Stoikiometri - Hukum2 Dasar Kimia.docx

STOIKIOMETRI (PERHITUNGAN KIMIA) Memahami hukum-hukum dasar kimia dan penerapannya dalam perhitungan kimia (Stoikiometri)

Standar Kompetensi : 2. Memahami hukum-hukum dasar kimia dan penerapannya dalam perhitungan kimia (Stoikiometri) Kompentensi Dasar : 2.1 Mendeskripsik-an tata nama senyawa anorganik dan senyawa organik sederhana serta persamaan reaksinya.

Indikator Pencapaian Kompetensi : Menuliskan nama senyawa biner (kovalen) biner, senyawa ionik, asam, dan basa Menuliskan nama senyawa poliatomik Menuliskan nama senyawa organik sederhana Menuliskan persamaan kimia dengan rumus senyawa berdasarkan nama-nama senyawa kimia yang diberikan. Menyetarakan persamaan reaksi sederhana dengan diberikan nama-nama zat yang terlibat dalam reaksi atau sebaliknya. Membuktikan hukum Lavoisier melalui percobaan Membuktikan hukum Proust melalui percobaan Menganalsis senyawa untuk membuktikan berlakunya hokum kelipatan perbandingan (Hukum Dalton) Menggunakan data percobaan untuk membuktikan hukum perbandingan volum (Hukum gay Lussac) Menggunakan data percobaan untuk membuktikan hukum Avogadro. Mengkonversikan jumlah mol dengan jumlah partikel , massa dan volum zat Menentukan kadar zat dalam senyawa Menentukan rumus empiris dan rumus molekul Menentukan banyak zat pereaksi atau hasil reaksi Menentukan pereaksi pembatas dalam suatu reaksi Menentukan rumus hidrat A. TATA NAMA SENYAWA SEDERHANA Berdasarkan asal pembentuknya, senyawa dibagi atas 2 yaitu senyawa organik yang berasal dari makhulk hidup, dan senyawa anorganik, yang berasal dari benda mati. 1. Tata Nama Senyawa Anorganik Senyawa anorganik meliputi : senyawa molekul (kovalen), senyawa ionik, asam, dan basa. a. Senyawa Molekul (kovalen) Biner Senyawa biner adalah senyawa yang hanya terdiri atas 2 jenis unsur. 1. Rumus senyawa : penulisan rumus senyawa kovalen harus berdasarkan urutan unsur – unsur nonlogam berikut. B – Si – C – Sb – As – P – N – H – S – I – Br – Cl – O - F Contoh : rumus kimia NH3, bukan H3N, dan rumus air H2O bukan OH2. 2. Nama senyawa : nama senyawa kovalen biner merupakan gabungan kedua jenis unsur nonlogam dengan akhiran ida. Contoh : HCl = hidrogen klorida Jika pasangan unsur yang bersenyawa membentuk lebih dari sejenis senyawa, maka senyawa – senyawa itu dibedakan dengan menyebutkan angka indeksnya dalam bahasa yunani. Indeks satu tidak perlu disebutkan, kecuali untuk karbon monooksida. 1 = mono 6 = heksa 2 = di 7 = hepta 3 = tri 8 = okta 4 = tetra 9 = nona 5 = penta 10 = deka

