TRY OUT OLIMPIADE SAINS NASIONAL Bidang Studi : Kimia. Waktu Pengerjaan : 4 Jam (4 x 60 menit)

Transkripsi

1 TRY OUT OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2012 Bidang Studi : Kimia Waktu Pengerjaan : 4 Jam (4 x 60 menit) 1. Soal Teori ini terdiri dari dua bagian: A. 25 soal pilihan Ganda (50 poin) B. 8 Nomor soal essay (140 poin) Total poin (A + B) = 190 poin 2. Semua jawaban harus ditulis di lembar jawaban yang tersedia 3. Diperkenankan menggunakan kalkulator dan tabel periodik unsur.

2 Tetapan dan rumus berguna Tetapan Avogadro N A = 6,022x10 23 partikel.mol 1 Tetapan gas universal, R Tekanan gas Persamaan gas Ideal R = 8,314 J.K -1.mol -1 = 8,314 x10 7 erg. Mol -1.K -1 = 1,987 cal.mol -1.K -1 = 0, L.atm.mol -1.K -1 1 atmosfir =760 mm Hg =760 torr PV = nrt Tekanan Osmosa pada larutan Persamaan Arrhenius p = c RT EA k Aexp RT atau, k = A.e-Ea/RT Energi Gibbs untuk fasa terkondensasi pada tekanan p Hubungan antara tetapan kesetimbangan dan energi Gibbs Energi Gibbs pada temperatur konstan Isotherm reaksi kimia G = pv + tetapan G o = -RT ln K G H T S G = G + RT ln Q G o = - nfe o Persamaan Nernst pada 298K, o 0,0592 E E logq n Faraday 1 F = C/mol e - Muatan elektron 1,6022 x C

3 BAGIAN PILIHAN GANDA (Masing-masing soal 2 poin, Total 50 Poin) Lingkari pada jawaban yang kamu anggap paling benar! 1. Zat berikut yang memiliki volum terbesar pada suhu kamar dan tekanan 1 atm adalah A. 18 gram H 2 O D. 12 gram magnesium B. 22 gram CO 2 E. 46 gram etanol C. 38 gram HF 2. Perhatikan manometer raksa berikut ini. Bila tekanan atmosfir adalah 1 atm, berapa tekanan gas dalam syringe? A. 772 torr B. 761,2 torr C. 760 torr D. 758,8 torr E. 748 torr 3. Kelompok senyawa berikut yang sesuai dengan aturan octet adalah A. HCl, SO 3, CH 3 OH D. PCl 3, NH 3, P 4 O 6 B. BCl 3, B 2 H 6, PCl 3 E. SO 2, CO 2, NO 2 C. PCl 5, SiO 2, SCl 2 4. Berikut ini senyawa manakah yang mempunyai sudut ikatan sekitar 120º? A. PCl 5 D. IF 3 B. PCl 3 E. XeF 2 - C. ClO 3 5. Hibridisasi C pada CO 2 adalah A. sp C. sp B. sp 2 D. s 6. Spesi berikut yang tidak mungkin bersifat asam adalah 3 E. p

4 A. HCO 3 - B. FeCl 3 C. BF 3 D. Fe 3+ E. XeF 2 7. ph dari larutan NaHSO M (pka 1 = ~ dan pka 2 = 2) adalah A. 3 B. 3,5 C. 4 D. 4,5 E Kurva titrasi berikut ini adalah titrasi asam lemah dengan basa kuat Titik mana yang menunjukkan bahwa terjadi hidrolisis? A. B. C. D. E. 9. Asam karboksilat di bawah ini yang memiliki sifat derajat keasaman paling tinggi adalah? A. Asam trifloro asetat D. Asam floro asetat B. Asam asetat E. Asam oksalat C. Asam kloro asetat 10. Dari grafik berikut ini, berapa energi aktifasi pembentukan ozone? A. 14 kj D.798 kj

5 B. 392 kj E. Bukan A, B, C atau D C. 406 kj 11. Dekomposisi gas PCl 5 menjadi gas PCl 3 dan gas Cl 2 memiliki tetapan laju 2,5 x 10-2 atm -1 det -1. Berapa waktu paruh reaksi tersebut jika tekanan awal PCl5 sebesar 0.8 atm? A. 8 detik B. 16 detik C. 25 detik D. 27,7 detik E. 30 detik 12. Dua diagram dibawah ini adalah representasi sebagian kecil reaksi order pertama perubahan molekul A menjadi molekul B (A B): Berikut ini, manakah diagram yang merupakan representasi sistem pada t = 2 min?

