Bidang Kimia - Olimpiade PSMA - Kementerian Pendidikan dan
advertisement
Hak Cipta Dilindungi Undang-undang OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2016 Tingkat Provinsi Bidang Kimia Ujian Teori Waktu: menit JAWAB Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Direktorat Jenderal Pendidikan Menengah Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Atas 2016 Petunjuk : 1. Isilah Biodata anda dengan lengkap (di lembar Jawaban) Tulis dengan huruf cetak dan jangan disingkat ! 2. Soal Teori ini terdiri dari dua bagian: A. 30 soal pilihan Ganda @ 3 poin = 90 poin jawaban benar = 3 poin jawaban salah = -1 poin tidak menjawab = 0 poin B. 6 Nomor soal essay = 132 poin TOTAL Poin = 222 poin 3. Tidak ada ralat soal 4. Waktu yang disediakan:180 menit 5. Semua jawaban harus ditulis di lembar jawaban yang tersedia 6. Jawaban soal essay harus dikerjakan dalam kotak yang tersedia (jawaban tidak boleh tersebar) 7. Diberikan Tabel periodik Unsur, formula dan tetapan yang diperlukan 8. Diperkenankan menggunakan kalkulator. 9. Tidak diperbolehkan membawa Hand Phone (HP) atau peralatan Komunikasi lainnya 10. Anda dapat mulai bekerja bila sudah ada tanda mulai dari pengawas. 11. Anda harus segera berhenti bekerja bila ada tanda berhenti dari Pengawas. 12. Letakkan jawaban anda di meja sebelah kanan dan segera meninggalkan ruangan. 13. Anda dapat membawa pulang soal ujian !! OSP-2015 ii Tetapan dan rumus berguna Tetapan (bilangan) Avogadro NA = 6.022∙10 -1 23 –1 partikel.mol -1 7 -1 -1 -1 -1 R = 8,314 J.K .mol = 8,314 x10 erg. Mol .K Tetapan gas universal, R -1 -1 = 1,987 cal.mol .K = 0,082054 L.atm.mol .K 2 2 1 Pa = 1 N/m = 1 kg/(m.s ) 1 atm. = 760 mmHg = 760 torr Tekanan gas = 101325Pa = 1,01325 bar 5 1 bar = 10 Pa 1 mol gas (STP) 22,4 L Persamaan gas Ideal PV = nRT Tekanan Osmosa pada larutan oC Tetapan Kesetimbangan air (Kw) pada 25 Konstanta kesetimbangan dan tekanan parsial gas = M RT Kw = 1,0x10 Kp = Kc(RT) -14 ∆n Temperatur dan konstanta kesetimbangan Hubungan tetapan kesetimbangan dan energi Gibbs Energi Gibbs pada temperatur konstan Kerja maksimum, w Isotherm reaksi kimia Potensial sel dan energi Gibbs Konstanta Faraday o G = -RT ln K G H T S w = nRT G = G + RT∙ln Q o o G = - nFE F = 96500 C/mol elektron Persamaan Nerst Atau Muatan elektron Ampere (A) dan Coulomb (C) 1,6022 x 10 A = C/det -19 C Reaksi orde pertama: AB Reaksi orde kedua: AB Tetapan laju dan temperatur OSP-2015 iii OSP-2015 iv LEMBAR JAWABAN Bagian A (90 poin) Beri Tanda Silang (X) pada Jawaban Yang Anda Pilih No Jawaban No Jawaban 1 A B C D E 16 A B C D E 2 A B C D E 17 A B C D E 3 A B C D E 18 A B C D E 4 A B C D E 19 A B C D E 5 A B C D E 20 A B C D E 6 A B C D E 21 A B C D E 7 A B C D E 22 A B C D E 8 A B C D E 23 A B C D E 9 A B C D E 24 A B C D E 10 A B C D E 25 A B C D E 11 A B C D E 26 A B C D E 12 A B C D E 27 A B C D E 13 A B C D E 28 A B C D E 14 A B C D E 29 A B C D E 15 A B C D E 30 A B C D E OSP2016 Page 5 A. Jawablah pertanyaan berikut dengan tepat 1. Suatu oksida logam Pb mengandung persen berat 90,65% Pb . Formula empiris oksida Pb tersebut adalah: A. Pb2O B. PbO C. Pb3O4 D. Pb2O3 E. PbO2 2. Dalam suatu wadah tertutup yang mengandung campuran 90,0 g