Bab 3 Stoi

BAB 3 STOIKIOMETRI

Konsep Mol 

Stoikiometri berasal dari perkataan Greek, stoicheion yang bermaksud unsur dan metron yang bermaksud ukur. Oleh itu, perkataan stoikiometri digunakan untuk menerangkan aspek kuantitatif komposisi dan tindak balas kimia.



Salah satu daripada konsep penting untuk menerangkan stoikiometri tindak balas adalah konsep mol.



Kuantiti SI yang menerangkan jumlah suatu sebatian dengan mengaitkannya dengan bilangan partikel sebatian tersebut dipanggil sebagai mol.



Mol ialah jumlah suatu bahan yang mengandungi bilangan partikel unsur yang sama, seperti dalam karbon-12, ada 12g.



Bilangan partikel unsur tersebut (atom atau molekul) dalam satu mol dipanggil sebagai nombor Avogadro (NA).



1 mol terdiri daripada 6.022 x 1023 atom.

N A = 6.022 x 10 23 mol −1

Bilangan mol =

Bilangan mol =

Bilangan zarah Nombor Avogadro (NA)

Jisim bahan (g) Ar @ Jr

Pengiraan yang mengaitkan antara bilangan mol dengan jumlah atom Contoh:Satu logam besi dikatakan mengandungi sebanyak 2.35 mol Fe. Berapa banyak atom Fe yang terdapat dalam logam besi tersebut?

Penyelesaian: Di ketahui bahawa 1 mol Fe = 6.02 x 1023 atom Fe

6.022 x 10 23 atom Fe ? atom Fe = 2.35 mol Fe x 1 mol Fe = 1.42 x 10 24 atom Fe

Pengiraan yang mengaitkan antara bilangan atom dengan jumlah dalam mol dan berat dalam gram

Contoh: Berapa banyak mol sulfur yang terdapat dalam satu sampel yang mengandungi 7.65 x 1022 atom S? 

Apakah berat bagi sampel ini?

Penyelesaian: (a)

Di ketahui bahawa 1 mol S = 6.02 x 1023 atom S

? mol S = 7.65 x 10

22

1 mol S atom S x 23 6.022 x 10 atom S

= 0.127 mol S

(b)

Daripada jawapan yang diperolehi dalam (a),

32.07 g S ? g S = 0.127 mol S x 1 mol S = 4.07 g S

Jisim molekul dan jisim formula 

Cara yang paling mudah untuk mengira jisim 1 mol suatu bahan adalah dengan menjumlahkan jisim atom bagi kesemua unsur yang terdapat dalam bahan tersebut.



Jika bahan tersebut terdiri daripada molekul (contohnya CO2, H2O atau NH3), jumlah jisim bagi molekul tersebut dipanggil sebagai jisim molekul.



Jika sesuatu bahan itu terdiri daripada sebatian ionik contohnya NaCl atau CaCl, jumlah jisim atom bagi setiap unsur dalam unit formula sebatian tersebut dipanggil sebagai jisim formula.

Pengiraan jisim molekul Contoh: Kira jisim molekul bagi molekul;



CO2 MCO2

= MC + 2MO = 12.01 + 2(16.0) = 44.01 g/mol



NH3 MNH3

= MN + 3MH = 14.01 + 3(1.01) = 17.04 g/mol

Pengiraan jisim formula Contoh: Kira jisim formula bagi sebatian;



C12H22O4 MC12H22O4

= 12MC + 22MH + 4MO = 12(12.01) + 22(1.01) + 4(16.0) = 230.35 g/mol



Mg(NO3)2 MMg(NO3)2

= MMg + 2[MN + 3MO] = 24.31 + 2[14.01 + 3(16.0)] = 148.33 g/mol

Jenis-jenis sebatian kimia



2 jenis sebatian kimia a) Sebatian ionik b) Sebatian molekul

Sebatian ionik 

Sebatian ionik merupakan kombinasi antara atom logam dan atom bukan logam.



Satu sebatian ionik terdiri daripada ion positif dan negatif yang dihubungkan dengan daya tarikan elektrostatik.



Atom logam cenderung untuk hilang satu atau lebih elektron apabila atom tersebut bergabung dengan atom bukan logam dan atom bukan logam tersebut cenderung untuk tambah satu atau lebih elektron.



