Soal-osn-2016_jwb.pdf

Hak Cipta Dilindungi Undang-undang

OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2016 CALON PESERTA INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD (IChO) 2017 Palembang 15 - 21 Mei 2016

Kimia

JAWAB-Teori Waktu: 240 menit

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN MENENGAH DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH ATAS TAHUN 2016

Petunjuk : 1. Isilah Biodata anda dengan lengkap (di lembar Jawaban) Tulis dengan huruf cetak dan jangan disingkat! 2. Ujian Teori terdiri dari 8 Soal: Soal 1 = 35 poin Soal 2 = 35 poin Soal 3 = 15 poin Soal 4 = 27 poin Soal 5 = 31 poin Soal 6 = 33 poin Soal 7 = 35 poin Soal 8 = 24 poin TOTAL Poin = 235 poin 3. Waktu yang disediakan: 240 menit 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 halaman. 11. Anda dapat membawa pulang soal ujian !!

OSN_2016

Hal 2

OSN_2016

Hal 3

OSN_2016

Hal 4

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 /mol·K = 8,3145 J/mol·K = 1,987 kal/mol·K = 62,364 L·torr/mol·K 1 atm =760 mmHg =760 torr torr= 101,32 kPa =101325Pa= 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 25oC 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_2016

Hal 5

Soal 1. Industri Pupuk Urea

(35 poin)

Selain Jembatan Ampera, kota Palembang juga terkenal karena memiliki industri pupuk urea. Proses pembuatan pupuk urea merupakan proses kimia yang cukup rumit dan panjang. Tahap yang paling penting pada industri urea adalah pembuatan amonia (NH3) dan pengubahan amonia menjadi urea, (NH2)2CO.

Amonia dibuat melalui reaksi: 3H2(g) + N2(g) ⇌ 2NH3(g)

(1)

Reaksi (1) merupakan reaksi kesetimbangan dengan tetapan kesetimbangan, K = 6,8  105 pada 25oC dan 3,2  104 pada 400oC. a. Hitung perubahan entalpi, H reaksi (1). Jawab:

݈݊

‫ܭ‬ଵ ∆‫ ܪ‬1 1 = ( − ) ‫ܭ‬ଶ ܴ ܶଶ ܶ1

݈݊6,8‫ݔ‬10ହ − ݈݊3.2‫ݔ‬10ିସ = ∆‫ = ܪ‬−95,5 ݇‫ܬ‬

(3 poin)

∆‫ܪ‬ 1 1 ( − ) 8,314 673 298

Urea terbentuk melalui reaksi dua tahap dengan amonium karbamat sebagai produk antara. 2NH3(g) + CO2(g)  NH2COONH4(s)

(2)

NH2COONH4(s) ⇌ (NH2)2CO(s) + H2O(l)

(3)

Reaksi (2) berlangsung cepat, eksotermik dan hampir sempurna, sedangkan reaksi (3) berlangsung lambat, endotermik dan membentuk kesetimbangan. Reaksi pembentukan urea dari amonia dan karbon dioksida dilakukan pada tekanan 140 atm dan suhu 180 oC serta ratio mol NH3 / CO2 = 3. Pada kondisi ini 60% CO2 berubah menjadi urea.

OSN_2016

Hal 6

b. Hitung persentase amonia yang bereaksi pada kondisi tersebut.

(4 poin)

Jawab: Ratio mol NH3/CO2 = 3, andaikan pada saat awal terdapat a mol CO2, maka mol NH3 ada 3a mol. 2NH3(g) + CO2(g)  (NH2)2CO(s) + H3O(l) awal 3a a 0 0 bereaksi 2x x x akhir 3a – ax 2x x Coversi CO2 = 60% = 0.6 = x/a x = 0.6a konversi NH3 = 2x / 3a = (2 × 0.6a)/ 3a = 1.2a /3a = 0.4 = 40%. c. Jika reaksi pembuatan urea pada kondisi di atas dilakukan dalam wadah 10 liter, hitung massa urea yang dihasilkan. (Asumsikan pada kondisi tersebut campuran gas pereaksi bersifat sebagai gas ideal). (4 poin) Jawab: PCO2 = ¼ × 140 atm = 35 atm mol CO2, n = pV/RT = (35 atm × 10 L)/(0.082 × 453K) = 9.422 mol. mol urea yang terbentuk = mol CO2 yang bereaksi = 60% × 9.422 mol = 3.392 mol. massa urea yang terbentuk = 3.392 mol × (60 g/mol) = 203.52 g

d. Jelaskan pengaruh peningkatan temperatur pada efisiensi reaksi pembentukan urea melalui reaksi (2) dan (3). (3 poin) Jawab: Temperature berpengaruh pada efisiensi reaksi yang membentuk kesetimbangan, yaitu reaksi (3). Karena reaksi (3) bersifat endoterm, maka peningkatan temperature akan meningkatkan efisiensi reaksi pembentukan urea.

Amonium karbamat adalah padatan ionik yang tersusun dari ion NH4+ dan NH2COO. Salah satu faktor yang menentukan kestabilan padatan ionik adalah energi kisi, yaitu energi yang diperlukan untuk mengubah satu mol padatan ionik menjadi ion-ionnya dalam keadaan gas. Entalpi pembentukan standar (Hfo) NH3, CO2 dan NH2COONH4 berturut-turut adalah -46,2 kJ/mol, -393,5 kJ/mol dan -647,3 kJ/mol. Energi ikatan C=O, CO dan CN masing-masing adalah 743, 360 dan 305 kJ/mol. e. Hitung perubahan entalpi (H) reaksi (2).

(3 poin)

Jawab: H reaksi (2) = Hfo NH2COONH4  2 × Hfo NH3 Hfo CO2 = -647.3 – 2× (-46.2) – (-393.5) = 161.4 kJ

OSN_2016

Hal 7

f.

