat
H2SO4
98
98
98
Dari tabel tersebut dapat disimpulkan sebagai berikut. Massa molar adalah massa 1 mol zat yang besarnya sama dengan massa atom relatif (Ar) atau massa molekul relatif (Mr) zat tersebut dan dinyatakan dalam gram. Pernyataan tersebut dapat dirumuskan: Massa molar (g/mol) = Ar atau Mr Mol =
gram Ar atau Mr
Gram = Mol x Ar atau Mr dan
Contoh soal: 1. Berapa gramkah massa 2 mol gas amonia, NH3 (Ar H=1, N=14)? Jawab: Mr NH3 = 14 + (3 x 1) = 17 massa NH3 = Mol x Mr = 2 x 17 = 34 gram NH3 2. Hitunglah Ar unsur A jika 0,02 mol A massanya 1,12 gram. Jawab: gram Ar 1,12 0, 02 = Ar 1, 12 Ar = = 56 0, 02 mol =
KIMIA X SMA
3. Berapakah jumlah molekul yang terdapat dalam 8,8 gram gas CO2 (Ar C = 12, O = 16)? Jawab: Mr CO2 = 12 +(2 x 16) = 44 gram CO 2 Mr CO 2 8, 8 = 44 = 0, 2 mol
Mol CO 2 =
Jumlah molekul CO2 = mol x L = 0,2 x 6,02 x 1023 = 12,04 x 102
Latihan 8 1. Hitunglah massa zat berikut! a. 0,002 mol logam timbal (Ar Pb = 207) b. 2 x 10-2 mol H2SO4 (Ar H =1, O =16, S = 32) c. 3,01 x 1022 atom besi (Ar Fe = 56) d. 1,204 x 1021 molekul metana, CH4 (Ar H =1, C =12) 2. Sebanyak 6,4 gram suatu unsur X mengandung 12,04 x 1022 atom X. Tentukanlah Ar unsur X!
c. Hubungan Mol Dengan Volum 1) Volum Gas Pada Suhu dan Tekanan yang Sama Hukum Avogadro menyatakan bahwa: "Pada suhu dan tekanan yang sama semua gas yang volumnya sama mengandung jumlah partikel yang sama pula." Karena jumlah partikel sama, berarti gas-gas yang bervolum sama akan mempunyai jumlah mol yang sama. atau
mol gas I = mol gas II
Sedangkan untuk gas-gas yang volumnya berbeda berlaku hubungan: Volume gas I Mol gas I atau = Volume gas II Mol gas II
V1 n1 = V2 n 2
79
80
KIMIA X SMA
Contoh Soal: 1. Pada suhu dan tekanan tertentu, 2 liter gas O2 (Mr = 32) massanya 3,2 gram. Berapa volum 7,5 gram gas NO (Mr = 30 ) pada keadaan tersebut? Jawab: Volume O 2 Mol O 2 = Volum NO Mol NO gr O 2 / Mr O 2 2 = Volum NO gr NO / Mr NO 2 3, 2 / 32 = Volum NO 7 , 5 / 30 Volum NO = 5 liter 2. Dalam suatu tabung yang bervolum 1 liter diisi 8 gram gas oksigen (O2). Jika pada keadaan yang sama tabung tersebut diisi gas nitrogen, (N2) berapa massa gas nitrogen tersebut? Ar N =14, O = 16 Jawab: Karena volume sama, maka molnya sama mol gas O 2 = mol gas N 2 gr O 2 gr N 2 = Mr O 2 Mr N 2 8 gr N 2 = 32 28 8 x 28 gr N 2 = 32 = 7 gram
Latihan 9 1. Dalam ruang 2 liter diisi gas CO2 ternyata mengandung 6,02 x 1022 molekul CO2. Jika pada suhu dan tekanan yang sama diisi gas A ternyata massanya 8 gram. Berapa Mr gas A tersebut? 2. Pada suhu dan tekanan tertentu 4 liter gas SO2 (Mr = 64) massanya 19,2 gram. Berapa massa gas NO2 (Mr = 46) yang volumnya 2 liter? 3. Sebuah botol hampa mempunyai berat 30,50 gram. Jika diisi gas nitrogen, N2 (Ar N =14) beratnya menjadi 31,9 gram. Akan tetapi jika botol tersebut diisi gas X beratnya menjadi 34,05 gram. Hitunglah Mr gas X!
