Soal-soal untuk Latihan UAS Kimia Dasar
Termokimia dan Energi
1. Diketahui persamaan reaksi berikut ini : C 6H5OH(s) + 7 O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O(l) Saat 2,00-gram sampel fenol murni, C 6H5OH(s), dibakar seluruhnya berdasarkan persamaan reaksi diatas, maka 64.98 kilojoule panas dilepaskan. Gunakan informasi pada tabel dibawah ini untuk menjawab pertanyaan. Senyawa Panas Pembentukan Standard, H f ; at 25 C (kJ/mol) CO2(g) H2O(l) C6H5OH(s)
-393.5 -285.85 ?
(a) Hitung panas molar dari pembakaran pembakaran fenol fenol dalam kilojoules kilojoules per mol pada 25 C. (b) Hitung panas pembentukan pembentukan standard, standard, H f , fenol fenol dalam dalam kilo kilojoul joules es per per mol pada pada 25 C. Jawab a. a b.
2. Kalsium
khlorida
(CaCl2) ditambahkan ke sayuran yang diawetkan untuk
mempertahankan keawetan sayuran tersebut. Ketika ditambahkan ke air, kalsium khlorida akan terurai menjadi: CaCl2 (s) Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) Sebuah kalorimeter mengandung 50.0 gram air pada 25.00oC. Saat 1.00 gram kalsium khlorida ditambahkan kedalam calorimeter suhunya naik menjadi 28.51oC. Asumsikan bahwa semua kalor dilepaskan oleh reaksi dipindahkan ke air dan kalor jenis air adalah 4.18 J/kg.oC. a) Hitung q dari reaksi tersebut! b) Berapa CaCl2 harus ditambahkan untuk menaikkan suhu larutan sebesar 9.00oC?
Jawaban
a) q H 2O = − qreaksi
J x (28.51o C - 25.00 o C ) = 734 J o g. C = −734 J
a. q H 2O = 50.0 g x 4.18 b. qreaksi = − q H 2O c.
J x 9.00 o C = 1.88 x 10 3 J o g. C = −1.88 x 10 3 J
b) q H 2O = 50.0 g x 4.18
d. qreaksi = − q H 2O e. Dari jawaban a) diketahui bahwa menambahkan 1.00 gram CaCl2 menghasilkan kalor sebesar -734 J. Berarti kita memiliki factor konversi sebesar -734 J/1.00 gram CaCl2. f. Sehingga untuk menghasilkan kalor sebesar -1.88 x 103 J memerlukan: 3 g. − 1.88 x 10 J x
1 gram = 2.56 gram CaCl 2 − 734 J
3. (a) Perhatikan diagram siklus berikut dan hitunglah berapa harga X?
(b) Ketika 1 mol metana (CH 4) dibakar pada tekanan konstan dan energi sebesar 890 kJ dilepaskan sebagai panas. Hitunglah ∆H untuk proses pembakaran sampel metana sebanyak 5.8 g yang dibakar pada tekanan konstan. Diketahui Ar C = 12 g/mol dan H = 1 g/mol.
Jawab:
2 (a).