6 13. Jika diketahui 2Cu(s) + S(s) Cu 2 S(s) ΔH = - 79,5 kj S(s) + O 2 (g) SO 2 (g) ΔH = kj Cu 2 S(s) + 2O 2 (g) 2CuO(s) + SO 2 (g) ΔH = - 527,5 kj Maka ΔH pembentukan standar CuO adalah A kj C. -75,3kJ E. 310 kj B kj D. 155 kj 14. Pemanasan Natrium bikarbonat pada suhu C menghasilkan Natrium Karbonat, uap air, dan gas CO 2 2 NaHCO 3 (s) Na 2 CO 3 (s) + H 2 O (g) + CO 2 (g) Jika tekanan total saat reaksi tersebut mencapai kesetimbangan = 0,8 atm maka nilai Kp reaksi tersebut adalah A. 0,4 D. 0,32 B. 0,8 E. 0,64 C. 0, Reaksi antara alumunium dengan besi (III) oksida berlangsung pada suhu C sebagai berikut 2 Al (s) + Fe 2 O 3 (s) Al 2 O 3 (s) + 2 Fe (s) Diketahui ΔH 0 f Fe 2 O 3 (s) = -825 kj/mol, ΔH 0 f Al 2 O 3 (s) = kj/mol, S 0 f Fe (s)= 28 J/mol K, S 0 f Al (s) = 28 J/mol K, S 0 f Fe 2 O 3 (s) = -88 J/mol K dan S 0 f Al 2 O 3 (s) = -52 J/mol K. Berapa ΔG 0 reaksi tersebut? A. 786 kj/mol D kj/mol B kj/mol E kj/mol C kj/mol 16. Campuran dua senyawa berikut yang paling mendekati campuran ideal (sesuai dengan hukum Raoult) adalah A. Air dan etanol B. Air dan heksana C. Air dan kloroform D. Heksana dan heptana

7 E. Kloroform dan etanol 17. Fraksi mol aseton pada fasa uap dalam campuran antara 29 g aseton (P 0 = 325 torr) dan 46 g etanol (P 0 = 250 torr) adalah... (anggap campuran tersebut memenuhi hukum Roult) A. 0,33 D. 0,61 B. 0,39 E. 0,75 C. 0, Perhatikan sel volta berikut E E 0 Cl Cl 2 0 Ni 2 Ni 1,36 V 0,28 V Pernyataan berikut yang tidak benar adalah A. Na + bergerak ke gelas B B. Ni bertidak sebagai katoda C. Elektron mengalir dari Ni ke Pt D. Potensial sel standar reaksi tersebut 1,64 volt E. Potensial sel terus berkurang selama reaksi berlangsung 19. Diketahui potensial reduksi beberapa spesi Cl sebagai berikut ClO - 3 (aq) + 6 H + (aq) + 5e ½ Cl 2 (g) + 6 H 2 O E 1,47 V 0 ClO3 Cl2 2 Cl - (g) + 2e Cl 2 (g) E 1,36 V 0 Cl2 Cl Berapa potensial reduksi reaksi berikut : ClO 3 - (aq) + 6 H + (aq) + 6e Cl - (g) + 6 H 2 O A. 1,45 V B. 1,42 V C. 2,83 V D. 0,11 V E. -0,11 V 20. Besi akan paling mudah berkarat jika dicelupkan ke dalam larutan... A. 1 M NaCl C. 1 M CaCl 2 B. 1 M KClO 3 D. 1 M H 2 CO 3

8 E. 1 M HCl 21. Senyawa berikut yang tidak dapat bereaksi dengan benzena adalah A. CH 3 Cl/ZnCl 2 D. Cl 2 /AlCl 3 B. HNO 3 pekat E. HCl/FeCl 3 C. H 2 SO 4 pekat 22. Di antara ion karbokation berikut manakah yang paling stabil 23. Asam asetat tidak dapat dibuat dari hidrolisis senyawa A. Asetil klorida D. Asetonitril B. Anhidrida asam asetat E. Metil asetat C. Asetaldehid 24. Ozonolisis reduktif 1-propena akan menghasilkan A. Etanal dan metanal B. Etanal dan metanol C. Etanal dan asam format D. Propanal E. Etanal saja