KIMIA X SMA
2) Volum Gas Pada Keadaan Standar ( 0oC, 1 atm) Volum molar gas menyatakan volum 1 mol gas pada suhu dan tekanan tertentu. Stanislao Cannizzaro (1826–1910) dari Italia mengemukakan hasil percobaannya sebagai berikut. Setiap 1 mol gas apa saja pada suhu 0oC dan tekanan 1 atmosfer mempunyai volum 22,4 liter. Sesuai dengan rumus gas ideal: P.V=n.R.T P : tekanan gas (atm) V : volume gas (liter) n : mol gas R : tetapan gas ideal (= 0,082 liter atm/moloK) T : suhu mutlak (= oC + 273)oK n.R.T P 1 x 0, 082 x 273 = 1 = 22 , 386 liter ~ 22, 4 liter
V=
Suhu 0oC (273 K) dan tekanan 1 atmosfer dikenal sebagai keadaan standar atau STP (Standard Temperature and Pressure). Jadi volum 1 mol gas pada keadaan standar disebut Volum Molar Standar. Pada keadaan standar, volum (liter) dari sejumlah mol (n) suatu gas, berlaku hubungan sebagai berikut. Volum gas (STP) = n x 22,4 liter/mol
atau
mol =
liter 22, 4
81
82
KIMIA X SMA
Contoh: 1. Hitunglah volum 2 mol gas oksigen pada keadaan standar. Jawab: Volum O2 = 2 mol x 22,4 liter/mol = 44,8 liter 2. Berapakah mol gas nitrogen, jika pada suhu 0oC dan tekanan 1 atm mempunyai 4,48 liter? Jawab: 4 , 48 liter 22, 4 liter/mol = 0, 2 mol
Mol N 2 =
3. Berapakah gram gas CO 2 terdapat dalam 2240 ml pada STP? Ar C = 12, O = 16 Jawab: Mr CO2 = 44 , volum CO2 = 2240 ml = 2,24 liter gram = mol x Mr 2 , 24 liter gram = x 44 22, 4 liter/mol = 4 , 4 gram 4. Berapakah jumlah molekul yang terdapat dalam 6,72 liter gas hidrogen pada STP? Jawab: jumlah partikel = mol x L 6 , 72 liter Molekul H 2 = x 6, 02 x 10 23 molekul/mol 22, 4 liter/mol = 18, 06 x 10 22 molekul
KIMIA X SMA
Hubungan antara mol, gram, volum (STP) dan jumlah partikel dapat digambarkan skema sebagai berikut. : massa molar
x 6,02 x 10
Gram
23
Mol x massa molar
: 6,02 x 10
: 22,4 L
23
Jumlah partikel
x 22,4 L
Volume (STP) o
0 C, 1 atm
Gambar 4.3 Konversi satuan mol dengan massa, jumlah partikel dan volum
Latihan 10 1. Hitunglah volum gas berikut ini, jika diukur pada suhu 0oC, 1 atm: a. 2 x 10-2 mol gas NO b. 12,8 gram gas SO3 (Ar O = 16, S = 32) c. 2,408 x 1022 molekul gas Cl2 2. 3,2 gram gas X2 pada keadaan standar mempunyai volum 2240 ml (kondisi STP), berapa Ar X? 3. Sebanyak 4480 ml gas SO3 diukur pada 0oC, 76 cmHg, berapa gramkah massa gas SO3 tersebut? (Ar O = 16, S = 32)
3) Volum Gas pada Suhu dan Tekanan Tertentu Volum gas sangat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan, sehingga menurut Boyle Gay Lussac dirumuskan sebagai berikut. PV PV PV = C atau 1 1 = 2 2 T T1 T2
83
84
KIMIA X SMA
Pada keadaan standar suhu 0oC (273o K) dan tekanan 1 atm, satu mol semua gas mempunyai volum 22,4 liter, sehingga harga C dapat ditentukan sebagai berikut: P = 1 atm V = 22,4 liter/mol T = 273o K C=
1 atm x 22, 4 liter/mol 273 K
= 0,082 atm liter K-1 mol-1 Angka 0,082 dinamakan tetapan gas ideal (R). Jika banyaknya mol gas = n, maka rumus Boyle Gay Lussac tersebut diturunkan menjadi: PV = nRT Rumus ini dikenal dengan Persamaan Umum Gas Ideal. Contoh: 1. Berapakah volum 11 gram gas CO2 (Mr = 44) pada suhu 27oC dan tekanan 1 atm? (R = 0,082 atm.lt.K-1.mol-1) Jawab: PV = nRT 11 n= nRT 44 V= = 0, 25 mol P 0, 25 x 0, 082 x 300 = 1 = 6 , 15 liter 2. Suatu gas mempunyai volum 250 ml pada keadaan standar. Berapakah volum gas tersebut jika diukur pada suhu 25oC dan tekanan 760 mmHg? Jawab: P1 = 1 atm = 760 mmHg, V1 = 250 ml = 0,25 lt, T1 = 0oC = 273 K P2 = 760 mmHg = 1 atm, T2 = 25oC = 298 K P1V1 P2 V2 = T1 T2 PVT V2 = 1 1 2 P2 T1 1 atm x 0, 25 L x 298 K = 1 atm x 273 K = 0, 27 liter
KIMIA X SMA
Latihan 11 1. Hitunglah volum 6,4 gram gas SO2 (Mr = 64) diukur pada suhu 27oC dan tekanan 700 mmHg! 2. Gas karbon dioksida, CO2 pada suhu 27oC dan tekanan 2 atm mempunyai volum 24,6 liter. Berapakah gram massa gas CO2? (Ar C = 12, O = 16) 3. Sebanyak 2,4 gram gas A pada suhu 127oC, tekanan 152 cmHg mempunyai volum 492 ml. Hitunglah Mr gas A!
