Rumus Hubungan Mol dengan Volume, Contoh Soal dan Pembahasan
https://blogmipa-kimia.blogspot.com/2017/10/hubungan-mol-dengan-volume-gas.html
Daftar Materi Kimia
Advertisement
Reaksi kimia dapat berlangsung dalam fase padat, cair atau gas. Coba kalian perhatikan reaksi kimia berikut ini.
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(g) + CO2(g) + H2O(l)
Bagaimana menentukan volume gas yang terlibat dalam suatu reaksi, jika diketahui massanya? Untuk perhitungan ini harus diketahui dulu hubungan mol dengan volume pada suhu dan tekanan tertentu. Data percobaan di bawah ini menunjukkan volume dari beberapa gas pada temperatur 273°K (0°C) dan tekanan 76 cmHg (1 atm) untuk setiap 1 mol gas.
Tabel Volume Beberapa Gas Untuk Setiap 1 Mol Gas
Nama
|
Rumus Gas
|
Massa Molar (gram)
|
Volume Molar Gas (liter)
|
Oksigen
|
O2
|
32
|
22,397
|
Nitrogen
|
N2
|
28,02
|
22,402
|
Hidrogen
|
H2
|
2,02
|
22,433
|
Helium
|
He
|
4,003
|
22,434
|
Karbon dioksida
|
CO2
|
44
|
22,260
|
Dari data pada tabel di atas, dapat diambil rata-rata volume setiap 1 mol gas pada suhu 0°C dan tekanan 76 cmHg adalah 22,4 liter. Volume ini disebut dengan volume molar gas.
Volume molar gas menunjukkan volume satu mol gas pada keadaan standar.
|
Dengan demikian, dapat kita ketahui bahwa rumus hubungan antara mol dengan volume suatu gas dinyatakan dalam bentuk volume molar. Ada dua kondisi atau keadaan yang biasanya digunakan untuk menentukan hubungan antara mol dengan volume gas, yaitu keadaan standar (STP) dan keadaan tidak standar (Non-STP). Rumus hubungan mol dengan volume pada masing-masing keadaan berbeda. Untuk lebih jelasnya, perhatikan penjelasan berikut ini.
Hubungan Mol dengan Volume Gas pada Keadaan Standar
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa, pengukuran kuantitas gas bergantung pada suhu dan tekanan gas. Jika gas diukur pada keadaan standar maka volumenya disebut volume molar. Volume molar ini merupakan volume 1 mol gas yang diukur pada keadaan standar. Keadaan standar yaitu keadaan pada suhu 0°C (273 K) dan tekanan 1 atm (76 cmHg atau 760 mmHg) atau disingkat STP (Standard Temperature and Pressure).
Besarnya volume molar gas dapat ditentukan dengan persamaan gas ideal berikut ini.
PV = nRT
|
Dimana:
P = tekanan = 1 atm
n = jumlah mol = 1 mol gas
T = suhu dalam kelvin = 273 K
R = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K
Maka:
PV = nRT
1 × V = 1 × 0,082 × 273
V = 22,389
V = 22,4 liter
Jadi, volume standar = VSTP = 22,4 liter. Dengan demikian, rumus hubungan antara mol, volume dan volume molar gas pada keadaan standar (STP) adalah sebagai berikut.
V = n × Vm
|
Keterangan:
V = Volume gas
n = jumlah mol
Vm = VSTP = volume molar
Contoh Soal
1) Berapa kuantitas (dalam mol) gas hidrogen yang volumenya 6,72 liter jika diukur pada suhu 0°C dan tekanan 1 atm?
