modul hk dasar kimia

 Hukum-Hukum Dasar Kimia

Dalam tulisan ini, kita akan mempelajari tentang beberapa hukum dasar yang berlaku dalam menyelesaiakan soal-soal perhitungan kimia. Selain itu, kita juga akan membahas penerapan konsep mol, stoikiometri, dan hukum dasar kimia dalam menentukan jumlah produk yang dihasilkan serta jumlah reaktan yang dibutuhkan dalam reaksi kimia.

Pada tulisan sebelumnya (lihat : Konsep Mol dan Hukum Dasar Kimia), kita telah mempelajari aturan yang berlaku dalam penyelesaian soal perhitungan kimia. Pada tulisan ini, kita akan mempelajari empat hukum dasar yang berlaku dalam perhitungan kimia. Berikut adalah penjelasan masing-masing hukum dasar kimia :

1. Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

“massa zat sebelum reaksi sama dengan massa zat setelah reaksi”

Contoh :

S_(s) +  O_2(g) →  SO_2(g)

1 mol S bereaksi dengan 1 mol O₂ membentuk 1 mol SO_2. 32 gram S bereaksi dengan 32 gram O₂ membentuk 64 gram SO₂. Massa total reaktan sama dengan massa produk yang dihasilkan.

H_2(g) +  ½ O_2(g) →  H₂O_(l)

1 mol H₂ bereaksi dengan ½ mol O₂ membentuk 1 mol H₂O. 2 gram H₂ bereaksi dengan 16 gram O₂ membentuk 18 gram H₂O. Massa total reaktan sama dengan massa produk yang terbentuk.

2. Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

“perbandingan massa unsur-unsur pembentuk senyawa selalu tetap, sekali pun dibuat dengan cara yang berbeda”

Contoh :

S_(s) +  O_2(g) →  SO_2(g)

Perbandingan massa S terhadap massa O₂ untuk membentuk SO₂ adalah 32 gram S berbanding 32 gram O₂ atau 1 : 1. Hal ini berarti, setiap satu gram S tepat bereaksi dengan satu gram O₂ membentuk 2 gram SO₂. Jika disediakan 50 gram S, dibutuhkan 50 gram O₂ untuk membentuk 100 gram SO₂.

H_2(g) +  ½ O_2(g) →  H₂O_(l)

Perbandingan massa H₂ terhadap massa O₂ untuk membentuk H₂O adalah 2 gram H₂ berbanding 16 gram gram O₂ atau 1 : 8. Hal ini berarti, setiap satu gram H₂ tepat bereaksi dengan 8 gram O₂ membentuk 9 gram H₂O. Jika disediakan 24 gram O₂, dibutuhkan 3 gram H₂ untuk membentuk 27 gram H₂O.

3. Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay Lussac)

Hanya berlaku pada reaksi kimia yang melibatkan fasa gas

“pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas pereaksi dengan volume gas hasil reaksi merupakan bilangan bulat dan sederhana (sama dengan perbandingan koefisien reaksinya)”

Contoh :

N_2(g) +  3 H_2(g) →  2 NH_3(g)

Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mL gas N₂ tepat bereaksi dengan 3 mL gas H₂ membentuk 2 mL gas NH₃. Dengan demikian, untuk memperoleh 50 L gas NH₃, dibutuhkan 25 L gas N₂ dan 75 L gas H₂.

CO_(g) +  H₂O_(g) →  CO_2(g) +  H_2(g)

Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mL gas CO tepat bereaksi dengan 1 mL gas H₂O membentuk 1 mL gas CO₂ dan 1 mL gas H₂. Dengan demikian, sebanyak 4 L gas CO membutuhkan 4 L gas H₂O untuk membentuk 4 L gas CO₂ dan 4 L gas H₂.

4. Hukum Avogadro

Hanya berlaku pada reaksi kimia yang melibatkan fasa gas

“pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama mengandung jumlah mol yang sama”

Hukum Avogadro berkaitan erat dengan Hukum Gay Lussac

Contoh :

N_2(g) +  3 H_2(g) →  2 NH_3(g)

Perbandingan mol sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 mol gas N₂ tepat bereaksi dengan 3 mol gas H₂ membentuk 2 mol gas NH₃. Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Hal ini berarti, setiap 1 L gas N₂ tepat bereaksi dengan 3 L gas H₂ membentuk 2 L gas NH₃. Dengan demikian, jika pada suhu dan tekanan tertentu, 1 mol gas setara dengan 1 L gas, maka 2 mol gas setara dengan 2 L gas. Dengan kata lain, perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas.

Berikut ini diberikan beberapa contoh soal serta penyelesaian perhitungan kimia yang menggunakan hukum-hukum dasar kimia :

1. Serbuk kalsium sejumlah 20 gram (Ar Ca = 40) direaksikan dengan 20 gram belerang (Ar S = 32) sesuai dengan persamaan reaksi Ca + S → CaS. Zat apakah yang tersisa setelah reaksi selesai?Berapa massa zat yang tersisa setelah reaksi selesai?

Penyelesaian :

Perbandingan mol Ca terhadap S adalah 1 : 1. Hal ini berarti, setiap 40 gram Ca tepat bereaksi dengan 32 gram S membentuk 72 gram CaS. Perbandingan massa Ca terhadap S adalah 40 : 32 = 5 : 4.

Jika 20 gram S tepat habis bereaksi, dibutuhkan (5/4) x 20 = 25 gram Ca, untuk membentuk 45 gram CaS. Sayangnya, jumlah Ca yang disediakan tidak mencukupi.

Oleh karena itu, 20 gram Ca akan tepat habis bereaksi. Massa S yang diperlukan sebesar (4/5) x 20 gram = 16 gram. Dengan demikian, zat yang tersisa adalah belerang (S). Massa belerang yang tersisa adalah 20-16=4 gram.

2. Gas A₂ sebanyak 10 mL tepat habis bereaksi dengan 15 mL gas B₂ membentuk 10 mL gas A_xB_y pada suhu dan tekanan yang sama. Berapakah nilai x dan y?

Penyelesaian :

Perbandingan volume gas A₂ terhadap gas B₂ dan gas A_xB_y adalah 10 mL : 15 mL : 10 mL = 2 : 3 : 2. Perbandingan volume gas sama dengan perbandingan koefisien reaksinya. Dengan demikian, persamaan reaksi menjadi :

2 A_2(g) +  3 B_2(g) → 2 A_xB_y

Nilai x = 2 dan nilai y = 3.

3. Gas amonia dapat dibuat dengan mereaksikan 100 mL gas nitrogen dan 150 mL gas hidrogen dengan reaksi N_2(g) +  3 H_2(g) →  2 NH_3(g). Hitunglah volume gas amonia yang dihasilkan pada akhir reaksi!

Penyelesaian :

Perbandingan volume gas N₂ terhadap gas H₂ dan NH₃ sama dengan perbandingan koefisien reaksinya, yaitu 1 : 3 : 2.

Jika 100 ml gas N₂ tepat habis bereaksi, dibutuhkan 300 mL gas H₂. Sayangnya, jumlah gas H₂ yang disediakan tidak mencukupi.

Dengan demikian, 150 mL H₂ lah yang tepat habis bereaksi. Volume gas N₂ yang dibutuhkan sebesar (1/3) x 150 mL = 50 mL. Setelah reaksi selesai, masih tersisa 50 mL gas N₂. Volume gas NH₃ yang dihasilkan adalah sebesar (2/3) x 150 mL = 100 mL.