2S + 3O2 → 2SO3
∆H1 = - 790 kJ
2SO2 + O2 → 2S + 3O2
∆H2 = 593 kJ
2SO2 + O2 → 2SO3
∆H3 = - 790 + 593 = -197 kJ
2(b). CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) ∆H = -890 kJ
5.8 gCH 4 ×
1molCH 4 −890kJ × = −320kJ 16.0 gCH 4 molCH 4
Jika kita mempunyai 1.00 g O 2 maka ∆H adalah: 1.00 gO 2 ×
1molO 2 −890 KJ × = − 13.9kJ 32.0 gO 2 2molO 2
4. Hitunglah entalpi reaksi standar untuk reaksi pembakaran amonia NH 3(g) yang menghasilkan nitrogen oksida, NO (g) dan air H2O (l). Diketahui Entalpi pembentukan, ∆ H f , dalam kJ/mol pada 25 NH3(g) - 46,11 NO (g) 90,25 H2O (l) -285,83 Jawaban
4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(l) 4(- 46,11 ) 0 4 (90,25) 6 (- 285,83) ∆ H r = [361,00 + (- 1,714.98)] – ( - 184.44 + 0)
= -1.169,54 kJ
Ini adalah perubahan entalpi standar untuk pembakaran 4 mol NH3. Untuk pembakaran 1 mol NH3, h. ∆ H r = (-1.169,54 kJ)/4 = - 292,38 kJ
4. Asetilen (C2H2) adalah gas yang digunakan dalam mengelas yang dihasilkan dari reaksi air dengan karbit(CaC2).Bila diberikan persamaan termokikia dibawah ini.Hitung ∆Hf o asetilen dinyatakan dalam kJ/mol CaO(s) + H2O(l)
→ Ca(OH)2 (s)
∆Ho = - 65,3 kJ
CaO(s) + 3C(s,grafit)
→ CaC2 (s) + CO (g)
∆Ho = +462,3 kJ
→ Ca(OH)2 (s) + C2H2 (g)
CaC2 (s) + 2H2O(l)
∆ Ho = -
126 kJ ∆ Ho = -
2 C(s,grafit) + O2(g) → 2 CO (g) 220 kJ
∆ Ho = +
→ 2 H2 (g) + O2(g)
2H2O(l)
572 kJ
Kinetika Kimia
1. Diketahui persamaan reaksi berikut ini 2NO(g) + 2H2 → N2(g) + 2H2O(g) Berdasarkan hasil percobaan, berapa orde untuk NO dan H2 ? [NO] [H2] Laju (M min- ) 0.015 0.020 0.60 0.015 0.040 1.20 0.030 0.020 2.40 Jawab
Orde NO = 2 dan H 2 = 1
2. This is the reactions of the two compounds, 2A+2B C+D The following data about the reaction above were obtained from three experiments: Initial Rate of Experiment
[A]
[B]
Formation of C (mole.liter -1min-1)
1 2 3
0.60 0.20 0.20
0.15 0.60 0.15
6.3 102.8 107.0 10-
What is the rate equation for the reaction? What is the numerical value of the rate constant k? What are its dimensions? Propose a reaction mechanism for this reaction. Answer
(a) Rate = k[A]2[B] (b) k = 0.12 l 2/mol2-min (c) Possible mechanism: Step 1: 2 A <==> A2 Step 2: A2 + B --> A2B (slow step) Step 3: A2B + B --> C + D 3. Penguraian senyawa A mengikuti laju reaksi orde pertama. Diketahui: Konstanta laju reaksi menjadi dua kalinya ketika suhunya naik dari 15 oC ke 25oC Konstantan laju penguraiannya pada suhu 40oC adalah 0.0125 detik -1 a) Berapa energy aktivasi reaksi penguraian tersebut (R = 8.31 J/mol.K)? b) Berapa waktu-paruh A pada suhu 78oC • •
Jawaban
k 2 k 1
= 2.00 → ln
k 2 k 1
= ln 2.00 = 0.693
T1 = 288K dan T2 = 298K k E 1 1 ln 2 = a − ⇔ 0.693 = k 1
R T 2
T 1
1 1 − 8.31 J/mol.K 298 K 288 K E a
E a = 4.9 x 10 4 J/mol = 49 kJ/mol
Untuk menghitung waktu-paruh harus diketahui k-nya pada suhu 78oC. Substitusikan ke persamaan Arrhenius: k 2 4.9 x 10 4 J/mol 1 k 1 − = 2.04 ⇒ 2 = 7.69 ln = k 1 8.31 J/mol.K 313 K 351 K k 1 -1 -1 -1 k 1 = 0.0125 detik maka k 2 = 0.0125 detik / 7.69 = 0.0961 detik 0.693 = 7.21 detik t 1 / 2 = 0.0961 detik -1
Kesetimbangan Kimia
1. H2(g) + CO2(g)
H2O(g) + CO(g)
