Pembahasan Soal OSP Kimia 2011 - Bagian Essay Nomor 4

Jumat, 15 Maret 2019 edit

Berikut ini pembahasan soal ala urip.info dari Soal Olimpiade Sains Tingkat Provinsi Bidang Kimia Tahun 2011 yang dibahas satu persatu untuk soal essay. Ikuti pembahasan nomor lain pada tulisan berikutnya. Mohon koreksi dari pembaca bila terdapat uraian yang tidak tepat.


Soal 4 – Asam Fosfat dan Sifatnya dalam Larutan
Asam fosfat adalah asam lemah berproton tiga dengan Ka1 = 7 × 10–3, Ka2 = 6 × 10–8, dan Ka3 = 4 × 10–13.
Asam fosfat dapat dibuat dengan mereaksikan padatan mineral batuan Ca5(PO4)3F dengan asam sulfat encer, dengan menghasilkan produk samping HF dan gipsum.
  1. Ion – ion apa saja yang mungkin terbentuk dalam larutan asam fosfat, tuliskan reaksi kesetimbangan ionnya!
  2. Hitung semua konsentrasi ion–ion tersebut dalam asam fosfat 1 M!
  3. Berapa tingkat oksidasi kalsium dan fosfor dalam senyawa Ca5(PO4)3F?
  4. Apa rumus kimia gipsum?
  5. Tuliskan persamaan reaksi pembuatan asam fosfat tersebut!
  6. Jika bahan baku awal adalah 1 kg Ca5(PO4)3F, berapakah produk asam fosfat yang diperoleh? (Asumsikan keberhasilan sintesis 80 %)

Pembahasan Soal OSP Kimia 2011 Bagian Essay Nomor 4
a. Ion–ion apa saja yang mungkin terbentuk dalam larutan asam fosfat, tuliskan reaksi kesetimbangan ionnya!
H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4
H2PO4 ⇌ H+ + HPO42
HPO42 ⇌ H+ + PO43–

b. Hitung semua konsentrasi ion–ion tersebut dalam asam fosfat 1 M!
H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4 ; Ka1 = 7×10–3

Karena x tidak dapat diabaikan maka:
$\mathsf{[H^+]_1 = \dfrac{-K_{a1} + \sqrt{K_{a1}^{2}+4.K_{a1}.[H_{3}A]}}{2}}$

$\mathsf{[H^+]_1 = \dfrac{-6\times 10^{-8} + \sqrt{(6\times 10^{-8})^{2}+ 4  (6\times 10^{-8})  1}}{2}}$

$\mathsf{[H^+]_1 = 0{,}080239 M}$


H2PO4 ⇌ H+ + HPO42 ; Ka2 = 6×10–8

$\mathsf{K_{a2} = \dfrac{(0{,}080239+y) .y}{0{,}080239-y}}$
Dengan asumsi nilai y jauh lebih kecil dari 0,080239 maka
$\mathsf{K_{a2} = \dfrac{0{,}080239 .y}{0{,}080239}\\
K_{a2} = y \rightarrow y = K_{a2}}$
Jadi $\mathsf{[H^+]_2 = 6 \times 10^{-8}M}$

HPO42 ⇌ H+ + PO43– ; Ka3 = 4×10–13



$\mathsf{[H^{+}]_{3} = \dfrac{-([H^{+}]_{1}+K_{a3}) + \sqrt{([H^{+}]_{1}+K_{a3})^{2}+4.K_{a3}.[H^{+}]_{2}}}{2}}$

Dengan asumsi nilai z <<< 0,080239 M dan z <<< 6×10–8 jauh lebih kecil maka

$\mathsf{[H^{+}]_{3}=\dfrac{K_{a3}.[H^{+}]_{2}}{[H^{+}]_{1}}}$

$\mathsf{[H^{+}]_{3}=\dfrac{4 \times 10^{-13} \times 6 \times 10^{-8} }{0{,}080239}}$

$\mathsf{[H^{+}]_{3}=3 \times 10^{-19}}$

Konsentrasi spesi yang ada:
[H+]1 = 0,080239 M
[H+]2 = 6×10–8 M
[H+]3 = 3×10–19 M

Total [H+] = [H+]1 + [H+]2 + [H+]3
Karena [H+]2 + [H+]3 <<< [H+]1, maka
Total [H+] = [H+]1 = 0,080239 M

[H3PO4] = 1 – 0,080239 M
[H3PO4] = 0,919761M
[H2PO4] = 0,080239 M
[HPO42] = 6×10–8 M
[PO43–] = 3×10–19 M

Perhitungan detil dapat disimak di sini beserta kalkulasi simulatornya.

c. Berapa tingkat (bilangan) oksidasi kalsium dan fosfor dalam senyawa Ca5(PO4)3F?
Ca5(PO4)3F → 5Ca2+ + 3PO43– + F

Ca2+
→ biloks Ca = +2

PO43–
→ biloks P = –(4×biloks O + 3)
→ biloks P = –(4(–2)+3) = –(–5) = +5

d. Apa rumus kimia gipsum?
Gipsum – kalsium sulfat rumus kimia = CaSO4


e. Tuliskan persamaan reaksi pembuatan asam fosfat tersebut!
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 → 3H3PO4 + 5CaSO4 + HF


f. Jika bahan baku awal adalah 1 kg Ca5(PO4)3F, berapakah produk asam fosfat yang diperoleh? (Asumsikan keberhasilan sintesis 80 %)

Massa molar Ca5(PO4)3F = 504 g/mol

Konversi 1 kg atau 1000 g Ca5(PO4)3F ke satuan mol
1000 g Ca5(PO4)3F = 1000 g / 504 g/mol Ca5(PO4)3F
1000 g Ca5(PO4)3F = 1,984 mol Ca5(PO4)3F

n H3PO4 = 3 × n Ca5(PO4)3F
n H3PO4 = 3 × 1,984 mol
n H3PO4 = 5,952 mol

Massa H3PO4 = n H3PO4 × massa molar H3PO4
Massa H3PO4 = 5,952 mol × 98 g/mol
Massa H3PO4 = 583,296 g

Bila keberhasilan sintesis 80 %,
maka massa H3PO4 yang dihasilkan = 583,296 g × 80% = 466,6368 g

CMIIW
Urip Rukim.

 urip.info
Pembahasan soal OSP Kimia 2011:
Bagikan di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

 
Copyright © 2015-2019 Urip dot Info | Disain Template oleh Herdiansyah Dimodivikasi Urip.Info