Contoh sebatian ionik adalah sepertI:NaCl MgCl2 Mg(NO3)2 MgI2 Al2O3

Sebatian molekul 

Sebatian

molekul

terdiri

daripada

unit-unit

berasingan yang dipanggil sebagai molekul.



Ia biasanya terdiri daripada beberapa atom bukan logam yang terikat dengan ikatan kovalen.

Formula kimia 

3 jenis formula kimia iaitu; a) Formula empirik b) Formula molekul c) Formula struktur

a) Formula empirik 

Formula empirik merupakan formula yang paling ringkas bagi satu sebatian yang menunjukkan jenis atom dan bilangan atom tersebut.

b) Formula molekul 

Formula

molekul

adalah

berdasarkan

molekul ‘sebenar’ bagi satu sebatian.



Biasanya formula molekul adalah gandaan kepada formula empirik.



Contohnya, satu molekul asid asetik yang terdiri daripada 2 atom C, 4 atom H dan 2 atom O yang mempunyai formula molekul C2H4O2, 2 kali ganda daripada formula empiriknya CH2O.



Glukosa pula mempunyai formula molekul C6H12O6, 6 kali ganda daripada formula unit asal, CH2O.

c) Formula struktur 

Formula struktur menunjukkan turutan atom, ikatan antara atom tersebut dan jenis ikatan yang terlibat.



Contohnya, formula struktur bagi asid asetik boleh ditulis seperti berikut :-

H

H

O

C

C

O

H

H



Atau boleh juga ditulis dalam bentuk CH3COOH

Komposisi sebatian kimia



Satu formula kimia akan memberikan informasi kuantitatif berkaitan dengan satu sebatian dan unsur-unsur kumpulan penukargantinya.



Contohnya

Halothane

mempunyai

kedua-dua

formula empirik dan formula molekul, C2HBrClF3.



Sebatian ini mempunyai jisim molekul relatif 197.38 g/mol yang boleh dikira seperti berikut :-

C2HBrClF3 MC2HBrClF3

= 2MC + MH + MBr + MCl + 3MF = (2 x 12.01) + 1.01 + 79.90 + 35.45 + (3 x 19.00) = 197.38 g/mol



Formula

molekul

C2HBrClF3

memberitahu

kita

bahawa dalam satu mol halothane mengandungi 2 mol atom C, satu mol atom H, Br dan Cl, dan 3 mol atom F.



Sekiranya ditanya dengan soalan seperti “Berapa banyak atom C yang ada dalam satu mol halothane?” Maka

2 mol C 6.022 x1023 atom C ? atom C = 1.0 mol C2 HBrClF3 x x 1 mol C2 HBrClF3 1 mol C

= 1.204 x 10 24 atom C

Pengiraan melibatkan komposisi sebatian kimia Contoh: Berapa banyak mol F yang ada dalam 75.0 ml sampel halothane (d = 1.871 g/ml)?

Penyelesaian: 

Mula-mula tukar isipadu sampel kepada berat dalam g; ini memerlukan ketumpatan sebagai faktor pertukaran.



Kemudian, tukar berat halothane kepada bilangan mol; ini memerlukan jisim molekul relatif sebagai faktor pertukaran.



Faktor pertukaran terakhir adalah berdasarkan formula halothane.

1.871 g C2 HBrClF3 ? mol F = 75.0 ml C2 HBrClF3 x 1 ml C2 HBrClF3

1 mol C2 HBrClF3 3 mol F x x 197.4 g C2 HBrClF3 1 mol C2 HBrClF3

= 2.13 mol F

Pengiraan peratus berat komposisi daripada formula kimia



Peratus berat sesuatu unsur yang terdapat dalam satu

formula

kimia

boleh

dikira

dengan

menggunakan rumus :bil. atom bagi unsur   JAR bagi   x   per unit formula   setiap unsur  % berat unsur =

x 100 % JMR bagi sebatian

Contoh: Apakah peratus berat komposisi bagi halothane, C2HBrClF3?

Penyelesaian: 

Mula-mula kira JMR C2HBrClF3. Seperti yang dikira sebelum ini, JMR bagi C2HBrClF3 adalah 197.38 g/mol.