4. Pada suhu dan tekanan tertentu, sebanyak 0,5 L gas hidrogen (Ar H = 1) memiliki massa sebesar 0,05 gram. Berapakah volume gas oksigen yang dapat dihasilkan jika sebanyak 12,25 gram padatan KClO₃ dipanaskan? (Mr KClO₃ = 122,5)

Penyelesaian :

mol H₂ =  gram / Mr  =  0,05 / 2  =  0,025 mol

Persamaan reaksi pemanasan KClO₃ adalah sebagai berikut :

KClO_3(s) →  KCl_(s) +  3/2 O_2(g)

mol KClO₃ = gram / Mr  = 12,25 / 122,5 = 0,1 mol

Dengan demikian, mol O₂ = (3/2) x 0,1 mol = 0,15 mol

Pada suhu dan tekanan yang sama, Hukum Avogadro berlaku pada sistem gas. Perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Dengan demikian :

mol H₂ :  mol O₂ =  volume H₂ :  volume O­₂

0,025 : 0,15 =  0,5 : volume O₂

Volume O₂ = ( 0,15 x 0,5) / 0,025  =  3 L

5. Suatu campuran gas terdiri atas 2 mol gas N₂O₃ dan 4 mol gas NO. Jika campuran gas ini terurai sempurna menjadi gas nitrogen dan gas oksigen, berapakah perbandingan volume gas nitrogen terhadap gas hidrogen dalam campuran tersebut?

Penyelesaian :

Persamaan reaksi penguraian masing-masing gas adalah sebagai berikut :

N₂O_3(g) →  N_2(g) +  3/2 O_2(g)

NO_(g) →  ½ N_2(g) +  ½ O_2(g)

Sebanyak 2 mol gas N₂O₃ akan terurai dan menghasilkan 2 mol gas N₂ dan 3 mol gas O₂. Sementara itu, sebanyak 4 mol gas NO akan terurai dan menghasilkan 2 mol gas N₂ dan 2 mol gas O₂.

Dengan demikian, mol total gas N₂ yang terbentuk adalah 2 + 2 = 4 mol N₂. Mol total gas O₂ yang terbentuk adalah 3 + 2 = 5 mol O₂. Perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume gas. Jadi, perbandingan volume gas nitrogen terhadap gas hidrogen dalam campuran tersebut adalah 4 : 5.

Referensi:

Andy. 2009. Pre-College Chemistry.

Chang, Raymond. 2007. Chemistry Ninth Edition. New York: Mc Graw Hill.

Moore, John T. 2003. Kimia For Dummies. Indonesia: Pakar Raya.

Konsep Mol dan Hukum Dasar Kimia

Dalam tulisan ini, kita akan mempelajari konsep mol, konsep persamaan reaksi kimia, menggunakan konsep mol dalam menentukan jumlah produk yang dihasilkan oleh suatu reaksi kimia, menuliskan rumus empiris dan rumus molekul senyawa kimia, serta menggunakan konsep pereaksi pembatas dalam menyelesaikan soal perhitungan kimia.

Dalam kimia, perhitungan jumlah partikel, seperti atom dan molekul, umumnya melibatkan bilangan yang sangat besar. Untuk menghitungnya secara efisien dan cepat, kita perlu mengetahui berapa bobot (massa) setiap atom dan molekul. Bobot (massa) setiap atom dapat dilihat pada tabel periodik. Sementara, untuk menentukan bobot (massa) suatu molekul, dapat dilakukan dengan menambahkan bobot (massa) setiap atom dalam senyawa tersebut. (lihat : Massa Atom Relatif, Massa Molekul Relatif, dan Mol)

Bobot (massa) setiap atom dapat ditemukan dalam tabel periodik, sehingga massa suatu molekul dapat diperoleh dengan cara menambahkan massa setiap atom di dalam senyawa tersebut.  Sebagai contoh, amonia, NH₃, tersusun atas tiga atom hidrogen dan satu atom nitrogen. Dengan melihat pada tabel periodik, kita dapat melihat bahwa massa satu atom hidrogen sama dengan 1,008 sma dan massa satu atom nitrogen adalah 14,00 sma. Dengan demikian, massa satu molekul amonia dapat diperoleh dengan menjumlahkan massa tiga atom hidrogen dan massa satu atom nitrogen.

Mr NH₃ = 3 x Ar H + 1 x Ar N = 3 x 1,008 + 1 x 14,00 = 17,024 sma

Contoh lain, pada tabel periodik, kita dapat melihat bahwa massa satu atom tembaga adalah 63,55 sma dan massa satu atom belerang adalah 32,07 sma. Sementara, massa satu atom oksigen adalah 16,00 sma, sedangkan massa satu atom hidrogen adalah 1,008 sma. Dengan demikian, massa satu molekul CuSO₄.5H₂O adalah sebagai berikut:

Mr CuSO₄.5H₂O = 1 x Ar Cu + 1 x Ar S + 4 x Ar O + 5 x Mr H₂O

= 1 x Ar Cu + 1 x Ar S + 4 x Ar O + 5 x (2 x Ar H + 1 X Ar O)

= 1 x 63,55 + 1 x 32,07 + 4 x 16,00 + 5 x (2 x 1,008 + 1 x 16,00)

=  249,700 sma

Dalam kehidupan sehari-hari, kita menggunakan istilah tertentu untuk menyatakan jumlah. Sebagai contoh, istilah sepasang menyatakan jumlah sebanyak 2; satu lusin setara dengan 12; dan satu rim sama dengan 500. Masing-masing istilah tersebut adalah satuan untuk pengukuran dan hanya sesuai untuk benda tertentu. Tidak pernah kita membeli satu rim anting-anting atau satu pasang kertas.

Demikian halnya dalam ilmu kimia. Ketika para ilmuwan membicarakan tentang atom dan molekul, dibutuhkan satuan yang sesuai dan dapat digunakan untuk ukuran atom dan molekul yang sangat kecil. Satuan ini disebut mol.

Kata mol mewakili suatu bilangan, yaitu 6,022 x 10²³, yang umumnya disebut sebagai bilangan Avogadro. Nama ini diberikan menurut nama Amedeo Avogadro, seorang ilmuwan yang meletakkan dasar untuk prinsip mol. (lihat : Massa Atom Relatif, Massa Molekul Relatif, dan Mol)

Bilangan Avogadro merupakan bilangan tertentu untuk sesuatu dan umumnya, sesuatu itu adalah atom dan molekul. Dengan demikian, mol berhubungan dengan dunia mikroskopis atom dan molekul. Mol juga berhubungan dengan dunia makroskopis, yaitu bobot (massa). Satu mol adalah jumlah partikel yang terdapat dalam tepat 12 gram atom C-12. Jadi, 12 gram atom C-12 tepat mengandung 6,022 x 10²³ atom C-12, yang juga merupakan satu mol atom C-12. Untuk unsur lainnya, satu mol adalah bobot atom yang dinyatakan dalam gram. Untuk senyawa, satu mol adalah bobot molekul (senyawa) dalam satuan gram. (lihat : Massa Atom Relatif, Massa Molekul Relatif, dan Mol)

Massa molekul relatif (Mr) air adalah 18,015 sma. Oleh karena satu mol adalah bobot molekul (senyawa) dalam satuan gram, maka dapat dikatakan bahwa satu mol air setara dengan 18,015 gram air. Kita juga dapat mengatakan bahwa di dalam 18,015 gram air terdapat 6,022 x 10²³molekul air. Satu mol air tersusun oleh dua mol hidrogen dan satu mol oksigen.

Mol adalah jembatan yang menghubungkan antara dunia mikroskopis dan makroskopis. Hubungan antara bilangan Avogadro, mol, dan bobot (massa) atom/molekul adalah sebagai berikut :

6,022 x 10²³ partikel  ↔  mol  ↔  bobot (massa) atom atau molekul (gram)

Sebagai contoh, banyak molekul air yang terdapat di dalam 5,50 mol air adalah sebanyak 5,50 mol x 6,022 x 10²³ molekul/mol = 3,31 x 10²⁴ molekul air. Sementara, jumlah mol air di dalam 25 gram air adalah sebanyak 25 gram /18,015 gram.mol^-1 = 1,39 mol air.

