Soal 6. Reaksi Redoks (22 poin) - Olimpiade PSMA

Hak Cipta
Dilindungi Undang-undang
OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2014
CALON PESERTA
INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD (IChO) 2015
Mataram, Lombok
1-7 September 2014
Kimia
Teori
Waktu: 240 menit
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN MENENGAH
DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH ATAS
TAHUN 2014
Petunjuk :
1. Isilah Biodata anda dengan lengkap (di lembar Jawaban)
Tulis dengan huruf cetak dan jangan disingkat!
2. Ujian Teori terdiri dari 9 Soal:
Soal 1 = 19 poin
Soal 2 = 20 poin
Soal 3 = 25 poin
Soal 4 = 23 poin
Soal 5 = 20 poin
Soal 6= 22 poin
Soal 7 = 36 poin
Soal 8 = 27 poin
Soal 9 = 33 poin
TOTAL Poin = 225 poin
3. Waktu yang disediakan: 240 menit (4 jam).
4. Semua jawaban harus ditulis di dalam kotak di lembar jawaban yang tersedia.
5. Diperkenankan menggunakan kalkulator yang diberikan panitia OSN.
6. Diberikan Tabel Periodik Unsur, rumus dan tetapan yang diperlukan.
7. Mulailah bekerja ketika ada tanda “MULAI” dari Pengawas.
8. Anda harus segera berhenti bekerja bila ada tanda “BERHENTI” dari Pengawas.
9. Letakkan jawaban anda di atas meja dan segera tinggalkan ruangan setelah
diberikan perintah.
10. Berkas soal ujian teori ini terdiri dari 15 halaman.
11. Anda dapat membawa pulang soal ujian !!
OSN 2014
Halaman 2
OSN 2014
Halaman 3
Tetapan dan Rumus
Bilangan Avogadro
Tetapan gas universal, R
Tekanan gas
Massa
Energi
Kecepatan cahaya
Tetapan Plank
NA = 6,022 x 1023 partikel.mol–1
R = 0,08205 L·atm/mol·K = 8,3145 L·kPa/mol·K
= 8,3145 x107 erg/mol·K = 8,3145 J/mol·K
= 1,987 kal/mol·K
= 62,364 L·torr/mol·K
1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101,32 kPa =
101325 Pa = 1,01325 bar
1 torr = 133,322 Pa
1 bar =105 Pa
1 Pa= 1 N/m2= 1 kg/(m.s2)
1 sma = 1,6605 ✕ 10-24g
1 kal = 4,182 J ; 1 J = 1 L·kPa
c = 3 x 108 m/ detik
h =6,62606896 x10-34J·sec = 4,13566733 x 10−15
eV·sec
E = mc2
PV= nRT
 = M RT
Kw= 1,0x10-14
Massa dan energi
Persamaan gas Ideal
Tekanan Osmosis pada larutan
Tetapan Kesetimbangan air (Kw) pada 25 oC
Tetapan kesetimbangan dan tekanan parsial
Kp = Kc(RT)∆n
gas
Temperatur dan Tetapan kesetimbangan
Energi Gibbs pada temperatur konstan
G  H  T S
Isoterm reaksi kimia
G = G + RT∙ln Q
Hubungan tetapan kesetimbangan dan
Go = -RT ln K
energi Gibbs
Potensial sel dan energi Gibbs
Go = -nFEo
Tetapan Faraday
F = 96500 C/mol elektron
Ampere (A) dan Coulomb (C)
A =C/det
Muatan elektron
1,6022 x 10-9 C
Massa elektron
0,000549 sma= 9,110 x 10-28 g
Massa proton
1,007316 sma= 1,6727 x 10-24 g
Massa neutron
1,008701 sma =1,6750 x 10-24 g
Kecepatan cahaya
3 x 108 m/s
Reaksi orde pertama: AB
Reaksi orde kedua: AB
OSN 2014
Halaman 4
Soal 1. Kandungan Kalsium Karbonat dalam Mutiara (19 poin)
Pulau Lombok terkenal dengan produksi mutiara karena banyak terdapat budidaya mutiara.