3. Komposisi Senyawa Salah satu manfaat penting dari ilmu kimia adalah kemampuannya dalam mengidentifikasi suatu zat. Ada 2 tahap dalam melakukan identifikasi ini, yaitu analisa kualitatif dan analisis kuantitatif. Analisa kualitatif digunakan untuk menentukan jenis komponen penyusun zat tersebut, sedangkan analisa kuantitatif digunkaan untuk mengetahui massa dari setiap komponen penyusun zat tersebut. Di dalam mengetahui jenis dan massa setiap komponen penyusun zat kita dapat mengetahui komposisi zat tersebut. Kompossi zat ini biasanya dinyatakan dalam satuan persen massa (% massa). a. Persentase Unsur Dalam Senyawa Sesuai Hukum Perbandingan Tetap dari Proust, bahwa massa unsur-unsur penyusun suatu senyawa mempunyai perbandingan tertentu dan tetap, maka persentase unsur dan massa unsur dalam suatu senyawa AxBy dapat dirumuskan sebagai berikut. Rumus persentase unsur dalam senyawa: %A dalam senyawa A x B y =
x . Ar A x 100% Mr A x B y
%B dalam senyawa A x B y =
y . Ar B x 100% Mr A x B y
Contoh: Berapakah persentase massa unsur Ca, C dan O dalam senyawa CaCO3? (Ar C = 12, O = 16 dan Ca = 40) Jawab: 1 Ar Ca x 100% Mr CaCO 3 1 . 40 = x 100% 100 = 40%
% Ca dalam CaCO 3 =
85
86
KIMIA X SMA
1 . 12 x 100% 100 = 12% 3 . 16 % O dalam CaCO 3 = x 100% 100 48 = x 100% = 48% 100 % C dalam CaCO 3 =
Rumus massa unsur dalam senyawa: Massa A dalam A x B y =
x . Ar A x massa A x B y Mr A x B y
Massa B dalam A x B y =
y. Ar B x massa A x B y Mr A x B y
Contoh: a. Berapa gramkah massa unsur nitrogen yang terdapat dalam 120 gram urea, CO(NH2)2? (Ar H = 1, C = 12, N = 14 dan O = 16) Jawab: 2 Ar N x massa CO(NH 2 )2 Mr CO(NH 2 )2 2 . 14 = x 120 gram 60 = 54 gram
Massa N dalam CO(NH 2 )2 =
b. Dalam senyawa Al2O3 mengandung 540 gram aluminium. Berapa gramkah massa Al2O3 tersebut? (Ar O = 16 dan Al = 27) Jawab: Mr Al 2 O 3 x massa Al 2 Ar Al 102 = x 540 gram 54 = 1020 gram
Massa Al 2 O 3 =
Latihan 12 1. Hitunglah persentase unsur kalium, nitrogen dan oksigen dalam senyawa KNO3! (Ar K = 39, O = 16 dan N = 14) 2. Berapa gramkah massa unsur nitrogen dalam 1 kuintal pupuk ZA, (NH4)2SO4? (Ar H = 1, N =14, O = 16 dan S = 32)
KIMIA X SMA
3. Bijih bauksit mengandung 60% massa Al2O3. Berapa gramkah massa aluminium yang terkandung dalam 100 gram bijih bauksit tersebut? (Ar O = 16 dan Al = 27)
b. Rumus Empiris dan Rumus Molekul Konsep mol dapat digunakan untuk menentukan rumus kimia suatu senyawa, baik rumus empiris (RE) maupun rumus molekul (RM). Bagaimanakah hubungan rumus empiris dan rumus molekul suatu zat? Di dalam memahami hubungan RE dan RM, perhatikan contoh RE dan RM pada tabel di bawah ini. Tabel 4.4 Hubungan Antara RE dan RM Nama Senyawa
Rumus Empiris
Rumus Molekul
asam klorida amoniak
HCl NH3
HCl NH3
hidrogen peroksida
HO
H2O2
asam oksalat
HCO2
H2C2O4
etana
CH3
C2H6
glukosa
CH2O
C6H12O6
Berdasarkan tabel tersebut dapat disimpulkan, bahwa rumus molekul merupakan kelipatan bilangan bulat n (n =1,2,3 dan seterusnya) dari rumus empiris. Hubungan ini secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut. RM = (RE)n Rumus molekul mempunyai Mr yang merupakan penjumlahan Ar atom penyusun suatu molekul, maka rumus di atas dapat di tuliskan menjadi Mr = (ΣAr RE)n Langkah-langkah menentukan rumus empiris. • Menghitung perbandingan % atau gram unsur-unsur penyusun senyawa. • Menghitung perbandingan mol unsur-unsur tersebut dengan cara, % atau gram dibagi Ar masing-masing unsur.
87
88
KIMIA X SMA
• Menuliskan perbandingan mol unsur-unsur penyusun dengan angka bulat dan sederhana. • Menuliskan rumus empiris. Jika diketahui Mr senyawa, rumus molekul dapat ditentukan dengan rumus Mr = (ΣAr RE)n. Contoh: 1. Suatu senyawa hidrokarbon terdiri atas 80 % massa karbon dan 20% massa hidrogen. Tentukanlah rumus empiris hidrokarbon tersebut! (Ar H = 1 dan C = 12). Jawab: Perbandingan % atau perbandingan massa massa C : massa H = 80 : 20 Perbandingan mol 80 : 12 = 6, 67 = 1
Mol C : Mol H =
20 1 : 20 : 3
Jadi, umus empiris senyawa hidrokarbon tersebut adalah CH3. 2. Sebanyak 14,2 gram suatu senyawa ternyata mengandung 4,6 gram natrium, 3,2 gram belerang dan sisanya oksigen. Tentukanlah rumus empiris senyawa tersebut! (Ar S = 32, Na = 23 dan O = 16) Jawab: Massa Na = 4,6 gram S = 3,2 gram O = 14,2 – (4,6 + 3,2) = 6,4 gram Perbandingan massa massa Na : massa S : massa O = 4,6 : 3,2 : 6,4 Perbandingan mol 4, 6 3, 2 6, 4 : : 23 32 16 = 0, 2 : 0,1 : 0, 4 = 2 : 1 : 4
Mol Na : Mol S : Mol O =
Jadi, rumus empiris senyawa tersebut adalah Na2SO4.