Konsep mol dapat digunakan untuk menghitung rumus empiris suatu senyawa. Rumus empiris adalah rumus yang menyatakan perbandingan paling sederhana mol unsur-unsur pembentuk senyawa. Rumus empiris suatu senyawa dapat ditentukan melalui data komposisi persentase tiap unsur yang menyusun senyawa tersebut.  Komposisi persentase merupakan persentase berdasarkan bobot (massa) setiap unsur dalam senyawa tersebut.

Penentuan komposisi persentase unsur merupakan salah satu dari analisis pertama yang dilakukan oleh para kimiawan saat mempelajari senyawa baru. Sebagai contoh, suatu senyawa mempunyai persentase massa unsur sebagai berikut : 26,4% Na, 36,8% S, dan 36,8% O. Kita dapat mengasumsikan massa senyawa sebesar 100 gram (basis persentase adalah per 100), sehingga persentase tersebut dapat digunakan sebagai massa unsur. Dengan demikian, mol masing-masing unsur dapat ditentukan.

mol Na = 26,4 gram / 22,99 gram.mol^-1 = 1,15 mol Na

mol S = 36,8 gram / 32,07 gram.mol^-1 = 1,15 mol S

mol O = 36,8 gram / 16,00 gram.mol^-1 = 2,30 mol O

Rumus empiris senyawa tersebut adalah Na_1,15S_1,15O_2,30. Angka subskrip pada rumus kimia harus merupakan bilangan bulat. Dengan demikian, setelah masing-masing angka tersebut dibagi dengan 1,15, akan diperoleh rumus NaSO₂. Senyawa tersebut dikatakan memiliki rumus empiris NaSO₂. Massa molekul relatif (Mr) untuk rumus empiris tersebut adalah 22,99 + 32,07 + 2(16,00) = 87,06 gram/mol.

Pada percobaan lain, telah diketahui berdasarkan analisis spektromassa, bahwa senyawa tersebut memiliki bobot (massa) molekul sebesar 174,12 gram/mol. Bobot (massa) molekul suatu senyawa menunjukkan jenis dan jumlah masing-masing unsur yang menyusun senyawa tersebut, bukan perbandingan paling sederhana. Dengan demikian, rumus molekul (formula) suatu senyawa merupakan kelipatan dari rumus empiris senyawa bersangkutan. Dengan membagi 174,12 gram dengan 87,06 gram (membagi bobot (massa) molekul sesungguhnya dengan bobot (massa) molekul relatif), diperoleh angka dua. Hal ini berarti, rumus molekul (formula) adalah dua kali rumus empirisnya. Rumus molekul (formula) senyawa tersebut sesungguhnya adalah (NaSO₂)₂ = Na₂S₂O₄.

Reaksi kimia adalah proses perubahan dari suatu zat menjadi zat baru. Untuk mempelajari perubahan yang terjadi di dalam reaksi kimia, para ahli kimia biasanya menggunakan notasi (simbol) dan dinyatakan dalam persamaan reaksi kimia. Persamaan reaksi kimia menggunakan notasi kimia (simbol kimia) untuk memperlihatkan proses yang terjadi selama reaksi kimia berlangsung. Seorang kimiawan menggunakan sesuatu yang disebut reaktan dan membuat sesuatu yang baru dari reaktan  tersebut (disebut produk).

Sebagai contoh, reaksi yang terjadi pada Proses Haber, suatu metode untuk menghasilkan gas amonia (NH₃) dari gas nitrogen (N₂) dan gas hidrogen (H₂), adalah sebagai berikut :

N_2(g) +  3 H_2(g) →  2 NH_3(g)

Reaksi tersebut dapat dibaca sebagai berikut : satu molekul gas nitrogen bereaksi dengan tiga molekul gas hidrogen menghasilkan dua molekul gas amonia.

1 molekul N_2(g) +  3 molekul H_2(g) →  2 molekul NH_3(g)

1 lusin molekul N_2(g) +  3 lusin molekul H_2(g) →  2 lusin molekul NH_3(g)

1000 molekul N_2(g) +  3000 molekul H_2(g) →  2000 molekul NH_3(g)

1 juta molekul N_2(g) +  3 juta molekul H_2(g) →  2 juta molekul NH_3(g)

1 x 6,022 x 10²³ molekul  N_2(g) +  3 x 6,022 x 10²³ molekul H_2(g) →  2 x 6,022 x 10²³ molekul NH_3(g)

1 mol molekul N_2(g) +  3 mol molekul H_2(g) →  2 mol molekul NH_3(g)

Ternyata koefisien reaksi pada persamaan reaksi kimia yang telah disetarakan tidak hanya menyatakan jumlah atom dan molekul, tetapi ini juga menyatakan jumlah mol. Dengan mengetahui massa molekul relatif (Mr) dari reaktan dan produk, jumlah reaktan yang dibutuhkan dan jumlah produk yang dihasilkan dapat ditentukan. Sebagai contoh, lihatlah kembali persamaan kimia pada Proses Haber.

N_2(g) +  3 H_2(g) →  2 NH_3(g)

1 mol N_2(g) +  3 mol H_2(g) →  2 mol NH_3(g)

1 mol N₂ = 1 mol x 28,00 gram/mol = 28,00 gram

3 mol H₂ = 3 mol x 2,016 gram/mol = 6,048 gram

2 mol NH₃ = 2 mol x 17,024 gram/mol = 34,048 gram

Dengan mengetahui hubungan massa antara reaktan dan produk, kita dapat mengerjakan soal-soal stoikiometri. Stoikiometri adalah studi kuantitatif mengenai jumlah reaktan dan produk yang terlibat dalam reaksi kimia. Stoikiometri pada persamaan kimia menyatakan hubungan massa.

Pada persamaan reaksi Proses Haber, terlihat bahwa satu mol gas nitrogen dapat bereaksi dengan tiga mol gas hidrogen untuk menghasilkan dua mol gas amonia. Misalkan kita ingin mengetahui jumlah gram gas amonia yang dapat dihasilkan dari reaksi 75 gram gas nitrogen dengan gas hidrogen berlebih. Kuncinya adalah konsep mol. Koefisien pada reaksi yang telah disetarakan tidak hanya menunjukkan jumlah setiap atom atau molekul saja, tetapi juga jumlah mol.

Pertama, kita dapat mengubah 75 gram gas nitrogen menjadi mol gas nitrogen. Kemudian kita dapat menggunakan nisbah (perbandingan) mol gas amonia terhadap mol gas nitrogen dari persamaan reaksi yang telah disetarakan, untuk mendapatkan jumlah mol gas amonia. Akhirnya, kita mendapatkan mol amonia dan mengubahnya menjadi bentuk gram. Persamaannya adalah sebagai berikut :

Massa NH₃ = (75 gram N₂/28,00 gram N₂.mol^-1 N₂) x (2 mol NH₃/1 mol N₂) x (17,024 gram NH₃/mol NH₃)

= 91,2 gram NH₃

Nisbah (perbandingan) mol NH₃ terhadap mol N₂ disebut sebagai nisbah (perbandingan) stoikiometri. Nisbah ini dapat digunakan untuk mengubah mol suatu bahan pada persamaan reaksi menjadi mol bahan lainnya.

