Bab V PERHITUNGAN KIMIA

BAB V
PERHITUNGAN KIMIA
KOMPETENSI DASAR 2.3 : Menerapkan hukum Gay Lussac dan hukum Avogadro serta konsep
mol dalam menyelesaikan perhitungan kimia (stoikiometri )
Indikator :
1. Siswa dapat menghitung volume gas pereaksi atau hasil reaksi berdasarkan hukum Gay
Lussac.
2. Siswa dapat menemukan hubungan antara volum gas dengan jumlah molekulnya yang
diukur pada suhu dan tekanan yang sama (hukum Avogadro).
3. Siswa dapat menjelaskan pengertian mol sebagai satuan jumlah zat.
4. Siswa mampu mengkonversikan jumlah mol dengan jumlah partikel, massa, dan volum
zat.
5. Siswa dapat menentukan rumus empiris, rumus molekul dan air kristal serta kadar zat
dalam suatu senyawa.
6. Siswa dapat menentukan pereaksi pembatas dalam suatu reaksi.
MATERI POKOK DAN URAIAN MATERI :
2.3. PERHITUNGAN KIMIA
2.3.1. Menghitung Volume Gas Pereaksi atau Hasil Reaksi
Untuk reaksi-reaksi gas, perbandingan koefisien reaksi juga merupakan
perbandingan volume gas yang terlibat dalam reaksi, asalkan pengukuran
dilakukan pada suhu dan tekanan yang sama.
Contoh :
2H2 (g)
+
O2 (g)
2 liter H2
+
1 liter O2
→ 2 liter H2O
6 liter H2
+
3 liter O2
→ 6 liter H2O
:
1
2
→
2H2O (g)
:
2
Percobaan tentang reaksi-reaksi gas, Gay Lussac menemukan bahwa
perbandingan volume gas dalam suatu reaksi selalu merupakan bilangan bulat
dan sederhana. Perbandingan volume yang ditemukan Gay Lussac itu sama
dengan perbandingan koefisien reaksinya.
Contoh :
Berapa liter gas oksigen diperlukan untuk membakar sempurna 10 liter gas
metana menurut reaksi : (diukur pada suhu dan tekanan yang sama)
CH4 (g)
+ 2O2 (g) → CO2 (g)
+
57
2H2O (g)
Jawab :
Koefisien CH4 : O2 =
1
:
2, berarti volume oksigen harus 2 kali lebih
banyak daripada volume metana.
Jadi volume oksigen =
2
x 10 liter
1
= 20 liter
Avogadro juga melakukan hipotesis yang berbunyi : Pada suhu dan tekanan
sama, sejumlah volume gas yang sama mengandung jumlah molekul yang sama.
Dari hukum Gay Lussac dan hipotesis Avogadro dapat dituliskan :
Perbandingan Volume = Perbandingan Jumlah molekul = Perbandingan Koefisien
Contoh :
Pada suhu 27o C dan tekanan 1 atm, 5 liter gas amoniak (NH3) mengandung
3,4 x 1022 molekul NH3. Berapa volume dari 1,7 x 1022 molekul N2 pada saat
itu !
Jawab :
volume.NH 3
jumlahmole kul.NH 3
=
volume.N 2
jumlahmole kul.N 2
5
3,4 x1022
=
volume.N 2 1,7 x1022
Volume N2 = 25 liter
Latihan :
1. Pada bejana 2 liter terdapat 5 x 1022 molekul CO2, pada suhu dan tekanan
yang sama tentukan :
a. volume dari sejumlah 1 x 1023 molekul N2!
b. jumlah molekul yang terdapat dalam 500 mL gas NH3!
2. Sebanyak 2 x 1021 molekul gas A2 tepat bereaksi dengan 3 x 1021 molekul gas
B2 menghasilkan 2 x 1021 molekul gas AxBy.
Tentukan harga x dan y !