Mutiara adalah suatu bahan yang keras, bulat, berkilau, yang terbentuk dalam jaringan lunak
dari tiram hidup atau moluska bivalre. Mutiara dapat berwarna putih hitam, abu-abu
kebiruan, kuning, oranye, merah, hijau, perak, krem, atau tidak berwarna.
Mutiara terbentuk dari ratusan dan bahkan ribuan lapisan kristal mineral aragonit (suatu
CaCO3 polimorf), conchiolin (suatu jenis protein) dan air. Karena kandungan utamanya
mengandung kristal kalsium karbonat, mutiara dapat larut dalam asam cuka.
Sebanyak 1 gram mutiara dari Lombok, dilarutkan sempurna dalam 25 mL larutan asam
cuka (asam asetat) 0,75 M. Pada pelarutan ini dihasilkan gas. Penambahan larutan
natrium oksalat (Na2C2O4) berlebih ke dalam larutan mutiara tersebut menghasilkan
endapan putih sebanyak 1,1 gram.
a. Tentukan rumus molekul gas yang terbentuk pada pelarutan mutiara. (2)
b. Tuliskan reaksi yang terjadi pada pelarutan mutiara dalam asam asetat. (2)
c. Tuliskan reaksi yang menghasilkan endapan berwarna putih tersebut. (2)
d. Hitung persentase-massa (% massa) aragonit dalam mutiara tersebut. (4)
Dari hasil studi yang pernah dilakukan, tetapan hasil kali kelarutan aragonit dalam air laut
dengan salinitas 35% pada 25°C dan tekanan 1 atm adalah 6,65 x 10−7 mol2 kg−2.
e. Tuliskanlah reaksi kesetimbangan kelarutan aragonit dalam air laut tersebut. (2)
f.
Tentukanlah kelarutan aragonit dalam air laut (dalam satuan g/kg). (4)
g. Perkirakan pH larutan aragonit dalam air, asam atau basa, jelaskan mengapa
demikian. (3)
OSN 2014
Halaman 5
Soal 2. Analisis Campuran Logam dalam Paduan Logam (20 poin)
Dow adalah paduan logam (alloy) yang banyak digunakan di industri logam, mengandung
logam magnesium, aluminum dan logam lainnya. Sebanyak 0,6113 g Dow dilarutkan
dengan teknik tertentu untuk mencegah interferensi oleh logam lainnya. Ion aluminium dan
magnesium yang terbentuk diendapkan menggunakan 8-hydroxyquinoline (HC9H6NO).
Setelah disaring dan dikeringkan, terbentuk endapan campuran Al(C9H6NO)3 dan
Mg(C9H6NO)2 yang massa totalnya adalah 7,8154 g. Campuran endapan tersebut dibakar
dan dihasilkan campuran oksida Al2O3 dan MgO yang mempunyai massa total sebanyak
1,0022 g.
a. Agar terbentuk endapan garam alumunium dan magnesium dengan 8hydroxyquinoline secara sempurna, tentukan suasana larutan yang sebaiknya
digunakan (asam atau basa), jelaskan mengapa demikian. (3)
b. Tuliskan persamaan reaksi antara ion alumunium dan ion magnesium dengan 8hydroxyquinoline untuk menghasilkan endapan Al(C9H6NO)3 dan Mg(C9H6NO)2
dalam suasana larutan yang sebaiknya digunakan (jawaban (a)). (4)
c. Tuliskan persamaan reaksi pembakaran Al(C9H6NO)3 dan Mg(C9H6NO)2 menjadi
oksida-oksidanya. (4)
d. Dari data yang diuraikan pada wacana di atas, hitung % massa Al dan Mg dalam
paduan logam Dow tersebut. (9)
OSN 2014
Halaman 6
Soal 3. Senyawa Karbida dan Lampu Kereta Kuda (25 poin)
Selain senyawa organik yang jumlahnya
hampir
tak-berhingga,
karbon
juga
membentuk senyawa anorganik. Salah satu
contoh senyawa anorganik dari karbon
adalah karbida, yaitu senyawa antara karbon
dengan logam yang sangat elektropositif.
Pada senyawa karbida, karbon berada
sebagai
anion
monoatomik
maupun
poliatomik.