Secara umum, berikut ini adalah langkah-langkah dalam menyelesaikan soal stoikimoetri :

1. Tuliskan terlebih dahulu persamaan reaksi kimia yang telah disetarakan
2. Ubahlah satuan reaktan dari gram atau satuan lainnya menjadi satuan mol
3. Gunakan nisbah stoikiometri untuk menentukan jumlah mol produk yang terbentuk
4. Ubahlah mol produk yang dihasilkan menjadi satuan gram atau satuan lainnya

Sebagai contoh, berikut ini adalah reaksi reduksi karat (Fe₂O₃) menjadi logam besi dengan menggunakan karbon (kokas). Persamaan reaksi kimia setaranya adalah sebagai berikut :

2 Fe₂O_3(s) +  3 C_(s) →  4 Fe_(s) + 3 CO_2(g)

Pada contoh ini, bobot (massa) molekul relatif dari setiap bahan adalah sebagai berikut :

Fe₂O₃ :  159,69 gram/mol

C  :  12,01 gram/mol

Fe  :  55,85 gram/mol

CO₂ :  44,01 gram/mol

Misalkan, kita ingin menentukan berapa gram karbon yang diperlukan untuk tepat bereaksi dengan 1 kilogram karat besi. Langkah pertama yang harus dikerjakan adalah mengubah kilogram karat besi menjadi gram karat besi, kemudian mengubahnya menjadi mol karat besi. Langkah berikutnya, kita menggunakan nisbah stoikiometri untuk mengubah dari mol karat besi menjadi mol karbon. Akhirnya, setelah mendapatkan mol karbon, massa karbon dapat ditentukan dengan menggunakan massa atom relatif karbon.

1 kilogram Fe₂O₃ =  1000 gram Fe₂O₃

Mol Fe₂O₃ =  1000 gram/159,69 gram.mol^-1 =  6,262 mol Fe₂O₃

Nisbah stoikiometri C terhadap Fe₂O₃ adalah 3 : 2

Mol Fe₂O₃ :  Mol C  =  Koefisien reaksi Fe₂O₃ :  Koefisien reaksi C

6,262 : Mol C = 2 : 3

Mol C = 3/2 x Mol Fe₂O₃ = 3/2 x 6,262 mol = 9,393 mol C

Massa C = mol C x Ar C = 9,393 mol Cx 12,01 gram C/mol C = 112,8 gram C

Kita juga dapat menghitung jumlah atom karbon yang digunakan untuk bereaksi dengan 1 kilogram karat besi. Pada dasarnya, perhitungan yang digunakan sama, tetapi pada tahap pengubahan mol karbon menjadi gram karbon, diganti dengan pengubahan mol karbon menjadi atom karbon dengan menggunakan bilangan Avogadro.

Jumlah Atom C = mol C x Bilangan Avogadro = 9,393 mol C x 6,022 x 10²³ atom C/mol C

= 5,656 x 10²⁴ atom C

Selanjutnya, kita ingin menentukan berapa gram besi yang dihasilkan dari reaksi  1 kilogram karat besi. Langkah pertama yang harus dikerjakan adalah mengubah kilogram karat besi menjadi gram karat besi, kemudian mengubahnya menjadi mol karat besi. Langkah berikutnya, kita menggunakan nisbah stoikiometri untuk mengubah dari mol karat besi menjadi mol besi. Akhirnya, setelah mendapatkan mol besi, massa besi dapat ditentukan dengan menggunakan massa atom relatif besi.

1 kilogram Fe₂O₃ =  1000 gram Fe₂O₃

Mol Fe₂O₃ =  1000 gram/159,69 gram.mol^-1 =  6,262 mol Fe₂O₃

Nisbah stoikiometri Fe terhadap Fe₂O₃ adalah 4 : 2

Mol Fe₂O₃ :  Mol Fe  =  Koefisien reaksi Fe₂O₃ :  Koefisien reaksi Fe

6,262 : Mol Fe = 2 : 4

Mol Fe = 4/2 x Mol Fe₂O₃ = 4/2 x 6,262 mol = 12,524 mol Fe

Massa Fe = mol Fe x Ar Fe = 12,524 mol Fe x 55,85 gram Fe/mol Fe = 699,47 gram Fe

Dengan demikian, kita dapat meramalkan bahwa pada akhir reaksi, 1 kilogram karat besi dapat menghasilkan 699,47 gram logam besi. Namun, bagaimana jika setelah melakukan reaksi ini, kita hanya mendapatkan 525 gram logam besi? Ada beberapa alasan sehingga kita mendapatkan hasil yang jauh lebih kecil dari yang kita harapkan. Misalkan, reaktan yang digunakan tidak murni. Atau mungkin saja teknik reaksi yang digunakan tidak begitu baik. Tidak menutup kemungkinan, reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan (reversibel, lihat : Kesetimbangan Kimia), sehingga kita tidak akan pernah memperoleh hasil 100% dari perubahan reaktan menjadi produk.

Efisiensi suatu reaksi kimia dapat ditentukan melalui perhitungan persentase hasil. Hampir di semua reaksi, kita akan mendapatkan hasil yang lebih sedikit dari yang diharapkan. Hal ini terjadi karena sebagian besar reaksi merupakan reaksi kesetimbangan (lihat : Kesetimbangan Kimia) atau karena adanya  beberapa kondisi reaksi yang menyebabkan reaksi tidak berjalan sempurna. Para kimiawan dapat memperoleh efisiensi reaksi dengan menghitung persentase hasil sebagai berikut :

Persentase hasil = (hasil sesungguhnya/hasil teoritis) x 100%

Hasil sesungguhnya adalah berapa banyak produk yang diperoleh setelah reaksi selesai. Hasil teoritis adalah berapa banyak produk yang diperoleh berdasarkan perhitungan stoikiometri.  Perbandingan dari kedua hasil ini memberikan penjelasan tentang seberapa efisien reaksi tersebut. Pada contoh sebelumnya, hasil teoritis logam besi adalah 699,47 gram. Sedangkan hasil sesungguhnya adalah 525 gram. Oleh karena itu, persentase hasilnya adalah :

% hasil = (525 gram/699,47 gram) x 100% = 75,05%

Persentase hasil 75% bukan merupakan hasil yang terlalu buruk. Akan tetapi, para kimiawan dan insinyur kimia lebih senang mendapatkan hasil yang lebih besar dari 90%. Salah satu industri yang menggunakan Proses Haber memiliki persentase hasil yang lebih dari 99%.

Pada beberapa reaksi kimia, reaktan yang disediakan tidak selalu sesuai dengan nisbah stoikiometrinya. Hal ini berarti, kita akan kehabisan salah satu reaktan dan masih menyisakan reaktan lainnya. Reaktan yang habis terlebih dahulu dikenal dengan istilah pereaksi pembatas. Pereaksi pembatas menentukan jumlah produk yang akan dihasilkan oleh suatu reaksi kimia. Berikut ini kita akan membahas bagaimana cara menentukan pereaksi pembatas melalui contoh berikut :

4 NH_3(g) +  5 O_2(g) →  4 NO_(g) +  6 H₂O_(l)

Kita mulai dengan 100 gram gas amonia yang direaksikan dengan 100 gram gas oksigen. Reaktan manakah yang merupakan pereaksi pembatas? Berapakah gram gas nitrogen monoksida (NO) yang dapat dihasilkan?

Untuk menentukan reaktan mana yang merupakan pereaksi pembatas, kita dapat menggunakan nisbah (perbandingan) mol terhadap koefisien reaksinya. Kita menghitung jumlah mol masing-masing dan kemudian dibagi dengan koefisien reaksinya masing-masing berdasarkan persamaan reaksi kimia yang telah disetarakan. Nisbah mol terhadap koefisien yang terkecil merupakan pereaksi pembatas.

Mol NH₃ = 100 gram/17,024 gram.mol^-1 = 5,874 mol

Mol NH₃/koefisien NH₃ = 5,874/4 = 1,468

Mol O₂ = 100 gram/32,00 gram.mol^-1 = 3,125 mol

Mol O₂/koefisien O₂ = 3,125/5 = 0,625

Gas amonia mempunyai nisbah mol terhadap koefisien sebesar 1,468. Sementara, gas oksigen mempunyai nilai nisbah 0,625. Dengan demikian, gas oksigen merupakan pereaksi pembatas. Perhitungan produk yang akan dihasilkan bergantung pada mol gas oksigen.