Kemudian, untuk satu mol sebatian tersebut, kira nisbah jisim dan peratus bagi setiap unsur.

( 2 x 12.01) g %C = 197.38 g

x 100 % = 12.17 %

%H =

1.01 g x 100 % = 0.51 % 197.38 g

% Br =

79.90 g x 100 % = 40.48 % 197.38 g

% Cl =

35.45 g x 100 % = 17.96 % 197.38 g

%F

( 3 x 19.00 ) g = 197.38 g

x 100 % = 28.88 %

Membentuk formula kimia daripada peratus berat komposisi sebatian



Peratus komposisi satu sebatian boleh membentuk pecahan mol relatif bagi setiap unsur yang terdapat dalam sebatian tersebut berdasarkan berat setiap unsur.



Suatu formula kimia memerlukan pecahan mol relatif berdasarkan bilangan mol bagi setiap unsur dalam sebatian tersebut.



Terdapat 5 langkah utama untuk membentuk satu formula kimia daripada peratus komposisi satu sebatian.



L1 % Komposisi

L2

X

1 / JMR

5 langkah utama Anggapkan 100 g

Berat setiap unsur dalam g

Bil. mol setiap unsur

L3

Tulis formula tentatif berdasarkan bilangan mol yang dikira

L4

Bahagikan bil. mol yang telah dikira bagi setiap unsur dengan bil. mol bagi unsur yang paling rendah untuk mendapatkan nilai faktor yang paling kecil

L5

Bundarkan nombor tersebut dengan mendarabkannya dengan satu faktor yang sesuai untuk mendapatkan formula akhir

Menentukan formula empirik dan formula molekul Contoh:Dibutil succinate adalah sejenis racun serangga yang digunakan untuk membunuh semut dan lipas. Komposisinya adalah terdiri daripada 62.58% C, 9.63% H dan 27.79% O. Jisim molekul yang telah ditentukan melalui eksperimen bagi sebatian ini adalah 230 u. Apakah formula empirik dan formula molekul bagi sebatian ini?

Penyelesaian: L1: Tentukan jisim bagi setiap unsur dalam 100 g sampel. 62.58 g C,

9.63 g H,

27.79 g O

L2: Tukarkan jisim bagi setiap unsur kepada bilangan mol

? mol C = 62.58 g C x

1 mol C = 5.210 mol C 12.011 g C

? mol H = 9.63 g H x

1 mol H = 9.55 mol H 1.008 g H

? mol O = 27.79 g O x

1 mol O = 1.737 mol O 15.999 g O

L3: Tulis formula tentatif berdasarkan bil. mol yang telah dikira. C5.21H9.55O1.74 L4: Bahagi setiap faktor daripada L3 dengan faktor yang paling kecil

C 5.21 H 9.55 O1.74 = C3 H 5.5O 1.74

1.74

1.74

L5: Bundarkan setiap faktor daripada L4 dengan mendarab faktor tersebut dengan nilai yang sesuai untuk dapatkan formula akhir C H O = CH O 2 x3

2 x 5.5

2 x1

6

11

2

Formula akhir yang didapati daripada L5 dipanggil sebagai Formula empirik. C6H11O2 Jisim bagi formula empirik tersebut adalah;

[ ( 6 x12.0) + (11 x1.0) + ( 2 x16.0) ]

= 115

Oleh kerana jisim molekul yang ditentukan secara eksperimen diberi sebagai 230 adalah 2 kali ganda daripada yang dikira menggunakan formula empirik, maka formula molekul bagi sebatian tersebut dapat ditulis;

C12 H 22O4

Tindak balas kimia 

Tindak balas kimia adalah satu proses di mana satu set bahan yang dipanggil bahan tindak balas atau reaktan ditukarkan kepada satu set bahan yang baru yang dipanggil hasil atau produk.

@ 

Tindak balas kimia adalah satu proses di mana berlakunya perubahan secara kimia.

Persamaan kimia 

Persamaan kimia ditulis untuk menunjukkan tindak balas kimia yang berlaku.