gas CH4 dan 10,0 g gas argon (Ar), pada kondisi temperatur dan volume yang konstan, mempunyai tekanan sebesar 250 torr . Tekanan parsial gas CH4 adalah: A. 143 torr B. 100 torr C. 10.7 torr D. 239 torr E. 26.6 torr 3. Berapa g air yang terkandung di dalam 75,0 g larutan yang mengandung 6,10% K3PO4(aq)? A. 75,0 g B. 73,2 g C. 70,4 g D. 68,1 g E. 62,8 g 4. Perhatikan reaksi berikut ini: H2SO3 (aq)n+Sn+4(aq) + H2O(l) Sn+2(aq) +HSO4-(aq) + 3 H+(aq) Pernyataan yang benar adalah: A. H2SO3 adalah reduktor karena cenderung reduksi B. H2SO3 adalah reduktor karena cenderung oksidasi C. Sn+4 adalah reduktor karena cenderung oksidasi D. Sn+4 adalah reduktor karena cenderung oksidasi E. H2SO3 adalah oksidator dan reduktor 5. Spesi yang mempunyai jumlah elektron yang sama dengan molekul air adalah: A. H2S B. BH3 C. OHD. BeH2 E. Ne+2 6. Ion ion berikut ini adalah isoelektronik. Dari ion ion tersebut, manakah yang mempunyai radius paling kecil? A. BrB. Sr+2 C. Rb+ D. Se-2 E. Semua spesi tersebut mempunyai radius yang sama karena mempunyai jumlah elektron yang sama. OSP2016 Page 6 7. Dari senyawa berikut: CH4, AsH3, CH3NH2, H2Te, HF, senyawa yang menunjukkan adanya ikatan hidrogen adalah: A. AsH3, H2Te B. AsH3, CH3NH2 C. CH4, AsH3, H2Te D. CH3NH2, HF E. HF, H2Te 8. Perhatikan pasangan cairan berikut ini: i. benzena, C6H6, dan heksana, C6H12 ii. Air dan metanol, CH3OH iii. Air dan heksana Berikut ini, manakah pasangan yang dapat saling melarutkan (miscible)? A. Hanya pasangan (i) B. Hanya pasangan (ii) C. Hanya pasangan (i) dan (ii) D. Pasangan (i), (ii) dan (iii) E. Hanya pasangan (ii) dan (iii) 9. Struktur Lewis untuk molekul hidrogen sianida (HCN) menunjukkan: A. 2 ikatan ganda dua dan 2 pasang elektron bebas pada atom N. B. 1 ikatan C-H, 1 ikatan C=N, 1 pasang elektron bebas pada atom C dan 1 pasang elektron bebas pada atom N. C. 1 iikatan C-H, 1 ikatan C-N, 2 pasang elektron bebas pada atom C dan 3 pasang elektron pada atom N. D. 1 ikatan ganda tiga antara C dan N, 1 ikatan N-H dan 2 pasang elektron bebas pada atom C. E. 1 ikatan ganda tiga antara C dan N, 1 ikatan C-H dan 1 -pasang elektron bebas pada atom N. 10. Bentuk geometri pasangan elektron untuk molekul yang atom pusatnya masing masing mempunyai pasangan elektron berturut turut sebanyak 4 pasang, 3 pasang dan 2 pasang adalah: A. tetrahedral, trigonal planar, linear B. tetrahedral, trigonal pyramidal, linear C. tetrahedral, trigonal planar, bengkok (bent) D. pyramidal, trigonal planar, linear. E. tidak ada jawaban yang benar 11. Pernyataan yang benar mengenai metana (CH4) dan ion ammonium (NH4+) adalah: A. Secara kimia, CH4 dan NH4+ tidak dapat dibedakan satu dengan lainnya B. Geometri CH4 adalah tetrahedral, sedangkan +NH4 adalah bidang segiempat datar C. Keduanya mempunyai sifat fisik yang sama D. CH4 dan NH4+ adalah isoelektronik E. Pada temperatur kamar, CH4 dan NH4+ adalah gas OSP2016 Page 7 12. Perubahan entalpi, H, untuk reaksi: 4 HBr (g) + O2(g) 2H2O(g) + 2 Br2(g) adalah -276 kJ untuk per mol O2. Bila campuran reaksi berada dalam keadaan kesetimbangan, maka perlakuan yang akan menggeser reaksi kearah kanan adalah: A. Penambahan katalis B. Memindahkan campuran reaksi ke wadah yang volumenya lebih besar C. Menurunkan tekanan luar D. Mengeluarkan sebagian Br2(g) E. Menaikkan temperatur. 