Contoh :  CO : karbon monooksida  CCl4 : karbon tetra klorida  CS2 : karbon disulfida 3. Senyawa yang sudah umum tidak perlu mengikuti aturan diatas. Contoh : H2O (air), NH3 (ammonia), CH4 (metana) b. Senyawa Ionik Senyawa ion adalah senyawa yang terdiri atas unsur logam dan nonlogam. 1. Rumus senyawa : kation ditulis di depan dan disusul anion. 2. Nama senyawa : rangkaian nama kation (di depan) dan disambung nama anionnya dibelakang. Angka indeks tidak disebutkan. Contoh : NaNO3 = natriumnitrat, CaCO3 = kalsium karbonat, ZnSO4, zink sulfat c. Asam Asam adalah senyawa hidrogen yang jika dilarutkan dalam air akan terurai menjadi ion H+ dan ion negatif. Rumus kimia asam umumnya terdiri dari atom hidrogen (atom H ditulis di depan rumus molekul), dan sisanya adalah anion yang merupakan sisa asam. Nama depan diawali dengan kata”asam” dan sisa asamnya sesuai dengan nama anionnya. Contoh, H2S = asam sulfida, H2SO4 = asam sulfat, HNO3 = asam nitrat. d. Basa Basa adalah zat yang jika dlarutkan dalam air akan terurai menjadi kation (ion positif) dan ion OH- (hidroksida). Rumus senyawa basa identik dengan OH pada akhir penulisan rumusnya dan nama senyawa basa selalu berakhiran dengan bunyi hidroksida. Contoh , NaOH = natrium hidroksida, Ca(OH)2 = kalsium hidroksida, Ba(OH)2 = barium hidroksida. 2. Tata Nama Senyawa Organik Senyawa organik adalah senyawa yang berasal dari makhluk hidup (senyawa karbon) dengan sifat tertentu. Umumnya senyawa organik mengandung atom C sehingga disebut juga senyawa karbon. Contoh :  CH4 : metana  CO(NH2)2 : urea  CH3COOH : asam cuka (asam asetat)  C6H12O6 : glukosa (gula darah/gula anggur)  C12H22O11 : sukrosa (gula tebu)  HCHO : formaldehida (bahan formalin)  CHCI3 : kloroform (bahan pembius)  CHI3 : iodoform (antiseptik)  CH3CH2OH : etanol (alkohol)  CH3COCH3 : aseton (pembersih kuteks) B. HUKUM – HUKUM DASAR KIMIA 1. Hukum Lavoisier (Hukum Kekekalan Massa) Bunyi hukumnya : “Dalam sistem tertutup, massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”. Dengan kata lain jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi adalah sama. Contoh pada persamaan reaksi berikut : 2H2 + O2 2H2O Pada reaksi pembentukan air diatas, jumlah atom H pada awal reaksi = 4 dan sesudah reaksi jumlah atom H = 4. Begitupun atom O, sebelum reaksi jumlah atom O = 2, dan sesudah reaksi = 2. Hal ini membuktikan hukum kekekaan massa yaitu jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.

2. Hukum Proust (HukumPerbandingan Tetap) Bunyi hukumnya : “perbandingan massa unsur – unsur dalam suatu senyawa adalah tertentu dan tetap”. Dengan kata lain perbandingan jumlah atom dalam suatu senyawa adalah tertentu dan tetap. Contoh : Perhatikan data reaksi hidrogen dengan oksigen membentuk membentuk air sebagai berikut : Massa hidrogen Massa oksigen Massa air Massa pereaksi No yang yang yang terbentuk yang tersisa direaksikan direaksikan 1. 1 gr 8 gr 9 gr – 2. 2 gr 16 gr 18 gr – 3. 1 gr 9 gr 9 gr 1 gr oksigen 4. 2 gr 8 gr 9 gr 1 gr hidrogen 5. 5 gr 24 gr 27 gr 2 gr hidrogen 6. 10 gr 10 gr 11,25 gr 8,75 gr hidrogen Berdasarkan data tersebut, tentukanlah perbandingan massa hidrogen dengan oksigen dalam air. Jawab : Reaksi pembentukan air : 2H2 + O2 2H2O  Percobaan (1) ; massa H : massa O = 1 : 8  Percobaan (2) ; massa H : massa O = 2 : 16 = 1 : 8  Percobaan (3) ; massa H : massa O = 1 : (9 – 1) = 1 : 8  Percobaan (4) ; massa H : massa O = (2 – 1) : 8 = 1 : 8  Percobaan (5) ; massa H : massa O = (5 – 2) : 24 = 3 : 24 = 1 : 8  Percobaan (6) ; massa H : massa O = (10 – 8,75) : 10 = 1,25 : 10 = (1,25/1,25) : (10/1,25) = 1 :8

Berdasarkan percobaan diatas, ternyata terbukti bahwa perbandingan massa atom H : O = 1 : 8 , hal ini dapat membuktikan kebenaran hukum Proust. Latihan 2.1 : 1. Perbandingan massa karbon (C) terhadap oksigen (O) dalam karbon dioksida (CO2) adalah 3 : 8. Berapa gram CO2 dapat dihasilkan apabila direaksikan : a. 6 gr karbon dengan 16 gr oksigen b. 6 gr karbon dengan 8 gr oksigen c. 3 gr karbon dengan 10 gr oksigen d. 6 gr karbon dengan 10 gr oksigen 2. Empat gr tembaga bereaksi dengan 2 gr belerang membentuk tembaga sulfida. Berapa gr tembaga sulfida dapat terbentuk jika direkasikan 10 gr tembaga dengan 10 gr belerang ? 3. Satu gr unsur A direaksikan dengan 3 gr unsur B sehingga terbentuk 2,33 gr senyawa AB. Berapakah perbandingan massa A : B dalam senyawa AB itu ? 4. Sampel zink sulfida dibuat menurut 3 cara yang berbeda. Dalam 3,22 gr sampel pertama terdapat 2,16 gr zink, sedangkan dalam 5,38 gr sampel kedua terdapat 1,77 gr belerang. Dalam sampel yang ketiga 0,93 gr zink bereaksi dengan 0,46 gr belerang. Apakah data ini memenuhi hukum perbandi ngan tetap ? 3. Hukum Dalton (Hukum Kelipatan Berganda) Hukum ini berkaitan dengan pasangan unsur yang dapat membentuk lebih dari satu senyawa. Menurut Dalton : Jika massa dari salah satu unsur dalam kedua senyawa tersebut adalah sama, maka perbandingan massa unsur yang satu lagi dalam kedua senyawa itu merupakan bilangan bulat dan sederhana.