9 25. Senyawa X pada reaksi berikut adalah

10 BAGIAN ESSAY (TOTAL 150 poin) Soal 1 Struktur tetrahedral ( 15 poin) Bentuk molekul tetrahedral sangat dominan di alam. Sebagian besar senyawa karbon di alam memiliki bentuk tetrahedral. Tetrahedral terbentuk dari hibridisasi sp 3. Contoh paling sederhana molekul yang memiliki bentuk tetrahedral adalah metana (CH 4 ). a. Jelaskan proses hibridisasi satu orbital 2s dan tiga orbital 2p pada C dalam senyawa CH 4. (3 poin) Secara matematika struktur tetrahedral dapat diilustrasikan sebagai sebuah kubus dimana dua atom hidrogen berada di titik sudut permukaan bagian atas, dua atom hidrogen di titik sudut permukaan bagian bawah, dan satu atom karbon di tengah kubus. a Karbon Hidrogen b. Anggap panjang sisi kubus tersebut = a maka buktikan sudut ikatan H-C-H = 109,5 0. (petunjuk : gunakan aturan cosinus) (3 poin) Jarak antara inti atom karbon dan hidrogen pada metana sekitar 108,70 pm. c. Tentukan jarak antar inti atom hidrogen pada metana (3 poin) Jika tiga atom hidrogen pada metana dihubungkan maka akan terbentuk sebuah segitiga sama sisi d. Berapa luas segitiga tersebut. (3 poin)

11 Bentuk tetrahedral metana merupakan bentuk limas dengan segitiga tersebut sebagai alas. Jarak atom hidrogen di puncak limas ke alas segitiga sebesar satu setengah kali jarak antara inti atom karbon dan hidrogen e. Tentukan volum metana tersebut (volum limas = ⅓ x luas alas x tinggi) ( 3 poin) Soal 2 Karbondioksida dan pembentukan stalagtit-stalagmit (15 poin) Stalagtit adalah batu kapur yang tumbuh dari bagian atas goa menuju ke dasar goa, sedangkan stalagmit tumbuh menjulang dari dasar goa ke atas. Stalagtit dan stalagmit yang sering kita jumpai di goa-goa berasal dari senyawa CaCO 3 dengan persamaan reaksi : Ca(HCO 3 ) 2 (l) CaCO 3 (s) + H 2 O (l) + CO 2 (g) Ca(HCO 3 ) 2 berasal dari reaksi antara batu kapur di tanah dengan air hujan atau sungai yang mengandung asam karbonat. CO 2 (aq) + H 2 O (l) H 2 CO 3 (aq) K = 10-2 H 2 CO 3 (aq) H + (aq) + HCO - 3 (aq) Ka 1 = 10-3 HCO - 3 (aq) H + (aq) + CO 2-3 (aq) Ka 2 = 2 x 10-9 CaCO 3 (s) Ca 2+ (aq) + CO 2-3 (aq) Ksp = 5 x Senyawa ini merembes ke tanah kemudian menetes ke dasar goa dan terurai menjadi CaCO 3, H 2 O dan CO 2. Larutan Ca(HCO 3 ) 2 terus menetes dan mengakibatkan penumpukan endapan CaCO 3. Nah, penumpukan CaCO 3 inilah yang nantinya tumbuh sebagai stalagmit. Sedangkan stalagtit muncul karena Ca(HCO 3 ) 2 sudah terurai terlebih dahulu sebelum menetes ke dasar goa sehingga terjadi penumpukan CaCO 3 di atap goa. a. Jika kadar CO 2 terlarut jenuh dalam udara = 0,5 M maka berapa ph air hujan yang dijenuhi CO 2 tersebut? (5 poin)