13. Suatu larutan mempunyai konsentrasi ion hirogen 0,001 M. Pernyataan berikut ini: i. Larutan mempunyai pH =3 ii. Larutan bersifat asam iii. Konsentrasi ion hidroksida adalah 1,0 x10-11. (Diketahui: Kw = 10-14) Mengenai ketiga pernyataan larutan tersebut, pernyatan yang benar adalah: A. Semua pernyataan benar. B. Hanya (i) C. Hanya (i) dan (ii) D. Hanya (iii) E. Semua pernyataan salah 14. Dalam pelarut air, manakah anion yang merupakan basa paling kuat? A. HSO4B. ClC. C2H3O2- (ion asetat) D. NO3E. Semua adalah basa konyugasi dari asam kuat dan mempunyai kekuatan basa yang sama 15. Dari rentang pH perubahan warna indikator berikut ini, maka indikator yang dapat digunakan untuk titrasi larutan NH3(aq) dengan larutan HCl adalah: Indikator OSP2016 pH perubahan warna Warna rentang asam Warna rentang basa A. pink 1,2 – 2,8 kuning B. biru 3,4 – 4,6 kuning C. kuning 6,5 – 7,8 ungu D. Tak berwarna 8,3 – 9,9 merah E. Bukan A, B,C dan D - - Page 8 16. Untuk membuat larutan buffer, yang dapat ditambahkan kedalam larutan asam asetat adalah: A. Hanya natrium asetat. B. Natrium asetat atau natrium hidroksida C. Hanya asam nitrat D. Asam hidrofluorat atau asam nitrat E. Hanya natrium hidroksida 17. Warna hijau pada tumbuhan disebabkan oleh pigmen klorofil yang terdapat di dalam kloroplas. Pigmen ini berfungsi sebagai penangkap cahaya matahari dalam proses fotosintesis. Reaksi fotosintesis merupakan reaksi orde ke nol. Perbandingan laju berkurangnya molekul air, H2O dan laju pembentukan glukosa C6H12O6 dalam reaksi tersebut adalah: A. 1:2 B. 2:1 C. 6:1 D. 1:6 E. 1:1 18. Berikut ini adalah profil energi reaksi A B Nilai yang akan berubah bila ditambahkan katalis adalah: A. Hanya I B. Hanya II C. Hanya III D. Hanya II dan III E. I , II dan III 19. Reaksi berikut ini: 2HgCl2 + [C2O4-2] 2Cl- + 2CO2 + Hg2Cl2 Untuk menentukan laju awal reaksi, reaksi dilakukan dengan menggunakan variasi konsentrasi dua pereaksi. Hasilnya diperoleh seperti data pada tabel berikut ini: Percobaan 1 2 3 4 OSP2016 [HgCl2] M 0,05 0,05 0,10 0,10 [C2O4-2] M 0,15 0,30 0,15 0,30 Laju awal (M/det) 8,75 x 10-6 3,25 x 10-5 1,75 x 10-5 7,00 x 10-5 Page 9 Persamaan laju awal reaksi tersebut adalah: A. Laju =r = k[HgCl2] [C2O4-2] B. Laju =r = k[HgCl2]2 [C2O4-2]2 C. Laju =r = k[HgCl2] [C2O4-2]2 D. Laju =r = k[HgCl2]2 [C2O4-2] E. Laju =r = k[HgCl2] [C2O4-2]4 20. Perhatikan diagram sel elektrokimia berikut ini. Bila anda mengamati reaksi didalam sel tersebut berlangsung, ternyata elektroda timah putih (Sn) nampak semakin kecil sedangkan elektroda perak (Ag) terbentuk endapan (deposit). Pernyataan yang benar adalah: A. Elektroda perak adalah katoda dan elektroda timah putih adalah anoda. B. Elektron mengalir dari elektroda perak ke elektroda timah putih. C. Ion nitrat mengalir melalui jembatan garam ke larutan perak nitrat D. Setengah reaksi yang terjadi di elektroda timah putih adalah Sn+4 + 2e- Sn+2 E. Elektroda perak adalah anoda dan elektroda timah putih adalah katoda 21. Perhatikan sel volta dengan notasi berikut ini: Pb │ Pb(NO3)2 (1,0 M) || AgNO3 (1,0 M) │Ag Bila sel tersebut bekerja, massa lempeng Ag semakin berat dan konsentrasi ion Ag+ dalam larutan disekeliling lempeng Ag semakin menurun, sedangkan lempengan Pb massanya semakin berkurang dan konsentrasi ion Pb+2 dalam larutan disekeliling lempeng Pb naik. Dari pernyatan berikut, manakah yang menyatakan reaksi pada elektroda negatif dari sel tersebut diatas? A. Pb+2 + 2 e- Pb B. Pb Pb+2 + 2 eC. Ag+ + e- Ag D. Ag Ag+ + eE. Jawaban A, B, C dan D salah semua. 