KIMIA X SMA
3. Suatu oksida NxOy mengandung 30,43 % nitrogen dan 69,56 % oksigen. Jika oksida tersebut mempunyai Mr = 92, tentukan rumus molekulnya! (Ar N = 14 dan O = 16). Jawab: N = 30,43%; O = 69,56% Perbandingan mol 30, 43 69, 56 : 14 16 = 2,17 : 4, 34 = 1 : 2
Mol N : Mol O =
Rumus empiris oksida adalah NO2 Mr = (ΣAr RE)n 92 = (14 + 2.16)n 92 = (46)n n=2 Rumus molekul oksida adalah (NO2)2 = N2O4
Latihan 13 1. Suatu oksida besi, FexOy mengandung 70% besi (Ar Fe = 56, O = 16). Tentukan rumus oksida tersebut! 2. Sebanyak 50 gram suatu oksida logam MO mengandung 30 gram logam M. Jika Ar O = 16, berapa Ar logam M? 3. Suatu senyawa hidrokarbon mengandung 80% karbon (Ar C = 12, H = 1) dan sisanya hidrogen. Jika 3,01 x 1022 molekul senyawa tersebut massanya 1,5 gram, tentukan rumus molekul hidrokarbon tersebut! 4. Sebanyak 22 gram senyawa organik terdiri atas C, H, dan O dibakar sempurna, menghasilkan 44 gram CO2 dan 18 gram H2O ( Ar H = 1, C = 12 dan O = 16). Jika Mr senyawa = 88, tentukan rumus molekulnya! 5. Vitamin C terdiri atas unsur C, H, dan O mempunyai Mr = 176. Pembakaran 88 gram vitamin C tersebut menghasilkan 132 gram CO2 dan 36 gram H2O (Ar H = 1, C =12 dan O = 16). Tentukan rumus molekul vitamin C tersebut!
89
90
KIMIA X SMA
4. Air Kristal Kristal merupakan zat padat yang memiliki bentuk teratur. Beberapa senyawa yang berwujud kristal padat mempunyai kemampuan untuk menyerap uap air dari udara, sehingga kristal senyawa itu mengandung air kristal. Senyawa yang mengandung air kristal dikenal sebagai senyawa hidrat. Molekul- molekul air tersebut terkurung rapat dalam susunan kristal senyawa, sehingga senyawa hidrat tetap kering. Air kristal akan terlepas bila dipanaskan/dilarutkan, sehingga dalam proses reaksinya air kristal tidak terjadi reaksi kimia. Contoh: CaSO4. 2H2O, menunjukkan tiap satuan kristal CaSO4 terkandung 2 molekul air. CuSO4. 5H2O, menunjukkan tiap satuan kristal CuSO4 terkandung 5 molekul air. Contoh di atas terlihat bahwa setiap 1 mol CaSO4 terkandung 2 mol air dan setiap 1 mol CuSO4 terkandung 5 mol air. Penentuan jumlah air kristal didasarkan pada perbandingan mol zat murni dengan mol air dalam kristal tersebut. Contoh soal: 1. Kristal BaCl2.XH2O mengandung 15,4% massa air kristal. Tentukan rumus kristal tersebut. (Ar H =1, O = 16, Cl = 35,5 dan Ba = 137) Jawab: % BaCl2 = 100 % – 15,4 % = 84,6 % %BaCl 2 %H 2 O : Mr BaCl 2 Mr H 2 O 84 , 6 15, 4 = : 208 18 = 0, 4 : 0, 8
Perbandingan Mol BaCl 2 : Mol H 2 O =
Perbandingan mol BaCl2: Mol H2O = 1: 2 Jadi rumus kristal tersebut adalah BaCl2. 2H2O 2. Jika 38 gram MgSO4.XH2O dipanaskan, ternyata diperoleh 20 gram MgSO4. (Ar H = 1, O = 16, Mg = 24 dan S = 32). Tentukan harga X! Jawab: Massa MgSO4.XH2O = 38 gram Massa MgSO Massa H2O
= 20 gram = 38 gram – 20 gram = 18 gram
KIMIA X SMA
Perbandingan Mol MgSO 4 : Mol H 2 O = 1 : X 20 18 = : 120 18 1 = 6 : 1 =1 : 6 Jadi, harga X adalah 6, dan rumus kristal adalah MgSO4.6H2O.