58
3. Jika 2 x 1022 molekul N2 bereaksi dengan 3,3 x 1022 molekul H2 sesuai reaksi:
N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g)
(belum setara)
Tentukan jumlah molekul NH3 yang dihasilkan!
4. Suatu reaksi: C2H6 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (g) (belum setara).
Pada suhu dan tekanan yang sama tentukan:
a. volume O2 yang diperlukan, jika volume C2H6 yang bereaksi sebanyak 50
liter!
b. Volume CO2 yang dihasilkan, jika volume C2H6 yang bereaksi sebanyak
750 mL!
5. Sebanyak 10 liter gas butana (C4H10) dibakar dengan oksigen sesuai reaksi :
C4H10 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g)
Jika O2 berasal dari udara dan udara dianggap mengandung 20% gas
oksigen, tentukan volume udara yang diperlukan untuk membakar sempurna
gas butana tersebut!
2.3.2. Pengertian Mol
Dalam kehidupan sehari-hari, untuk menyatakan jumlah barang sering
dinyatakan dalam lusin, gros, kodi dan lain-lain. Dalam kimia untuk menyatakan
jumlah partikel dalam suatu zat menggunakan mol.
Satu mol adalah banyaknya zat yang mengandung jumlah partikel dan besarnya
sama dengan jumlah atom yang terdapat dalam 12 gram C-12. Jumlah atom yang
terdapat dalam 12 gram C-12 ini disebut sebagai tetapan Avogadro yang
harganya = 6,02 x 1023.
2.3.2.1. Hubungan mol dengan jumlah partikel
Sesuai dengan definisi diatas, maka 1 mol setiap zat mengandung 6,02 x
23
10
partikel zat itu. Sehingga dapat dituliskan :
Jumlah partikel = Jumlah mol x 6,02 x 1023
Contoh :
Tentukan jumlah partikel yang terdapat dalam :
59
a. 0,25 mol Cu
b. 2 mol NH3
Jawab:
a. Dalam 0,25 mol Cu = 0,25 x 6,02 x 1023 atom Cu
= 1,505 x 1023 atom Cu
b. Dalam 2 mol NH3 = 2 x 6,02 x 1023 molekul NH3
= 1,204 x 1024 molekul NH3
(Ingat partikel dapat berupa atom, molekul, ion)
2.3.2.2. Hubungan mol dengan massa
Massa satu mol zat dapat dinyatakan dalam gram. Massa tersebut disebut
sebagai massa molar. Sehingga massa molar adalah massa 1 mol zat yang
besarnya sama dengan massa molekul realatif atau massa rumus relatif zat itu
yang dinyatakan dalam gram.
Hubungan mol dengan massa dapat dituliskan:
Massa = mol x Ar (untuk unsur)
Massa = mol x Mr (untuk senyawa)
Contoh :
Hitunglah massa dari : (Ar Na=23, O=16, Ca=40, H=1)
a. 1 mol Na
b. 2 mol Ca(OH)2
Jawab :
a. massa
= mol x Ar
massa Na
= mol Na x Ar Na
massa Na
= 1 x 23
massa Na
= 23 gram
b. massa
= mol x Mr
massa Ca(OH)2 = mol x Mr Ca(OH)2
massa Ca(OH)2 = 2 x 74
massa Ca(OH)2 = 148 gram
60
2.3.2.3. Hubungan mol dengan volume
Volume gas sangat dipengaruhi tekanan dan suhu. Oleh karean itu setiap
menyatakan volume gas, harus diikuti keterangan tentang suhu (T) dan tekanan
(P). Dalam kimia suhu 0oC dan tekanan 1 atm, disebut keadaan standar (STP=
Standard Temperature and Pressure).
Jika diukur pada keadaan standar volume 1 mol zat adalah sebanyak 22,4 liter.