Salah satu contoh karbida
adalah CaC2 yang di dalamnya terdapat
anion C22 Keberadaan ion C22dibuktikan oleh reaksi CaC2 dengan air yang menghasilkan
gas etuna (C2H2) seperti tertera pada Persamaan reaksi berikut:
CaC2 + 2H2O  Ca(OH)2 + C2H2
a. Gambarkan struktur titik Lewis ion C22. (2)
Contoh karbida yang lain adalah magnesium karbida dengan rumus kimia Mg2C3.
b. Tentukan anion yang terdapat dalam senyawa Mg2C3. (2)
c. Gambarkan dua struktur titik Lewis yang mungkin untuk ion yang anda tuliskan pada
jawaban soal b. (4)
d. Tuliskan reaksi setara Mg2C3 dengan air. (3)
Padatan CaC2 bersifat kristalin dengan sel satuan (unit sel) seperti sel satuan pada kristal
NaCl.
e. Gambarkan satu unit sel CaC2. (3)
Gas etuna yang dihasilkan dari reaksi CaC2 dengan air digunakan untuk bahan bakar pada
lampu kereta kuda jaman dahulu ketika lampu booglamp belum ditemukan. Diketahui kalor
pembakaran standar HCo) etuna adalah 1300 kJ/mol dan entalpi pembentukan standar
Hfo) CaC2(s), H2O(l), C2H2(g) dan Ca(OH)2(s) berturut-turut adalah 63, 286, 227 dan
986 kJ/mol.
f. Jika sebuah lampu kereta kuda memerlukan 0,2 kg gas etuna per jam, hitung massa
CaC2 minimal yang harus tersedia dalam sebuah kereta kuda yang memiliki 2 lampu
untuk berjalan selama 3 jam pada malam hari. Asumsikan semua reaksi yang terjadi
berlangsung sempurna. (4)
g. Hitung kalor yang dihasilkan pada semua reaksi yang terjadi jika 320,5 gram CaC2
telah habis bereaksi untuk menyalakan lampu kereta kuda. (7)
OSN 2014
Halaman 7
Soal 4. Kesetimbangan Asam-basa dalam Air (23 poin)
Suatu larutan (X) terdiri dari dua jenis asam lemah monoprotik yaitu asam asetat HOAc
dengan tetapan dissosiasi asam, KHOAc = 1,8 × 10–5, dan asam formiat, HCOOH dengan
tetapan dissosiasi asam, KHCOOH = 1,8 × 10–4. Larutan X mempunyai pH = 2,38. Titrasi
100 mL larutan X memerlukan 50 mL larutan NaOH 1,00 M untuk menetralkannya.
a. Tuliskan persamaan reaksi kesetimbangan disosiasi kedua asam tersebut. (2)
b. Tuliskan persamaan yang menunjukkan adanya persamaan keseimbangan
konsentrasi muatan, yaitu hubungan antara konsentrasi [H] dalam larutan X dengan
konsentrasi spesi-spesi ion negatif lainnya pada pH = 2,38. (3)
c. Turunkan persamaan yang mengkaitkan konsentrasi [OAc] pada kesetimbangan
dengan [HOAc]awal, tetapan disosiasi asam KHOAc dan [H+]. (5)
d. Turunkan
pula
persamaan
yang
mengkaitkan
konsentrasi
[HCOO]
pada

kesetimbangan dengan [HCOOH]awal, tetapan disosiasi asam KHCOOH dan [H ]. (3)
e. Dari ketiga persamaan yang diperoleh pada soal b), c) dan d) di atas dan dengan
pendekatan yang sesuai, turunkan persamaan baru yang menghubungkan antara
jumlah [HOAc]awal dan [HCOOH]awal dalam larutan X. (5)
f.
Dengan menggunakan data reaksi netralisasi, hitunglah konsentrasi awal dari setiap
asam: [HOAc]awal dan [HCOOH]awal dalam larutan X yang dinyatakan dalam mol/L
dengan ketelitian 3 angka di belakang koma. (5)
OSN 2014
Halaman 8
Soal 5. Kinetika Reduksi Gas NO oleh Gas H2 (20 poin)
Gas NO, adalah gas pencemar yang banyak dihasilkan oleh mesin kendaraan bermotor.
