Stoikiometri
Level 3: Mengaplikasikan
Soal 1) Logan kalium direaksikan dengan gas klor menghasilkan senyawa kalium halida. Persamaan reaksi adalah
2K + Cl2 -> 2 KCl
Jika direaksikan 19,5 g kalium dengan 4,5 L Cl2 pada suhu dan tekanan standar, berapa gram KCl yang dihasilkan? Adakah sissa unsur yang tidak bereaksi dan berapa massanya?
Massa atomik kalium K: 39 dan massa atomik Cl: 35,5.
Jawab
Awal:
Jumlah mol K: 19,5/39 = 0,5
Jumlah mol Cl2: 4,5/22,4 = 0,2
Reaksi:
Perbandingan mol K dan Cl2 dalam reaksi adalah 2:1.
Jadi 0,2 mol Cl2 bereaksi semua
Hanya 0,4 mol K yang bereaksi dan sisa 0,1 mol tidak bereaksi
Hasil:
Dihasilkan 0,4 mol KCl
Massa atomik senyawa KCl = 39+35,5 = 74,5
Massa KCl yang dihasilkan = 0,4 x 74,5 = 29,8 g
Sisa:
Unsur yang tidak berekasi adalah K sebanyak 0,1 mol.
Massa unsur yang tidak berekasi = 0,1 x 39 = 3,9 g.
Soal 2) Sebanyak 10 gram serbuk magnesium habis bereaksi dengan serbuk belerang menghasilkan 8 gram magnesium sulfida. Berapa banyak serbuk belerang yang direaksikan dan bera sifa serbuk magnesium? Apakah hukum kekekalan massa terpenuhi?
Persamaan reaksi adalah
Mg + S -> MgS
Massa atomik Mg: 24,3 dam S: 32.
Jawab
Yang dihasilkan:
Massa atomik MgS = 24,3 + 32 = 56,3
Jumlah mol MgS = 8/56,3 = 0,142
Reaksi:
Jumlah mol S yang bereaksi = 0,142 atau massanya 0,142 x 32 = 4,544 g
Jumlah mol Mg yang bereaksi = 0,142 atau massanya 0,142 x 24,3 = 3,451 g
Sisa:
Sisa Mg yang tidak bereaksi = 10 – 3,451 = 6,549 g.
Catatan:
Jumlah massa sebelum reaksi = massa Mg + massa S = 10 + 4,544 = 14,544 g
Jumlah massa setelah reaksi = madda MgS + sima massa Mg = 8 + 6,549 = 14,549 g
Massa sebelum dan sesuah reaksi sama. Perbedaan di digit ketiga desimal disebabkan karena aproksimasi. Kalau dibulatkan sampai satu desimal maka diperoleh perisis 14,5 g.
Soal 3) Reaksi iodium dengan cairan hidrazine (N2H4) dihasilkan gas hidrogen iodida dan gas nitrogen menurut reaksi
2I2 + N2H4 -> 4HI + N2
Volume gas HI pada STP yang dihasilkan adalah 33,6 L. Jika semua iodium dan hidrazine berekasi tentukan massa masing-masing senyawa sebelum dan sesudah reaksi dan apakah hukum kekekalan massa terpenuhi?
Massa atomik: I = 127, N = 14, H = 1
Jawab
Hasil:
Jumlah mol yang dihasilkan
HI = 33,6/22,4 = 1,5 mol.
N2 = 1,5/4 = 0,375 mol
Reaksi:
Jumlah mol yang direaksi:
I2 = 1,5/2 = 0,75 mol
N2H4 = 1,5/4 = 0,375 mol
Cek hukum kekekalan massa:
Masa sebelum reaksi:
Massa I2 = 0,75 x (2 x 127) = 190,5 g
Massa N2H4 = 0,375 x (2 x 14 + 4 x 1) = 12 g
Total = 202,5 g
Masa sesudah reaksi:
Massa HI = 1,5 x (127 + 1) = 192 g
Massa N2 = 0,375 x (2 x 14) = 10,5 g
Total = 202,5 g
Soal 4) Kristal kalsium sulfida (CaS) dipeoleh dengan mereaksikan kalsium dan belerang menurut persamaan
Ca + S = >CaS
Jika 10 g Ca direaksikan dengan 10 g S maka produk apa yang ditemukan setelah reaksi dan berapa massa masing-masing. Massa atom Ca: 40 dan massa atom S: 32.