Ketika H2(g) dicampurkan dengan CO2(g) pada 2000 K, kesetimbangan dicapai dengan mengacu pada persamaan reaksi diatas. Pada sebuah percobaan, terukur konsentrasi kesetimbangan sebagai berikut : [H2] = 0.20 mol/L [CO2] = 0.30 mol/L [H2O] = [CO] = 0.55 mol/L a. Berapa fraksi mole dari CO(g) didalam campuran kesetimbangan? b. Menggunakan konsentrasi kesetimbangan yang telah diberikan, hitung nilai K c, konstnta kesetimbangan untuk reaksi. c. Tentukan K p, mengacu pada K c untuk sistem ini. d. Ketika system didinginkan dari 2000 K ke temperatur yang lebih rendah, 30,0 % dari CO(g) dikonversi kembali menjadi CO 2(g). Hitung nilai K c pada temperature yang lebih rendah ini. e. Pada percobaan yang berbeda, 0,50 mol H2(g) dicampurkan dengan 0,50 mol CO2(g) didalam sebuah vessel 3,0 liter pada 2.000 K. Hitung konsentrasi kesetimbangan, dalam mol per liter, dari CO(g) pada temperature ini. Jawab :
2. Reaksi pembuatan amonia dari nitrogen dan hidrogen (Haber Process) merupakan reaksi reversibel. Katalis yang biasa digunakan untuk reaksi ini adalah katalis besi dengan kalium hidroksida digunakan sebagai promotor. Berdasarkan informasi yang diperolehnya, seorang peneliti kemudian mencoba mengaplikasikannya di laboratorium. Tekanan dan suhu reaksi dia variasikan, untuk melihat pengaruhnya terhadap yield amonia, dengan perbandingan mol untuk nitrogen dan hidrogen adalah 1:3. Konsentrasi amonia yang diperoleh untuk setiap variasi kondisi reaksi diukur. Hasil yang diperolehnya adalah sebagai berikut: T (oC) P (atm) 200 300 400 NH3 (% mol) 10 50,7 14,7 3,9 30 67,6 30,3 10,2 50 74,4 39,4 15,3 Dengan menggunakan table diatas, hitunglah tetapan kesetimbangan ( K p dan K c) reaksi pembuatan ammonia pada 10,0 atam dan 200 oC. Jawaban
Reaksi pembuatan ammonia N2( g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) Tekanan total
= 10,0 atm = p NH3 + ( p N2 + p H2)
p NH3
= 50,7 % tekanan total = 0.507 × 10.0 atm = 5.07 atm
p N2 + p H2
= 10,0 atm – 5.07 atam = 4.93 atm
Karena banyaknya molekul N2 dan H2 adalah 1:3 maka, p N2 = ¼ p H2 =
× 4.93 atm = 1.23 atm
¾ × 4.93 atm = 3.70 atm K p
Kp
= K c = 4.13 × 10-1 = (4.13 × 10-1) -2
= 6.23 × 102 3. Asam laktat C3H6O3 adalah asam organik lemah yang ada dalam susu asam dan susu mentega. Asam ini juga merupakan hasil metabolisma karbohidrat dan ditemukan dalam darah setelah aktivitas yang menguras tenaga. Sebuah buffer dipersiapkan dengan menguraikan asam laktat, HLak ( K a = 1.4 x 10-4) dan sodium laktat NaC3H5O3, NaLak. Hitung [H+] dan pH jika buffer itu dibuat dari a) 1.00 mol sodium laktat dan 1.00 mol asam laktat dalam air yang cukup untuk membuat larutan 550.0 mL b) 34.6 gram NaLak diuraikan dalam 550.0 mL dari 1.20 M larutan HLak (asumsi: tidak ada perubahan volume) Jawaban
[H+] dan pH buffer adalah:
[H + ] = K a
n HLak n Lak −
= 1.4 x10 −4
1.00mol = 1.4 x10 − 4 1.00mol
pH = − log 1.4 x10 −4 = 3.85
[H+] dan pH buffer adalah: 1.20 mol HLak = 0.660mol n HLak = 0.5500 L x 1 L 1 mol = 0.309 mol n NaLak = n Lak = 34.6 g NaLak x 112.06 g −
0.660 = 3.0 x 10 - 4 0.309 pH = − log (3.0 x 10 − 4 ) = 3.52 [H + ] = 1.4 x10 − 4 x
Elektrokimia
1. Setimbangkan persamaan berikut ini a. b. c. d.
KMnO4 + HCl + H2S → KCl + MnCl2 + S + H2O NaCl + H2SO4 + MnO2 → Na2SO4 + MnSO4 + H2O + Cl2 MnO 4 + SO32 → Mn2+ + SO42 (Suasana asam) 3 3 AsO3 + I2 → AsO4 + I (Suasanan basa)
Jawab :
a. b. c. d.