Latihan 14 1. Sebanyak 43 gram gips (CaSO4.XH2O) dipanaskan sehingga diperoleh 34 gram CaSO4 murni. Tentukan rumus kristal gips tersebut! (Ar H = 1,O = 16, S = 32 dan Ca = 40). 2. Kristal terusi (CuSO4. XH2O) sebanyak 62,37 gram dipanaskan sehingga diperoleh kristal anhidrat yang massanya 39,87 gram. Tentukan harga X! (Ar H = 1,O = 16, S = 32 dan Cu = 63,5)
6. Kemurnian (Kadar Zat Dalam Senyawa) Sering kita jumpai barang-barang perdagangan yang mencantumkan kemurniannya (kadar), terutama paling banyak bahan-bahan kimia yang memerlukan ketelitian untuk keperluan analisa kuantitatif. Cara menentukan kemurnian dapat digunakan rumus sebagai berikut. % zat dari hasil eksperimen x 100% % zat secara teoretis massa zat hasil eksperimen Kemurnian (kadar) = x 100% massa sampel Kemurnian (kadar) =
Contoh: 1) Dalam pupuk perdagangan tertulis "Pupuk Urea CO(NH2)2 dengan kandungan nitrogen 20%. Tentukan berapa persenkah kemurnian pupuk urea tersebut? (diketahui Ar H = 1, C = 12, N = 14, O = 16) Jawab: Mr CO(NH2)2 = 12 + 16 + 2 . 14 + 4 . 1 = 60
91
92
KIMIA X SMA
-
Persentase N dalam CO(NH2)2 murni: Jumlah atom N x Ar N x 100% Mr CO(NH 2 )2 1 x 14 = x 100% 60 = 23, 33% =
-
Persentase N dalam sampel = 20% Jadi, kemurnian CO(NH2)2 dalam sampel adalah: 20 x 100% 23, 33 = 85, 72%
=
2) Dalam menentukan kadar belerang (S) dalam suatu batuan, ditimbang sebanyak 10 gram batuan tersebut kemudian dibakar. Massa zat setelah pembakaran ditimbang ternyata tinggal 6,8 gram. Dari data tersebut tentukan kadar belerang (S) dalam batuan tersebut! Jawab: - Massa batuan (sampel) = 10 gr - Massa batuan etelah dibakar = 6,8 gr Massa zat yang hilang adalah massa belerang karena pada pembakaran belerang diubah menjadi gas belerang dioksida (SO2) S(s) + O2(g) → SO2(g) -
Jadi, massa belerang (S) dalam batuan (sampel) = (10 - 6,8) = 3,2 gr Maka kadar belerang (S): Massa hasil eksperiman x 100% Massa sampel Massa S = x 100% Massa batuan sebelum dibakar 3, 2 = x 100% 10 = 32% =
Latihan 15 1. Dalam 60 gram terdapat 32 gram oksigen, tentukan berapa % kemurnian Al2(SO4)3 tersebut (Ar Al = 27, S = 32, O = 16)! 2. Berapa gram asam fosfat yang dapat dibuat dari 248 gram fosfor?
KIMIA X SMA
6. Hitungan Kimia Dalam Persamaan Reaksi Reaksi kimia berlaku hukum kekekalan massa, yang ditunjukkan oleh persamaan reaksi setara. Contoh: C3H8(g) + 5O2(g) ⎯⎯⎯→ 3CO2(g) + 4H2O(g) Menurut persamaan reaksi setara ini kita bisa melihat adanya hubungan kuantitatif antara zat satu dengan zat yang lain melalui koefisien masing-masing zat. Menurut hukum Gay Lussac, perbandingan volume menunjukkan perbandingan koefisien. Menurut hukum Avogadro, perbandingan volum menunjukkan perbandingan jumlah partikel. Sedangkan menurut konsep mol perbandingan jumlah partikel sama dengan perbandingan mol. Bisa kita tarik suatu kesimpulan, bahwa: Perbandingan koefisien = perbandingan volum = perbandingan jumlah partikel = perbandingan mol Tetapi ingat, ini hanya berlaku bila zatnya berwujud gas. Mengapa demikian? Bagaimanakah untuk zat yang tidak berwujud gas apakah ketentuan itu tidak berlaku? Ya tetap berlaku sama, kecuali untuk perbandingan volume. Sehingga ketentuan itu menjadi: Perbandingan koefisien = perbandingan mol = perbandingan jumlah partikel Menurut persaman reaksi setara ini jika mol salah satu zat diketahui (misal B) maka mol-mol zat yang lain dapat dicari dengan membandingkan koefisien. mol A koefisien A = mol B koefisien B
atau
mol A =
koefisien A x mol B koefisien B
Contoh: 1. Sebanyak 3 gram gas etana, C2H6 (Mr = 30) dibakar sempurna menghasilkan gas karbon dioksida dan uap air, menurut persamaan reaksi: 2C2H6(g) + 7O2(g) ⎯⎯⎯→ 4CO2(g) + 6H2O(g) a. Berapakah mol O2 yang diperlukan untuk membakar etana? b. Berapakah gram CO2 yang dihasilkan? (Ar C =12, O = 16) c. Jika diukur pada suhu 0oC, 1 atm, berapkah liter volum gas CO2 yang dihasilkan?
93
94
KIMIA X SMA
Jawab: 2C2H6(g) (Diketahui) gram Mr 3 = 30 = 0,1
mol =
+ 7O2(g) (dicari)
⎯⎯⎯→
7 x 0,1 2 = 0, 35
mol =
a. jadi O2 yang diperlukan 0,35 mol
4CO2(g) (dicari)
+ 3H2O
4 x 0,1 2 = 0, 2
mol =