Jawab
Jumlah mol Ca = 10/40 = 0,25 mol
Jumlah mol S = 10/32 = 0,3125 g.
Kesimpulan: seluruh Ca bereaksi.
Reaksi:
S yang berekasi hanya 0,25 mol (sama dengan mol Ca)
S yang tidak berekasi = 0,3125 – 0,25 = 0,0625 mol.
Hasil:
CaS yang dihasilkan = 0,25 mol
Masa produk setelah reaksi:
CaS = 0,25 x (40 + 32) = 18 g
Massa S = 0,0625 x 32 = 2 g
Soal 5) Sulfur trioksida (SO3) dapat dihasilkan dengan merekasikan gas suflur diosida dan gas oksigen. Persamaan reaksi yang dipenuhi adalag
2SO2(g) + O2(g) -> 2SO3(g)
Jika reaksi berlansgung sempurna (tidak ada sisa senyawa awal pada akhir reaksi), berapa perbandingan volum tiga gas pada STP?
Jawab
Perbandingan mol gas adalah
2:1:2
Pada suhu dan tekanan yang sama, gas yang memiliki jumlah mol yang sama akan memiliki volume yang sama.
Jadi perbandingan volum tiga gas tersebut adalah 2:1:2
Soal 6) Besi klorida (FeCl) dapat diperoleh dengan merekasikan besi sulfida (FeS) dengan asam klorida (HCl) menurut persamaan reaksi
FeS + 2 HCl -> FeCl2 + H2S
Jika ingin dihasilkan 1 kg FeCl2, berapakah massa FeS dan HCl yang dibutuhkan?
Masa atomik Fe: 56, S: 32, H : 1, Cl : 36,5
Jawab
Jumlah mol FeCl2 = 1000/(56 + 2 x 36,5) = 7,75 mol
Yang dibutuhkan agar reaktan habis semua:
FeS = 7,75 mol = 7,75 x (36+32) = 527 g
HCl = 2 x 7,75 = 15,5 mol = 15,5 x (1 +36,5) = 581,25 g
Yang dibutuhkan agar tepat dihasilkan 1 kg FeCl2:
FeS = 527 g dan HCl >= 581,25 g (ada sisa HCl di akhir reaksi)
atau
HCl = 581,25 g dan FeS >= 527 g (ada sisa FeS di akhir reaksi)
Soal 7) Gas LPG yang digunakan di rumah-rumah merupakan campuran gas yang mudah terbakar. Jumlah terbanyak adalah propana (C3H8) yang mencakup sekitar 95%. Ketika gas dibakar maka dihasilkan CO2 dan air menurut persamaan reaksi
C3H8(g) + 5 O2(g) -> 3 CO2(g) + 4 H2O(g)
Dari tabung gas 3 kg, berapa volum O2 yang diperlukan dan volum CO2 yang dihasilkan dihitung pada kondidi STP?
Jawab
Awal:
Massa atomik C5H8 = 3 x 12 + 8 = 44
Jumlah mol gas C5H8 dalam tabung = 3.000/44 = 68,2 mol
Jumlah O2 yang dibutuhkan = 5 x 68,2 = 341 mol
Volum O2 pada STP yang dibutuhkan (pada kondisi STP)= 341 x 22,4 = 7.638 L
Hasil:
Jumlah CO2 yang dihasilkan = 3 x 68,2 = 204,6 mol
Volume CO2 yang dihasilkan (pada kondisi STO) = 204,6 x 22,4 = 4.583 L.
Soal 8) Berapa perbandingan massa H dan O dalam molekul H2O?
Jawab
H2O mengandung 2 atom H dan 1 atom O.