Nisbah stoikiometri NO terhadap O₂ adalah 4 : 5

Mol O₂ :  Mol NO  =  Koefisien reaksi O₂ :  Koefisien reaksi NO

3,125 : Mol NO = 5 : 4

Mol NO = 4/5 x Mol O₂ = 4/5 x 3,125 mol = 2,5 mol NO

Massa NO = mol NO x Ar NO = 2,5 mol NO x 30,00 gram NO/mol NO = 75,00 gram NO

Nilai 75,00 gram NO merupakan hasil teoritis. Jika hasil sesungguhnya adalah 70,00 gram, persentase hasil reaksi tersebut adalah sebesar (70,00 gram/75,00 gram) x 100 % = 93,33%.

Kita juga dapat menghitung berapa banyak gas amonia yang tersisa. Perhitungan mol gas amonia yang digunakan dalam reaksi bergantung pada mol gas oksigen sebagai pereaksi pembatas.

Nisbah stoikiometri NH₃ terhadap O₂ adalah 4 : 5

Mol O₂ :  Mol NH₃ =  Koefisien reaksi O₂ :  Koefisien reaksi NH₃

3,125 : Mol NH₃= 5 : 4

Mol NH₃ = 4/5 x Mol O₂ = 4/5 x 3,125 mol = 2,5 mol NH₃

Massa NH₃ = mol NH₃ x Ar NH₃ = 2,5 mol NH₃ x 17,024 gram NH₃/mol NH₃ = 42,56 gram NH₃

Dengan demikian, jumlah gas amonia yang tersisa (tidak digunakan) adalah sebanyak 100 gram –  42,56 gram  =  57,44 gram.

Referensi:

Andy. 2009. Pre-College Chemistry.

Chang, Raymond. 2007. Chemistry Ninth Edition. New York: Mc Graw Hill.

Moore, John T. 2003. Kimia For Dummies. Indonesia:Pakar Raya.

BAHAN AJAR

(9)

Mata Pelajaran             : Kimia

Kelas / Semester          : X / 1

Standar Kompetensi     :

2.     Memahami hukum-hukum dasar kimia dan penerapannya dalam perhitungan kimia (stoikiometri)

Kompetensi Dasar         :

2.2 Membuktikan dan mengkomunikasikan berlakunya hukum-hukum dasar kimia melalui data percobaan serta menerapkan konsep mol dalam menyelesaikan perhitungan kimia

Indikator                     :

2.2.1       Membuktikan hukum lavoisier melalui data percobaan

2.2.2      Membuktikan hukum Proust melalui data percobaan

2.2.3      Menganalisis data percobaan pada senyawa untuk membuktikan berlakunya hukum perbandingan (hukum Dalton)

2.2.4      Menggunakan data percobaan untuk membuktikan hukum perbandingan Volum (hukum Gay Lussac)

2.2.5      Menggunakan data percobaan untuk membuktikan hukum-hukum Avogadro

Alokasi Waktu : 6 JP

Tujuan Pembelajaran    :

Membuktikan hukum-hukum dasar kimia dengan cara menafsirkan data-data percobaan

Materi Pokok                : HUKUM-HUKUM DASAR KIMIA

Materi Ajar                  :

A.      Hukum kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

B.      Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

C.      Hukum Kelipatan Berganda ( Hukum Dalton)

D.      Hukum Perbandingan Volume (Gay Lussac)

E.       Hipotesis Avogadro

URAIAN MATERI

A.    Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) melakukan beberapa penelitian terhadap terhadap proses pembakaran beberapa zat. Dalam percobaan tersebut diamati proses reaksi antara raksa (merkuri) dengan oksigen untuk membentuk merkuri oksida yang berwarna merah dan diperoleh data sebagai berikut:

Logam Merkuri + gas oksigen   →    merkuri oksida

   530 gram         42,4 gram                 572, 4 gram

Jika merkuri oksida dipanaskan akan menghasilkan logam merkuri dan gas oksigen

Merkuri oksida   →     logam merkuri     +  gas oksigen

  572,4 gram                42,4 gram               530 gram

Dari hasil percobaan itu, maka Lavoisier mengemukakan hukum kekekalan massa atau hukum Lavoisier yang menyatakan bahwa:

Didalam suatu reaksi kimia, massa zat-zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama

Contoh:

1.     logam magnesium seberat 4 gram dibakar dengan gas oksigen akan menghasilkan magnesium oksida padat. Jika massa oksigen yang digunakan 6 gram, berapakah massa magnesium oksida yang dihasilkan?

Jawab:

Logam magnesium    +   gas oksigen   →    magnesium oksida

 4 gram                             6 gram                    10 gram

2.     Sejumlah logam besi dipijarkan dengan 3,2 gram belerang menghasilkan 8,8 gram senyawa besi(II)sulfida. Berapa gram logam besi yang telah bereaksi?

Jawab:

Logam Besi    +       belerang            →    besi(II)sulfida

          . . .                         . . .                              . . .

          . . .  gram               . . .   gram                   . . . gram

       

B.     HukumPerbandingan Tetap (Hukum Proust)

Joseph Proust (1754-1826) melakukan eksperimen, yaitu mereaksikan unsur hidrogen dan unsur oksigen.

Hasil eksperimen Proust

Massa hidrogen yang direaksikan (gram)	Massa oksigen yang direaksikan (gram)	Massa air yangterbentuk (gram)	Sisa hidrogen atau oksigen (gram)	Perbandingan Hidrogen : oksigen
1 2 1 2	8 8 9 16	9 9 9 18	0 1 gram hidrogen 1 gram oksigen 0	1 : 8 1 : 8 1 : 8 1 ; 8

Ia menemukan bahwa unsur hidrogen dan unsur oksigen selalu bereaksi membentuk senyawa air dengan perbandingan massa yang selalu tetap, yakni 1 : 8  

            Massa hidrogen  : massa oksigen   =  1 : 8

Contoh:

1.     Bila logam magnesium dibakar dengan gas oksigen akan diperoleh senyawa magnesium oksida. Hasil percobaan tertera pada tabel berikut:      

Massa magnesium (gram)	Massa oksigen (gram)	Massa magnesium oksida (gram)	Sisa magnesium atau oksigen (gram)
45 12 6 45	8 20 40 16	20 20 10 40	33 gram magnesium 12 gram oksigen 36 gram oksigen 21 gram magnesium

Apakah data diatas menunjukkan berlakunya hukum perbandingan tetap (Proust)?. Jika berlaku berapa perbandingan massa magnesium dan oksigen dalam senyawa magnesium oksida?

Jawab:

Massa magnesium (gram)	Massa oksigen (gram)	Massa magnesium oksida (gram)	Perbandingan Magnesium : oksigen
12 12 6 24	8 8 4 16	20 20 10 40	3 : 2 3 : 2 3 : 2 3 : 2

2.     Perbandingan massa unsur oksigen dan hidrogen dalam senyawa air adalah 8 : 1. Jika 100 gram unsur oksigen dan 3 gram unsur hidrogen bergabung membentuk senyawa (air), berapa massa  air yang dihasilkan?, apakah ada zat yang bersisa? Kalau ada berapakah jumlahnya?