22. Reaksi reaksi berikut ini, manakah yang entropi sistemnya meningkat: A. Ag+ + Cl-(aq) AgCl(s) B. C(s) + O2(g) 2 CO C. H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) D. N2(g) + 2H2(g) 2NH3(g) E. H2O(l) H2O(s) OSP2016 Page 10 23. Berikut ini diberikan tabel data termodinamika: Senyawa PCl3 (g) PCl3 (l) Hf (kJ/mol) -288,07 -319,6 So (J/mol.K) 311,7 217 Berdasarkan data tersebut diatas, penguapan PCl3(l) adalah: A. Tidak spontan pada temperatur rendah, dan spontan pada temperatur tinggi B. Spontan pada temperatur rendah, dan non-spontan pada temperatur tinggi C. Spontan pada semua temperatur D. Non-spontan pada semua temperatur E. Tidak cukup informasi untuk menarik kesimpulan 24. Nama dari senyawa yang diilustrasikan berikut ini: adalah: A. B. C. D. E. disasetamida formil asetamida dimetil asetat N,N-dimetillformamida dimetilamine 25. Hubungan antara kedua struktur berikut ini adalah: A. B. C. D. E. Isomer struktur Isomer geometri Struktur konformasi. Struktur identik. Isomer optik 26. Alkohol yang bila dioksidasi akan menghasilkan keton adalah: A. 1-propanol B. metanol C. 2-metil-2-propanol D. 2-propanol E. Semuanya membentuk keton bila dioksidasi OSP2016 Page 11 27. Manakah yang dengan etuna akan menghasilkan CH2Br-CHBrCl? A. HCl, kemudian HBr B. HCl, kemudian Br2 C. Cl2, kemudian HBr D. Cl2, kemudian Br2 E. H2, kemudian Br2 28. Tentukan produk utama yang dihasilkan dari reaksi adisi antara satu equivalen HCl dengan 1-fenil-1,3-butadiena C H C H C H HCl CH2 ? 1-fenil-1,3-butadiena H C H H C C H C CH2 C H C H H H Cl 3-kloro-4-fenil-1-butena H C CH2 Cl (B) (C ) H C C H C H CH2 Cl 4-kloro-4-fenil-1-butena 1-kloro-4-fenil-2-butena ( A ). H2 C C H CH3 C H Cl 1-kloro-1-fenil-2-butena H C C H CH3 Cl 3-kloro-1-fenil-1-butena (E) (D) Jawab: E 29. Tentukan ke posisi nomor berapakah gugus nitro (NO2) akan masuk, jika senyawa 1hidroksi naftalen (1-naftol) dinitrasi dengan reagen [HNO3, H2SO4] seperti pada persamaan reaksi berikut: 8 OH OH 1 7 + HNO3 2 H2SO4, 0o 3 6 1-Naphtol 5 4 Nitro Naphtol maka gugus nitro akan menempati posisi: A. B. C. D. E. OSP2016 3 dan 6 3 dan 4 6 dan 8 7 dan 5 2 dan 4 Page 12 30. Sifat kebasaan turunan ammonia dipengaruhi oleh adanya substituent dan struktur molekulnya, maka urutan kebasaan mulai dari yang paling basa sampai yang kurang basa dari senyawa berikut di bawah ini adalah: NO2 N A. B. C. D. E. OSP2016 NH2 H I II N NH2 III IV II > III > I > IV II > IV > III > I I > II > III > IV I > III > IV > II IV > II > I > III Page 13 B. Essay Soal 1. Gas dalam Tambang Batu Bara (22 poin) Di suatu tambang batu bara, sebanyak 100 cm3 sampel gas diambil dari bongkahan batuan. Sebanyak 10 cm3 dari sampel tersebut dilakukan analisis spektrometri yang hasilnya menunjukkan bahwa sampel tersebut mengandung