b. gram = mol x Mr CO2 = 0,2 x 44 = 8,8 gram c. liter = mol x 22,4 = 0,2 x 22,4 = 4,48
2. Pemanasan kalium klorat, KClO3 terurai menurut reaksi: KClO3(S) ⎯⎯⎯→ KCl(s) + O2(g) (reaksi belum setara) Jika volum O2 yang dihasilkan 6 liter, diukur pada kondisi di mana 6 gram gas NO (Mr = 30) volumnya 4 liter. Berapa gram KClO3 yang terurai? (Ar K = 39, Cl = 35,5 dan O = 16) Jawab: Persamaan reaksi setara: 2KClO3(S) ⎯⎯⎯→ 2KCl(s) + 3O2(g) 6 30 = 0, 2 mol mol O 2 volum O 2 = mol NO volum NO 6 liter mol O 2 = x 0, 2 mol 4 liter = 0, 3 mol Mol NO =
2 x 0, 3 mol 3 = 0, 2 mol =
Massa KClO3 = mol x Mr = 0,2 x 122,5 = 24,5 gram
0, 3 mol
KIMIA X SMA
Latihan 16 1. Sejumlah 12,8 gram belerang dibakar menghasilkan gas belerang dioksida, menurut reaksi: S(s) + O2(g) ⎯⎯⎯→ SO2(g) (reaksi belum setara) Hitunglah! a. Massa gas oksigen yang diperlukan untuk pembakaran. b. Volum gas SO2 jika diukur pada suhu 0oC, 1 atm. (Ar O = 16, S = 32) 2. Pada peruraian perak oksida, Ag2O dihasilkan logam perak dan gas oksigen. Jika volum gas oksigen diukur pada keadaan standar sebanyak 672 ml, hitunglah! a. Massa perak oksida yang terurai. b. Massa perak yang terjadi. (Ar Ag = 108, O = 16) 3. Pembakaran sempurna 13,8 gram etanol, C2H5OH dihasilkan gas CO2 dan uap air. a. Berapakah gramkah gas oksigen yang diperlukan untuk membakar? b. Berapakah gramkah uap air yang terbentuk? c. Berapakah volum gas karbon dioksida, bila diukur pada suhu dan tekanan di mana 7 gram gas nitrogen (Mr N2 = 28) volumnya 0,5 liter? (Ar H = 1, C = 12, O = 16)
7. Pereaksi Pembatas Dalam suatu persamaan reaksi, koefisien reaksi menyatakan perbandingan mol zat-zat yang terlibat reaksi. Apabila mol yang tersedia tidak sesuai dengan perbandingan koefisien reaksinya, maka salah satu zat akan habis bereaksi dan zat yang lain tidak habis bereaksi. Zat yang habis bereaksi disebut sebagai pereaksi pembatas, sedangkan yang tidak habis bereaksi disebut pereaksi sisa atau berlebih. Perhatikan contoh reaksi berikut ini. 2 mol gas etena, C2H4 direaksikan dengan 3 mol gas oksigen, menghasilkan gas karbon dioksida dan uap air, menurut persamaan reaksi: C2H4(g) + 3O2(g) ⎯⎯⎯→ 2CO2(g) + 2H2O(g) Apakah gas C2H4 dan O2 dapat bereaksi semua?
95
96
KIMIA X SMA
Perhatikan penyelesaian berikut: Perbandingan koefisien C2H4: O2 adalah 1: 3 •) Jika C2H4 habis bereaksi (2 mol), maka diperlukan O2 = 3⁄1 x 2 mol = 6 mol O2. Karena O2 yang tersedia hanya 3 mol maka mol O2 tidak memadai (tidak mungkin). •) Jika O2 habis bereaksi (3 mol), maka diperlukan C2H4 = 1⁄3 x 3 mol = 1 mol, sehingga C2H4 masih tersisa 1 mol. Jadi O2 habis bereaksi (pereaksi pembatas), sedangkan C2H4 sebagai pereaksi sisa. Contoh soal: 12 gram logam magnesium, Mg (Ar = 24) direaksikan dengan 2 mol asam klorida, HCl menurut reaksi: Mg(s) + 2HCl(aq) ⎯⎯⎯→ MgCl2(aq) + H2(g) a. Tentukan pereaksi pembatas. b. Berapa gram zat yang tersisa? c. Berapa gram MgCl2 yang terbentuk? (Ar H = 1, Mg = 24, Cl = 35,5) d. Berapa volum gas hidrogen diukur pada keadaan standar? Jawab: gram Ar 12 = = 0, 5 mol 24
Jumlah mol =
Mg(s) + 2HCl(aq) ⎯→ MgCl2(aq) + H2(g) •) mula-mula = 0,5 mol 2 mol •) reaksi = 0,5 mol 1 mol 0,5 mol 0,5 mol •) akhir reaksi = 0 1 mol 0,5 mol 0,5 mol Catatan: •) Pada bagian "reaksi" berlaku "Perbandingan koefisien = perbandingan mol" •) Pada bagian akhir reaksi, berlaku: - sebelah kiri anak panah = mula-mula – bereaksi - sebelah kanan anak panah = mula-mula + hasil reaksi Menurut skema di atas kita dapat melihat dengan jelas, berapakah banyak masing-masing zat pada keadaan mula-mula (sebelum reaksi)? Berapakah banyak yang bereaksi (kiri anak panah), zat hasil reaksi (sebelah kanan anak panah), dan bagaimanakah komposisi zat setelah reaksinya selesai (akhir reaksi)?
KIMIA X SMA
Berdasarkan skema tersebut, kita gunakan untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan. a. Pereaksi pembatas (yang habis bereaksi) adalah Mg. b. Zat yang tersisa HCl sebanyak = 1 x 36,5 = 36,5 gam. c. Massa MgCl2 yang terbentuk = 0,5 x 59,5 = 29,75 gram d. Volum H2 (STP) = 0,5 mol x 22,4 liter/mol = 11,2 liter.