Massa H = 2 \times 1 = 2
Massa O = 16
Perbandingan massa H/O = 2/16 = 1/8
Soal 9) Pembakaran gas methan memerlukan oksiges. Jika oksigen dimabil dari udara yang mengandung 20% okside, berapa volume udara yang diperlukan untuk membakar 5 liter gas metan? Persamaan rekasi adalah
CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O
Jawab
Jumlah mol O2 adalah 2 kali jumlah mol metah. Jadi volum O2 yang dinutuhkan adalah 10 liter. Jika diambil dari udara maka volum udara yang diperlukan adalah (100/20) x 10 liter = 50 liter.
Soal 10) Berapa massa 10 L O2 pada STP?
Jawab
Massa atomik O2 = 2 x 16 = 32
Jumlah mol O2 = 10/22,4 = 0,446 mol
Massa O2 = 0,446 x 32 = 14,3 g
Soal 11) Empat gas utama penyusun atmosfer sebagai berikut
Gas | Persentase massa (%) |
Nitrogen (N2) | 78 |
Oksigen (O2) | 21 |
Argon (Ar) | 1 |
Tentukan persentase molar masing-masing gas tersebut
Massa molekul N2: 2 x 14 = 28, O2: 2 x 16 = 32, dan Ar: 40
Jawab
Ambil gas dengan massa 100 g.
Jumlah mol N2 = 78/28 = 2,786 mol
Jumlah mol O2: 21/32 = 0,656
Jumlah mol Ar: 1/40 = 0,025
Jumlah mol total = 2,786 + 0,656 + 0,025 = 3,467 mol
Persentase mol N2 = 2,786/3,467 = 0,804 = 80,4 %
Persentrase mol O2: 0,656/3,467 = 0,189 = 18,9%
Persentase mol Ar: 0,025/3,467 = 0,007 = 0,7%
Soal 12) Tentukan berapa liter gas oksigen yang diperlukan untuk membkar seluruh gas butana yang memiliki volume 20 liter yang memiliki suhu dan tekanan yang sama? Persamaan reaksi pembakaran adalah
2 C4H10 + 13 O2 -> 8 CO2 + 10 H2O
Jawab
Jumlah mol O2 yang diperlukan adalah 13/2 kali jumlah mol butana
Pada suhu dan tekanan yang sama, jumlah mol berbanding lurus dengan volum.
Jadi, volum O2 yang diperlukan adalah (13/2) x 20 = 130 L.
Soal 13) Dalam keadaan STP, 5 L gas O2 mengandung
a) Berapa mol?
b) Berapa jumlah molekul?
c) Berapa massa?
d) Berapa massa molekul?
Jawab
a)
Dalam keadaan STP, satu mol gas memiliki volum 22,4 L. Jadi, jumlah mol O2 tersebut adalah 5/22,4 = 0,223 mol
1 mol gas mengandung \( N_A = 6,022 \times 10^{23}\) molekul.
Maka, jumlah molekuk gas tersebut \(= 0,223 \times 6,022 \times 10^{23} = 1,343 \times 10^{23}\) molekul
Massa atomik dari O2 adalah 32. Maka massa gas O2 tersebut adalah \( 0,223 \times 32 g = 7,136 g = 7,136 \times 10^{-3}\) kg.
Masa satu molekul O2: \( 7,136 \times 10^{-3}/1,343 \times 10^{23} = 5,39 \times 10^{-26}\) kg.
Soal 14) Karbit adalah nama pasaran untuk kalsium karbida (CaC2). Karbit banyak digunakan untuk mempercepatan pematangan buah karena menghasilkan asetilen (C2H2) jika dikenai air menurut persamaan reaksi
CaC2 + H2O -> C2H2 + Ca(OH)2
Asetilen adalah zat yang mempercepat proses pematangan buah. Asetilen merupakan gas yang sangat mudah terbakar sehingga karbit digunakan oleh sejumlah tukang las untuk melelehkan besi.
Jika 0,5 kg karbit bereaksi sempurna, hitung volume asetilen pada STP yang dihasilkan
(Ar Ca: 40, C: 12, O: 16, H:1)
Jawab
Massa atomik CaC2 = 40 + 2 x 12 = 64
Jumlam mol CaC2 = 500/64 = 7,8 mol
Jumlah mol C2H2 yang dihailkan = 7,8 mol
Volume C2H2 pada STP – 7,8 x 22,4 = 174,7 L.