gas CO2, O2, CO, CH4, H2, dan N2. Untuk menetukan persen komposisi campuran gas, dilakukan percobaan sebagai berikut: i) Sebanyak 90 cm3 sampel gas dialirkan ke dalam larutan KOH. ii) Sebanyak 82 cm3 gas yang tersisa kemudian dilewatkan ke dalam larutan benzen1,2,3-triol (C6H6O3, larutan ini mengandung medium basa), yang hanya bereaksi dengan oksigen. iii) Sebanyak 76 cm3 gas yang tersisa kemudian dilewatkan ke dalam larutan tembaga(I) amin-klorida (%(Cu) = 47,7) yang telah dijenuhkan oleh larutan ammonia, dimana larutan tersebut mengikat semua oksida netral. iv) Dari 64 cm3 campuran gas yang tersisa, sebanyak 18 cm3 sampel gas dicampurkan dengan 62 cm3 udara. Setelah pembakaran sempurna campuran gas tersebut dan kondensasi air, volume campuran gas berkurang sebanyak 9,0 cm3. Selama pembakaran campuran gas tersebut dihasilkan 3,0 cm3 gas CO2. Diketahui semua volume gas berada dalam kondisi normal (tekanan 1 atmosfer). a. Tuliskan persamaan reaksi pada tahap i) dan iv). (@ 2 poin) b. Gambarkan struktur benzen-1,2,3-triol. (2 poin) c. Tentukan rumus molekul senyawa kompleks tembaga yang terbentuk pada tahap iii) (%(Cu) = 35,7). (6 poin) d. Tentukan komposisi (dalam % volume) gas-gas yang terdapat dalam sampel campuran gas awal. Jelaskan apakah campuran gas tersebut aman untuk dihirup oleh manusia. (10 poin) Jawab: a. 2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O 2H2 + O2 = 2H2O OH OH b. OSP2016 OH Page 14 c. Reagen [Cu(NH3)x]Cl. Mr (reagen) x2 63,55 132,9 63,55 x 17,03 35,45 0,478 [Cu(NH3)2]Cl Produk [Cu(NH3)x(CO)y]Cl. Mr (produk) 63,55 178,0 63,55 x 17,03 y 28,01 35,45 0,357 x 3 dan y 1. Rumus molekul senyawa kompleks: [Cu(NH3)3CO]Cl d. Volume gas CO2, O2, CO: V CO2 90 82 cm3 8 cm3 %vol CO2 = 8 cm3 100 8,8 9 90 cm3 V O2 82 76 cm3 6 cm3 %vol O2 = 6 cm3 100 6,6 7 90 cm3 V CO 76 64 cm3 12 cm3 12 cm3 %vol CO = 100 13,3 13 90 cm3 Volume gas CH4, H2 V CH4 V CO2 3 cm3 V H2O 0 V N2 const V Vlõpp Valg V CO2 V H2O V CH4 V O2 V H2 V O2 2V CO2 0,5V H2 V 2V CO2 0,5V H2 V H2 2V CO2 1,5V H2 V H2 V 2V CO2 : 1,5 9 2 3 cm3 : 1,5 2 cm3 OSP2016 Page 15 V CH4 , sampel 3 cm3 %vol CH4 = 10,7 cm3 100 11,9 12 90 cm3 V H2 , proov 2 cm3 %vol H2 = 64 cm3 10,7 cm3 18 cm3 64 cm3 7,11 cm3 18 cm3 7,11 cm3 100 7,9 90 cm3 V N2 90 8 6 12 10,7 7,11 cm3 46,2 cm3 %vol N2 = 46,2 cm3 100 51,3 51 90 cm3 Kesimpulan: tidak mungkin bernapas dengan kondisi keberadaan campuran gas tersebut. OSP2016 Page 16 Soal 2. Entalpi pembakaran dalam Kalorimeter Bom. (20 poin) Penentuan entalpi pembakaran suatu bahan bakar dapat dilakukan menggunakan kalorimeter bom (pada volume tetap). Penentuan entalpi pembakaran metanol (CH3OH) dengan reaksi: CH3OH(l) + 3 O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) 2 dilakukan sebagai berikut: 1,535 g metanol dimasukkan ke dalam kalorimeter bom berbahan tembaga dengan kapasitas kalorimeter 1,75 kJ.oC-1. Sebanyak 1000 g air ditambahkan ke dalam wadah tempat kalorimeter tersebut. Ketika metanol dibakar sempurna, terjadi kenaikan suhu air sebesar 5,3 oC. Diketahui: kalor jenis air= 4,2 J.g-1. oC-1; ∆Hfo CO2(g) = 393,5 kJ mol-1 dan ∆Hfo H2O(l) = 285,9 kJ mol1. a. Hitung kalor reaksi, q, pembakaran metanol (CH3OH) dalam kJ berdasarkan percobaan