12 b. Tentukan tetapan kesetimbangan antara gas CO 2 dalam air hujan dan batu kapur yang menghasilkan Ca(HCO 3 ) 2 berikut CaCO 3 (s) + H 2 O (l) + CO 2 (aq) Ca(HCO 3 ) 2 (aq) (5 poin) c. Berapa konsentrasi Ca(HCO 3 ) 2 dalam air rembesan saat air hujan mengandung CO 2 jenuh. (5 poin) Soal 3 Pemurnian Logam Nikel (23 poin) Logam Nikel murni dalam industri umumnya dibuat berdasarkan proses mond. Dalam proses ini, nikel dipanaskan dalam aliran karbon monoksida untuk membentuk senyawa kompleks mudah menguap Ni(CO) 4 pada suhu 40 C. Uap Ni(CO) 4 kemudian didekomposisikan pada suhu 250 C menghasilkan nikel murni. a. Tuliskan reaksi pembentukan dan dekomposisi Ni(CO) 4 lengkap dengan wujud pereaksi dan hasil reaksinya. (4 poin) b. Tentukan bilangan koordinasi, geometri dan hibridisasi atom pusat dalam kompleks Ni(CO) 4. (5 poin) Dari data-data termodinamika Ni, CO dan Ni(CO) 4 berikut Zat Ni(s) CO(g) Ni(CO) 4 (g) H f (kj/mol) 0-110,52-602,9 S 298 (J/K/mol) 29,87 197,56 410,6 c. Tentukan G dan K untuk reaksi pembentukan Ni(CO) 4. Dengan demikian tunjukkan bahwa memang pada 40 C terbentuk Ni(CO) 4. (5 poin) d. Tentukan suhu dimana Ni(CO) 4 tepat mulai terdekomposisi (2 poin) e. Berapa tetapan K reaksi pembentukan Ni(CO)4 pada suhu C (3 poin) Gas Karbon monoksida (CO), dapat diperoleh melalui reduksi gas karbon dioksida (CO 2 ) dengan grafit (C) berlebih :

13 CO 2 (g) + C(s) 2CO(g) Untuk reaksi pada 1500 C, nilai tetapan kesetimbangan dengan tekanan total 0,1 atm adalah Kp = 2,0. f. Hitunglah tekanan parsial CO dalam keadaan kesetimbangan (4 poin) Soal 4 Penentuan Bilangan Avogadro secara elektrokimia (16 poin) Bilangan Avogadro didefinisikan sebagai jumlah atom dalam sejumlah tepat 12 gram karbon- 12. CODATA (Committee on Data for Science and Technology) pada tahun 2002 menyarankan nilai bilangan Avogadro sebesar 6, x mol -1. Bilangan Avogadro dapat ditentukan secara elektrokimia. Arus (I) dan waktu (t) dapat dukur dengan metode konvensial. Melalui persamaan Q = I xt ( muatan = arus x waktu), jumlah elektron yang melalui sel elektrokimia dapat ditentukan. Elektroda tembaga digunakan untuk elektrolisis larutan 0,5 M H 2 SO 4. Selama elektrolisis, anoda tembaga berkurang karena atom tembaga berubah menjadi ion tembaga. Ion tembaga masuk ke dalam larutan. Di permukaan katoda, gas hidrogen yang berasal dari reduksi ion hidrogen dalam larutan asam dibebaskan. Hasil percobaan tersebut sebagai berikut : Penurunan massa di anoda = 0,03554 g Arus konstan = 0,601 A Waktu berlangsungnya elektrolisis = 1802 s Ingat 1 A = 1 C/s dan muatan 1 elektron = 1,602 x C. a. Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anoda (2 poin) b. Hitung muatan total yang terlibat dalam elektrolisis tersebut (3 poin) c. Hitung jumlah elektron yang terlibat dalam elektrolisis (3 poin) d. Hitung massa satu atom tembaga (3 poin) e. Tentukan bilangan Avogadro jika diketahui massa molar tembaga 63,546 gram/mol

14 (3 poin) f. Berapa persen kesalahan penentuan bilangan Avogadro dengan metode ini dibandingkan nilai yang disarankan CODATA (2 poin) Soal 5 Kimia Air bag ( 18 poin) Reaksi kimia yang cepat dan menghasilkan sejumlah besar gas nitrogen pada air bag mobil dapat mencegah seseorang dari kecelakan parah. Reaksi tersebut adalah 2 NaN 3 (s) 2 Na (s) + 3 N 2 (g) (1) 10 Na (s) + 2 KNO 3 (s) K 2 O (s) + 5 Na 2 O (s) + N 2 (g) (2) K 2 O (s) + Na 2 O (s) + 2 SiO 2 (s) sifat alkalin ( gelas ) (3) Air bag dinilai lebih aman dibandingkan sabuk pengaman karena dapat mengurangi benturan lebih efisien dan implus yang dihasilkan jauh lebih kecil. Umumnya air bag mobil standar mengandung 50 g 80 g NaN 3 yang dalam 250 milidetik dapat terkonversi menjadi gas nitrogen. a. Tuliskan dua struktur lewis resonansi ion azida dan mutan formal masing-masing. (4 poin) b. Berapa volum maksimum gas nitrogen yang dihasilkan air bag? (anggap jumlah KNO 3 dan SiO 2 berlebih) pada suhu 50 0 C dan 1,25 atm? (3 poin) Senyawa lain yang dapat terdekomposisi menghasilkan nitrogen adalah nitrogliserin dan timbal azida.