2 KMnO4 + 6 HCl + 5 H2S → 2 KCl + 2 MnCl 2 + 5 S + 8 H2O 2 NaCl + 2 H2SO4 + 1 MnO2 → 1 Na2SO4 + 1 MnSO4 + 2 H2O + 1 Cl2 6 H+ + 2 MnO 4 + 5 SO32 → 2 Mn2+ + 5 SO4 2 (Suasana asam) 3 3 2OH + 1 AsO3 + 1 I2 → 1 AsO4 + 2 I (Suasanan basa)
2. (a) Besi di alam ditemui dalam bentuk oksida besi yang sering disebut sebagai bijih besi. Sering kita lihat terjadinya korosi pada material besi. Sebutkan beberapa cara untuk mencegah terjadinya korosi dan jelaskan reaksi terjadinya korosi. Apabila diketahui Fe2+/Fe dengan E0 = -0,41 Volt dan H2O/OH- dengan Eo = -0,83 Volt. (b) Jika arus listrik sebesar 100 miliampere dilewatkan melalui coulometer tembaga selama 120 menit, hitunglah berapa jumlah tembaga yang diendapkan? Bila diketahui Ar Cu = 63,546 g/mol dan 1 faraday = 96.500 C/mol (c) Perkirakan dari reaksi redoks berikut apakah terjadi atau tidak? Jelaskan dengan melihat kekuatan sebagai oksidator dan reduktor dari zat-zat yang bereaksi! (a) (b) (c) (d)
MnO4-(aq) + 3Fe2+(aq) + 2H2O(l) → MnO2(s) + 3Fe 3+(aq) + 4OH-(aq) Ag+(aq) + Cu( s) → 2Ag( s) + Cu2+(aq) 2Ag( s) + S( s) → Ag2S( s) MnO4-(aq) + 5Fe2+(aq)+ 8H+(aq) → Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) + 4H2O(l)
Jawab:
2(a). Besi di alam → oksida besi (bijih besi) Reaksi terjadinya korosi adalah sebagai berikut: Fe2+ + 2 e- → Fe(s)
E0 = - 0,44 Volt
½ O2 + H2O + 2 e- → 2 OH-
E0 = -0,83 Volt
Pada Fe(s) terjadi reaksi oksidasi sehingga E 0 menjadi +0,44 Volt. Sehingga E0 Sel = E0 oksidasi + E0 reduksi Fe(s) + ½ O2 + H2O → Fe2+ + 2OH-
0
E=
-0,39 Volt
Fe(OH)2 → FeO + H2O 2 FeO + O2 → Fe2O3 Fe2O3. nH2O ⇒ Besi menjadi berkarat dan rapuh Beberapa cara untuk mencegah terjadinya korosi adalah pelapisan permukaan besi dengan suatu lapisan tidak tembus seperti cat, dan pelapisan besi dengan Zn/galvanisasi 2(b). C = A x t dimana A = Arus (Ampere) dan t = waktu (detik)
Muatan = i x t = ( 100x10 -3A )(120 x 60 s)= 720 C Reaksi kimia : Cu 2+ + 2e- → Cu(s) Karena 2 elektron terlibat dalam pengendapan 1 mol Cu, maka 2 F akan mengendapkan 1 mol tembaga, yaitu Jumlah Cu yang diendapkan =
63,546 x720 45.753,12 = = 0,237 gram 2 x96500 193.000
2(c). (a) MnO4-(aq) + 3Fe2+(aq) + 2H2O(l) → MnO2(s) + 3Fe 3+(aq) + 4OH-(aq) Reaksi redoks ini tidak dapat terjadi karena MnO 4- dalam basa adalah tidak cukup kuat sebagai agen pengoksidasi untuk mengoksidasi ion + menjadi ion Fe3+. (b) Ag+(aq) + Cu( s) → 2Ag( s) + Cu2+(aq) Reaksi redoks ini dapat terjadi karena ion Ag + lebih baik sebagai agen pengoksidasi daripada ion Cu2+. Sedangkan Cu lebih baik sebagai agen pereduksi berbanding dengan Ag. (c) 2Ag( s) + S( s) → Ag2S( s) Reaksi redoks ini tidak dapat terjadi karena ion S 2- lebih baik sebagai agen pereduksi daripada Ag dan ion Ag+ lebih baik sebagai agen pengoksidasi daripada S. (d) MnO4-(aq) + 5Fe2+(aq)+ 8H+(aq) → Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) + 4H2O(l) Reaksi redoks ini dapat terjadi karena MnO4- dalam asam adalah cukup kuat sebagai agen pengoksidasi untuk mengoksidasi ion Fe2+ menjadi ion Fe3+.
