Kimia Kelas 10 - 14. HUKUM DASAR KIMIA III

K-13 Kelas X kimia HUKUM DASAR KIMIA III Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami hipotesis Avogadro. 2. Memahami hubungan antara hipotesis Avogadro dan hukum dasar kimia lainnya. 3. Menyelesaikan soal-soal terkait hipotesis Avogadro. Hipotesis Avogadro Tahun 1811, seorang ilmuwan asal Italia, Amadeo Avogadro (1776 – 1856) menyatakan bahwa partikel unsur tidak selalu berupa atom yang berdiri sendiri, tetapi juga dapat berbentuk molekul unsur. Molekul unsur adalah gabungan dari beberapa atom sejenis, seperti H2, N2, O2, P4, dan S8. Berdasarkan pemikirannya, Avogadro berhasil menjelaskan hukum Gay Lussac dengan mengajukan hipotesis (sekarang disebut hukum Avogadro) yang berbunyi “pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama akan memiliki jumlah molekul yang sama”. Hukum Avogadro: pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang volumenya sama akan memiliki jumlah molekul yang sama. Berdasarkan hukum tersebut, dapat diketahui bahwa perbandingan volume gas- gas yang terlibat dalam suatu reaksi juga merupakan perbandingan jumlah molekulnya.

Oleh karena perbandingan volume gas-gas sama dengan perbandingan koefisien, maka perbandingan koefisien juga menyatakan perbandingan jumlah molekul. Koefisien X = Volume X = Jumlah molekul X Koefisien Y Volume Y Jumlah molekul Y Contoh Soal 1 Sebanyak 500 molekul N2 bereaksi dengan 1500 molekul H2 membentuk 1000 molekul NH3 (amonia). Tentukan persamaan reaksi dan perbandingan koefisiennya! Pembahasan: Koefisien merupakan perbandingan jumlah molekul. Oleh karena itu, kamu dapat mencari perbandingan koefisien melalui perbandingan jumlah molekulnya. N2(g) + H2(g) → NH3(g) 500 molekul : 1500 molekul : 1000 molekul 1 : 3 : 2 Dengan demikian, persamaan reaksinya adalah sebagai berikut. N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) Berdasarkan persamaan reaksi tersebut, diketahui perbandingan koefisien N2 : koefisien H2 : koefisien NH3 = 1 : 3 : 2. Contoh Soal 2 Untuk membentuk 250 molekul NH3, tentukan masing-masing jumlah molekul N2 dan H2 yang diperlukan! Pembahasan: Persamaan reaksi pembentukan NH3 adalah sebagai berikut. N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ? ? 250 molekul Oleh karena perbandingan jumlah molekul sama dengan perbandingan koefisiennya, maka: Jumlah molekul N2 = Koefisien N2 × Jumlah molekul NH3 Koefisien NH3 = 1 × 250 molekul 2 = 125 molekul 2

Koefisien H2 Koefisien NH3 Jumlah molekul H2 = × Jumlah molekul NH3 = 3 × 250 molekul 2 = 375 molekul Super \"Solusi Quipper\" Koefisien N2 = Jumlah molekul N2 Koefisien NH3 Jumlah molekul NH3 1 = Jumlah molekul N2 2 250 molekul Jumlah molekul N2 =125 molekul Koefisien H2 = Jumlah molekul H2 Koefisien NH3 Jumlah molekul NH3 3 = Jumlah molekul H2 2 250 molekul Jumlah molekul H2 = 375 molekul Jadi, masing-masing jumlah molekul N2 dan H2 yang diperlukan adalah 125 molekul dan 375 molekul. Contoh Soal 3 Jika 5 liter gas N2 memiliki jumlah molekul sebanyak x maka tentukan jumlah molekul dari: a. 5 liter gas CO2; dan b. 25 liter gas NO2. Pembahasan: a. Setiap gas yang memiliki volume sama akan memiliki jumlah molekul yang sama. Dengan demikian, jika 5 liter gas N2 memiliki x molekul maka pada 5 liter gas CO2 pun akan memiliki x molekul. b. Pada wujud gas, perbandingan volume sama dengan perbandingan jumlah molekulnya. Dengan demikian, diperoleh: 3