Pergunakan data di atas untuk memperkirakan energi kisi amonium karbamat. (4 poin) Jawab: Reaksi pembentukan amonium karbamat dapat dinyatakan dalam diagram berikut

2NH3(g) + CO2(g)

H2

NH2COONH4(s)

H

H4U 

+

NH2COO (g) + NH4 (g) Sehingga H2 = H3 + H4 = H3 – U (U adalah energi kisi) H3 pada diagram di atas dapat didekati dengan melihat ikatan yang putus (ikatan C=O) dan ikatan yang terbentuk (ikatan C-N dan CO). H3 = EI C=O – EI CO – EI C-N = 743 – 360 – 305 = 78 kJ/mol U = H3 H2 = 78 – (-161.4) = 239,4 kJ/mol Pupuk urea berwarna putih dan diperdagangkan dalam bentuk bubuk atau butiran (pelet), Dalam pelarut air, larutan urea terdekomposisi memberikan ion sianat (CNO )dan ion ammonium (NH4+ ) sesuai reaksi: (NH2)2CO  CNO + NH4+ g. Gambarkan struktur titik Lewis untuk urea dan ion sianat (CNO).

(4 poin)

Jawab: (NH2)2CO : (2 poin)

CNO-

(2 poin)  salah satu dari struktur Lewis berikut

h. Gambarkan struktur resonansi ion sianat beserta muatan formal tiap atom-atom penyusunnya, serta pilihlah dari struktur resonansi ion sianat yang paling stabil. (4 poin) OSN_2016

Hal 8

Jawab:

(3 poin) Yang paling stabil adalah struktur resonansi yang di tengah karena pemisahan muatan paling kecil serta atom O yang paling elektronegatif memiliki muatan formal negatif. (1 poin) i.

Tuliskan jumlah ikatan  (sigma) dan  (pi) masing masing dalam struktur ion sianat dan molekul urea. (4 poin) Jawab: Urea, (NH2)2CO : 7 ikatan- dan 1 ikatan- (2 poin) CNO- : 2 ikatan- dan 2 ikatan-

(2 poin)

Diketahui dua reaksi ionisasi dalam air sebagai berikut: NH3 +H2O ⇌ NH4+(aq)+ OH(aq) ; j.

CNOH(aq) ⇌ H+(aq) + CNO(aq) ;

pKb = 4,75 pKa = 3,70

Bagaimana pH larutan urea, asam atau basa? Jelaskan jawaban anda. (2 poin) Jawab: Larutan urea bersifat asam karena asam sianat (CNOH), pKa (3,70) lebih kecil dari nilai pKb (4,75) dari NH3

OSN_2016

Hal 9

Soal 2. Senyawa Oksida Bromin

(35 poin)

Di tahun 1937 R. Schwarz dan M. Schmeisser melakukan ozonisasi larutan bromin (Br2) daam Freon-11 (CFCl3) pada temperatur rendah. Larutan Br2/Freon dijenuhkan dengan ozon (O3) pada temperatur 50 oC hingga terbentuk sedikit endapan. Setelah didiamkan dalam lemari pendingin, reaksi dilanjutkan dengan mengalirkan ozon hingga bromin bereaksi sempurna. Produk yang dihasilkan adalah endapan padat berwarna kuning-telur. Produk ini sudah dibuktikan sebagai salah satu dari oksida bromin (oksida A) yang sangat murni. Pada tahun 1974, J. Pascal menemukan bahwa pemanasan dari 50 °C hingga 5 °C oksida berwarna kuning telur ini akan terdekomposisi dan menghasilkan dua oksida yang lain, yaitu warna kuning emas (oksida B) yang kurang mudah menguap, dan warna coklat tua (oksida C) yang lebih mudah menguap. Untuk menganalisisnya, oksida ini direaksikan dengan ion iodida (I) dalam suasana asam, dan membentuk Iodine (I2). Iodin yang terbentuk dititrasi dengan larutan tiosulfat 0,065 M. Ion Bromda (Br) yang dihasikan dari sampel yang sama ditentukan dengan cara titrasi potensiometrik menggunakan larutan 0,02 M perak nitrat. Hasil analisis ini ditampilkan pada tabel berikut: Zat Kuning-telur, oksida A Kuning emas, oksida B Coklat tua, oksida C

V (Na2S2O3), mL 10,3 17,7 8,74

V (AgNO3), mL 6,7 14,4 14,2

a. Berdasarkan informasi di atas, tentukan rumus molekul oksida A, B, dan C. Buktikan jawaban anda dengan perhitungan. (12 poin) Jawab: Misalkan formula oksida adalah: BrnOm Reaksi oksida brom dengan I2 dalam Asam: BrnOm + (2m + n)I- + 2mH+  nBr- + 0,5(2m + n)I2 + mH2O; I2 + 2S2O32-  2I- + S4O62- ;

Br- + Ag+  AgBr

Oksida A : v(Br-) = v(Ag+) = 6,7.10-3 x 0,02 = 1,34.10-4 mol = n ; v(I2) = ½ v(S2O32-) = 0,5 x 10,3.10-3 x 0,065 = 3,348.10-4 mol = (2m + n)/2 ; m = 2,678.10-4 mol ; ୫

୬

=

ଶ,଺଻଼ ୶ ଵ଴షర ଵ,ଷସ ୶ ଵ଴షర

=

ଵ,ଽଽଽ ଵ

=

ଶ ଵ

 m : n = 2 : 1  Oksida A = BrnOm = BrO2

(4 poin)

Oksida B : v(Br-) = v(Ag+) = 2,88.10-4 mol = n ; v(I2) = 0,5 x 17,7.10-3 x 0,065 = 5,752.10-4 mol = (2m + n)/2; m = 4,312.10-4 mol;

m 4,312 x 10ିସ 1,5 3 = = = n 2,88 x 10ିସ 1 2

 m : n = 3 : 2 Oksida B = BrnOm = Br2O3. OSN_2016

(4 poin) Hal 10

Oksida C : v(Br-) = v(Ag+) = 2,84.10-4 mol = n ; v(I2) = 0,5 x 8,74.10-3 x 0,065 = 2,84.10-4 mol = (2m + n)/2; m = 1,42.10-4 mol;

m 1,42 x 10ିସ 1 = = n 2,84 x 10ିସ 2

m : n = 1 : 2  Oksida C = BrnOm =

Br2O.