di atas. (4 poin) b. Hitung perubahan energi dalam, ∆E, metanol (CH3OH) dalam kJmol-1 berdasarkan percobaan di atas. (4 poin) c. Hitung entalpi pembakaran, Hc, metanol pada 298 K dalam kJmol-1 berdasarkan percobaan di atas. (4 poin) d. Hitung entalpi pembentukan standar, H0f, metanol dalam kJmol-1 berdasarkan data entalpi pembakaran, Hc, metanol pada soal c. (4 poin) e. Hitung energi ikatan CO (dalam kJ.mol-1) jika data entalpi pembakaran, Hc, metanol (CH3OH) pada fasa gas (lihat persamaan reaksi dibawah) adalah –680 kJ/mol dan data energi ikatan rata-rata pada tabel di bawah sesuai reaksi berikut: (4 poin) Ikatan Energi ikatan rata-rata (kJmol-1) CH 411 CC 350 OH 459 CO 799 OO 494 Solusi: a. qkalorimeter + qair = - qsistem = Ckalorimeter ∆t + mair sair ∆t= (1,75 kJ.oC1 x 5,3oC) + (1000 g x 4,2 J.g1. oC1 x 5,3oC ) (2 poin) q = 9,275 kJ + 22260 J = (9,275 + 22,26) kJ = 31,54kJ (1 poin) qsistem = - qv = –31,54kJ (1 poin) b. Jumlah mol metanol yang dibakar = 1,535 g/32 g/mol = 0,048 mol (2 poin) OSP2016 Page 17 ∆E = qv/n = –31,54kJ/0,048 mol = –657,08kJ mol-1 (2 poin) c. H = E + n R T= –657,08 kJ mol-1+ ((–0,5) mol x (0,008314 kJ K-1.mol-1) x 298 K) = – 658,32kJ mol-1 Benar = 4 poin, jika salah hitung dikurangi 1 poin d. Hc = –658,32 kJ mol-1= ΔHfo(CO2(g))+ 2 ΔHfo (H2O(l))) – (ΔHfo(CH3OH(l))+ 3/2 ΔHfo (O2(g))) (2 poin) –658,32 kJ mol-1= (393,5+(2(249,8))– (ΔHfo(CH3OH(l))+ 3/2 (0)) (1 poin) ΔHfo(CH3OH(l) = ((393,5+(2(249,8)) + 658,32) kJ/mol = 234,78kJ mol-1 (1 poin) e. Hc = ((3DC-H+ DC-O + DO-H) + 3/2DO=O) – (2DC=O + 4DO-H) (2 poin) –658,32 kJ mol-1 = (3(411)+ DC-O + 459 + 3/2(494)) – (2(799) + 4(459)) (1 poin) DC-O = –658,32 – 1233 – 459 – 741 + 1598 + 1836 = 342,68 kJ mol-1 (1 poin) OSP2016 Page 18 Soal 3. pH larutan asam organik (37 poin) Diketahui data yang berhubungan dengan tiga asam karboksilat pada tabel berikut: Nama Asam Asam metanoat Asam kloroetanoat Asam propanoat Rumus Molekul Tetapan disosiasi asam, Ka HCO2H 1,6 x 10-4 CH2ClCO2H 1,3 x 10-3 CH3CH2CO2H 1,3 x 10-5 Gunakan data pada tabel tersebut untuk menjawab soal-soal berikut: a. Gambarkan struktur ketiga asam karboksilat pada tabel di atas! (3 poin) b. Urutkan keasaman dari ketiga asam karboksilat tersebut, mulai dari yang paling asam. (2 poin) c. Tuliskan persamaan reaksi disosiasi asam kloroetanoat dan tuliskan ungkapan tetapan kesetimbangan disosiasi asam Ka untuk asam kloroetanoat tersebut. (3 poin) d. Tentukan pH dalam larutan asam propanoat 0,05 M dan dalam larutan NaOH 0,05 M. (4 poin) e. Tentukan pH larutan ketika 10 mL larutan NaOH 0,05 M ditambahkan ke dalam 25 mL larutan asam propanoat 0,05 M. (3 poin) f. Tentukan pH larutan ketika 25 mL larutan NaOH 0,05 M ditambahkan ke dalam 25 mL larutan asam propanoat 0,05 M. (3 poin) g. Tentukan pH larutan ketika 25 mL larutan NaOH 0,05 M ditambahkan ke dalam 40 mL larutan asam propanoat 0,05 M. (3 poin) h. Gambarkan sketsa kurva titrasi larutan asam propanoat 0,05 M dalam soal (b-e) yang dititrasi oleh larutan NaOH 0,05 M! (4 poin) i. Berikut adalah nama dan trayek pH indikator titrasi asam-basa. Di antara indikatorindikator tersebut, tuliskan indikator yang paling sesuai untuk titrasi pada soal (b-f) di atas! (2 poin) Nama