Volume N2 = Jumlah molekul N2 Volume NO2 Jumlah molekul NO2 5 liter = Jumlah x NO2 25 liter molekul Jumlah molekul NO2 = 5x Contoh Soal 4 Sebanyak 50 liter oksida nitrogen (NxOy) terurai menjadi 100 liter gas nitrogen dioksida dan 25 liter gas oksigen. Tentukan rumus oksida nitrogen tersebut! Pembahasan: Koefisien merupakan perbandingan volume. Oleh karena itu, kamu dapat menggunakan perbandingan volume gas-gas tersebut sebagai pengganti koefisien. NxOy → NO2 + O2 100 liter 25 liter 50 liter 2 : 4 : 1 Dengan demikian, persamaan reaksinya adalah sebagai berikut. 2NxOy → 4NO2 + O2 Oleh karena reaksi harus setara, maka jumlah atom di sebelah kanan dan kiri harus sama, sehingga: 2Nx = 4 atom N 2Oy = 10 atom O Nx = N2 Oy = O5 Jadi, rumus molekul oksida nitrogen tersebut adalah N2O5. Contoh Soal 5 Sebanyak 20 molekul senyawa hidrokarbon (CxHy) bereaksi dengan 160 molekul oksigen membentuk 100 molekul CO2 dan 120 molekul H2O. Tentukan rumus molekul senyawa hidrokarbon tersebut! Pembahasan: Koefisien merupakan perbandingan jumlah molekul. Oleh karena itu, kita dapat menggunakan perbandingan jumlah molekul tersebut sebagai pengganti koefisien. CxHy + O2 → CO2 + H2O 160 molekul 100 molekul 120 molekul 20 molekul 1 : 8 : 5 : 6 4

Dengan demikian, persamaan reaksinya adalah sebagai berikut. CxHy + 8O2 → 5CO2 + 6H2O Oleh karena reaksi harus setara, maka jumlah atom di sebelah kanan dan kiri harus sama, sehingga: Cx = 5 atom C Hy = 12 atom H Cx = C5 Hy = H12 Jadi, rumus molekul senyawa hidrokarbon tersebut adalah C5H12. Contoh Soal 6 Jika 1 liter CH4 bereaksi dengan 2 liter O2 maka akan menghasilkan 1 liter CO2 dan 2 liter H2O. Sementara itu, jika 1 liter C3H8 bereaksi dengan 5 liter O2 maka akan menghasilkan 3 liter CO2 dan 4 liter H2O. Jika sebanyak 5 liter campuran CH4 dan C3H8 yang terdiri atas 40% volume CH4 dan sisanya C3H8 dibakar maka tentukan volume total gas oksigen yang diperlukan. Pembahasan: Koefisien merupakan perbandingan volume. Oleh karena itu, kamu dapat menggunakan perbandingan volume gas-gas tersebut sebagai pengganti koefisien. Persamaan pertama: CH4(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) 1 liter 2 liter 1 liter 2liter Dengan demikian, persamaan reaksinya adalah sebagai berikut. CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) Persamaan kedua: C3H8(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) 1 liter 5 liter 4 liter 3 liter Dengan demikian, persamaan reaksinya adalah sebagai berikut. C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g) Oleh karena terdapat 5 liter campuran CH4 dan C3H8 yang terdiri atas 40% volume CH4 dan sisanya C3H8, maka: Volume CH4 + volume C3H8 = 5 liter Volume CH4 = 40% × 5 liter = 2 liter Volume C3H8 = 5 liter – 2 liter = 3 liter 5

Persamaan pertama: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) 2 liter ? Oleh karena perbandingan volume sama dengan perbandingan koefisien, maka: Volume O2 = Koefisien O2 × Volume CH4 Koefisien CH4 = 2 × 2 liter 1 = 4 liter Persamaan kedua: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g) 3 liter ? Oleh karena perbandingan volume sama dengan perbandingan koefisien, maka: Volume O2 = Koefisien O2 × Volume C3H8 Koefisien C3H8 = 5 ×3 liter 1 =15 liter Volume O2 total = 4 liter + 15 liter = 19 liter Jadi, volume total gas oksigen yang diperlukan adalah 19 liter. Contoh Soal 7 Sebanyak 6 liter campuran gas C3H8 dan gas C5H12 dibakar hingga memerlukan 36 liter gas oksigen dengan persamaan reaksi berikut. C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O C5H12 + 8O2 → 5CO2 + 6H2O Tentukan masing-masing volume gas C3H8 dan gas C5H12! Pembahasan: Dari soal, diketahui: Volume C3H8 + volume C5H12 = 6 liter Jika volume C3H8 = x maka volume C5H12 = 6 – x 6

