Thursday, December 6, 2018

3.8 Jumlah Reaktan Dan Produk

Pertanyaan mendasar yang sering muncul di laboratorium kimia adalah "Berapa banyak produk yang akan dibentuk dari jumlah tertentu bahan awal (reaktan)?" Atau dalam beberapa kasus, kita mungkin mengajukan pertanyaan terbalik: "Berapa banyak bahan awal yang harus digunakan untuk mendapatkan jumlah produk tertentu? ”Untuk menginterpretasi suatu reaksi secara kuantitatif, kita perlu menerapkan pengetahuan kita tentang massa molar dan konsep mol. Stoikiometri adalah studi kuantitatif dari reaktan dan produk dalam reaksi kimia.

Meskipun satuan yang diberikan untuk reaktan (atau produk) adalah mol, gram, liter (untuk gas), atau beberapa satuan lainnya, kita menggunakan mol untuk menghitung jumlah produk yang terbentuk dalam suatu reaksi. Pendekatan ini disebut metode mol, yang berarti bahwa koefisien stoikiometri dalam persamaan kimia dapat diartikan sebagai jumlah mol dari setiap zat. Misalnya, amonia industri disintesis dari hidrogen dan nitrogen sebagai berikut:


N2(g)  +  3H2(g) → 2NH3(g)

Koefisien stoikiometri menunjukkan bahwa satu molekul N2 bereaksi dengan tiga molekul H2  membentuk dua molekul NH3. Oleh karena itu, jumlah mol relatif sama dengan jumlah relatif molekul:


N2(g)
+  3H2(g)
2NH3(g)
1 molekul
3 molekul

2 molekul
6,022 x 1023 molekul
3(6,022 x 1023 molekul)

3(6,022 x 1023 molekul)
1 mol
1 mol

1 mol

Dengan demikian, persamaan ini juga dapat dibaca sebagai "1 mol gas N2 bereaksi dengan 3 mol gas H2 menghasilkan 2 mol gas NH3." Dalam perhitungan stoikiometri, kita mengatakan bahwa tiga mol H2 setara dengan dua mol NH3, ditulis


3 mol H2 ≃  2 mol NH3

di mana simbol  berarti "setara stoikiometrik" atau "setara". Hubungan ini memungkinkan kita untuk menulis faktor konversi


Demikian pula, kita memiliki 1 mol N2  2 mol NH3 dan 1 mol N2  3 mol H2.

Mari kita pertimbangkan contoh sederhana di mana 6,0 mol H2 bereaksi sepenuhnya dengan N2  membentuk NH3. Untuk menghitung jumlah NH3 yang diproduksi dalam mol, kita menggunakan faktor konversi yang memiliki H2 dalam penyebut dan menulis




Sekarang asumsikan 16,0 g H2 bereaksi sepenuhnya dengan N2 membentuk NH3. Berapa gram NH3  yang akan terbentuk? Untuk melakukan perhitungan ini, kita mencatat bahwa hubungan antara H2  dan NH3 adalah rasio mol dari persamaan setara. Jadi kita harus terlebih dahulu mengkonversi gram H2 ke mol H2, kemudian ke mol NH3, dan akhirnya ke gram NH3. Langkah-langkah konversi adalah


gram H2 → mol H2 → mol NH3 → gram NH3

Pertama, kita mengubah 16,0 g H2 menjadi jumlah mol H2, menggunakan massa molar H2 sebagai faktor konversi:


Selanjutnya, kita menghitung jumlah mol NH3 yang dihasilkan.



Akhirnya, kita menghitung massa NH3 yang dihasilkan dalam gram menggunakan massa molar NH3 sebagai faktor konversi


Ketiga perhitungan terpisah ini dapat digabungkan dalam satu langkah sebagai berikut:



Demikian pula, kita dapat menghitung massa dalam gram N2 yang dikonsumsi dalam reaksi ini. Langkah-langkah konversi adalah


gram H2 → mol H2 → mol N2 → gram N2

Dengan menggunakan hubungan 1 mol N2  3 mol H2, kita menulis


Pendekatan umum untuk memecahkan masalah stoikiometri dirangkum berikutnya.
  1. Tuliskan persamaan kimia yang setara untuk reaksi.
  2. Konversi jumlah reaktan yang diberikan (dalam satuan gram atau satuan lainnya) ke jumlah mol.
  3. Gunakan rasio mol dari persamaan setara untuk menghitung jumlah mol produk yang terbentuk.
  4. Konversi mol produk menjadi gram (atau satuan lainnya) produk.