Indikator Trayek pH Bromofenol biru 2,8 – 4,6 Bromotimol biru 6,0 – 7,6 Fenolftalein 8,2 – 10,0 j. Asam metanoat bereaksi dengan natrium karbonat akan melepaskan gas karbon dioksida. Tuliskan persamaan reaksi yang setara untuk reaksi tersebut! (2 poin) k. Tuliskan produk reaksi antara asam metanoat dengan ammonia. Gambarkan struktur produk senyawa organik yang terbentuk beserta nama IUPAC (4 poin) l. Tuliskan reaksi antara asam kloroetanoat bereaksi dengan metanol. Gambarkan struktur produk senyawa organik yang terbentuk beserta nama IUPAC. (4 poin) OSP2016 Page 19 Jawab: a. b. CH2ClCO2H > HCO2H > CH3CH2CO2H c. CH2ClCO2H(aq) + H2O(l) ⇌ CH2ClCO2 (aq) +H3O+(aq) atau CH2ClCO2H(aq) ⇌ CH2ClCO2 (aq) +H+(aq) ClCH2CO H+ ClCH2CO H3O+ Ka = atau Ka = ClCH2CO2H ClCH2CO2H d. pH asam kloroasetat 0,05 M = 3,09 → H K a ClCH 2CO2 H 1,3 x 10 0, 05 -5 8, 06x10-4 pH=-log H 3, 09 pH NaOH 0,05 M = 12,7 → [OH-] = 5 x 10-2 → pH = 14 – pOH = 12,7. CH3CH2CO H+ Ka = CH3CH2CO2H e. H + Ka CH3CH2CO2H CH3CH2CO pH log H+ 4, 49 1,3 x 10 1, 25 / 35 3, 25x10 -5 0,50 / 35 5 OH- Kw CH3CH2CO2H OH 1014 Kb = Ka 1,3 x 10-5 1, 25 / 50 CH3CH2CO2- 2 f. OH- 7,69 x 10-10 1, 25 / 50 4,38 x106 pH 14 pOH 14 5,36 8, 64 g. Kelebihan NaOH setelah titrasi = (0,05 M x 40 mL) – (0,05 M x 25 mL) = 0,75 mmol. [OH-] = 0,75 mmol/65 mL = 0,0115 M, maka pH = 14 – pOH = 14 – 1,94 = 12,06. OSP2016 Page 20 h. i. Indikator yang paling sesuai untuk titrasi asam propanoat oleh larutan NaOH adalah fenolftalein karena trayek pH-nya meliputi daerah titik ekivalensi titrasi tersebut yaitu pada pH 8,64. j. 2HCO2H(aq) + Na2CO3(aq) → 2HCO2Na(aq) + H2O(l) + CO2(g) k. Reaksi: NH3 + HC-COOH HCO2-NH4 +H2O Atau NH3 + HC-COOHNH2CHO l. Reaksi: CH3OH + ClCH2COOH -ClCH2COOCH3 + H2O OSP2016 Page 21 Soal 4. Turbin proton dalam bakteri (12 poin) Suatu turbin proton, yaitu motor molekul yang merupakan tenaga penggerak beberapa jenis bakteri yang dijalankan oleh aliran ion H+ yang dilepaskan. Turbin proton menghasilkan energi sebesar 20 kJ per 1 mol proton kepada suatu sel bakteri dalam kondisi fisiologisnya. a. Sebanyak 109 unit koloni bakteri hidup dalam saluran pencernaan manusia. Hitung energi yang dihasilkan dari gerakan koloni bakteri tersebut selama satu menit jika setiap bakteri melepaskan 107 proton selama kurun waktu tersebut ( 1 menit). (2 poin) b. Hitung perubahan pH jika semua proton yang dilepaskan sama-sama terdispersi dalam volume tubuh manusia (70 dm3) dengan asumsi pH awal = 7 dan sistem buffer tidak berfungsi. (5 poin) c. Jika manusia dapat mengubah energi turbin proton menjadi kerja, berapa menit lamanya lampu bohlam 100 W akan menyala jika menggunakan 1 dm3 asam sulfat pekat (17,5 M) sebagai bahan bakarnya? (1 J = 1 W.1s) (5 poin) Jawab: a. b. 1mol 107 20000 J 3 104 J/menit 6,02×1023 bakteri 1m enit 1mol 1mol 1 c(H+ ) 109 bakteri 107 10-7 M 1,002 107 M 23 6,02×10 bakteri 70 dm3 Q 109 bakteri 1,002 107 M ΔpH log(1,002 107 ) 7 103 c. 2 17.5 mol 20000 J 1 s 1 menit t 1 dm3 120 menit 1 1 dm3 1 mol 100 J 60 s OSP2016 Page 22 Soal 5. Sel Galvani (13 poin) Berikut ini adalah diagram sel Volta pada 25oC dan tekanan 1 atm: Bila sel volta tersebut bekerja, paladium bertindak sebagai kutub positif (+), dengan potensial