Jawab:
Kuantitas (dalam mol) yang dimaksud adalah jumlah mol. Dengan menggunakan rumus hubungan mol dengan volume pada keadaan STP di atas, maka:
Jumlah mol H2 = Volume H2/Volume molar
Jumlah mol H2 = 6,72/22,4
Jumlah mol H2 = 0,3 mol
2) Hitung massa dari 4,48 liter gas C2H2 yang diukur pada keadaan standar! (Ar C = 12 dan H = 1)
Jawab:
Untuk menentukan massa, maka kita dapat menggunakan rumus hubungan mol dengan massa yaitu sebagai berikut.
m = n × Mm
|
Keterangan:
m = massa (gram)
n = jumlah mol (mol)
Mm = massa molar (gram/mol)
Dimana Mm = Ar (untuk unsur) = Mr (untuk molekul/senyawa)
■ Berdasarkan rumus massa di atas, maka langkah pertama adalah kita harus menentukan jumlah mol gas C2H2 terlebih dahulu. Jumlah mol dapat ditentukan dengan rumus berikut.
Jumlah mol C2H2 = Volume C2H2/Volume STP
Jumlah mol C2H2 = 4,48/22,4
Jumlah mol C2H2 = 0,2 mol
■ Setelah jumlah mol gas C2H2 sudah diperoleh, langkah selanjutnya adalah menentukan massa gas tersebut menggunakan rumus hubungan mol dengan massa di atas.
Massa C2H2 = Jumlah mol C2H2 × Massa Molar
Massa C2H2 = Jumlah mol C2H2 × Massa Atom Relatif
Massa C2H2 = (0,2) × {(2 × Ar C) + (2 × Ar H)}
Massa C2H2 = (0,2) × {(2 × 12) + (2 × 1)}
Massa C2H2 = (0,2) × (24 + 2)
Massa C2H2 = 0,2 × 26
Massa C2H2 = 5,2 gram.
2) Hitung volume dari 3,01 × 1023 molekul NO2 yang diukur pada suhu 0°C dan tekanan 76 cmHg?
Jawab:
■ 3,01 × 1023 adalah jumlah partikel dari molekul gas NO2, sehingga untuk menentukan volume gas ini, pertama kita harus menentukan jumlah mol gas NO2 menggunakan rumus hubungan mol dengan jumlah partikel, yaitu sebagai berikut.
Jumlah partikel = mol × N
|
Dengan:
N = Tetapan Avogadro (6,02 × 1023)
Maka:
Jumlah mol NO2 = Jumlah partikel/N
Jumlah mol NO2 = 3,01 × 1023/6,02 × 1023
Jumlah mol NO2 = 0,5 mol
■ Selanjutnya kita hitung volume gas NO2 menggunakan rumus hubungan mol dengan volume berikut ini.
Volume NO2 = Jumlah mol NO2 × Volume Molar (STP)
Volume NO2 = 0,5 × 22,4
Volume NO2 = 11,2 liter.
Hubungan Mol dengan Volume Gas pada Keadaan Tidak Standar
Jika volume gas diukur pada keadaan ATP (Ambient Temperature and Pressure) atau lebih dikenal keadaan non-STP maka menggunakan rumus gas ideal sebagai berikut.
PV = nRT
|
Keterangan:
P = tekanan (atm)
V = volume (liter)
n = jumlah mol (mol)
T = suhu (K)
R = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K
Contoh Soal
Tentukan volume 1,7 gram gas amonia yang diukur pada suhu 27°C dan tekanan 76 cmHg!
Jawab:
■ P = 76 cmHg = 1 atm
■ T = (t + 273) K = 27 + 273 = 300 K
■ Jumlah mol kita tentukan dengan cara sebagai berikut.
Amonia memiliki rumus kimia NH3, Ar N = 14 dan Ar H = 1 sehingga Mr = 14 + (3 × 1) = 17. Karena amonia merupakan senyawa, maka massa molar (Mm) sama dengan massa molekul relatifnya (Mr). Dengan demikian, jumlah mol amonia dapat dihitung dengan rumus hubungan mol dengan massa berikut ini.
Jumlah mol NH3 = Massa NH3/Massa molar NH3
Jumlah mol NH3 = 1,7/17 = 0,1 mol
Dengan menggunakan rumus gas ideal di atas, maka volume amonia dapat ditentukan dengan cara berikut.
PV = nRT
1 × V = 0,1 × 0,082 × 300
V = 2,46 liter
Jadi, volume amonia (NH3) tersebut adalah 2,46 liter.