Dalam persamaan kimia, reaktan ditulis di sebelah kiri persamaan dan produk ditulis di sebelah kanan persamaan. Reaktan



Produk

Persamaan kimia boleh mengandungi nama atau formula bahan atau sebatian yang terlibat dalam tindak balas tersebut.



Contohnya;

Nitrogen monoksida

+ Oksigen

Nitrogen dioksida

atau boleh ditulis juga dengan cara;

NO + O2 → NO2 Persamaan kimia yang didapati tidak seimbang kerana di sebelah kiri ada 3 atom O manakala di sebelah kanan ada dua atom O. Oleh itu persamaan ini perlu diseimbangkan seperti;

2 NO + O2 → 2 NO2

Cara untuk seimbangkan persamaan kimia Contoh: Seimbangkan persamaan berikut; NH 3 + O2 → N 2 + H 2O

Penyelesaian: Ada 1 atom N di sebelah kiri daripada NH3, dan ada 2 atom N di sebelah kanan daripada N2. Oleh itu kita perlukan pekali 2 di hadapan NH3 untuk seimbangkan N.

2 NH 3 + O2 → N 2 + H 2O

2 NH 3 + O2 → N 2 + H 2O Sekarang ada 6 atom H di sebelah kiri daripada 2NH3, dan ada 2 atom H di sebelah kanan daripada H2O. Oleh itu kita perlukan pekali 3 di hadapan H2O untuk seimbangkan H.

2 NH 3 + O2 → N 2 + 3H 2O Sekarang ada 2 atom O di sebelah kiri daripada O2, dan ada 3 O di sebelah kanan daripada 3H2O. Kita boleh dapat 3 O di sebelah kira dengan meletakkan pekali 3/2 di hadapan O2.

2 NH 3 + 3 O2 → N 2 + 3H 2O 2

2 NH 3 + 3 O2 → N 2 + 3H 2O 2 Untuk menulis satu persamaan yang mana semua pekalinya terdiri daripada integer, kita boleh mendarabkan semua pekali tersebut dengan 2. Oleh itu, kita akan dapat satu persamaan kimia yang seimbang sepenuhnya seperti :-

4 NH 3 + 3O2 → 2 N 2 + 6 H 2O

Stoikiometri tindak balas 

Melibatkan faktor stoikiometri suatu bahan atau hasil dalam satu tindak balas berdasarkan mol.



Contoh :-

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3H 2 

Dalam tindak balas di atas, 2 mol Al bertindak balas dengan 6 mol HCl untuk menghasilkan 2 mol AlCl3 dan 3 mol H2

Menggunakan persamaan kimia dalam pengiraan yang melibatkan mol Contoh 1: (a)

Berapa banyak mol O2 diperlukan untuk membakar 1.80 mol C2H5OH berdasarkan persamaan berikut;

C2 H 5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H 2 O Penyelesaian: 

Dalam tindak balas di atas, 1 mol C2H5OH bertindak balas dengan 3 mol O2 untuk menghasilkan 2 mol CO2 dan 3 mol H 2O

Penyelesaian: 

Dalam tindak balas di atas, 1 mol C2H5OH bertindak balas dengan 3 mol O2 untuk menghasilkan 2 mol CO2 dan 3 mol H2O



Oleh itu,

1 mol C2 H 5OH ⇔ 3 mol O2 

Maka;  3 mol O2   = 1.80 mol C2 H 5OH x   1 mol C2 H 5OH  = 5.40 mol O2

Contoh 2: (b)

Berapa banyak mol CO2 dihasilkan apabila 0.274 mol C2H5OH dibakar?

Penyelesaian:

C2 H 5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H 2 O



Berdasarkan persamaan; 1 mol C2 H 5OH ⇔ 2 mol CO2



Maka;

 2 mol CO2   = 0.274 mol C2 H 5OH x   1 mol C2 H 5OH  = 0.548 mol CO2

Contoh 3: (c)

Berapa banyak mol H2O dihasilkan apabila 3.66 mol CO2 dihasilkan semasa pembakaran C2H5OH?

Penyelesaian:

C2 H 5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H 2 O



Berdasarkan persamaan;



Maka;

2 mol CO2 ⇔ 3 mol H 2O

 3 mol H 2O   = 3.66 mol CO2 x   2 mol CO2  = 5.49 mol H 2O

Menggunakan persamaan kimia dalam pengiraan yang melibatkan gram Contoh: (a)

Berapa gram O2 diperlukan untuk bertindak balas dengan 0.300 mol Al?