Contoh soal : Belerang (S) dan oksigen (O) membentuk 2 jenis senyawa. Kadar belerang dalam senyawa I dan II berturut – turut adalah 50 % dan 40 % . Apakah hukum Dalton berlaku untuk senyawa tersebut ? Jawab : Senyawa I : Massa S = 50 % , berarti massa O = 100% - 50% = 50% Massa S : O = 50% : 50% = 1 : 1 , jadi rumus senyawa I adalah SO Senyawa II : Massa S = 40% , berarti massa O = 100% - 40% = 60% Massa S : O = 40% : 60% = 2 : 3 = 1 : 1,5 . jadi rumus senyawa II adalah SO2 Jika massa S dalam senyawa I = senyawa II, misalnya sama-sama 1 gr, maka perbandingan massa O pada senyawa I dan II adalah 1 : 1,5 atau 1 : 2. Perbandingan tersebut meru pakan bilangan bulat dan sederhana.. Kedua senyawa tersebut memenuhi hukum Dalton. Latihan Soal 3.1 : 1. Unsur A dan B membentuk dua jenis senyawa . massa unsur A dalam kedua senyawa berturut-turut adalah 47% dan 30%. Tunjukkanlah bahwa hukum Dalton berlaku dalam kedua senyawa . 2. Fosforus dan oksigen membentuk dua macam senyawa. Dalam 55 gr senyawa I terdapat 31 gr fosforus, sedangkan 71 gr senyawa senyawa II mengandung 40 gr oksigen. Tunjukkanlah bahwa kedua senyawa tersebut memenuhi hukum Dalton. 3. Unsur X dan Y membentuk dua jenis senyawa (senyawa I dan II). Massa X dalam kedua senyawa tersebut adalah 27% dan 43%. a. Periksalah apakah kedua senyawa tersebut memenuhi hukum Dalton. b. Jika rumus kimia salah satu senyawa itu adalah XY, bagaimanakah rumus senyawa yang satu lagi? 4. Nitrogen dan oksigen membentuk berbagai macam senyawa. Tiga diantaranya mengandung nitrogen masing – masing 26% , 30% , 37%. Tunjukkanlah bahwa ketiga senyawa tersebut memenuhi hukum Dalton. 4. Hukum Gay Lussac (Hukum Perbandingan Volume) Gay Lussac menyimpulkan bahwa : Bila diukur pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas yang bereaksi dan gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana. Pada penelitiannya, Gay Lussac membuat 3 percobaan. Pada percobaan I, ia mereaksikan 2 volume gas hydrogen dan 1 volume gas oksigen dan menghasilkan 2 volume uap air. Percobaan II, ia mereaksikan 1 volume gas hydrogen dan 1 volume gas klorin dan menghasilkan 2 volume gas hydrogen klorida. Pada percobaan III, Ia mereaksikan 3 volume gas hydrogen dan 1 volume gas nitrogen menghasilkan 2 volume gas ammonia. Berdasarkan ketiga percobaan tersebut, Gay Lussac memperoleh data sebagai berikut : I.

Reaksi pembentukan uap air 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) Perbandingan volume = 2 : 1 : 2 Perbandingan koefisien = 2 : 1 : 2 II. Reaksi pembentukan gas hydrogen klorida H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) Perbandingan volume = 1 : 1 : 2 Perbandingan koefisien = 1 : 1 : 2 III. Reaksi pembentukan gas amonia 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) Perbandingan volume = 3 : 1 : 2 Perbandingan koefisien = 3 : 1 : 2 Jadi dari ketiga persamaan reaksi tersebut dapat disimpulkan bahwa : Perbandingan volume volume gas sesuai dengan perbandingan koefisien reaksinya.