Reaksi reduksi gas NO oleh H2 berikut ini berlangsung pada 826 ºC:
2 NO(g) + 2 H2(g)  N2(g) + 2 H2O(g)
Kinetika laju reaksinya ditentukan berdasarkan metoda laju awal dengan mengukur tekanan
parsial masing masing gas. Laju awal reaksi dinyatakan sebagai laju berkurangnya tekanan
parsial (P) dari reaktan. Berikut ini adalah data yang diperoleh berdasarkan kondisi
percobaan yang dilakukan:
Tabel Data percobaan penentuan kinetika reduksi gas NO oleh gas H2
Tekanan parsial, PH2 awal = 400
mmHg
Tekanan awal PNO,
Laju,
mmHg
mmHg/detik
359
0,750
300
0,515
152
0,125
Tekanan parsial, PNO awal = 400
mmHg
Tekanan awal
Laju,
PH2 , mmHg
mmHg/detik
289
0,800
205
0,550
147
0,395
a. Tentukan orde reaksi masing-masing terhadap NO dan H2. (4)
b. Tuliskan persamaan laju reduksi gas NO tersebut dan orde reaksi total. (2)
c. Hitung tetapan laju reaksi tersebut. (3)
d. Bila awalnya tekanan parsial, PH2 awal = 500 mmHg dan PNO awal = 350 mmHg,
sesudah reaksi berlangsung beberapa saat, ternyata tekanan parsial H2, PH2 turun
menjadi 350 mmHg. Hitung tekanan parsial gas NO, PNO, pada saat tersebut. (4)
Untuk reaksi reduksi tersebut, diusulkan 2 mekanisme reaksi yaitu:
Usulan Mekanisme 1, dengan 3 tahap reaksi:
i.
NO + NO  N2O2 (kesetimbangan, cepat)
ii.
N2O2 + H2 H2O + N2O
(lambat)
iii.
N2O + H2  N2 + H2O
Usulan Mekanisme 2, dengan 2 tahap reaksi:
i.
2 NO + H2  N2 + H2O2 (cepat)
ii.
H2O2 + H2  H2O (lambat)
e. Berdasarkan persamaan laju yang diperoleh dari percobaan tersebut:
i. Tentukan usulan mekanisme reaksi yang dapat diterima dan jelaskan mengapa
demikian. (3)
ii. Tentukan tahap yang merupakan tahap penentu laju pada mekanisme reaksi
yang diterima. (2)
iii. Tuliskan zat antara pada mekanisme reaksi yang diterima. (2)
OSN 2014
Halaman 9
Soal 6. Reaksi Redoks (22 poin)
Untuk menentukan kandungan besi dari suatu sampel air yang mengandung ion Fe3+ dan
ion Fe2+, maka semua spesi ion besi harus diubah menjadi Fe3+ atau Fe2+. Data potensial
reduksi standar (Eo) beberapa spesi terangkum pada Tabel di bawah ini.
Spesi
Fe3+
Fe2+
I2
S2O8-2
SO42- (H+)
Sn4+
Sn2+
Spesi
Fe2+
Fe
2 ISO42H2SO3
Sn2+
Sn
E° dalam volt (V)
+0,77
-0,41
+0,54
+2,01
+0,20
+0,15
-0,14
a. Tuliskan spesi manakah pada Tabel di atas yang dapat mereduksi ion Fe3+ menjadi
Fe2+ pada kondisi standar. Tuliskan persamaan reaksi yang telah disetarakan. (6)
b. Hitunglah tetapan kesetimbangan salah satu reaksi yang dituliskan pada jawaban a).
(3)
Dalam air, kation Fe3+ sering dituliskan sebagai [Fe(H2O)6]3+, dapat bertindak sebagai suatu
asam dengan nilai Ka = 6,3 x103.
c. Tuliskan persamaan reaksi antara [Fe(H2O)6]3+ dengan air (reaksi hidrolisis). (2)
Suatu larutan mengandung konsentrasi total ion Fe3+ = 8,5x103 mol/L.
d. Tentukan nilai pH dan derajat hidrolisis, . (4)
(keterangan: ( = ([Fe3+]yang mengalami hidrolisis/[Fe3+]total).