15 c. Tentukan reaksi dekomposisi nitrogliserin dan timbal azida. (Dekomposisi kedua senyawa tersebut hampir sama dengan natrium azida) (4 poin) Dimetil azo (CH 3 N 2 CH 3 ) pada suhu C akan terdekomposisi menjadi etana dan N 2 dengan tetapan laju 1,2 x 10-3 atm -1 s -1. CH 3 N 2 CH 3 (g) CH 3 CH 3 (g) + N 2 (g) d. Jika tekanan total awal dimetil azo sebelum dekomposisi sebesar 0,8 atm maka berapa waktu yang dibutuhkan agar tekanan total menjadi dua kali semula. (4 poin) e. Pada suhu C, laju dekomposisi dimetil azo meningkat sebanyak 100 kali lipat dibandingkan pada suhu C. Tentukan energi aktivasi dekomposisi dimetil azo tersebut. (3 poin) Soal 6 Parasetamol sebagai obat penurun panas ( 18 poin) Parasetamol atau asetaminen adalah obat analgesik and antipiretik yang populer dan digunakan untuk melegakan sakit kepala, sengal-sengal dan sakit ringan, dan demam. Digunakan dalam sebagian besar resep obat analgesik salesma dan flu. Ketika memasuki lambung, sebagian parasetamol akan bereaksi dengan HCl dan mengalami hidrolisis a. Tentukan reaksi hidrolisis parasetamol dengan HCl (3 poin)

16 Parasetamol dapat dibuat dari fenol menurut reaksi berikut b. Tentukan senyawa A, B, C, dan D (9 poin) c. Jelaskan mengapa atom N pada parasetamol lebih kurang basa dibandingkan senyawa X (3 poin) d. Senyawa A dan B merupakan isomer posisi yang dapat dipisahkan berdasarkan perbedaan titik didih. Manakah diantara A dan B yang memiliki titik didih lebih besar? Jelaskan (3 poin) Soal 7 Identifikasi senyawa organik multigugus (19 poin) Banyak senyawa organik di alam merupakan senyawa yang mengandung gugus fungsi lebih dari satu. Glukosa misalnya dalam keadaan terbuka memiliki sebuah gugus aldehid dan lima gugus alkohol. Adanya beberapa gugus fungsi dalam glukosa menyebabkan glukosa dapat mengalami reaksi kimia lebih kompleks dari aldehid sederhana dan alkohol sederhana. Kekompleksan reaksi senyawa organik multi gugus inilah yang membuat identifikasi senyawa tersebut lebih sulit dibandingkan senyawa organik sederhana. Suatu senyawa organik A terdiri atas 71,5 % C, 9,52 % H, dan sisanya oksigen. Tekanan osmosis 16,8 gram senyawa A dalam yang terlarut dalam satu liter larutan sebesar 4,9 atm pada suhu 25 0 C.

17 a. Tentukan rumus empiris senyawa A (3 poin) b. Tentukan Massa molekul relatif senyawa A dan rumus molekul senyawa A (3 poin) Senyawa A mengandung lebih dari satu gugus fungsi. Untuk menentukan gugus-gugus fungsi senyawa A maka dilakukan beberapa uji berikut Senyawa A tidak dapat mempengaruhi kertas lakmus baik lakmus biru maupun lakmus merah Senyawa A postitif terhadap reagen tollens Senyawa A tidak dapat bereaksi dengan logam Na, namun apabila dihidrolisis dengan asam encer maka bisa bereaksi dengan logam Na. Senyawa A dapat menghilangkan warna coklat Br 2 /CCl 4. Senyawa A dapat diozonilisis reduktif menghasilkan zat B dan C. Keduanya memiliki Mr = 58. Zat C dapat dioksidasi menjadi asam oksalat, namun zat B tidak dapat dioksidasi. c. Gugus-gugus fungsi apa sajakah yang terdapat dalam senyawa A (4 poin) d. Tentukan senyawa B dan senyawa C (5 poin) e. Tentukan struktur senyawa A (4 poin) Soal 8 Reaksi-reaksi senyawa organik ( 16 poin) Tentukan senyawa A hingga G reaksi-reaksi berikut (masing-masing dua poin)

18