·         Jika semua unsur O habis,   maka H yang diperlukan             = 100 gram = 12,5 gram ·         Jika semua unsur H habis,   maka O yang diperlukan             = 3 gram    =  24 gram

Jawab:

                               Massa O   :   Massa H

                         8        :        1

Mula-mula     100 gram       3 gram

Bereaksi         24 gram       3 gram

      Bersisa         76  gram            –

      Massa air yang terbentuk =   24 + 3  =  27 gram

      Zat yang bersisa adalah oksigen sebayak 76 gram

      

C.     Hukum Kelipatan Berganda (Hukum Dalton)

Hukum Proust dikembangkan lebih lanjut oleh para ilmuwan untuk unsur-unsur yang dapat membentuk lebih dari 1 jenis senyawa. Salah seorang diantaranya adalah John Dalton (1766-1844). Dalton mengamati adanya suatu keteraturan yang terkait dengan perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa.

Hasil percobaan Dalton

Jenis senyawa	Massa nitrogen yang direaksikan	Massa oksigen yang direaksikan	Massa senyawa yang terbentuk
Nitrogen monoksida Nitrogen dioksida	0,875 gram 1,75 gram	1,00 gram 1,00 gram	1, 875 gram 2,75 gram

=   =

Dengan massa oksigen sama, ternyata perbandingan massa nitrogen dalam senyawa nitrogen di oksida dan nitrogen monoksida adalah …..

  Massa nitrogen dalam senyawa nitrogen dioksida  

Massa nitrogen dalam senyawa nitrogen monoksida

Berdasarkan hasil percobaannya, Dalton menemukan Hukum Kelipatan berganda (Hukum Dalton) yang berbunyi:

Jika dua unsur bergabung membentuk lebih dari satu jenis senyawa, dan jika massa-massa salah satu unsur-unsur dalam senyawa tersebut sama, sedangkan massa-massa unsur lainnya berbeda, maka perbandingan massa unsur lainnya dalam senyawa-senyawa tersebut merupakan bilangan bulat sederhana.

Contoh:

1. Seorang ahli kimia mereaksikan unsur karbon dan unsur oksigen. Massa karbon yang direaksikan tetap, sedangkan massa oksigen yang divariasi. Diakhir reaksi, ia memperoleh dua jenis senyawa yang berbeda. Komposisi karbon dan oksigen dalam senyawa pertama adalah 42,9% karbon dan 57,1% oksigen. Sedangkan komposisi pada senyawa kedua adalah 27,3c% dan 72,2%. Tunjukkan bahwa perbandingan massa unsur oksigen dalam kedua senyawa ini sesuai dengan Hukum kelipatan Berganda?

Jawab:

Umpama terdapat 100 gram senyawa I dan 100 gram senyaw II

Jenis senyawa	Massa senyawa	Massa karbon	Massa oksigen	Massa karbon : massa oksigen
Senyawa I Senyawa II	100 gram 100 gram	42,9 gram 27,3 gram	57,1 gram 72,7 gram	42,9 : 57,1  =  1  : 1,33 27,3 : 72,7  =  1  : 2,66

Perbandingan massa oksigen dalam kedua senyawa  =  

	=    =

Perbandingan oksigen dalam senyawa II

Perbandingan oksigen dalam senyawa I

Perbandingan massa oksigen dalam kedua senyawatersebut adalah bilangan bulat sederhana, sesuai dengan Hukum Kelipatan Berganda

2. Reaksi antara unsur belerang dan unsur oksigen menghasilkan dua jenis senyawa dengan komposisi seperti tertera pada tabel berikut. Tunjukkan bahwa perbandingan massa oksigen dalam kedua senyawa sesuai dengan hukum kelipatan Perbandingan.

Jenis senyawa	Unsur belerang	Unsur oksigen
Senyawa I Senyawa II	50% 40%	50% 60%

Jawab :

Jenis senyawa	Unsur belerang	Unsur oksigen	Perb. Belerang : oksigen	Jika oksigen tetap
Senyawa I Senyawa II	50% 40%	50% 60%	1 : 1 2 : 3	2 : 2 2 : 3

Jika belerangnya tetap, perbandingan massa oksigen dalam senyawa II dan senyawa I adalah      2 : 3

D.    Hukum Perbandingan Volume (hukum Gay Lussac)

Dikemukakan oleh Joseph Gay Lussac (1778-1850), ia berhasil melakukan eksperimen terhadap sejumlah gas dan memperoleh data sebagai berikut:

2 liter gas hidrogen + 1 liter gas oksigen  → 2 liter uap air

1 liter gas nitrogen + 3 liter gas hidrogen  → 2 liter gas amonia

1 liter gas hidrogen + 1 liter gas hidrogen  → 2 liter gas hidrogen klorida

Dari percobaan ini gay Lussac merumuskan hukum perbandingan Volume yang berbunyi:

Pada suhu dan tekanan yang sama, volum gas-gas yang bereaksi dan volum gas-gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat sederhana

Jika dihubungkan dengan koefisien reaksi, maka

Hidrogen    +     oksigen   →    uap air

     H₂         +         O₂       →      H₂O    

Setarakan   :        2 H₂         +         O₂       →      2H₂O  

Perb. Koef  :            2           :          1          :           2

Gay lussac   :      2 liter        :        1  liter   :        2 liter

Perb. Volum :           2           :          1          :            2

Kesimpulan :

                  Perb. Koef = perb. Volume

                    =   

Contoh:

1.     Pada reaksi: N₂ (g)  +   3 H₂ (g)    →     2 NH₃ (g), apabila tiap-tiap gas diukur pada suhu dan tekanan yang sama, bagaimanakah perbandingan gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi?

Jawab :

N₂ (g)  +   3 H₂ (g)    →     2 NH₃ (g)

            Perb. Koef   :        1       :       3            :          2

            Perb.volume :        1       :       3            :          2

2.     Gas hidrogen  yang volum nya 10 liter direaksikan dengan gas oksigen yang volumnya 10liter membentuk uap air dengan persamaan reaksi:

H­₂ (g)        +       O₂ (g)      →      H₂O (g)

Bila diukur pada suhu dan tekanan yang sama, berapa volum maksimum uap air yang dapat dihasilkan?

Jawab:

  H­₂ (g)        +       O₂ (g)      →      H₂O (g)

            Setarakan   :    2H­₂ (g)        +       O₂ (g)      →    2 H₂O (g)

Perb. Koef   :        2          :          1            :          2

Volume         :    10 liter     :         10 liter             ?

Bereaksi      :        . . .                    . . .                   . . .

E.     Hipotesis Avogadro

Hasil percobaan Gay Lussac menunjukkan:

1  Volum  hidrogen  +  1   volum klorin  →    2 volum hidrogen klorida,   

1 liter    hidrogen    +  1   liter   klorin →    2 liter hidrogen klorida,  jika dianggap atom maka,

1  atom hidrogen     +  1 atom korin     →    2  atom hidrogen klorida,  

jika diterapkan pada hidrogen dan oksigen, maka…

2 volum hidrogen  + 1 volum oksigen     →   2 volum air,

2 liter hidrogen   +  1 liter oksigen       →    2 liter air,

1 liter  hidrogen   +  ½ liter oksigen      →    1 liter air, jika dianggap atom, maka

1 atom hidrogen   +  ½ atom hidrogen   →    1 atom air

        Konsep setengah atom bertentangan dengan teori atom dalton, untuk menghindari hal tesebut amanda avogadro mengusulkan,

                  Gas hidrogen   +  gas oksigen  →  air

                     2 molekul        1 molekul          2 molekul

                     1 molekul        ½ molekul          1 molekul

Hipotesis Avogadro,

“Pada suhu dan tekanan yang sama semua gas yang volumnya sama akan mengandung jumlah molekul yang sama”

Menurut Avogadro unsur yang berwujud gas umumnya merupakan molekul dwiatom atau di atom

Gas hidrogen    +    gas oksigen     →     uap air

1 molekul               1  molekul               2 molekul

Perb. Molekul :        1                :               1             :             2

Perb. Koef     :         1                :               1             :             2

Kesimpulan:

“jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volum gas-gas yang bereaksi dan gas-gas hasil reaksi akan sama dengan perbandingan jumlah molekulnya dan sama pula dengan perbandingan koefisiennya”

 Sehingga:

  =    = 

Contoh:

Pada suhu dan tekanan tertentu setiap 1 liter gas nitrogen akan tepat bereaksi dengan 3 liter gas hidrogen membentuk 2 liter gas amonia, tentukan rumus molekul amonia,

Jawab:

Gas nitrogen   +   gas hidrogen     →   amonia

                        N₂  (g)      +     3 H₂ (g)           →     2 N_xH_y (g)

Jumlah atom:

                    N,      2                                    =          2x,    X  =  1                                         

                    H,      2×3                                =          2y,    Y  =   6/2

                                                                                            =    3

Jadi rumus nya, N_xH_y    ≈   N₁H₃   atau NH₃

Latihan

1. Bila 18 gram glukosa dibakar dengan oksigen dihasilkan 26,4 gram gas karbondioksida dan 10,8 gram uap air. Berapa gram oksigen yang diperlukan pada pembakaran tersebut?