(4 poin)

b. Hitung massa masing-masing sampel oksida tersebut (dalam mg) yang digunakan untuk analisis kimia ini. (6 poin) Jawab: Massa masing-masing sampel oksida adalah : m(BrO2) = 80n + 16m = (80 x 1,34.10-4 + 16 x 2,678.10-4) g = 1,499 x10-2 g = 14,99 mg  15 mg (2 poin) m(Br2O3) = (80 x 2,88.10-4 + 16 x 4,312.10-4) g = 2,994 x10-2 g = 29,94 mg  30 mg; -4

(2 poin)

-4

m(Br2O) = (80 x 2,84.10 + 16 x 1,42.10 ) g 2,499 x 10-2 g = 24,99 mg  25 mg.

(2 poin)

c. Gambarkan struktur yang mungkin untuk setiap oksida tersebut.

(8 poin)

Jawab: Struktur oksidanya : (masing masing struktur 2 poin)

Untuk menentukan nilai entalpi pembentukan oksida bromin sangat sukar karena harus dilakukan pada temperatur di bawah 0 oC. Dengan menggunakan data energi ikatan (kJ/mol) berikut: E (OO) = 498, E(BrBr) = 193, E(BrO) = 230, dan E(Br=O) = 300, serta entalpi penguapan bromin cair, Hv Br2(l) adalah 31 kJ/mol, maka d. Hitunglah perkiraan nilai entalpi pembentukan oksida brom yang berwarna kuning telur. (3 poin) Jawab: Oksida Brom warna Kuning kuning telur : BrO2 Entalpi pembentukan BrO2: fH° (BrO2) = fH° (BrO2) = (0,5 x 31 + (0,5x193) + 498) – 2 x 230 = +10 kJ/mol. OSN_2016

Hal 11

e. Gambarkan diagram entalpi pembentukan oksida brom yang berwarna kuning telur. (6 poin)

Diagram: 6 poin

Br•(g) + 2 O•(g)

+498 Entalpi

2 x 230 =  460 Br•(g) + O2(g)

½(+193) ½ Br2(g) + O2(g) ½ Br2(l) + O2(g)

OSN_2016

O-Br-O, (BrO2) ½ (+31)

Hof (BrO2) = +10 kJ/mol

Hal 12

Soal 3. Cuka Asam (15 poin) Cuka asam yang mengandung larutan asam asetat (CH3COOH) banyak dijual di pasar, dan umumnya tersedia di dapur setiap rumah tangga. Asam ini, yang merupakan asam organik lemah, dapat memberikan rasa asam pada berbagai olahan makanan, misalnya untuk membuat rasa asam pada kuah empek-empek Palembang menjadi terasa sedap. Anda membeli sebotol cuka asam yang isinya 100 mL yang mengandung 7,5 % berat asam asetat. Sebanyak 10 mL cuka asam tersebut anda encerkan dengan aquades hingga volumenya 100 mL. Setelah diukur, ternyata pH larutan yang diencerkan tersebut adalah 2,8. Diketahui cuka asam memiliki kerapatan 1 g/mL dan hanya mengandung larutan asam asetat. a. Hitung konsntrasi asam asetat sebelum diencerkan.

(3 poin)

Jawab: Asam asetat 7,5% dalam 100 mL =

଻,ହ ଵ௚ ଻,ହ௚ = ଵ଴଴ ௠ ௅ ଴,ଵ௅

=

଻,ହ௚

లబ೒ ቁ.଴,ଵ௅ ೘ ೚೗

ቀ

= 1,25 ‫ܯ‬

b. Hitung nilai tetapan kesetimbangan asam (Ka) asam asetat.

(4 poin)

Jawab: 10 mL diencerkan menjadi 100mL [HAst] =

ଵ଴ ௠ ௅ ‫ ݔ‬1,25 ଵ଴଴ ௠ ௅

pH = 2,80

‫ = ܯ‬0,125 ‫ܯ‬

[H+] = 10-2,80 = 1,58 x 10-3 M

(1 poin)

(1 poin)

CH3COOH  H+ + CH3COO‫ܭ‬௔ =

Ka=??

[‫ ܪ‬ା ][ ‫ܪܥ‬ଷ‫] ି ܱܱܥ‬ [1,58 ‫ݔ‬10ିଷ]ଶ 2,51‫ݔ‬10ି଺ = = = 2,0 ‫ݔ‬10ିହ [‫ܪܥ‬ଷ‫]ܪܱܱܥ‬ 0,125 − 1,58‫ݔ‬10ିଷ 0,125

ࡷ ࢇ = ૛, ૙ ࢞૚૙ି૞

(2 poin)

Di dapur, biasanya juga terdapat soda kue (NaHCO3) sebagai bahan pengembang kue. Sejumlah bubuk soda kue ditambahkan ke dalam 100 larutan asam cuka yang sudah anda encerkan sebelumnya. Bila diamati, ternyata terbentuk gelembung gelembung gas. c. Tuliskan reaksi yang terjadi.

(2 poin)

Jawab:

NaHCO3(s) + CH3COOH(l) → Na+(aq) + CH3COO-(aq) + CO2(g) + H2O(l) Atau NaHCO3 + HC2H3O2 → NaC2H3O2 + H2O + CO2

OSN_2016

Hal 13

Penambahan soda kue dihentikan setelah tidak lagi terbentuk gelembung gas (semua asam asetat tepat habis bereaksi). d. Tentukan pH 100 mL asam cuka setelah penambahan soda kue.