Latihan 17 1. Sebanyak 30 gram besi direaksikan dengan 16 gram belerang menurut reaksi: Fe(s) + S(s) ⎯⎯⎯→ FeS(s) (Ar Fe = 56,S = 32) a. Zat manakah yang sebagai pereaksi pembatas? b. Berapa gram FeS yang terbentuk? c. Berapa gram zat yang tersisa? 2. Pada pemanasan 25 gram cuplikan batu pualam, CaCO3 (Mr = 100), menurut reaksi: CaCO3(s) ⎯⎯⎯→ CaO(s) + CO2(g) Gas CO2 yang terbentuk dialirkan ke dalam Mg(OH)2 terjadi reaksi: CO2(g) + Mg(OH)2(aq) ⎯⎯⎯→ MgCO3(s) + H2O(l) Apabila Mg CO3 yang terbentuk 0,072 gram, berapa persen kadar CaCO3 dalam cuplikan batu pualam tersebut? 3. Sebanyak 1,2 gram cuplikan yang mengandung belerang, dibakar sempurna menghasilkan gas SO2. Jika volum gas SO2 diukur pada 0oC, 1 atm sebanyak 672 ml, berapa % kadar belerang dalam cuplikan? (Ar S = 32) 4. Pemanasan 61,25 gram KClO3 terurai sempurna menurut reaksi: KClO3(s) ⎯⎯⎯→ KCl(s) + O2(g) (belum setara) Hitunglah: a. massa KCl yang dihasilkan b. volum O2 pada suhu 0oC, 1atm c. volum O2 diukur pada suhu 27oC, tekanan 1 atm. (R = 0,082) (Ar O = 16, Cl = 35,5, K = 39)
97
98
KIMIA X SMA
5. Sebanyak 25,4 gram tembaga direaksikan dengan 15 gram belerang menghasilkan tembaga sulfida, CuS. (Ar S = 32, Cu = 63,5) Tentukan: a. pereaksi pembatasnya b. berapa gram zat yang tersisa c. berapa gram CuS yang terbentuk
nc i u K a Ka t stoikiometri hukum kekekalan massa Antoine Laurent Lavoiser hukum perbandingan tetap Joseph Louis Proust hukum kelipatan perbandingan John Dalton hukum perbandingan volume Gay – Lussac hipotesa Avogadro Amedeo Avogadro Stanisalad Cannizaro konsep mo massa atom relatif (Ar) massa molekul relatif (Mr) mol Loschmidt massa molar volum molar STP volum molar standar
RANGKUMAN • Hukum-hukum dasar kimia 1) Hukum kekekalan massa: jumlah massa zat sebelum reaksi dan sesudah reaksi sama 2) Hukum perbandingan tetap: perbandingan massa unsur-unsur penyusun senyawa selalu tetap 3) Hukum kelipatan perbandingan (Hukum Dalton): bila dua unsur membentuk dua senyawa atau lebih, perbandingan massa dari unsur pertama dengan unsur kedua merupakan bilangan bulat dan sederhana 4) Hukum perbandingan volume (Hukum Gay - Lussac): volume gasgas yang bereaksi dan volum gas-gas hasil reaksi jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama akan berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana 5) Hukum Avogadro: pada suhu dan tekanan yang sama gas-gas yang volumnya sama akan mempunyai jumlah partikel yang sama • Stoikiometri: menggambarkan hubungan kuantitatif antar atom unsur-unsur zat dan hubungan kuantitatif antar zat-zat pereaksi dan hasil reaksi dalam suatu reaksi kimia.
KIMIA X SMA
Boyle Gay Lussac persamaan umum gas ideal analisa kualitatif analisa kuantitatif rumus empiris rumus moleku air kristal, 92 pereaksi pembatas koefisien reaksi pereaksi sisa
• Massa atom relatif (Ar) : Perbandingan massa rata-rata 1 atom suatu unsur terhadap 1⁄12 kali massa 1 atom C–12 • Massa molekul relatif (Mr): penjumlahan dari massa atom relatif (Ar) atom-atom penyusun molekul suatu unsur/senyawa • Satu mol zat (n) menyatakan banyaknya partikel yang terkandung dalam suatu zat yang jumlahnya sama dengan banyaknya atom yang terdapat dalam 12 gram C–12 • Massa molar (Mm) adalah massa dari satu mol zat yang sama dengan Ar atau Mr zat tersebut yang dinyatakan dalam gram • Volume molar gas adalah volum dari 1 mol gas pada suhu (T) dan tekanan (P) tertentu. Kondisi STP (0oC, 1 atm) setiap 1 mol gas volumnya 22,4 liter. • Hubungan antara mol, massa molar dan volume molar : gram
massa molar
MOL
x
x L :
jumlah partikel
: x 22,4 liter (STP)
• Persentase unsur x dalam senyawa %x=
Σunsur x . Ar x . 100% Mr senyawa
• Hubungan antara rumus molekul dan rumus empiris Rumus molekul = (rumus empiris)n Mr rumus molekul = n . (Mr rumus empiris)
99
100
KIMIA X SMA
-
P
Senyawa hidrat adalah senyawa yang mengadung air kristal Pereaksi pembatas: pereaksi yang habis lebih dahulu (pereaksi yang tidak habis disebut pereaksi sisa)
ELATIHAN SOAL
I. Pilihlah salah satu jawaban yang paling benar! 1. Sebanyak 9 gram magnesium tepat habis bereaksi dengan serbuk belerang menghasilkan magnesium sulfida yang massanya 21 gram maka massa belerang yang telah bereaksi sebanyak .... a. 17 gram b. 12 gram c. 9 gram d. 7 gram e. 4 gram 2. Pada senyawa SO3 perbandingan massa S: O = 2: 3. Jika 8 gram belerang dibakar dengan 16 gram oksigen maka massa gas SO3 yang dihasilkan sebanyak .... a. 24 gam b. 22 gram c. 20 gram d. 18 gram e. 16 gram
3. Data dari hasil percobaan pembentukan FeS dari reaksi antara Fe dan S adalah sebagai berikut. Massa Massa Massa Massa sisa Fe (gr) S (gr) FeS (gr) Fe S 7 15 21
6 8 14
11 20 33
1 -
2 2
Dari data tersebut, perbandingan massa Fe: S pada senyawa FeS adalah .... a. 7: 6 d. 7: 3 b. 6: 7 e. 4: 2 c. 7: 4 4. Sebanyak 100 cm3 gas NO tepat bereaksi dengan 25 cm3 gas oksigen menghasilkan 50 cm3 suatu oksida nitrogen, NxOy. Rumus oksida nitrogen tersebut adalah .... a. N2O d. N2O4 b. NO2 e. N2O5 c. N2O3
KIMIA X SMA
5. Perbandingan massa rata-rata 1 atom suatu unsur dengan 1⁄12 massa 1 atom C-12 disebut .... a. satuan massa atom (sma) b. massa 1 atom c. massa atom relatif d. massa 1 molekul e. massa molekul relatif. 6. Jika massa 1 atom C-12 adalah 2,04 x 10-26 kg dan massa ratarata 1 atom B adalah 6,8 X 10-27 kg maka Ar unsur B adalah .... a. b. c. d. e.