Volume 1 mol zat tersebut disebut volume molar. Hubungan tersebut dapat
dituliskan:
Volume = mol x 22,4
Contoh:
Tentukan volume gas-gas berikut pada keadaan standar:
a. 1 mol H2
b. 0,3 mol CH4
Jawab :
a. Volume H2
Volume H2
= 1 x 22,4 liter
= 22,4 liter
b. Volume CH4 = 0,3 x 22,4 liter
Volume CH4 = 6,72 liter
Hubungan jumlah mol dengan jumlah partikel, massa dan volume gas dapat
dilihat pada contoh soal berikut :
1. Tentukan jumlah partikel yang terdapat dalam 9 gram air (Ar H=1, O=16)!
Jawab:
Jumlah mol air =
=
massa
Mr.H 2O
9
18
= 0,5 mol air
Jumlah partikel = mol x 6,02 x 1023
Jumlah partikel = 0,5 x 6,02 x 1023
Jumlah partikel = 3,01 x 10 23 molekul H2O
61
2. Tentukan volume dari 8 gram gas hidrogen (Ar H=1)
Jawab :
Jumlah mol H2 =
=
massa
=
Mr.H 2
8
2
= 4 mol
Volume gas H2 = mol x 22,4
Volume gas H2 = 4 x 22,4
= 89,6 liter
3. Pada suhu dan tekanan tertentu 5 liter NO = 6 gram. Pada suhu dan
tekanan yang sama tentukan volume dari 20 gram SO3. (Ar N=14, O=16,
S=32)!
Jawab:
Mol NO =
=
massa
Mr .NO
6
30
= 0,2 mol
0,2 mol NO mempunyai volume 5 liter, sehingga untuk 1 mol NO
mempunyai volume 25 liter.
Mol SO3 =
20
80
= 0,25 mol
Volume SO3 = 0,25 x 25 liter
Volume SO3 = 6,25 liter
Latihan :
1. Hitunglah volume gas berikut yang diukur pada keadaan standar dari : (Ar
C=12, O=16)
a. 0,3 mol kabon dioksida
b. 5,6 gram karbon monoksida.
62
2. Diketahui Ar H=1, C=12. Hitunglah:
a. massa dari 5,6 liter gas CH4 (STP)
b. jumlah molekul dalam 4,48 liter gas H2 (STP).
3. Pada suhu dan tekanan tertentu 32 gram gas oksigen mempunyai volume 20
liter. Pada suhu dan tekanan yang sama tentukan volume dari 22 gram karbon
dioksida, (Ar C=12, O=16).
4. Massa dari 5,6 liter suatu gas pada keadaan standar adalah 11 gram.
Tentukan massa molekul relatif gas tersebut!
5. Pada suhu dan tekanan tertentu massa dari 5 liter gas nitrogen adalah 7 gram.
Pada suhu dan tekanan yang sama 1 liter gas X mempunyai massa 2,2 gram.
Tentukan massa molekul relatif gas X tersebut. (Ar N=14)
2.3.3. Rumus Empiris dan Rumus Molekul
Rumus empiris adalah rumus yang menyatakan perbandingan terkecil atomatom dari unsur-unsur yang menyusun senyawa, sedangkan rumus molekul
adalah rumus yang menyatakan jumlah atom-atom dari unsur-unsur yang
menyusun satu molekul senyawa. Rumus empiris atau rumus perbandingan
menyatakan perbandingan mol atom unsur-unsur dalam suatu senyawa. Oleh
karena itu menentukan rumus empiris berarti menentukan perbandingan mol
unsur-unsurnya. Rumus molekul dapat ditentukan apabila massa molekul relatif
(Mr) senyawa tersebut juga diketahui.
Contoh :
Suatu gas mengandung 48 gram karbon, 12 gram hidrogen dan 32 gram
oksigen (Ar C=12, H=1, O=16). Bagaimana rumus empiris gas itu!
Jawab :
mol C : mol H : mol O =
48 12 32
= 4 : 12 : 2
: :
12 1 16
=2: 6:1
Rumus empiris gas adalah C2H6O
63
Latihan :
1. Suatu senyawa memiliki rumus empiris NO2 (Ar N=14, O=16). Jika Mr = 92,
tentukanlah rumus molekulnya!