(6 poin)

Jawab: NaC2H3O2(aq)  Na+(aq) + CH3COO-(aq) -

CH3COO-(aq) + H2O CH3COOH(aq) + OH awal

0,125 M

perub.

-x

Kes.

0,125 – x Kw Ka

Kb =

=

1,0 x 1଴షభర 2,0 x 1଴షఱ

0,125 – x  0,125 

0

0

+x

+x

x

x

= 5, x 10ିଵ଴ xమ

଴,ଵଶହ

Kh =Kb = Kw/Ka

(1 poin)

= 5,0 x 10ିଵ଴

 x2 = (5,0 x 10-10)(0,125) = 6,25 x 10-11 x = ඥ6,25 x 10ିଵଵ = 7,9 x 10ି଺ = [OHି ]

pOH = -log[OH¯] = -log[7,9 x 10-6] = 6 - 0,90 = 5,10 pH =14 - pOH = 14 -5,10 = 8,90

(3 poin)

(2 poin)

atau Kw 1,0 x 10ିଵସ [HଷO ] = = = 1,26 x 10ିଽ M [OHି ] 7,9 x 10ି଺ ା

pH = -log[H3O+] = -log(1,26 x 10-9) = 8,90

OSN_2016

Hal 14

Soal 4. Cetak-biru (27 poin)

Sebelum ada teknik fotografi dan fotokopi, untuk memperbanyak gambar atau diagram digunakan teknik cetak-biru. Teknik ini memerlukan kertas yang mengandung material yang dapat mengalami reaksi kimia ketika disinari dengan sinar tertentu. Senyawa kompleks yang mengandung ion besi(III) dengan tiga ion oksalat merupakan salah satu material fotosensitif. Kompleks ini berwarna hijau bersifat sangat paramagnetik dan sensitif terhadap sinar ultra violet(UV). Menurut Fiorito dan Polo (J. Chem. Educ, 2015), Mekanisme reaksi fotosintesis kompleks tersebut melibatkan 4 tahap reaksi sebagai berikut: tahap-1, ion kompleks besi(III) yang mengandung 3 ion oksalat mengurai menjadi ion kompleks besi(II) yang mengandung dua ion oksalat dan radikal ion oksalat bermuatan -1; tahap-2 radikal oksalat tersebut mengurai menjadi karbon dioksida dan radikal karbondioksida bermuatan -1; tahap-3 radikal karbon dioksida ini bereaksi dengan besi(III) oksalat menjadi besi(II) yang mengandung tiga ion oksalat dan karbon dioksida; tahap-4 ion kompleks besi(III) yang mengandung tiga oksalat mengurai menjadi ion besi(II) bebas dan ion oksalat serta karbon dioksida. Adanya ion besi(II) bebas dapat diuji dengan menggunakan larutan 2,2’-bipiridin (bpy) membentuk ion kompleks berwarna merah yang mengandung tiga molekul bpy atau dengan larutan heksasianoferat(III) membentuk ion kompleks 1:1 berwarna biru yang dikenal sebagai Prussian Blue. Untuk mendapatkan cetak biru dari suatu gambar atau diagram, sehelai kertas direndam dalam larutan kompleks besi(III) oksalat dalam kurun waktu tertentu. Kemudian kertas tersebut dikeluarkan dari larutan kompleks dan suatu objek/gambar diletakkan di atas permukaan kertas sensitif tersebut dan keduanya disinari dengan sinar UV. Bagian yang tertutup oleh objek/gambar tidak akan mengalami reaksi fotokimia tetapi bagian yang tidak tertutup akan mengalami reaksi fotokimia. Setelah itu, kertas tersebut dicuci dalam air dan direndam dalam larutan kalium heksasianoferat(III), maka dihasilkan cetak biru yang sesuai dengan objek/gambar aslinya. a. Tuliskan persamaan reaksi besi(III) dengan ion oksalat membentuk kompleks yang berwarna hijau (2 poin) Fe3+ + 3C2O4-2  [Fe(C2O4)3] b. Gambarkan sketsa struktur kompleks dengan simbol oksalat Jawab:

(3 poin)

Oktahedral mono inti dengan ion pusat Fe+3 dan 3 ion oksalat sebagai ligan

c. Material sensitif dibuat dari 6 g besi(III) klorida heksahidrat dan 12,2 g kalium oksalat monohidrat. Jika produk yang dihasilkan berupa garam kompleks dengan kation kalium dan rendemen 70%, hitung berapa g produk senyawa kompleks yang dihasilkan. (4 poin) Produk = (6/270,5)mol* (437g/mol) * 0,7 = 6,78 g OSN_2016

Hal 15

d. Tentukan hibridisasi yang terlibat pada pembentukan kompleks tersebut (2 poin) Hibridisasi sp3d2 e. Sifat paramagnetik senyawa kompleks dapat diketahui dari nilai momen magnetik dengan persamaan = ඥ݊(݊ + 2) dengan n = jumlah elektron yang tidak berpasangan. Hitunglah momen magnetik untuk kompleks tersebut (3 poin) Jawab: = 5,9 BM f.

