Contoh Soal Penerapan Hukum Gay Lussac, Avogadro & Konsep Mol dalam Perhitungan Kimia

Daftar Materi Kimia

• 1. Struktur Atom (Proton, Elektron dan Neutron)
• 2. Ikatan Kimia (Ion, Kovalen dan Logam)
• 3. Stoikiometri (Perhitungan Kimia)
• 4. Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit
• 5. Reaksi Redoks (Reduksi-Oksidasi)

Advertisement

Baca Juga:

Perhitungan kimia sangat diperlukan dalam menentukan zat-zat yang digunakan untuk reaksi atau zat-zat yang dihasilkan oleh suatu reaksi kimia. Pada penyelesaian suatu perhitungan kimia (stoikiometri) kita memerlukan tiga elemen pokok, yaitu Hukum Gay Lussac, Hukum Avogadro, dan Konsep Mol. Pada Hukum Gay Lussac atau Hukum Perbandingan Volume dinyatakan bahwa perbandingan volume gas-gas pada reaksi sesuai dengan koefisien reaksi.

Dalam hal ini, koefisien reaksi sangat penting keberadaannya. Perbandingan koefisien reaksi bukan menunjukkan perbandingan volume gas saja tetapi juga menunjukkan perbandingan mol zat dalam reaksi tersebut dalam berbagai fase (pada, cair, larutan, atau gas).

Contoh:

1.	Reaksi	:	CH4(g)	+	2O2(g)	→	CO2(g)	+	2H2O(g)
	Perbandingan koefisien	:	1	:	2	:	1	:	2
	Perbandingan mol zat	:	1 mol CH4	:	2 mol O2	:	1 mol CO2	:	2 mol H2O
2.	Reaksi	:	2KClO3(s)	→	2KCl(s)	+	3O2(g)
	Perbandingan koefisien	:	2	:	2	:	3
	Perbandingan mol zat	:	2 mol KClO3	:	2 mol KCl	:	3 mol O2

Reaksi kimia melibatkan benyaknya pereaksi dan hasil reaksi. Pereaksi maupun hasil reaksi dapat berwujud padat, cair, atau gas. Penentuan banyaknya pereaksi dan hasil reaksi dalam suatu persamaan reaksi perlu memperhatikan beberapa hal berikut ini.

1. Persamaan reaksi sudah setara.

2. Mengubah massa (gram), volume (liter), dan jumlah partikel menjadi mol.

3. Tentukan perbandingan mol zat-zat yang terlibat dalam reaksi. Mol hasil reaksi biasanya ditentukan oleh jumlah mol pereaksi yang habis.

4. Mengubah mol zat ke satuan yang dikehendaki.

Baiklah, untuk memahami penggunaaan Hukum Gay-Lussac, Hukum Avogadro, dan konsep mol dalam perhitungan kimia, silahkan kalian simak baik-baik beberapa contoh soal dan pembahasannya berikut ini.

Contoh Soal:

Diketahui persamaan reaksi: Mg(s) + 2HCl(ag) → MgCl2(ag) + H2(g) jika Mg yang bereaksi adalah 2 mol, hitunglah:

■ Mol HCl yang bereaksi

■ Volume gas H2 yang dihasilkan pada STP

Penyelesaian:

Reaksi setara	:	Mg(s)	+	2HCl(aq)	→	MgCl2(aq)	+	H2(g)
Perbandingan koefisien	:	1 mol	:	2 mol	:	1 mol	:	1 mol

■ Menentukan mol HCl yang bereaksi

1 mol Mg sebanding dengan 2 mol HCl

2 mol Mg sebanding dengan 4 mol HCl

Maka mol HCl yang bereaksi = 4 mol

Mol HCl dapat ditentukan pula dengan cara berikut:

Mol HCl	=	2 mol HCl	×	2 mol Mg	=	4 mol
		1 mol Mg

■ Menentukan volume H2 pada STP

1 mol Mg sebanding dengan 1 mol H2

2 mol Mg sebanding dengan 2 mol H2

H2 yang dihasilkan = 2 mol

Volume molar semua gas pada keadaan STP (Standard Temperature and Preasure) adalah 22,4 liter, maka:

Volume gas H2 pada STP = mol × volume molar

Volume gas H2 pada STP = 2 × 22,4 liter = 44,8 liter

Volume gas H2 dapat ditentukan pula dengan cara sebagai berikut:

Mol H2	=	1 mol H2	×	2 mol Mg	×	22,4 L	=	44,8 L
		1 mol Mg

Dalam kegiatan evaluasi pada soal-soal pilihan jamak, langkah-langkah pada penyelesaian soal tidak diperlukan. Untuk mempersingkat waktu ada cara yang lebih praktis dalam mengerjakan soal tersebut. Perhatikan contoh-contoh soal dan pembahasannya berikut.