Persamaan pertama: C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O x 5 ×x = 5x 1 Persamaan kedua: C5H12 + 8O2 → 5CO2 + 6H2O 6 – x demikia81n,×di(p6e–roxl)eh: Dengan Volume O2 total = 5x + 8 (6 – x) 36 = 5x + 48 – 8x ⇔ 8x – 5x = 48 – 36 ⇔ 3x = 12 ⇔ x = 4 liter Volume C3H8 = x = 4 liter Volume C5H12 = 6 – x = 6 liter – 4 liter = 2 liter Super \"Solusi Quipper\" Cara SUPER dilakukan berdasarkan metode eliminasi dengan syarat koefisien campuran gas, yaitu koefisien C3H8 dan koefiesien C5H12, masing-masing harus sebesar 1. Dengan demikian, diperoleh: Volume C3H8 + volume C5H12 = 6 liter Volume O2 total = 36 liter C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O (persamaan x) C5H12 + 8O2 → 5CO2 + 6H2O (persamaan y) Buatlah reaksi eliminasi dari persamaan-persamaan tersebut dengan menggunakan koefisien C3H8, C5H12, dan O2 seperti berikut. x + y = 6 liter [ × 5 ] 5x + 8y = 36 liter [ × 1 ] Faktor pengali didasarkan pada kelipatan persekutuan terkecil dari x, sehingga diperoleh: 5x + 5y = 30 liter 5x + 8y = 36 liter 0 – 3y = –6 liter y = 2 liter 7

Super \"Solusi Quipper\" Volume C5H12 = 2 liter Volume C3H8 = 6 liter – 2 liter = 4 liter Jadi, masing-masing volume gas C3H8 dan gas C5H12 adalah 4 liter dan 2 liter. Contoh Soal 8 Sebanyak 750 molekul N2 bereaksi dengan 1500 molekul H2 membentuk molekul NH3 (amonia) dengan persamaan reaksi berikut. N2 + 3H2 → 2NH3 Tentukan a. molekul yang habis bereaksi; b. jumlah molekul sisa; dan c. banyaknya molekul NH3 yang terbentuk. Pembahasan: Mula-mula, tentukan gas yang habis bereaksi untuk mencari jumlah molekul gas lainnya, yaitu dengan menggunakan rumus pereaksi pembatas. Rumus pereaksi pembatas adalah sebagai berikut. Pereaksi pembatas = Jumlah molekul Koefisien Pada N2 : 750 molekul = 750 molekul 1 Pada H2 : 1500 molekul = 500 molekul 3 Gas yang habis bereaksi adalah gas yang nilai baginya paling kecil, yaitu gas H2. Dengan demikian, diperoleh: N2 + 3H2 → 2NH3 - Awal : 750 molekul 1500 molekul Reaksi : 1 × 1500 = 500 molekul 1500 molekul 2 × 1500 = 1000 molekul 3 3 Sisa : 250 molekul 0 1000 molekul Untuk menentukan jumlah molekul gas yang bereaksi, lebih jelasnya dapat kalian lihat pada penjabaran berikut. 8