Jika diketahui suatu larutan mengandung ion Fe3+ dengan konsentrasi 3x103 mol/L dan
memiliki derajat hidrolisis  = 0,74 serta nilai Ksp Fe(OH)3 adalah 6,3x1038,
e. Apakah larutan tersebut dapat menghasilkan endapan Fe(OH)3? Jelaskan dengan
perhitungan. (4)
Salah satu reduktor yang biasa digunakan adalah Na2S2O5 segar sebagai sumber ion SO32.
f. Jika dalam suatu larutan terdapat senyawa Fe2(SO4)3 dan Na2S2O5, maka
berdasarkan data potensial reduksi elektroda standar pada Tabel di atas, tuliskan
reaksi redoks yang mungkin terjadi dalam larutan tersebut. (3)
OSN 2014
Halaman 10
Soal 7. Kandungan Senyawa Organik dalam Minyak Lawang (36 poin)
Pulau Lombok adalah suatu pulau yang terdapat di
propinsi Nusa Tenggara Barat.
Pulau ini memiliki
geografis
yang
bervariasi
sehingga
memiliki
keanekaragaman
hayati
yang
tinggi,
termasuk
tanamannya. Salah satu tanaman yang menghasilkan
komoditas penting di Lombok adalah kayu lawang
[Cinnamomum culilaban (L.) J.S. Presl] seperti terlihat
pada Gambar di samping ini. Tanaman ini mengandung
minyak lawang yang berkhasiat sebagai obat gosok
tradisional, obat rheumatik dan obat kolera. Beberapa senyawa yang terkandung dalam
minyak lawang adalah: eugenol, metileugenol, safrol, dan -terpineol. Struktur senyawasenyawa tersebut terlihat pada gambar di bawah ini.
a. Tuliskan senyawa manakah yang memiliki karbon kiral dan gambar ulang struktur
senyawanya kemudian beri tanda pusat karbon kiral dalam senyawa tersebut. (2)
b. Sarankan reagen dan kondisi reaksi yang memungkinkan terjadinya reaksi
transformasi dari eugenol menjadi metal eugenol serta tuliskan reaksi yang terjadi.(4)
c. Gambarkan struktur produk yang ditampilkan pada skema reaksi transformasi
eugenol berikut. (6)
OSN 2014
Halaman 11
d. Berikut adalah skema reaksi sintesis safrol dari 1,2-dihidroksi benzena (katekol) dan
juga sintesis safrol dari eugenol. Gambarkan struktur senyawa organic A, B dan C
dalam reaksi transformasi katekol menjadi safrol, serta tuliskan reagen dan kondisi X
untuk reaksi transformasi eugenol menjadi safrol. (8)
e. Safrol menjadi bahan baku pembuatan obat psikoterapi atau psikotropika MDMA
(3,4-metilendioksi-N-metilamfetamin) dengan skema reaksi berikut. Gambarkan
struktur D, E dan MDMA berdasarkan skema reaksi berikut. (6)
f.
Senyawa -terpineol dapat disintesis menurut skema reaksi berikut. Gambarkan
struktur senyawa dalam setiap tahap reaksi berikut. (6)
g. Senyawa -terpineol dapat mengalami reaksi dehidrasi dalam H2SO4 33%
menghasilkan campuran produk dari beberapa senyawa turunan alkenanya.
Gambarkan dua struktur produk dehidrasi -terpineol. (4)
OSN 2014
Halaman 12
Soal 8. Etnobotani Obat Tradsional Suku Sasak Lombok (27 poin)
Obat tradisional merupakan warisan turun-temurun
dari nenek moyang berakar kuat dalam budaya
bangsa. Masyarakat Sasak yang tinggal di desa
Senaru yang termasuk kecamatan Bayan,
Kabupaten Lombok Barat, ternyata masih
mempraktekan pengobatan tradisional.
Dalam
pengobatan tradisional mereka percaya kepada
dukun kampung yang disebut dengan “Belian”.
Beberapa tanaman yang sering digunakan untuk
pengobatan tradisional diantaranya adalah Aistonia
scholaris (obat malaria), Voacanga foetida(Bl.)