Latihan soal 4.1 : 1. Dua peneliti secara terpisah mempelajari reaksi peruraian dinitrogen pentaoksida menjadi nitrogen dioksida dan oksigen. Peneliti pertama menemukan bahwa peruraian 50 mL (1000C, 1 atm) dinitrogen pentaoksida menghasilkan 100 mL (1000C, 1 atm) nitrogen dioksida dan 25 mL (1000C, 1 atm) oksigen. Peneliti kedua menemukan bahwa peruraian 30 mL (2000C, 2 atm) dinitrogen pentaoksida menghasilkan 60 mL (2000C, 2 atm) nitrogen dioksida dan 15 mL (2000C, 2 atm) oksigen. Apakah hasil percobaan tersebut memenuhi hukum perbandingan volume ? 2. Gas ammonia (NH3) bereaksi dengan gas oksigen (O2) dan membentuk gas nitrogen (N2) dan uap air (H2O). Jika dalam percobaan tersebut dilakukan pada suhu dan tekanan yang sama, direaksikan 100 mL gas ammonia dengan75 mL oksigen dan menghasilkan 50 mL gas nitrogen dan 150 mL uap air. Apakah hasil percobaan tersebut memenuhi hokum gay Lussac ? 5. Hukum Avogadro (Hipotesis Avogadro) Avogadro dapat menjelaskan hukum perbandingan volume dengan mengajukan hipotesis sebagai berikut : Pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas bervolume sama mengandung jumlah molekul yang sama pula. Jadi, perbandingan volume gas – gas itu juga merupakan perbandingan jumlah molekul yang terlibat dalam reaksi. Dengan kata lain : Perbandingan volume gas – gas yang bereaksi sama dengan koefisien reaksinya. Contoh Soal : 2 L gas nitrogen (N2) tepat bereaksi dengan 3 L gas oksigen (O2) membentuk 2 L gas X. Semuanya diukur pada suhu dan tekanan yang sama. Tentukanlah rumus molekul gas X tersebut. Jawab : Misalkan rumus molekul gas X adalah NxOy Maka Perbandingan volume N2 : O2 : NxOy adalah 2 : 3 : 2 Oleh karena perbandingan volume gas merupakan koefisien reaksi, maka persamaan reaksinya dapat ditulis sebagai berikut : 2N2(g) + 3O2(g)

2 NxOy(g)

Ruas kiri = ruas kanan, maka untuk kesetaraan jumlah atom N adalah : Jumlah atom N diruas kiri = 4 , diruas kanan = 2x , berarti 2x = 4 maka x = 2. Untuk kesetaraan atom O adalah Jumlah atom O diruas kiri = 6 , diruas kanan = 2y, berarti 2y = 6 maka y = 3. Dengan x = 2 dan y = 3 , maka rumus kimia gas X atau NxOy adalah N2O3 Contoh soal : Menentukan rumus molekul senyawa gas dari data perbandingan volume. Suatu senyawa hidrokarbon ( CxHy) yang berwujud gas terbakar menurut persamaan : CxHy(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) (Belum setara) Dari percobaan tersebut diketahui bahwa untuk membakar 5 liter (T,P) senyawa hidrokarbon itu diperlukan 12,5 liter (T,P) oksigen dan dihasilkan 10 liter (T,P) karbon dioksid. Tentukanlah rumus molekul hidrokarbon tersebut. Jawab : Perbandingan volume CxHy : O2 : CO2 : = 5 : 12,5 : 10 = 2 : 5 : 4 Karena perbandingan volume merupakan koefisien reaksi, maka persamaan reaksinya menjadi : 2CxHy(g) + 5O2(g) 4CO2(g) + ....H2O(g) (Belum setara) Maka, persamaan reaksi yang setara : 2CxHy(g) + 5O2(g) 4CO2(g) + 2H2O(g)