Tuliskan persamaan reaksi yang sesuai untuk mekanisme tahap-1 sampai tahap4. (4 poin) Jawab: masing-masing tahap 1 poin Tahap-1 Tahap-2 Tahap-3 Tahap-4

[Fe(C2O4)3]-3  [Fe(C2O4)2] + C2O4  C2O4  CO2+ CO2  [Fe(C2O4)3]-3 + CO2 [Fe(C2O4)3]-4 + CO2 2[Fe(C2O4)3]-3 2Fe+2 + 5C2O4-2+ 2CO2

g. Tuliskan persamaan reaksi yang sesuai untuk pembentukan senyawa kompleks yang berwarna merah dan biru. (4 poin) Jawab: masing-masing reaksi 2 poin Fe2+ + 3bipy  [Fe(bipy)3]+2 Fe2+ + [Fe(CN)6]-3 Fe[Fe(CN)6] h. Struktur Prussian Blue tertera pada Gambar berikut yang diambil dari German National Olympiad Problems 2015:

Hitung berapa jumlah masing-masing spesi yang ada pada struktur di sebelah kanan, kemudian tuliskan rumus empiris Prussian blue selengkapnya. (5 poin) Jawab: Fe(II) = 3, Fe(III) = 4, CN =18 14 H2O

OSN_2016

, H2O = 14

Rumus empiris = Fe3Fe4(CN)18

Hal 16

Soal 5. Sel Konsentrasi

(31 poin)

Diketahui potensial reduksi setengah sel berikut ini pada 298 K: Cu+2 + 2 e–  Cu Ag+ + e– Ag

Eo = +0,340 V Eo = +0,800 V

Untuk notasi sel berikut ini: Cu(s) | Cu+2(aq), 1,00 mol/L || Ag+(aq) ,1,00M| Ag(s). a. Hitung potensial standar sel (Eosel) , tuliskan reaksi di anoda dan katoda serta reaksi selnya. (4 poin) Jawab: Eosel = EoKatoda- EoAnoda = 0,0800 V - 0,340 = 0,46 volt

(1 poin)

Reaksi sel: Katoda: (Ag+ + e– Ag )x2 Eo = +0,800 V (1 poin) Anoda: Cu+2 + 2 e–  Cu Eo = +0,340 V (1 poin) ___________________________________________________Cu + 2 Ag+  Cu+2 + 2 Ag Eosel = +460 V (1 poin) Selanjutnya, anda membuat sel galvani tersebut (lihat diagram gambar) dengan melakukan variasi konsentrasi larutan Ag+ (konsentrasi = x Mol/L)

Diperoleh data Esel (potensial sel) hasil pengukuran sebagai berikut: x (Mol/L)

0,100

0,050

0,0100

0,005

0,001

Esel (volt)

0,403

0,385

0,344

0,326

0,285

b. Alurkan pada grafik hubungan Eo (sumbu y) sebagai fungsi log x (sumbu x). (8 poin) Jawab. Perhitungan: 4 poin: gambar grafik 4 poin

OSN_2016

Hal 17

x (Mol/L)

0,100

0,050

0,0100

0,005

0,001

log x

-1,00

-1,30

-2,00

2,30

3,00

Esel (volt)

0,403

0,385

0,344

0,326

0,285

c. Tentukan potensial sel untuk nilai x = 0,020 mol/L.

(3 poin)

Jawab: Esel = EKatoda- EAnoda Nernst:

E = Eosel `

ோ்

௡.ி

ln

[஼௨శమ]

[஺௚∓ ]మ

଼,ଷଵସ ௃௄ షభ௠ ௢௟షభ.ଶଽ଼ ௄

E = 0,460 V -

ଶ௫ଽ଺ହ଴଴ ஼.௠ ௢௟షభ

E = 0,460 V- 0, 100 V = 0,36 volt

ln

ଵ,଴଴

(଴,଴ଶ଴)మ

Atau log x = log 0,02 =-1,699= -1,70dari grafik E  0,36 d. Hitunglah tetapan kesetimbangan K untuk reaksi sel di atas.

(5 poin)

Jawab Keadaan kesetimbangan: E sel = 0 atau Ekatoda = Eanoda 0,460 = ݈݊. ‫= ܭ‬

OSN_2016

ܴܶ ݈݊. ‫ܭ‬ ݊. ‫ܨ‬

0,460. ݊. ‫ܨ‬ ܴ. ܶ Hal 18

ln K =

0,460(2x96500 C. molିଵ) 8,314JK ିଵmolିଵ. 298 K

lnK = 35,833

K =e35,833 = 3,65 x 1015 atau: Ekatoda = Eanoda ૙, ૡ૙ +

ࡾ. ࢀ [࡭ࢍା ] ࡾ. ࢀ [࡯࢛ା૛] ࢒࢔ = ૙, ૜૝ + ࢒ ࢔ ࡲ [࡭ࢍା ]࢕ ૛. ࡲ [࡯࢛ା૛]࢕

[Cu+2]o = [Ag+]o = 1 M (standar) ࢒࢔ ࡷ

=

[࡯࢛శ૛]

[࡭ࢍశ ]૛

=

(૙,ૢ૙ି૙,૜૝)ࢂ.૛.ࡲ ࡾࢀ

0,460(2x96500 C. molିଵ) ln K = 8,314JK ିଵmolିଵ. 298 K ln. K = 35,833

K =e35,833 = 3,65 x 1015 Sebanyak 3,00 g kalium iodida (KI) dilarutkan dalam air sehingga volumenya 50 mL. Larutan ini kemudian dicampurkan dengan 50 mL larutan AgNO3 0,200 M. Bila campuran larutan yang terbentuk digunakan untuk menggantikan larutan AgNO3 pada sel galvani di atas, maka elektroda tembaga menjadi katoda dan potensial sel menjadi 0,420 V. e. Tuliskan reaksi sel yang terjadi, tuliskan spesi yang berperan sebagai anoda dan katoda. (3 poin) Jawab: Cu+2 + 2 Ag  Cu + 2 Ag+ Eosel = +0,420 V (1 poin) Cu = katoda (1 poin) Ag = Anoda (1 poin)

f. Hitunglah hasil kali kelarutan (Ksp) perak Iodida (AgI). Jawab: Eosel = +0,34  (+0,80) = 0,46 V E = Eosel 

(1 poin)

ோ் [஺௚శ ]మ ݈݊ శమ ௡.ி [஼௨ ]

+0,420 = −0,460 −

+0,420 + 0,460 = − OSN_2016

(8 poin)