4 Al + 3O2 → 2 Al2 O3 Penyelesaian: 

Dalam tindak balas di atas, 4 mol Al bertindak balas dengan 3 mol O2 untuk menghasilkan 2 mol Al2O3



Oleh itu,

4 mol Al ⇔ 3 mol O2 

Maka;

 3 mol O2   = 0.300 mol Al x   4 mol Al  = 0.225 mol O2 1 mol O2 ⇔ 32.0 g O2



Oleh itu;

 32.0 g O2   = 0.225 mol O2 x   1 mol O2  = 7.20 g O2

Molariti 

Kepekatan atau Molariti suatu larutan boleh didefinisikan melalui rumus berikut;

Molariti (M) =



Bil. mol bahan Isipadu larutan (Liter)

Contohnya, satu larutan yang mengandungi 1.00 mol NaCl dalam 1.00 L larutan di katakan mempunyai molariti 1.00 mol NaCl / L larutan atau 1.00 Molar atau 1.00M.

Pengiraan Molariti bagi suatu larutan Contoh: 2.00g sampel natrium hidroksida, NaOH dilarutkan dalam air untuk mendapatkan larutan yang isipadunya 200 ml. Apakah molariti bagi larutan NaOH ini? Penyelesaian: 

Mula-mula dapatkan bilangan mol bagi 2.00g NaOH

Jisim Bil . mol = JMR 2.00 g = 40.00 gmol −1

= 0.05 mol NaOH



Kemudian tukarkan 200 ml kepada unit liter, 0.200 L.



Oleh itu molariti bagi larutan NaOH;

Molariti , M =

=

Bil . mol NaOH Isipadu Laru tan NaOH , L 0.05 mol NaOH 0.200 L

= 0.250 M NaOH

Pengiraan Jisim bahan dalam suatu larutan yang diketahui kepekatannya

Contoh: Berapa gram NaOH yang terdapat dalam 50.0 ml larutan NaOH yang mempunyai kepekatan 0.400M?

Penyelesaian: 

Mula-mula dapatkan bilangan mol bagi NaOH

Bil . mol NaOH = Kepeka tan x Isipadu = 0.400 mol / L x 0.05 L = 0.02 mol



Kemudian, dapatkan jisim NaOH daripada bil. mol yang telah

dikira

Jisim = Bil . mol x JMR = 0.02 mol x 40.00 gmol −1 = 0.80 g

Pencairan larutan 

Proses ini bertujuan untuk mendapatkan satu larutan yang kepekatannya lebih rendah.



Proses pencairan melibatkan campuran satu larutan yang lebih pekat dengan pelarut tambahan untuk mendapatkan isipadu akhir yang lebih besar.



Sepanjang proses ini, bilangan mol bagi bahan tersebut kekal tetap, hanya isipadu meningkat.

Pencairan larutan 

Jika didarabkan molariti, M bagi suatu larutan dengan isipadunya, V, kita akan dapat bil. mol bagi bahan tersebut.

mol bahan = M .V 

Oleh kerana bil. mol bahan kekal sama semasa proses pencairan, maka hasil darab molariti dan isipadu awal (M1V1) mestilah sama dengan hasil darab molariti dan isipadu akhir. Ini dapat ditunjukkan dalam persamaan;

M 1V1 = M 2V2

Contoh pencairan larutan

Contoh pencairan larutan

Pengiraan melibatkan pencairan Contoh: Berapa ml larutan pekat H2SO4 (18.0M) diperlukan untuk menyediakan 750 ml larutan H2SO4 3.00M?

Penyelesaian: 

Mula-mula tuliskan maklumat yang diberi;

M 1V1 = M 2V2 M 1 = 18.0 M

M 2 = 3.00 M

V1 = ?

V2 = 750 ml



Kemudian kira V1 dengan menggunakan persamaan seperti berikut;

M 1V1 = M 2V2 V1 =

V1 =

M 2V2 M1

( 3.00M )( 750 ml ) 18.0 M

= 125 ml