2. Suatu senyawa organik dengan Mr = 80 mengandung 60% karbon, 5%
hidrogen dan sisanya adalah nitrogen (Ar C=12, H=1, N=14). Tentukan rumus
molekulnya!
3. Suatu oksida belerang terdiri atas 50% belerang. Tentukan rumus empiris
senyawa itu. (Ar S=32, O=16)!
4. Sebanyak 3 gram senyawa organik terdiri atas 1,2 gram karbon, 0,2 gram
hidrogen dan sisanya oksigen. Mr senyawa itu=60. Tentukan rumus empiris
dan rumus molekul senyawa itu. (Ar C=12, H=1, O=16)!
5. Sebanyak 56 liter gas pada keadaan standar mempunyai massa 175 gram.
Jika rumus empiris senyawa adalah CH2 (C=12, H=1), bagaimana rumus
molekulnya!
2.3.4. Menentukan Kadar Unsur dalam Senyawa
Rumus
kimia
zat
menunjukkan
perbandingan
atom
unsur-unsur
penyusunnya. Dengan mengetahui perbandingan atomnya maka perbandingan
massa unsur-unsur itu dapat ditentukan.
Contoh :
Perbandingan atom H dengan O dalam air adalah 2 : 1
(Ar H=1, O=16)
Jadi : Massa H : massa O dalam air = (2 x 1) : (1 x 16)
=
2
:
Mr H2O = 18
Dengan demikian kadar H dalam air =
2
X 100%
18
= 11, 11%
kadar O dalam air
=
16
X 100%
18
= 88,88%
64
16
Latihan :
1. Tentukan kadar masing-masing unsur dalam glukosa, C6H12O6. (Ar C=12,
H=1, O=16)!
2. Berapa gram nitrogen terdapat dalam urea, CO(NH2)2! (Ar C=12, O=16, H=1,
N=14)!
3. Berapa gram N terdapat dalam 200 gram pupuk ZA yang mengandung 98%
massa (NH4)2SO4. (Ar N=14, H=1, S=32, O=16)!
2.3.5. Pereaksi Pembatas
Hidrogen berekasi dengan oksigen membentuk air menurut persamaan :
2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g)
Apabila jumlah mol H2 dan O2 yang direaksikan sesuai dengan perbandingan
koefisien reaksinya, yaitu 2 : 1, maka campuran itu disebut ekuivalen. Akan tetapi
jika jumlah mol H2 dan O2 yang direaksikan tidak dalam perbandingan 2 : 1, maka
salah satu pereaksi habis lebih dahulu sedangkan pereaksi yang lain berlebihan.
Jumlah air yang terbentuk dibatasi oleh pereaksi yang habis lebih dahulu.
Pereaksi yang habis lebih dahulu disebut pereaksi pembatas.
Contoh :
Jika 2 mol H2 direaksikan dengan 3 mol O2 maka H2 akan habis lebih dahulu,
sedangkan oksigen berlebihan. Dua mol H2 hanya menghabiskan 1 mol O2.
Jadi O2 berlebih/sisa sebanyak 2 mol, sedangkan H2 sebagai pereaksi
pembatas.
Latihan :
1. Sebanyak 20 mL gas SO2 direaksikan dengan 30 mL gas O2 menghasilkan
gas SO3.
a. Tuliskan persamaan reaksinya!
b. Gas apa yang berperan sebagai pereaksi pembatas!
c. Gas apa yang tersisa dan berapa mL sisanya!
d. Berapa volume SO3 yang dapat dihasilkan!
2. Gas hidrogen dan gas nitrogen bereaksi menurut reaksi:
N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g) (belum setara)
65
Jika direaksikan 4 dm3 gas nitrogen dan 12 dm3 gas hidogen, maka :
a. Berapa dm3 gas NH3 yang dihasilkan!
b. Gas apa yang menjadi pereaksi pembatas!
c. Gas apa yang tersisa dan berapa dm3 sisanya!
66