8,314. ‫ି ܭܬ‬ଵ݉ ‫ି݈݋‬ଵ. 298‫݃ܣ[ ܭ‬ା ]ଶ ݈݊ = 2‫ ݔ‬96500 ‫ି݈݋ ݉ܥ‬ଵ [1,00] 8,314. ‫ି ܭܬ‬ଵ݉ ‫ି݈݋‬ଵ. 298‫ܭ‬ ݈݊ [‫ ݃ܣ‬ା ] 96500 ‫ି݈݋ ݉ܥ‬ଵ

Hal 19

݈݊ [‫݃ܣ‬ା ] = −

(0,880 ‫ ݔ‬96500) = −34,275 8,314‫ ݔ‬298

[Ag+] =e34,275 = 1,30 x 10-15 M

(3 poin)

Konsentrasi ion Iodida: 3 g KI= 3/166 mol = 0,181 mol Sesudah dicampurkan dengan 50 mL larutan AgNO3 0,200 M: Mol I- = 0,181- (0,05 x 0,200)= 0,181- 0,010 = 0,0810 mol [I-] = 0,0810 mol/(0,050 +0,050)L = 0,0810 mol/0,100 L = 8,1 x 10-2 M (2 poin) Ksp = [Ag+][I-] =(1,30 x 10-15)(8,1 x 10-2) = 1,05 x 10-16 Ksp AgI =1,05 x 1016 (2 poin)

OSN_2016

Hal 20

Soal 6. Omega-3 Dalam Ikan

(33 poin)

Negara Indonesia terbentang dari sabang sampai Merauke yang terdiri dari 33 propinsi mempunyai banyak macam ragam makanan khas setiap propinsinya. Salah satu makanan khas daerah provinsi Sumatera Selatan adalah apa yang dinamakan Empek-empek (Pempek), jenis makanan yang bahan utamanya adalah ikan Belida. Sekarang ini, ikan Belida sudah langka dan sangat sukar didapat, sehingga dalam membuat empek-empek ikan Belida digantikan oleh ikan Gabus ataupun Tenggiri.

Ikan Gabus

Ikan Belida

Ikan Tenggiri

Ternyata ketiga jenis ikan tadi mengandung bahan kima yang disebut dengan omega-3. Peran Omega-3 dapat mencegah beberapa penyakit degeneratif dan meningkatkan kecerdasan anak. Perhatikan struktur Omega-3 di bawah ini. 18 16

OH

17 2

15

1

4 3

14 13

6 11

O

5

8 7

12 10

9

Omega -3 Omega -3 adalah nama dagang dari senyawa asam linoleat dan banyak dijual pada tokotoko obat atau apotek. a. Tuliskan nama IUPAC dari omega-3. (abaikan bentuk E/Z). (2 poin) Jwab: Nama IUPAC dari Omega-3 adalah: Asam ( 9,12,15 ) – oktadekatrienoat b. Tuliskan jenis ikatan rangkap pada omega-3 (terisolasi atau terkonjugasi).(2 poin) Jawab: Ikatan rangkap terisolasi Agar populasi ikan tidak musnah karena orang mengambil omega-3, sebagai seorang kimiawan, kita harus dapat mensintesis omega-3 , berikut adalah bagaimana kita dapat mendapatkan bahan sederhana yang dibutuhkan dalam melakukan sintesis parsial senyawa omega-3.

OSN_2016

Hal 21

OH

III O

II I

c. Tentukan dan gambarkan struktur senyawa-senyawa yang akan anda dapatkan pada fragmentasi I. (4 poin) Kata kunci: Pereaksi Wittig Jawab: Pada reaksi I Analisa I OH

III

I

II

O 8

H

+

PPH3

4

6

2

9

C

1 7

OH

3

5

O O Asam 9-keto oktanoat Br

1-bromo-3,6 -nona diena

Senyawa sederhananya adalah : Asam 9-keto-oktanoat dan 1-bromo-3,6-nona diena. d. Tentukan dan gambarkan struktur senyawa-senyawa sederhana yang anda dapatkan pada fragmentasi II dan III. (8 poin)

Jawab: Pada reaksi II dan III (nilai masing-masing analisis 4 poin) Analisa II

Analisa III Br

Br

III

H

II + PHPh3

PHPh3+

H C O

Propanaldehida Br

C

Br

O Br

alfa-bromoasetaldehida

Propil bromida

1-bromo-3-heksena

OSN_2016

Hal 22

Senyawa sederhana adalah 1-bromo-3-heksena , propanaldehida , propilbromida dan alfa-bromo asetal dehida.

e. Tentukan dan gambarkan struktur senyawa yang dihasilkan jika produk reaksi dari fragmentasi I yang mempunyai gugus asam karboksilat direaksikan dengan K2Cr2O7. (4 poin )

Jawab: Hasil oksidasi fragmen I adalah asam 1,9-nonana dioat HO

OH C O

O

asam 1,9- nonana dioat

Protein ikan Belida rasanya lebih gurih dari pada ikan Gabus atau ikan Tenggiri. Protein adalah merupakan polimer dari asam-asam amino yang membentuk ikatan peptida. Suatu heksapeptida terdiri dari 6 asam amino yaitu: Arginin (Arg), Glysin (Gly), Leu (Leu), dan 3 molekul Prolin (Pro). Prolin dapat ditemukan baik di posisi N-terminal maupun Cterminal. Jika peptida tersebut dihidrolisis parsial, maka akan menghasilkan 3 fragmen sebagai berikut: i). H – Gly – Pro – Arg – OH f.

ii). H – Arg – Pro - - OH

iii). H – Pro – Leu – Gly - OH

Tentukan urutan asam amino yang membentuk heksapeptida tersebut.