yang dihasilkan sebesar +0,609 V. Bila diketahui potensial reduksi: Cu+2 + 2e- Cu E°= +0,340 V Maka: a. Tuliskan setengah reaksi pada anoda dan katoda (reduksi), serta reaksi redoks nya (3 poin) Jawab: Pd = kutub (+), maka elektroda Pd adalah katoda dan Cu adalah anoda Anoda: Cu Cu+2 + 2eKatoda : Pd+2 + 2e- Pd ----------------------------------------- + Cu + Pd+2 Cu+2 + Pd b. Hitung potensial reduksi dari Pd+2 (2 poin) Jawab: Eosel = Eokatoda-Eoanoda= Eo Pd2+,Pd -EoCu2+,Cu+ +0,609 V = Eo Pd+2 Pd – 0,340 V Eo Pd+2 Pd = +0,609 V + 0,340 V = +0,949 V c. Hitung nilai tetapan kesetimbangan (Keq) reaksi tersebut. (5 poin) Jawab: Nerst: Kesetimbangan: Esel = 0 Keq = e47,44 = 4 x 1020 OSP2016 Page 23 d. Hitung nilai energi bebas Gibbs (G) reaksi tersebut (3 poin) Jawab: G = - nFE G = - 2 x 96500 x 0,609 = 117537 j = 117,537 kJ OSP2016 Page 24 Soal 6 Daun herbal dan kandungannya (28 poin) Senyawa hidrokarbon β-Osimena yang terkandung dalam daun herbal, misalnya daun kemangi (Ocinum Bassilum;Ferina Citratum), mempunyai aroma dan cita rasa yang menarik. Senyawa ini mempunyai rumus molekul C10H16 dan mengabsorpsi pada daerah UV dengan λmax= 232 nm. Dengan menggunakan katalis Pd, hidrogenasi senyawa β-Osimena menghasilkan 2,6-dimetiloktana. Ozonolisis β-Osimena, diikuti dengan Zn dan asam asetat dapat menghasilkan empat fragmen yang terdiri dari : aseton, formaldehida, pyruvalaldehida dan malonaldehida O O H3C C HC H CH3 Aseton Formaldehida H3C O O C C H Pyruvaldehida O O H2 H C C C H Malonaldehida Isomer dari β-Osimena adalah Myrsena yang banyak diperoleh dari daun Salam. Senyawa mirsena mempunyai λmax= 226 nm, dan jika diozonolisis menghasilkan formaldehida, aseton dan 2-oksopentanadial dengan struktur berikut: . O H O O H2 H2 C C C C C 2-oksopentanadial H a. Tentukan ada berapa ikatan rangkap dua yang terdapat pada kedua senyawa βOsimena dan Myrsena (4 poin) b. Jelaskan apakah kedua senyawa tersebut ikatan rangkapnya terkonyugasi atau terisolasi ? (4 poin) c. Tentukan dan gambarkan struktur β-Osimena dan Myrsena (12 poin) d. Tunjukkan reaksi-reaksinya dan produk reaksinya yang berhubungan dengan reaksireaksi dalam rangka menentukan struktur kedua senyawa tersebut (pada soal c). (8 poin) Jawab: a. Rumus jenuh dari kedua senyawa C10H16 adalah C10H22 sehingga keduanya mempunyai 3 derajat ketidak jenuhan ( tiga ikatan rangkap dua ). b. Keduanya mengabsorbsi pada daerah UV sehingga keduanya mempunyai ikatan rangkap yang terkonyugasi. OSP2016 Page 25 c. Kerangka karbon kedua senyawa ditentukan oleh hidrogenasi dengan Pd, kerangkanya adalah sebagai berikut: d. Reaksi-reaksi dan produk reaksinya CH3 CH3 H2 C CH CH3 CH C H2 C H2 C H2 H3C 2,6-Dimetiloktana H2 C H2 C H2 C CH3 CH C H2 CH H3C CH3 CH3 2,6-Dimetiloktana H2/Pd H C H C H C H2C CH3 Ozonolisis 1. O3 CH3 2. Zn, H3O+ beta-Osimena H2 C H2 C H2 C C O + O C C C O + O C CH3 CH3 H H Malonaldehida Aseton Pyruvaldehida CH3 CH C H2 CH H3C H CH3 C O + O H Formaldehida CH3 H2 C H C C H2 C CH3 CH3 2,6-Dimetiloktana H2/Pd H2 C H C H2C C CH2 Myrsena H C C H2 CH3 C CH3 Ozonolisis 1. O3 2. Zn, H3O+ H 2 C O + O H Formaldehida H O C C H H2 H2 C C C 2-oksopentanadial CH3 O + O C CH3 Aseton Semoga Berhasil OSP2016 Page 26