Contoh Soal 1:

Gas propana C3H8 direaksikan dengan gas oksigen menghasilkan gas karbon dioksida dan air. Jika C3H8 yang bereaksi adalah 4,4 gram pada STP, hitunglah:

■ Volume O2 yang bereaksi

■ Volume CO2 yang dihasilkan

■ Massa H2O yang dihasilkan

Penyelesaian:

Mr C3H8 = (3 × 12) + (8 × 1) = 44

Mol C3H8	=	4,4	=	0,1 mol
		44

Reaksi setara	:	C3H8(g)	+	5O2(g)	→	3CO2(g)	+	4H2O(l)
Perbandingan koefisien	:	1	:	5	:	3	:	4
Perbandingan mol Zat	:	0,1 mol	:	5/1 × 0,1	:	3/1 × 0,1	:	4/1 × 0,1
		0,1 mol	:	0,5 mol	:	0,3 mol	:	0,4 mol

Dengan demikian:

■ Volume O2 yang bereaksi = 0,5 × 22,4 L = 11,2 L

■ Volume CO2 yang dihasilkan = 0,3 × 22,4 L = 6,72 L

■ Massa H2O (Mr = 18) yang dihasilkan = 0,4 × 18 = 7,2 gram

Contoh Soal 2:

Logam aluminium dapat bereaksi dengan larutan HCl menghasilkan larutan AlCl3 dan gas H2. Berapa gram H2 yang terbentuk dan jumlah molekul hidrogen dari 9 gram aluminium? (Ar Al = 27, H = 1)

Penyelesaian:

Reaksi yang terjadi adalah: Al(s) + HCl(aq) → AlCl3(aq) + H2(g) [belum setara]

Reaksi setara	:	2Al(s)	+	6HCl(aq)	→	2AlCl3(aq)	+	3H2(g)
Perbandingan mol	:	2 mol	:	6 mol	:	2 mol	:	3 mol

Jumlah mol Al yang bereaksi = massa/massa molar

Massa molar = Ar (untuk atom) atau Mr (untuk molekul/senyawa), maka:

Jumlah mol Al yang bereaksi = 9/27 = 1/3 mol

Jumlah mol H2 = koefisien H2/koefisien Al × mol Al

⇒ 3/2 × 1/3 = 1/2 mol

Maka massa gas H2 yang terbentuk = mol × Mr

⇒ 1/2 × 2 =  1 gram

Jumlah molekul H2 yang terbentuk = mol × tetapan Avogadro

⇒ 1/2 × 6,02 × 1023 = 3,01 × 1023 molekul

Dengan demikian, gas H2 yang terbentuk = 1 gram dan jumlah molekul H2 yang terbentuk = 3,01 × 1023.

Contoh Soal 3:

Pada saat korek api gas dinyalakan, reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut.

C4H10(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l)

Jika pada reaksi tersebut dihasilkan 88 gram gas CO2, hitunglah massa C4H10 yang bereaksi! (Ar C = 12, O = 16, H = 1)

Penyelesaian:

Jumlah mol CO2 = massa/massa molar

⇒ 88/44 = 2 mol

Reaksi setara	:	2C4H10(g)	+	13O2(g)	→	8CO2(g)	+	10H2O(l)
Perbandingan koefisien	:	2	:	13	:	8	:	10

Jumlah mol C4H10 = koefisien C4H8/koefisien CO2 × mol CO2

⇒ 2/8 × 2 mol = 0,5 mol

Massa molar C4H10  = Mr C4H10

Mr C4H10 = (4 × 12) + (10 × 1) = 58

Massa C4H10 = jumlah mol × massa molar

⇒ 0,5 mol × 58 gram mol-1 = 29 gram

Jadi, massa C4H10 yang bereaksi adalah 29 gram.

Contoh Soal 4:

Gas metana CH4 dibakar sempurna menurut persamaan berikut:

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)

Bila udara mengandung 20% gas O2, berapa liter udara yang dibutuhkan untuk membakar 4 liter gas metana pada suhu dan tekanan yang sama?

Penyelesaian:

Reaksi setara	:	CH4(g)	+	2O2(g)	→	CO2(g)	+	2H2O(g)
Perbandingan koefisien	:	1	:	2	:	1	:	2

Volume molar gas pada suhu dan tekanan yang sama adalah 22,4 liter mol-1. Maka jumlah mol metana adalah sebagai berikut.

Jumlah mol CH4 = volume/volume molar

⇒ 4/22,4 = 0,18 mol

Mol oksigen yang dibutuhkan = koefisien O2/koefisien CH4 × mol CH4

⇒ 2/1 × 0,18 mol = 0,36 mol

Volume oksigen yang dibutuhkan = mol × volume molar

⇒ 0,36 mol × 22,4 liter mol-1 = 8,064 liter

Udara yang dibutuhkan = % udara/% oksigen × volume oksigen

⇒ 100%/80% × 8,064 liter = 40,32 liter

Jadi, udara yang dibutuhkan adalah 40,32 liter.