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. 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (g) 2 liter H 2 + 1 liter O 2 2 liter H 2 O 6 liter H 2 + 3 liter O 2 6 liter H 2 O 2 : 1 : 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. Berapa liter gas oksigen diperlukan untuk membakar sempurna 10 liter gas metana menurut reaksi : (diukur pada suhu dan tekanan yang sama) CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (g) 57

Jawab : Koefisien CH 4 : O 2 = 1 : 2, berarti volume oksigen harus 2 kali lebih banyak daripada volume metana. 2 Jadi volume oksigen = 1 x 10 liter = 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 Pada suhu 27 o C dan tekanan 1 atm, 5 liter gas amoniak (NH 3 ) mengandung 3,4 x 10 22 molekul NH 3. Berapa volume dari 1,7 x 10 22 molekul N 2 pada saat itu! Jawab : volume. NH volume. N 2 3 = 5 3,4x10 = volume. N2 1,7 x10 jumlahmolekul. NH jumlahmolekul. N 22 22 Volume N 2 = 25 liter 2 3 Latihan : 1. Pada bejana 2 liter terdapat 5 x 10 22 molekul CO 2, pada suhu dan tekanan yang sama tentukan : a. volume dari sejumlah 1 x 10 23 molekul N 2! b. jumlah molekul yang terdapat dalam 500 ml gas NH 3! 2. Sebanyak 2 x 10 21 molekul gas A 2 tepat bereaksi dengan 3 x 10 21 molekul gas B 2 menghasilkan 2 x 10 21 molekul gas A x B y. Tentukan harga x dan y! 58

3. Jika 2 x 10 22 molekul N 2 bereaksi dengan 3,3 x 10 22 molekul H 2 sesuai reaksi: N 2 (g) + H 2 (g) NH 3 (g) (belum setara) Tentukan jumlah molekul NH 3 yang dihasilkan! 4. Suatu reaksi: C 2 H 6 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O (g) (belum setara). Pada suhu dan tekanan yang sama tentukan: a. volume O 2 yang diperlukan, jika volume C 2 H 6 yang bereaksi sebanyak 50 liter! b. Volume CO 2 yang dihasilkan, jika volume C 2 H 6 yang bereaksi sebanyak 750 ml! 5. Sebanyak 10 liter gas butana (C 4 H 10 ) dibakar dengan oksigen sesuai reaksi : C 4 H 10 (g) + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O (g) Jika O 2 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 10 23. 2.3.2.1. Hubungan mol dengan jumlah partikel Sesuai dengan definisi diatas, maka 1 mol setiap zat mengandung 6,02 x 10 23 partikel zat itu. Sehingga dapat dituliskan : Jumlah partikel = Jumlah mol x 6,02 x 10 23 Tentukan jumlah partikel yang terdapat dalam : 59

a. 0,25 mol Cu b. 2 mol NH 3 Jawab: a. Dalam 0,25 mol Cu = 0,25 x 6,02 x 10 23 atom Cu = 1,505 x 10 23 atom Cu b. Dalam 2 mol NH 3 = 2 x 6,02 x 10 23 molekul NH 3 = 1,204 x 10 24 molekul NH 3 (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) 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 0 o C 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 H 2 b. 0,3 mol CH 4 Jawab : a. Volume H 2 = 1 x 22,4 liter Volume H 2 = 22,4 liter b. Volume CH 4 = 0,3 x 22,4 liter Volume CH 4 = 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 O 2 = 18 9 = 0,5 mol air Jumlah partikel = mol x 6,02 x 10 23 Jumlah partikel = 0,5 x 6,02 x 10 23 Jumlah partikel = 3,01 x 10 23 molekul H 2 O 61

2. Tentukan volume dari 8 gram gas hidrogen (Ar H=1) Jawab : massa Jumlah mol H 2 = = Mr.H 2 = 2 8 = 4 mol Volume gas H 2 = mol x 22,4 Volume gas H 2 = 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 SO 3. (Ar N=14, O=16, S=32)! Jawab: Mol NO = massa Mr. NO = 30 6 = 0,2 mol 0,2 mol NO mempunyai volume 5 liter, sehingga untuk 1 mol NO mempunyai volume 25 liter. 20 Mol SO 3 = 80 = 0,25 mol Volume SO 3 = 0,25 x 25 liter Volume SO 3 = 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 CH 4 (STP) b. jumlah molekul dalam 4,48 liter gas H 2 (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. 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 : : 12 1 16 Rumus empiris gas adalah C 2 H 6 O = 4 : 12 : 2 = 2 : 6 : 1 63

Latihan : 1. Suatu senyawa memiliki rumus empiris NO 2 (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 CH 2 (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. 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 : 16 Mr H 2 O = 18 2 Dengan demikian kadar H dalam air = X 100% 18 = 11, 11% 16 kadar O dalam air = X 100% 18 = 88,88% 64

Latihan : 1. Tentukan kadar masing-masing unsur dalam glukosa, C 6 H 12 O 6. (Ar C=12, H=1, O=16)! 2. Berapa gram nitrogen terdapat dalam urea, CO(NH 2 ) 2! (Ar C=12, O=16, H=1, N=14)! 3. Berapa gram N terdapat dalam 200 gram pupuk ZA yang mengandung 98% massa (NH 4 ) 2 SO 4. (Ar N=14, H=1, S=32, O=16)! 2.3.5. Pereaksi Pembatas Hidrogen berekasi dengan oksigen membentuk air menurut persamaan : 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (g) Apabila jumlah mol H 2 dan O 2 yang direaksikan sesuai dengan perbandingan koefisien reaksinya, yaitu 2 : 1, maka campuran itu disebut ekuivalen. Akan tetapi jika jumlah mol H 2 dan O 2 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. Jika 2 mol H 2 direaksikan dengan 3 mol O 2 maka H 2 akan habis lebih dahulu, sedangkan oksigen berlebihan. Dua mol H 2 hanya menghabiskan 1 mol O 2. Jadi O 2 berlebih/sisa sebanyak 2 mol, sedangkan H 2 sebagai pereaksi pembatas. Latihan : 1. Sebanyak 20 ml gas SO 2 direaksikan dengan 30 ml gas O 2 menghasilkan gas SO 3. a. Tuliskan persamaan reaksinya! b. Gas apa yang berperan sebagai pereaksi pembatas! c. Gas apa yang tersisa dan berapa ml sisanya! d. Berapa volume SO 3 yang dapat dihasilkan! 2. Gas hidrogen dan gas nitrogen bereaksi menurut reaksi: N 2 (g) + H 2 (g) NH 3 (g) (belum setara) 65

Jika direaksikan 4 dm 3 gas nitrogen dan 12 dm 3 gas hidogen, maka : a. Berapa dm 3 gas NH 3 yang dihasilkan! b. Gas apa yang menjadi pereaksi pembatas! c. Gas apa yang tersisa dan berapa dm 3 sisanya! 66