Gambar 3.8 menunjukkan langkah-langkah ini. Kadang-kadang kita mungkin diminta untuk menghitung jumlah reaktan yang diperlukan untuk membentuk jumlah produk tertentu. Dalam kasus tersebut, kita dapat membalikkan langkah-langkah yang ditunjukkan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Prosedur untuk menghitung jumlah reaktan atau produk dalam reaksi menggunakan metode mol.

Contoh 3.13 dan 3.14 menggambarkan penerapan pendekatan ini.

Contoh 3.13
Makanan yang kita makan diuraikan atau dipecah di dalam tubuh kita untuk menyediakan energi yang kita perlukan bagi pertumbuhan dan melakukan berbagai fungsi. Persamaan umum keseluruhan untuk proses yang sangat kompleks ini menggambarkan penguraian glukosa (C6H12O6) menjadi karbon dioksida (CO2) dan air (H2O):

C6H12O6 + 6O2 →  6CO2 + 6H2O

Jika 856 g C6H12O6 dikonsumsi oleh seseorang selama periode tertentu, berapa massa CO2 yang dihasilkan?

Strategi
Melihat persamaan setara, bagaimana kita membandingkan jumlah C6H12O6 dan CO2? Kita dapat membandingkannya berdasarkan rasio mol dari persamaan setara. Dimulai dengan gram C6H12O6, bagaimana kita mengkonversi ke mol C6H12O6? Setelah mol CO2 ditentukan dengan menggunakan rasio mol dari persamaan setara, bagaimana kita mengkonversi ke gram CO2?

Penyelesaian
Kita mengikuti langkah-langkah sebelumnya dan Gambar 3.8.
Langkah 1: Persamaan setara diberikan dalam soal.
Langkah 2: Untuk mengkonversi gram C6H12O6 ke mol C6H12O6, kita menuliskan
Langkah 3: Dari rasio mol, kita melihat bahwa 1 mol C6H12O 6 mol CO2. Oleh karena itu, jumlah mol CO2yang terbentuk adalah
Langkah 4: Akhirnya, jumlah gram CO2 yang terbentuk diberikan oleh
Setelah beberapa latihan, kita dapat menggabungkan langkah-langkah konversi

gram C6H12O6 → mol C6H12O6 → mol CO2 → gram CO2


Periksa
Apakah jawabannya tampak masuk akal? Apakah massa CO2 yang dihasilkan lebih besar dari massa C6H12O6  bereaksi, meskipun massa molar dari CO2 jauh lebih sedikit daripada massa molar C6H12O6? Berapa rasio mol antara CO2 dan C6H12O6?

Latihan
Metanol (CH3OH) terbakar di udara sesuai dengan persamaan

2CH3OH + 3O2  →  2CO2 + 4H2O

Jika 209 gram metanol digunakan dalam proses pembakaran, berapa massa H2O yang dihasilkan?

Contoh 3.14
Semua logam alkali bereaksi dengan air menghasilkan gas hidrogen dan hidroksida logam alkali yang sesuai. Reaksi tipikal adalah antara litium dan air:

2Li(s) + 2H2O(l)  -  2LiOH(aq) + H2(g)

Berapa gram Li yang diperlukan untuk menghasilkan 9,89 g H2?

Strategi
Pertanyaannya meminta jumlah gram reaktan (Li) untuk membentuk jumlah tertentu dari produk (H2). Oleh karena itu, kita perlu membalikkan langkah-langkah yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Dari persamaan yang kita lihat bahwa 2 mol Li  1 mol H2.

Penyelesaian
Langkah-langkah konversi adalah

gram H2 → mol H2 → mol Li → gram Li

Menggabungkan langkah-langkah ini ke dalam satu persamaan, kita dapat menuliskan

Periksa
Ada sekitar 5 mol H2 dalam 9,89 g H2, jadi kita membutuhkan 10 mol Li. Dari perkiraan massa molar Li (7 g), apakah jawabannya tampak masuk akal?

Latihan
Reaksi antara nitrit oksida (NO) dan oksigen  membentuk nitrogen dioksida (NO2) adalah langkah kunci dalam pembentukan kabut fotokimia:

2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)

Berapa gram O2 yang dibutuhkan untuk menghasilkan 2,21 g NO2?

0 comments:

Post a Comment