(6 poin)

Jawab: Analisis nilainya 4 poin; urutan asam amino yang tepat nilainya 2 poin Rangkaian keenam asam amino dalam membentuk ikatan peptida adalah : i). H – Gly – Pro – Arg – OH ii). H – Arg – Pro - - OH iii). H – Pro – Leu – Gly - OH

H - Pro - Leu - Gly - OH H - Gly - Pro - Arg - OH H - Arg - Pro - OH

H - Pro - Leu - Gly - Pro - Arg - Pro - OH Urutan asam amino dalam heksapeptida : H–Pro–Leu–Gly–Pro–Arg–Pro–OH

Ikatan peptida adalah ikatan yang terjadi antara dua atau lebih asam amino. OSN_2016

Hal 23

g. Gambarkan dua struktur dipeptida yang tersusun atas asam amino Glysin dan Alanin, serta lingkari ikatan peptida dalam struktur peptida dengan urutan asam amino Glysin-Alanin (Gly-Ala). (7 poin) Jawab: Nilai: Masing-masing struktur dipeptida nilai 3 poin, ikatan peptida pada dipeptida GlysinAlanin yang dilingkari 1 poin Struktur asam amino Glysin dan Alanin serta ikatan peptida yang terjadi antara asam amino Alanin dan Glysin. H H3C

C

H

O

+

C

H2 N

C

NH2

H3C

C

OH

OH

H

H

H

O

C

C

H N

C

O C OH

H

NH2 O

asam amino Glysin

asam amino Alanin

ikatan peptida Alanin - Glysin H H3C

C

H

O

+

C

H2 N

C

OH NH2

asam amino Alanin

H

H

C OH

CH3

H

O

C

C

NH2 O

H N

C H

O C OH

asam amino Glysin ikatan peptida Glysin-Alanin

OSN_2016

Hal 24

Soal 7 Inhibitor Tirosinase dalam Bengkuang (Pachyrhizus erosus)

(35 poin)

Kuliner Sumatera Selatan lainnya adalah Tekwan, yaitu hidangan sup khas Palembang yang terbuat dari ikan dan sagu yang dibuat dalam ukuran kecil-kecil, dan disajikan dengan menggunakan kuah udang dengan rasa yang khas. Biasanya pelengkap tekwan adalah sohun, jamur dan irisan bengkuang. Walaupun hanya bahan pelengkap, namun umbi bengkuang (Pachyrhizus erosus) memiliki banyak manfaat untuk kesehatan, diantaranya zat antioksidan dan pemutih kulit (mengandung zat inhibitor tirosinase yang mencegah pembentukan zat pewarna kulit melanin). Salah satu senyawa inhibitor tirosinase yang terkandung dalam bengkuang adalah asam kojat dan turunannya. Asam kojat (C6H6O4) memiliki pola sinyal dalam spektrum 1H-NMR sebagai berikut: 1H (singlet, 9 ppm); 1H (singlet, 10,7 ppm, lebar); 1H (singlet, 6,2 ppm); 1 H (singlet, 5,5 ppm, lebar); 2H (singlet, 4,5 ppm). Untuk pola sinyal dalam spektrum 13NMR nya adalah sebagai berikut: 4 sinyal karbon masing-masing pada geseran kimia 58, 112, 128, 163, 177 dan 181 ppm. Spektrum IR asam kojat menunjukkan adanya gugus fungsi –CH- alifatik; gugus hidroksi (– OH); gugus karbonil (–C=O); gugus fungsi alkena terkonjugasi ( –C=C-); dan gugus fungsi eter (–C-O-C-). a. Tentukan struktur asam kojat, berikan uraian yang jelas untuk penentuan struktur tersebut. (6 poin) Jawab: Penentuan struktur asam kojat dari data NMR dan IR: HO 10,7 ppm

128 ppm

9,0 ppm O

HO

OH O

O

5,5 ppm 163 ppm

4,3 ppm

181 ppm O

112 ppm

177 ppm

OH

58 ppm

H 6,2 ppm

Keterangan: ada gugus fungsi –CH- alifatik, gugus fungsi karbonil keton, ikatan rangkap –C=C- terkonjugasi, gugus fungsi eter –C-O-C- dan gugus fungsi hidroksi – OH Asam kojat dapat diubah menjadi berbagai senyawa turunannya yang memiliki berbagai aktivitas fisiologis dan farmako-aktif. Berikut adalah salah satu skema reaksi sintesis senyawa turunan asam kojat.

OSN_2016

Hal 25

b. Gambarkan struktur H – L berdasarkan skema reaksi di atas. Jawab: Masing-masing struktur nilai 2 poin

(10 poin)

H3CO O OCH3 O

K

Senyawa inhibitor tirosinase lainnya yang terkandung dalam bengkuang adalah senyawa golongan flavonoid seperti: daidzein, daidzin, genistein dan turunan flavan. Senyawa flavan telah banyak disintesis di laboratorium, salah satunya adalah dari reaksi antara turunan salisilaldehida dengan asetofenon, seperti yang dilakukan oleh Mazimba, dkk. (2011) sebagaimana skema reaksi berikut. O

O

CH3

H

+ OH

NaOH dalam etanol

M (C15H12O2) NaBH4 dalam metanol

asetofenon

salisilaldehid

H+/H2O

N (C15H16O2)

O

Flavan

c. Gambarkan struktur senyawa M dan N sesuai skema reaksi di atas.

(4 poin)

Jawab: Masing-masing struktur nilai 2 poin

OSN_2016

Hal 26

d. Gambarkan mekanisme reaksi antara senyawa salisilaldehid dengan asetofenon membentuk senyawa M. (4 poin) Jawab: Kondensasi aldol senyawa asetofenon dengan salisilaldehid (4 poin) O

H O

O CH2 CH2

H

H

OH

HO

H O

O

OH

-H2O

OH

M (C15H12O2)

H OH

OH

jika ada tahap yang kurang maka dikurangi 1 poin

e. Gambarkan mekanisme reaksi pembentukan cincin lingkar flavan dari senyawa N. (4 poin) Jawab: Siklisasi intramolekul (substitusi nukleofilik diikuti dehidrasi) (4 poin)

OSN_2016

Hal 27

jika ada tahap yang kurang maka dikurangi 1 poin

f.

