Perekasi Pembatas, 30 Soal Kontekstual dan Pembahasannya

Dalam suatu reaksi kimia, pereaksi pembatas adalah zat yang habis bereaksi lebih dulu dan membatasi jumlah produk yang dihasilkan. Pereaksi ini menentukan kapan reaksi berhenti karena sudah tidak ada lagi zat ini yang tersisa untuk bereaksi.

Soal 1 (Konseptual & Analisis)

Dalam reaksi pembakaran propana: C₃H₈(g) + 5O₂(g) → 3CO₂(g) + 4H₂O(g), jika tersedia 6 mol C₃H₈ dan 22 mol O₂:

1. Tentukan pereaksi pembatas dan jelaskan alasannya.
2. Hitung volume CO₂ yang dihasilkan pada STP (0°C, 1 atm).

a. Menentukan pereaksi pembatas:

Koefisien reaksi: C₃H₈ = 1, O₂ = 5

Hitung rasio mol/koefisien:

Untuk C₃H₈: |6 mol/1| = 6 mol

Untuk O₂: |22 mol/5| = 4,4 mol (lebih kecil → O₂ pembatas)

b. Volume CO₂ pada STP:

Berdasarkan O₂ sebagai pembatas:

5 mol O₂ → 3 mol CO₂ (koefisien reaksi)

22 mol O₂ → |3/5| × 22 = 13,2 mol |CO2|

Volume pada STP: 13,2 mol × 22,4 L/mol = 295,68 L

Soal 2 (Aplikasi dalam Sintesis Kimia)

Dalam sintesis aspirin (C₉H₈O₄), asam salisilat (C₇H₆O₃) bereaksi dengan anhidrida asetat (C₄H₆O₃) menurut reaksi:

C₇H₆O₃ + C₄H₆O₃ → C₉H₈O₄ + C₂H₄O₂

Jika 10,0 g asam salisilat (Mr = 138) dicampur dengan 15,0 g anhidrida asetat (Mr = 102):

1. Tentukan pereaksi pembatas.
2. Hitung massa aspirin teoritis yang dapat dihasilkan (Mr = 180).

a. Menentukan pereaksi pembatas:

Mol asam salisilat: |(10,0 g)//(138 g/mol)| = 0,0725 mol

Mol anhidrida asetat: |(15,0 g)//(102 g/mol)| = 0,147 mol

Rasio mol/koefisien (koefisien = 1 untuk kedua reaktan):

Asam salisilat: 0,0725 (lebih kecil → pembatas)

b. Massa aspirin teoritis:

1 mol C₇H₆O₃ → 1 mol C₉H₈O₄

0,0725 mol → 0,0725 mol aspirin

Massa = 0,0725 mol × 180 g/mol = 13,05 g

Soal 3 (Analisis Data Eksperimen)

Sebuah percobaan mereaksikan logam aluminium (Al) dengan larutan tembaga(II) sulfat (CuSO₄) menurut reaksi:

2Al(s) + 3CuSO₄(aq) → Al₂(SO₄)₃(aq) + 3Cu(s)

Data percobaan:

• Massa Al awal = 2,7 g
• Volume CuSO₄ 0,5 M = 200 mL
• Massa Cu yang terbentuk = 5,8 g

Pertanyaan:

1. Tentukan pereaksi pembatas.
2. Hitung persentase hasil (% yield) reaksi ini.

a. Pereaksi pembatas:

Mol Al: |(2,7 g)//(27 g/mol)| = 0,1 mol

Mol CuSO₄: 0,5 M × 0,2 L = 0.1 mol

Rasio mol/koefisien:

Al: |0,1/2| = 0,05

CuSO₄: |0,1/3| ≈ 0,033 (lebih kecil → CuSO₄ pembatas)

b. % yield:

Teoritis: 3 mol CuSO₄ → 3 mol Cu

0.1 mol CuSO₄ → 0,1 mol Cu = 0,1 × 63,5 g = 6,35 g

% yield = |5,8 g/6,35 g| × 100% ≈ 91,3%

Soal 4 (Integrasi dengan Hukum Gas)

Gas nitrogen (N₂) dan hidrogen (H₂) bereaksi membentuk amonia (NH₃) pada kondisi 2 atm dan 300 K:

N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)

Jika 5 L N₂ dicampur dengan 12 L H₂ pada kondisi yang sama:

1. Tentukan pereaksi pembatas menggunakan hukum gas ideal.
2. Hitung volume total sistem setelah reaksi selesai (asumsikan volume cairan diabaikan).

a. Menentukan pereaksi pembatas:

Pada P dan T sama, volume ~ mol (PV = nRT):