2. Perbandingan massa karbon terhadap oksigen dalam karbon dioksida adalah 3 : 8. berapa gram karbon dioksida dapat dihasilkan apabila direaksikan:

a.     6 gram karbon dengan 16 gram oksigen

b.     6 gram karbon dengan 8 gram oksigen

c.     3 gram karbon dengan 10 gram oksigen

d.     6 gram karbon dengan 10 gram oksigen

3. Dalam  senyawa AB perbandingan massa A : massa B = 2 : 1. jika terdapat 120 gram senyawa AB, tentukan massa masing-masing unsur dalam senyawa tersebut.

4. Unsur X dan Y membentuk dua senyawa masing-masing mengandung  60% dan 50% unsur X, tentukan perbandingan massa unsur Y pada X tetap.

5. Setiap 2 liter gas nitrogen tepat habis bereaksi dengan 3 liter gas oksigen dan dihasilkan 1 liter gas oksida nitrogen. Jika volum diukur pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan rumus molekul oksida nitrogen tersebut.
6. Gas hidrogen yang volumnya 10 liter direaksikan dengan gas oksigen yang volumnya 10 liter membentuk uap air dengan persamaan reaksi :

H₂ (g)     +    O₂ (g)    →H₂O (g)

Bila volum diukur pada suhu dan tekanan yang sama, berapa volum maksimum uap air yang dihasilkan?

7. Berapa liter gas oksigen yang diperlukan untuk membakar 5 liter gas butana (C₄H₁₀) agar semua gas butana tersebut habis bereaksi.

Reaksi yang terjadi:

C₄H₁₀ (g)   +  O₂ (g)   →   CO₂  (g)   +    H₂O  (g)

“Selamat belajar, semoga sukses”

Soal dan Jawaban Hukum Dasar Kimia

A. Berilah tanda silang (X) pada huruf A, B, C, D, atau E di depan jawaban yang tepat!

1. Pada proses besi berkarat, maka ….
A. massa besi = massa karat besi
B. massa besi > massa karat besi
C. massa besi < massa karat besi
D. massa besi tetap
E. massa besi berubah

2. Perbandingan massa atom-atom dalam senyawa adalah tetap. Pernyataan ini dikemukakan oleh ….
A. Lavoisier
B. Dalton
C. Proust
D. Gay-Lussac
E. Avogadro

3. Pada percobaan: 2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g) diperoleh data:

Massa atom C (gram)	Massa atom O (gram)
6	8
10,5	14
15	20

Perbandingan massa unsur C dan O dalam senyawa CO adalah ….
A. 2 : 3
B. 4 : 3
C. 3 : 4
D. 3 : 2
E. 2 : 4

4. Jika perbandingan massa hidrogen dan oksigen dalam air adalah 1 : 8, maka untuk menghasilkan 45 gram air dibutuhkan ….
A. 5 gram hidrogen dan 40 gram oksigen
B. 40 gram hidrogen dan 5 gram oksigen
C. 5 gram hidrogen dan 8 gram oksigen
D. 5 gram hidrogen dan 9 gram oksigen
E. 45 gram hidrogen dan 5 gram oksigen

5. Dua buah unsur A dan B dapat membentuk dua macam senyawa. Senyawa I mengandung A 25% dan senyawa B mengandung A 50%. Untuk A yang sama perbandingan B pada senyawa I dan II adalah ….
A. 1 : 2
B. 1 : 3
C. 2 : 1
D. 3 : 1
E. 2 : 3

6. Suatu cuplikan mengandung besi dan belerang diambil dari dua tempat penambangan yang berbeda. Cuplikan I sebanyak 5,5 gram mengandung 3,5 gram besi dan 2 gram belerang. Cuplikan II sebanyak 11 gram mengandung 7 gram besi dan 4 gram belerang. Maka perbandingan besi dan belerang pada cuplikan I dan II adalah ….
A. 1 : 2
B. 2 : 1
D. 7 : 4
D. 4 : 7
E. 2 : 7

7. Jika 60 mL gas nitrogen direaksikan dengan gas oksigen menghasilkan 60 mL gas dinitrogen trioksida, maka gas oksigen yang diperlukan sebanyak ….
A. 30 mL
B. 120 mL
C. 90 mL
D. 150 mL
E. 210 mL

8. Pada suhu dan tekanan yang sama perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi akan merupakan perbandingan bilangan yang bulat dan sederhana. Hal ini dikemukakan oleh ….
A. Dalton
B. Lavoisier
C. Avogadro
D. Gay-Lussac
E. Proust

9. Gas metana 11,2 liter dibakar sempurna menurut reaksi:

CH₄(g) + O₂(g) → CO₂(g) + H₂O(g)

Volume gas CO₂ yang terbentuk jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama adalah ….
A. 11,2 liter
B. 22,4 liter
C. 33,6 liter
D. 1 liter
E. 12,2 liter

10. Dua liter gas nitrogen direaksikan dengan gas hidrogen menghasilkan gas amonia sesuai reaksi:

N2(g) + H2(g) → NH3(g)

Jika diukur pada suhu dan tekanan yang sama, maka volume gas amonia yang dihasilkan ….
A. 1 liter
B. 2 liter
C. 3 liter
D. 4 liter
E. 6 liter

11. Bila larutan timbal(II)nitrat dan kalium yodium dalam tabung Y yang tertutup massanya 50 gram, maka setelah reaksi berlangsung massanya menjadi ….
A. lebih dari 50 gram
B. sama dengan 50 gram
C. kurang dari 50 gram
D. tidak sama dengan 50 gram
E. tidak dapat ditentukan

12. Bila 6 gram magnesium dibakar di udara terbuka diperoleh 10 gram magnesium oksida, maka oksigen yang diperlukan adalah … gram.
A. 16
B. 10
C. 6
D. 4
E. 3

13. Satu gram hidrogen dapat bereaksi dengan 8 gram oksigen, maka air yang terbentuk adalah ….
A. 1 gram
B. 2 gram
C. 8 gram
D. 9 gram
E. 10 gram

14. Pada pembakaran gas CH4 menurut reaksi:

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g). Perbandingan volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi berturut-turut adalah ….
A. 1 : 2 : 1 : 1
B. 2 : 1 : 2 : 1
C. 1 : 2 : 1 : 2
D. 1 : 1 : 2 : 2
E. 1 : 2 : 2 : 1

15. Perbandingan massa unsur-unsur dalam senyawa selalu tetap, pernyataan tersebut dikemukakan oleh ….
A. Dalton
B. Gay-Lussac
C. Avogadro
D. Proust
E. Doberainer

16. Bila dari percobaan diperoleh grafik hubungan massa karbon dan massa oksigen dalam membentuk karbon dioksida adalah sebagai berikut.