Tentukan jumlah karbon kiral dalam struktur flavan, jumlah stereoisomer maksimum dan konfigurasi absolut pada karbon kiral dalam struktur flavan. (3 poin) Jawab. Ada 1 karbon kiral (1 poin); stereoisomer maksimum = 21 = 2 (1 poin); konfigurasi absolut karbon kiral = S (1 poin)

g. Tuliskan dua reaksi kimia yang dapat membedakan salisilaldehid dengan asetofenon dalam suatu uji kualitatif. (4 poin) Jawab: Reaksi yang membedakan salisilaldehid dan asetofenon (uji kualitaitif), masingmasing reaksi nilai 2 poin (1 poin untuk nama reaksi; 1 poin untuk nama reagen), bisa dipilih dua dari contoh reaksi berikut: i) Reaksi redoks dengan reagen Fehling/Benedict/Tollens: salisilaldehid (+), asetofenon(-); ii) Reaksi pembentukan iodoform dengan reagen NaOH, I2: salisilaldehid (-), asetofenon (+); iii) Reaksi pembentukan hidrazon/oksim/semikarbazon dengan reagen hidrazin/hidroksilamina/semikarbazida: keduanya membentuk padatan kuning/jingga namun memiliki titik leleh yang berbeda.

OSN_2016

Hal 28

Soal 8. Polutan Organoklor (24 poin) Pada periode 1950 – 1980-an, penggunaan pestisida dan insektisida berbasis senyawa organoklor banyak digunakan di bidang pertanian dan perkebunan di seluruh dunia. Sejumlah senyawa organoklor yang banyak digunakan pada periode tersebut antara lain adalah: Aldrin, Chlordane, Dieldrin, Endrin, dan Heptachlor. Kelima senyawa tersebut sejak tahun 1980 sudah dilarang penggunaannya mengingat banyak efek yang merusak terhadap lingkungan dan kesehatan. Senyawa-senyawa tersebut dikelompokkan sebagai senyawa polutan organik yang persisten (persistent organic pollutant, POP), yaitu polutan organik yang di lingkungan sulit diuraikan secara alami (persisten) baik secara kimia, biologis maupun fotolitik. Polutan polutan tersebut bersifat toksik dan bioakumulatif dalam rantai makanan karena mudah larut dalam lemak. Kelima senyawa organoklor tersebut disintesis dari senyawa prekursor yang sama, yaitu heksaklorosiklopentadiena (A), yang mengalami reaksi sikloadisi Diels-Alder dengan senyawa alkena yang aktif, diantaranya adalah norbornadiena dan siklopentadiena. Aldrin, Dieldrin dan Endrin dihasilkan dari reaksi Diels-Alder antara A dengan norbornadiena, sedangkan Chlordane dan Heptachlor adalah adduct Diels-Alder antara A dengan siklopentadiena. a. Gambarkan struktur senyawa A.

(2 poin)

Jawab: Struktur heksaklorosiklopentadiena (A):

b. Struktur norbornadiena adalah sebagai berikut:

.

Gambarkan mekanisme reaksi pembentukan senyawa Aldrin (C12H8Cl6) yang merupakan produk reaksi Diels-Alder antara norbornadiena dengan A. (4 poin) Jawab:

c. Dalam sintesis Aldrin pada (b), tuliskan senyawa mana yang merupakan diena dan senyawa mana yang merupakan dienofil dalam reaksi Diels-Alder tersebut. (2 poin) Jawab: Diena: senyawa A (heksaklorosiklopentadiena) (1 poin); dienofil: norbornadiena (1 poin). OSN_2016

Hal 29

d. Senyawa Aldrin apabila direaksikan lebih lanjut dengan asam peroksikarboksilat seperti meta-Chloroperoxybenzoic acid (mCPBA), maka akan mengalami epoksidasi pada cincin norbornen menghasilkan dua senyawa yang merupakan stereoisomer satu sama lain, yaitu Dieldrin dan Endrin yang memiliki rumus molekul C12H8Cl6O. Gambarkan mekanisme reaksi umum untuk epoksidasi alkena oleh mCPBA. (4 poin) Jawab:

e. Gambarkan struktur Dieldrin dan Endrin stereokimia endo dan ekso antara keduanya.

dengan

menunjukkan

perbedaan (6 poin)

Jawab: nilai masing-masing struktur 3 poin. Jika struktur yang digambarkan tidak menunjukkan stereokimianya namun kerangka strukturnya benar maka nilainya masing-masing hanya 1 poin.

f.

Senyawa Chlordane (C10H6Cl8) dihasilkan dari reaksi Diels-Alder antara senyawa A dengan siklopentadiena yang dilanjutkan dengan reaksi klorinasi pada salah satu gugus alkena yang kerapatan elektronnya lebih tinggi pada senyawa adduct-nya. Gambarkan struktur Chlordane yang bersesuaian dengan informasi tersebut. (3 poin) Jawab:

g. Salah satu cara untuk menguraikan organoklor dari perairan adalah dengan proses ozonolisis. Jika senyawa Heptachlor yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini diozonolisis menggunakan ozon (O3) yang dilanjutkan dengan proses oksidatif

OSN_2016

Hal 30

menggunakan hidrogen peroksida, H2O2, maka gambarkan struktur produk yang terbentuk dari proses tersebut. (3 poin) Cl Cl

Cl Cl

Cl

Cl

Cl

Heptachlor (C10H5Cl7) Jawab: salah satu dari kedua struktur berikut mendapatkan nilai penuh 3 poin:

Cl HO Cl O

Cl

O

Cl

HO O Cl

Cl

Cl

O atau

SEMOGA BERHASIL

OSN_2016

Hal 31