Rolfe (sebagai agen anti bakteri), Clerodendron
paniculatum dan C. calamitosum L.(obat malaria). Clerodendron paniculatum termasuk ke
dalam keluarga Lemiaceae atau Verbenaceae yang memilki bunga kecil dan berwarna
merah, serta dari hasil penelitian tanaman ini digunakan oleh masyarakat suku Sasak
sebagai obat mata dan batu ginjal. Senyawa yang umum ditemukan dalam famili
Lemiaceae adalah hispudin dan asam klerodermat yang strukturnya ditampilkan di bawah
ini.
a. Gambarkan struktur produk yang terbentuk jika hispudin direaksikan dengan
benzilklorida berlebih dalam suasana basa. (3)
b. Gambarkan struktur produk yang terbentuk jika hispudin direaksikan dengan
isopropilbromida dalam katalis FeBr3. (3)
c. Hispudin termasuk ke dalam kelompok flavanon. Skema reaksi berikut adalah salah
satu jalur sintesis flavanon. Gambarkan semua struktur produk dalam setiap tahap
reaksi pembentukan flavanon berikut (Y, Flavanon dan W). (6)
OSN 2014
Halaman 13
d. Gambarkan mekanisme reaksi pembentukan senyawa W dalam tahap reaksi
pertama dalam skema reaksi di atas. (3)
e. Gambarkan struktur produk yang terbentuk jika asam klerodermat direaksikan
dengan piperidin (
f.
). (3)
Tentukan konfigurasi absolut (R atau S) untuk karbon kiral a dan b pada senyawa
asam klerodermat. (2)
g. Gambarkan struktur produk yang terjadi jika asam klerodermat direaksikan dengan
Br2 dalam CCl4 dan tuliskan apa yang teramati jika reaksi ini dilakukan di
laboratorium. (4)
h. Jika produk yang terbentuk pada soal (g) dilakukan reaksi hidrolisis dalam suasana
asam, gambarkan produk yang terbentuk. (3)
OSN 2014
Halaman 14
Soal 9. Penentuan Struktur dari Ekstrak Kelenjar Ratu Tawon Madu (33 poin)
Tawon madu (Apis millivera) adalah serangga
sosial yang hanya tertarik dengan anggota dari
spesiesnya, khususnya terhadap tawon ratu.
Kelenjar tawon ratu dapat mengeluarkan zat yang
menjadi daya tarik bagi tawon pekerja. Senyawa X
yang diekstrak dari kelenjar tawon ratu, dan setelah
dianalisis ternyata mengandung karbon = 65,2 %;
hidrogen = 8,75 % dan tidak mengandung unsurunsur lain selain oksigen. Senyawa X tersebut
bersifat asam, dan titrasi sebanyak 43,7 mg
senyawa X membutuhkan 23,7 mL larutan NaOH
(0,0100 mol/L) untuk mencapai titik ekivalen. Senyawa X tersebut tidak mempunyai cincin
benzena, dan berat molekulnya lebih kecil dari 200 g/mol.
a. Tentukan rumus molekul X, dan tuliskan gugus fungsi yang menyebabkan senyawa
X bersifat asam. (8)
Untuk mengetahui senyawa X, dilakukan reaksi-reaksi berikut:
i). Senyawa X bereaksi dengan hidrogen dengan adanya logam Pt dan menghasilkan
senyawa A.
ii). Reduksi selanjutnya dengan NaBH4 dalam etanol menghasilkan senyawa B.
iii). Senyawa B dapat didehidrasi melalui pemanasan dalam suasana asam kuat dan
menghasilkan senyawa C. Senyawa ini mengandung ikatan rangkap dua.
iv). Pada data spectrum 1H-NMR, memperlihatkan adanya gugus metil yang
berikatan dengan ikatan rangkap dua.
b. Tentukan derajat ketidakjenuhan senyawa X tersebut. (3)
c. Tentukan senyawa A, B, C, dan X. (16)
Selanjutnya, reaksi ozonolisis senyawa C hanya menghasilkan senyawa asam asetat dan
asam dikarboksilat HOOC-(CH2)6-COOH. Reaksi ozonolisis senyawa X itu sendiri akan
menghasilkan asam oksalat dan senyawa E yang masih mengandung gugus asam
karboksilat.
d. Tuliskan nama dari isomer senyawa X. (4)
e. Gambarkan struktur senyawa E. (2)
SEMOGA BERHASIL
OSN 2014
Halaman 15