Maka perbandingan massa karbon dengan massa oksigen adalah ….
A. 1 : 8
B. 8 : 1
C. 1 : 2
D. 3 : 8
E. 8 : 3

17. Dalam senyawa belerang trioksida perbandingan massa belerang dengan oksigen adalah 2 : 3. Bila 36 gram belerang direaksikan dengan 48 gram oksigen, maka pernyataan yang benar adalah ….
A. kedua pereaksi habis bereaksi
B. pada akhir reaksi tersisa oksigen
C. belerang trioksida yang terbentuk maksimum 80 gram
D. pada akhir reaksi tersisa belerang 5 gram
E. pada reaksi tersebut tidak berlaku Hukum Kekekalan Massa

18. Gas oksigen (H₂) dapat bereaksi dengan gas oksigen (O₂) menghasilkan uap air (H₂O), menurut reaksi:

2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(g). Pada tekanan dan suhu yang sama, sejumlah gas hidrogen tepat habis bereaksi dengan gas oksigen menghasilkan 40 liter uap air, maka ….
A. gas H₂ yang bereaksi adalah 20 liter
B. gas H₂ yang bereaksi adalah 40 liter
C. gas H₂ yang bereaksi adalah 60 liter
D. gas O₂ yang bereaksi adalah 60 liter
E. gas O₂ yang bereaksi adalah 80 liter

19. Bila dua macam unsur dapat membentuk beberapa senyawa, maka massa unsur-unsur pertama yang bersenyawa dengan massa yang sama dari unsur kedua adalah berbanding sebagai bilangan mudah dan bulat. Pernyataan ini dikemukakan oleh ….
A. Proust
B. Lavoisier
C. Dalton
D. Gay-Lussac
E. Avogadro

20. Bila gas SO₂ direaksikan dengan oksigen terjadi reaksi:
SO₂(g) + O2(g) → SO₃(g). Jika volume gas belerang dioksida yang bereaksi 4 liter, maka ….
A. dibutuhkan 1 liter gas oksigen
B. dibutuhkan 4 liter gas oksigen
C. dibutuhkan 6 liter gas oksigen
D. dihasilkan 4 liter gas belerang trioksida
E. dihasilkan 2 liter gas belerang trioksida

21. Jika 1 liter gas A₂ bereaksi dengan 2 liter gas B₂, dihasilkan 2 liter gas, maka rumus kimia gas hasil adalah ….
A. AB₂
B. AB
C. A₂B
D. A₂B₃
E. A₃B₂

22. Berikut ini pernyataan yang sesuai dengan bunyi hukum Avogadro adalah ….
A. pada tekanan yang sama, semua gas yang volumenya sama mengandung jumlah ion yang sama
B. pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas yang volumenya sama mengandung jumlah unsur yang sama
C. pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas yang volumenya sama mengandung jumlah molekul yang tidak sama
D. pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas yang volumenya sama mengandung jumlah molekul yang sama
E. pada suhu dan tekanan yang tidak sama, semua gas yang volumenya sama mengandung molekul yang sama

23. Hukum Proust disebut juga ….
A. Hukum Perbandingan Volume
B. Hukum Perbandingan Berganda
C. Hukum Kekekalan Massa
D. Hukum Perbandingan Tetap
E. Hukum Kekekalan Energi

24. Pada suhu dan tekanan tertentu terjadi reaksi dengan persamaan reaksi:
2 H₂S(g) + 3 O₂(g) → 2 H₂O(g) + 2 SO₂(g).
Perbandingan jumlah H₂S : O₂ : H₂O : SO₂ = 2 : 3 : 2 : 2 merupakan perbandingan ….
A. massa dan volume
B. massa dan molekul
C. atom dan molekul
D. atom dan volume
E. volume dan molekul

25. Perbandingan massa kalsium dan massa oksigen membentuk kalsium oksida adalah 5 : 2. Jika 20 gram kalsium direaksikan dengan 10 gram oksigen, maka massa kalsium oksida yang terbentuk adalah ….
A. 10 gram
B. 20 gram
C. 28 gram
D. 30 gram
E. 36 gram

B. Jawablah soal-soal di bawah ini dengan singkat dan tepat!

1. a. Mengapa Hukum Kekekalan Massa seolah-olah tidak berlaku pada peristiwa pembakaran kayu?
b. Pada pembakaran magnesium di udara dihasilkan abu yang berwarna putih. Bagaimana massa abu yang dihasilkan setelah pembakaran dibandingkan dengan massa magnesium?

2. Sepuluh gram tembaga dengan empat gram belerang membentuk tembaga(II)sulfida. Perbandingan massa tembaga dan belerang dalam senyawa itu adalah 2 : 1.
Berapa gram tembaga(II)sulfida yang terbentuk?

3. Diketahui grafik hubungan massa Fe dan S sebagai berikut! Berdasarkan grafik tersebut, hitunglah:

a. massa Fe yang dibutuhkan apabila massa S (belerang) yang direaksikan 2 gram;
b. massa FeS yang terbentuk bila 7 gram Fe direaksikan dengan 7 gram S!

4. Gas propana C8H8 terbakar menurut persamaan:

C₃H₈(g) + 5 O₂(g) → 3 CO₂(g) + 4 H₂O(g).
Bila 10 liter gas propana dibakar dengan 60 liter gas O₂, tentukan volume gas sesudah reaksi!

5. Untuk membakar 11,2 liter gas hidrokarbon tepat diperlukan 20 liter gas oksigen dan dihasilkan 22,4 liter gas CO₂. Apabila semua gas diukur pada suhu dan tekanan sama, bagaimana rumus molekul gas hidrokarbon tersebut?

Kunci Jawaban pembahasan Soal dan Jawaban Hukum Dasar Kimia

A.

2. c; 4. a; 6. a; 8. d; 10. d; 12. b; 14. c; 16. d;
18. b; 20. d; 22. a; 24. e

B.

1. a. Karena massa abu < massa kayu, tapi sebenarnya hukum Lavoisier ber-laku.
m kayu + m oksigen = m abu + m CO₂+ m H₂O
b. m abu < m Mg, tetapi hukum Lavoisier berlaku pada pembakaran Mg.
m Mg + m O₂ = m MgO

3. a. Fe : S = 7 : 4
 Fe = 7/4 x 2 g = 3,5g
b. massa FeS = 11 gram

5.

C_xH_y + (x + y/4)O₂ → xCO₂ + y/z H₂O

11,2 20 22,4

Perb vol C_xH_y : CO₂ = 11,2 : 22,4 = ½
Perb koef C_xH_y : CO₂ = 1:2
C_xH_y + aO₂ → 2CO₂ + bH₂O
Atom C → x = 2
O → x + y/4 = 20
2 + y/4 = 20
y / 4 = 18
y = 72

Latihan soal

1. Pupuk urea CO(NH2)2 mengandung nitrogen 42 %. Jika Mr Urea = 60 dan Ar N = 14, berapa kemurnian pupuk urea?
2.  Berapa volume gas hidrogen yang diperlukan untuk bereaksi dengan gas oksigen agar diperoleh 50 L uap air?
3. Berapa perbandingan massa magnesium dengan massa oksigen jika terbakar sempurna menghasilkan 21 g magnesium oksida?
4. Kadar maksimum zat besi dalam air minum yaitu 0,15 mg dalam 500 mL. Nyatakan kadar tersebut dalam bpj.
5. Perbandingan massa karbon dan oksigen dalam karbon dioksida yaitu 4 : Berapa massa karbon dioksida yang dapat dihasilkan apabila:

1. 8 g karbon direaksikan dengan 18 g oksigen?
2. 8 g karbon direaksikan dengan 9 g oksigen?