2 , 04 x 10 -26 x 12 6 , 8 x 10 -27 6 , 8 x 10 -27 x 12 2 , 04 x 10 -26 6 , 8 x 10 -27 2 , 04 x 10 -26 x 12 6 , 8 x 10 -27 2 , 04 x 10 -26 2 , 04 x 10 -26 6 , 8 x 10 -27
7. Diketahui Mr (MH4)3PO4 = 149. Jika Ar H = 1, O = 16 dan P = 31 maka Ar M adalah .... a. 18 d. 14 b. 17 e. 12 c. 15 8 Sejumlah 1,6 gram suatu senyawa mengandung 2,4 X 1022 molekul. Mr senyawa tersebut adalah .... a. 16 d. 36 b. 24 e. 40 c. 32
9. Pada suhu dan tekanan yang sama, 3 liter gas NO dan 2 liter gas X mempunyai massa yang sama. Jika Mr NO = 30 maka Mr gas X adalah .... a. 20 d. 45 b. 24 e. 48 c. 40 10. Pada suhu dan tekanan tertentu 2 liter gas CH4( Mr = 16) massanya 4 gram. Jika diukur pada keadaan yang sama maka massa 4 liter gas O2 (Mr = 32) adalah .... a. 32 gram d. 8 gram b. 24 gram e. 4 gram c. 16 gram 11. Sebanyak 32 gram oksida besi, FexOy mengandung 22,4 gram besi. Jika Ar Fe = 56 dan O = 16 maka rumus oksida besi itu adalah .... a. FeO d. Fe2O3 b. Fe2O e. Fe3O4 c. FeO2 12. Sebanyak 30 gram senyawa organik jika dibakar sempurna menghasilkan 44 gram CO2 dan 18 gram H2O (ArH = 1, C = 12, O = 16). Jika senyawa tersebut mengandung 3,01 x 1023 molekul maka rumus molekul senyawa organik tersebut adalah .... a. CH2O d. C3H6O2 b. CH2O2 e. C4H8O2 c. C2H4O2
101
102
KIMIA X SMA
13. Pemanasan 49,2 gram senyawa hidrat MgSO4.xH2O dihasilkan 24 gam MgSO4 anhidrat (Mr MgSO4 = 120, H2O = 18). Harga x adalah .... a. 3 d. 6 b. 4 e. 7 c. 5 14. Sebanyak 7,2 gram logam M direaksikan dengan larutan HCl berlebihan, menurut reaksi: M(s) + 2HCl(aq) → MCl2(aq) + H2(g) Jika dihasilkan 6,72 liter gas hidrogen pada 0oC,1 atm maka Ar logam M adalah ....
a. 23 d. 29 b. 24 e. 30 c. 27 15. Pemanasan 49 gram KClO3 (Mr = 122,5), menurut reaksi: KClO3(s) ⎯⎯→ KCl(s) + O2(g) (reaksi belum setara) Volum O2 diukur pada suhu dan tekanan di mana 5 liter gas N2 (Mr = 28) massanya 1,4 gram maka volum O2 yang terjadi sebanyak .... a. 20 liter d. 50 liter b. 30 liter e. 60 liter c. 40 liter
II. Kerjakan soal-soal di bawah ini dengan benar! 1. Dalam senyawa besi sulfida perbandingan massa Fe: S = 7: 4. Jika massa besi dan belerang masing-masing disediakan 14 gram, berapa gram massa besi sulfida yang dihasilkan? 2. Pembakaran sempurna 4 liter gas CxHy menghasilkan 8 liter gas CO2 dan 12 liter uap air. Tentukan rumus molekul CxHy tersebut! 3. Dalam 100 kg pupuk urea, mengandung 85% CO(NH2). Jika pupuk urea tersebut digunakan untuk memupuk tanaman padi seluas 1 Ha, berapa gram tiap m2 tanaman padi tersebut mendapatkan unsur nitrogen? (Ar H = 1, C = 12, N = 14) 4. Sebanyak 13,8 gram senyawa CxHyOz dibakar sempurna ternyata menghasilkan 26,4 gram CO2 dan 16,2 gram H2O. Jika senyawa tersebut mempunyai 1,8 x 1023 molekul ( L = 6 x 1023), tentukan rumus molekul CxHyOz tersebut! (Ar H = 1, C =12, O = 16) 5. Sebanyak 22,4 gram unsur X direaksikan dengan asam klorida berlebihan, menurut reaksi: 2X + 6HCl ⎯⎯⎯→ 2XCl3 + 3H2 gas hidrogen yang terjadi sebanyak 6 liter diukur pada P dan T di mana 6 gram gas NO (Mr = 30) volumnya 2 liter. Hitunglah Ar X!