Jumlah molekul N2 : Koefisien N2 = Jumlah molekul N2 Koefisien H2 Jumlah molekul H2 1 = Jumlah molekul N2 3 1500 molekul Jumlah molekul N2 = 500 molekul Jumlah molekul NH3 : Koefisien NH3 = Jumlah molekul NH3 Koefisien H2 Jumlah molekul H2 2 = Jumlah molekul NH3 3 1500 molekul Jumlah molekul NH3 =1000 molekul Dari hasil tersebut, diketahui sebagai berikut. a. Molekul yang habis bereaksi adalah H2. b. Molekul yang tersisa adalah N2 sebanyak 250 molekul. c. Banyaknya molekul NH3 yang terbentuk adalah 1000 molekul Contoh Soal 9 Sebanyak 28 gram unsur nitrogen tepat bereaksi dengan 48 gram unsur oksigen membentuk senyawa dinitrogen trioksida. Jika direaksikan 21 gram unsur nitrogen, maka tentukan: a. massa unsur oksigen yang diperlukan; dan b. massa senyawa dinitrogen trioksida yang terbentuk. Pembahasan: Dari soal, diketahui: Massa nitrogen + massa oksigen → massa dinitrogen trioksida 28 gram 48 gram ? Berdasarkan hukum Lavoisier, massa total zat-zat sebelum reaksi sama dengan massa total zat-zat sesudah reaksi. Dengan demikian, diperoleh: massa nitrogen + massa oksigen = massa dinitrogen trioksida 28 gram + 48 gram = 76 gram 9

Selanjutnya, tentukan perbandingan massanya. Dengan menggunakan hukum Proust, diperoleh: massa nitrogen : massa oksigen : massa dinitrogen trioksida 28 gram : 48 gram : 76 gram 7 : 12 : 19 21 gram ? ? Dengan menggunakan perbandingan terhadap unsur yang massanya diketahui, diperoleh: a. massa oksigen = perbandingan oksigen × massa nitrogen perbandingan nitrogen massa oksigen = 12 × 21 gram = 36 gram 7 b. massa dinitrogen trioksida = perbandingan dinitrogen trioksida × massa nitrogen perbandingan nitrogen massa dinitrogen trioksida = 19 × 21 gram = 57 gram 7 Super \"Solusi Quipper\" a. Mencari massa oksigen: perbandingan massa oksigen = massa oksigen perbandingan massa nitrogen massa nitrogen 12 = massa oksigen 7 21 gram massa oksigen = 36 gram b. Mencari massa dinitrogen trioksida: perbandingan massa dinitrogen trioksida = massa dinitrogen trioksida perbandingan massa nitrogen massa nitrogen 19 = massa dinitrogen trioksida 7 21 gram massa dinitrogen trioksida = 57 gram Contoh Soal 10 Unsur A dan unsur B dapat membentuk tiga senyawa. Senyawa I tersusun atas 20% unsur A, senyawa II tersusun atas 50% unsur A, dan senyawa III tersusun atas 75% unsur A. Tentukan perbandingan massa unsur B pada ketiga senyawa tersebut! 10

Pembahasan: Super \"Solusi Quipper\" Senyawa Unsur A Unsur B I 20% II 1 100% – 20% = 80% 50% III 1 :4 75% 100% – 50% = 50% 1 :1 100% – 75% = 25% : 1 3 Dengan demikian, diperoleh: Massa unsur BI : massa unsur BII : massa unsur B III 4 : 1 : 1 (× 3) 3 12 : 3 : 1 Jadi, perbandingan massa unsur B pada ketiga senyawa tersebut adalah 12 : 3 : 1. Contoh Soal 11 Sebanyak 150 mL senyawa karbon CxHyOz dibakar dengan menggunakan 450 mL gas oksigen sehingga menghasilkan 300 mL karbon dioksida dan 450 mL uap air. Persamaan reaksi dari pembakaran tersebut adalah sebagai berikut. CxHyOz + O2 → CO2 + H2O Tentukan rumus senyawa karbon tersebut. Pembahasan: Koefisien merupakan perbandingan volume. Oleh karena itu, kamu dapat menggunakan perbandingan volume gas-gas tersebut sebagai pengganti koefisien. CxHyOz + O2 → CO2 + H2O 450 mL 150 mL 450 mL 300 mL 1 : 3 : 2 : 3 11

Dengan demikian, persamaan reaksinya adalah sebagai berikut. CxHyOz + 3O2 → 2CO2 + 3H2O Oleh karena reaksi harus setara, maka jumlah atom di sebelah kanan dan kiri harus sama, sehingga: Cx = 2 atom C Cx = C2 Hy = 6 atom H Hy = H6 Oz + 6 atom O = 4 atom O + 3 atom O Oz = 7 atom O – 6 atom O Oz = O Jadi, rumus senyawa organik tersebut adalah C2H6O. 12