Soal 15)
Mang-mang penjual balom terbang menggunakan gas hidrogen untuk mengisi balon. Gas hidrogen diperloah dengan mereaksikan aluminium dengan natrium hidroksida di dalam air menurut persamaan
2Al(s) + 2 NaOH(aq) + 2 H2O(l) -> 2 NaAlO2(aq) + 3 H2(g)
Perhatikan video berikut ini. Percobaan dilakukan pada kondisi STP. Berapa massa aluminium yang telah bereaksi?
Jawab
Hasil:
Volum H2 yang dihasilkan = 150 mL – 50 mL
= 100 mL = 0,1 L
Jumlah mol H2 = 0,1/22,4 = 0,0045 mol
Reaktan:
Jumlah mol aluminium yang direaksikan = (2/3) x 0,0045 = 0,003 mol
Massa atomik Al: 27
Maka, massa aluminim yang bereaksi = 0,003 x 27 = 0,081 g.
Soal 16) Belerang dioksida termasuk gas beracun danb banyak dihasilkan saat letusan gunung berapi. Belerang dioksida dapat diperoleh dengan membakar belerang atau sampel berelang menurut persamaan reaksi
Misalnya sebanyak 45 gram sampel belerang (belerang tidak murni) direaksikan dengan oksigen dan dihasilkan 60 g SO2.
a) Berapa persen massa S dalam sampel?
b) Berapa massa O2 yang bereaksi?
Massa atomik S = 32 dan O = 16
Jawab
Massa atomik SO2 = 32 + 2 x 16 = 64
Hasil:
Jumlah mol SO2 = 60/64 = 0,9375 mol
yang bereaksi:
Jumlah mol S = 0,9375
Massa S: 0,9375 x 32 = 30 g
Persen massa S dalam sampel = (30/45) x 100% = 67%
Jumlah mol O2: 0,9372
Massa O2: 0,9375 x 32 = 30 g.
Level 5: Mengevaluasi
Soal 1) Terdapat sejumlah variasi gas nitrogen oksida, yaitu nitric oksida (NO), nitrogen dioksida (NO2), nitrous oksida (N2O), dinitrogen trioksida (N2O3), dinitrogen teroksida (N2O4), dinitrogen pentoksida (N2O5), dan trinitramida (N4O6). Jika 2 liter N2 dapat habis berekasi dengan 3 liter O2, tentukan produk yang dihasilkan?
Jawab
Reaksi yang terhadi dalat duitulis dalam bentuk umum
x N2 + y O2 -> z N2x/zO2y/z
Karena perbandingan mol N2 dan O2 adalah 2/3 maka kita bisa mengambil x = 2 dan y = 3. Dengan demikian, persamaan ekasi dapat ditlus
2 N2 + 3 O2 -> z N4/zO6/z
Jika z=1 maka produk yang dihasilkan adalah
2 N2 + 3 O2 -> N4O6
Jika z = 2 maka produk yang dihasilkan adalah
2 N2 + 3 O2 -> 2 N2O3
Soal 2) Kita ingin menentukan nilai x dan y dari senyawa hipotesis NxOy. Ketika 250 mL senyawa tersebut diuraikan maka diperoleh 250 mL gas nitrogen dan 375 mL gas oksigen. Tentukan nilai x dan y.
Jawab
Gas nitrogen berbentuk molekul N2 dan gas oksigen berbentuk molekul O2. Maka persamaan reaksi penguraian adalah
NxOy -> (x/2) N2 + (y/2) O2
Karena volume NxOy dan N2 sama maka jumlah mol sama. Jadi x/2 = 1 atau x = 1
Karena volume O2 adalah 1,5 volum NxOy maka jumlah mol O2 yang dihasillan adalah 1,5. Dengan demikian y/2 = 1,5 atau y = 3.
Gas hipotesis adalah N2O3 (dinitrogen trioksida).
Persamaan reaksi adalah
N2O3 -> N2 + (3/2) O2
atau
2 N2O3 -> 2 N2 + 3 O2