Pada persamaan reaksi yang setara, jumlah atom setiap unsur diruas kiri dan diruas kanan haruslah sama, maka : Untuk kesetaraan atom C, maka 2x = 4, jadi x = 2 Untuk kesetaraan atom H, maka 2y = 4, jadi y = 2 Jadi rumus molekul hidrokarbon tersebut adalah C2H2 Latihan Soal 5.1 : 1. Satu liter (T, P) nitrogen (N2) tepat bereaksi dengan 2 Liter (T, P) oksigen (O2) membentuk 1 liter (T, P) gas X . tentukanlah rumus molekul gas X tersebut. 2. Pada penguraian sempurna 10 mL (T, P) suatu oksida nitrogen (NaOb) yang berupa gas dihasilkan 20 mL (T, P) oksigen. Tentuksanlah rumus molekul oksida nitrogen tersebut. 3. Pada pembakaran sempurna 5 L (T, P) gas CxHy dihabiskan 15 L (T, P) oksigen dan dihasilkan 10 L (T, P) karbon dioksida. CxHy (g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) Tentukanlah rumus molekul CxHy tersebut. 4. Gas A2 sebanyak 10 mL tepat habis bereaksi dengan 15 mL gas B2 membentuk 10 mL gas AxBy pada T dan P yang sama. Berapakah nilai x dan y ? 6. Stoikiometri Reaksi – reaksi Gas Hukum Gay Lussac dan hipotesis Avogadro menjadi dasar bagi stoikiometri reaksi – reaksi gas. Jika pengukuran dilakukan pada suhu dan tekanan yang sama, maka perbandingan volume gas yang terlibat dalam reaksi sama dengan koefisien reaksinya. Oleh karena itu jika volume salah satu komponen diketahui, maka volume komponen lainnya dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : Volume gas yang dicari =

𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑔𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑐𝑎𝑟𝑖 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑔𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑘𝑒𝑡𝑎ℎ𝑢𝑖

𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑘𝑒𝑡𝑎ℎ𝑢𝑖

Contoh Soal 1 : Gas etena (C2H6) terbakar menurut persamaan sebagai berikut : 2C2H6(g) + 7O2(g) 4CO2(g) + 6H2O(g) Hitunglah volume oksigen yang diperlukan untuk membakar 6 L C2H6. Jawab : Volume gas O2 =

𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑔𝑎𝑠 𝑂2 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑔𝑎𝑠 𝐶2𝐻6 7

𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑔𝑎𝑠 𝑂2

= 2 𝑥 6 𝐿𝑖𝑡𝑒𝑟 = 21 Liter

Contoh Soal 2 : Menganalisis susunan campuran gas Metana dan etana terbakar menurut persamaan sebagai berikut : CH4 + O2 CO2 + H2O C2H6 + O2 CO2 + H2O Pada pembakaran sempurn 5 liter (T, P) campuran CH4 dan C2H6 dihasilkan 7 liter (T, P) karbon dioksida. Tentukanlah susunan campuran tersebut. Jawab : Persamaan setara reaksi pembakaran CH4 dan C2H6 : CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O Misalkan volume C2H6 = x liter, maka volume CH4 = 5 – x liter. 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝐶𝑂 Maka , volume CO2 yang dihasilkan = 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝐶 2 X volume CO2 = 2𝐻6

4 2

X x liter =

2x liter Karena volume CO2 hasil pembakaran kedua jenis gas itu adalah 7 liter, maka persamaannya = 2x + (5 – x) = 7 2x + 5 – x = 7 x + 5= 7 x=7–2 Jadi, x=2

jadi campuran tersebut terdiri atas 2 liter C2H6, sedangkan volume CH4 = 5 – x =5–2 =3 Jadi, volume CH4 = 3 liter Latihan Soal 5.2 : 1. Ammonia (NH3) dibuat dari reaksi gas gas nitrogen dan gas hidrogen menurut persamaan : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Berapa volum gas nitrogen (T,P) dan hidrogen (T,P) yang diperlukan untuk membuat 100 liter amonia (T,P) ? 2. Asetilena (C2H2) dapat dibuat dari metana (CH4) melalui pembakaran tak sempurna menurut persamaan reaksi : CH4(g) + O2(g) C2H2(g) + H2O(g) (Belum setara) Berapa liter oksigen (T, P) harus direaksikan dengan 100 liter metana (T, P) sehingga diperoleh asetilena menurut persamaan reaksi tersebut ? berapa volume asetilena yang dihasilkan (T, P) ? 3. Pada pembakaran sempurna 10 mL suatu campuran gas metana (CH4) dengan gas etena (C2H4) dihasilkan 12 mL gas karbon dioksida (CO2). Semua gas diukur pada suhu dan tekanan yang sama. CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O Tentukanlah susunan campuran tersebut ! 4. Pada suhu dan tekanan yang sama, sebanyak 2 liter gas nitrogen (N2) tepat bereaksi dengan gas H2 membentuk gas NH3 (amonia). Tentukan : a. Persamaan reaksinya b. Volume gas H2 yang diperlukan ! c. Volume gas NH3 yang dihasilkan !