Rasio volume/koefisien:

N₂: |5  L/1| = 5

H₂: |12 L/3| = 4 (lebih kecil → H₂ pembatas)

b. Volume total setelah reaksi:

3 L H₂ bereaksi dengan 1 L N₂ → 2 L NH₃ (koefisien volume)

12 L H₂ habis bereaksi dengan 4 L N₂ → 8 L NH₃

Sisa N₂: 5 L - 4 L = 1 L

Volume total = 1 L (N₂) + 8 L (NH₃) = 9 L

Soal 5 (Analisis Grafik Reaksi)

Grafik berikut menunjukkan hubungan massa produk (MgO) yang terbentuk terhadap massa Mg yang direaksikan dengan O₂ berlebih:

Reaksi: 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s)

1. Berdasarkan grafik, tentukan massa O₂ awal yang digunakan.
2. Mengapa grafik menjadi datar setelah massa Mg > 12 g?

a. Massa O₂ awal:

Dari grafik: 12 g Mg menghasilkan 20 g MgO (titik di ujung linear).

Mol Mg: |(12 g)//(24 g/mol)| = 0,5 mol

Berdasarkan reaksi, 0,5 mol Mg membutuhkan 0,25 mol O₂:

Massa O₂ = 0.25 mol × 32 g/mol = 8 g

b. Grafik datar:

Setelah Mg > 12 g, O₂ habis menjadi pereaksi pembatas. Penambahan Mg tidak lagi meningkatkan produk.

Soal 6 (Reaksi Bertahap)

Larutan natrium tiosulfat (Na₂S₂O₃) bereaksi dengan asam klorida (HCl) dalam dua tahap:

1. S₂O₃^2- + 2H⁺ → H₂S₂O₃ (cepat)
2. H₂S₂O₃ → S(s) + SO₂(g) + H₂O(l) (lambat)

Jika 0.1 mol Na₂S₂O₃ direaksikan dengan 50 mL HCl 2 M:

1. Tentukan pereaksi pembatas pada tahap 1.
2. Hitung massa endapan belerang (S) yang terbentuk (Ar S = 32).

a. Pereaksi pembatas tahap 1:

Mol H⁺ = 2 M × 0,05 L × 1 (koefisien) = 0,1 mol

Mol S₂O₃^2- = 0,1 mol

Rasio mol/koefisien:

S₂O₃^2-: |0,1/1| = 0,1

H⁺: |0,1/2| = 0,05 (lebih kecil → H⁺ pembatas)

b. Massa belerang (S):

Berdasarkan H⁺ pembatas: 0,1 mol H⁺ → 0,05 mol H₂S₂O₃

Tahap 2: 1 mol H₂S₂O₃ → 1 mol S

Massa S = 0,05 mol × 32 g/mol = 1,6 g

Soal 7 (Aplikasi dalam Koloid)

Untuk membuat sol emas (Au) dengan metode reduksi, 1 mL larutan HAuCl₄ 0.01 M direaksikan dengan 5 mL larutan natrium sitrat 0.1 M:

2HAuCl₄ + 3Na₃C₆H₅O₇ → 2Au(s) + 3NaC₆H₅O₇ + 8HCl + 3CO₂

1. Tentukan pereaksi pembatas.
2. Jika diameter partikel Au yang terbentuk 20 nm, hitung jumlah partikel Au yang dihasilkan.

a. Pereaksi pembatas:

Mol HAuCl₄ = 0,01 M × 0,001 L = 1×10^-5 mol

Mol Na₃C₆H₅O₇ = 0,1 M × 0,005 L = 5×10^-4 mol

Rasio mol/koefisien:

HAuCl₄: |1 × 10^-5/2| = 5 × 10^-6

Na₃C₆H₅O₇: |5 × 10^-4/3| ≈ 1,67 × 10^-4  (HAuCl₄ pembatas)

b. Jumlah partikel Au:

2 mol HAuCl₄ → 2 mol Au → 1×10^-5 mol Au

Volume 1 partikel = |4/3|π |r^3| = |4/3|π (10 × 10^-9)³ ≈ 4,19 × 10^-27 |m^3|

Volume total Au = 1×10^-5 mol × 197 g/mol ÷ 19,3 g/cm³ ≈ 1,02×10^-7 m³

Jumlah partikel = |(1,02 × 10^-7)//(4,19 × 10^-27)| ≈ 2,44 × |10^19|

Soal 8 (Elektrokimia)

Pada sel volta dengan reaksi:

Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

Sebanyak 10 g lempeng Zn (Ar = 65) dicelupkan ke dalam 100 mL CuSO₄ 0.5 M. Setelah reaksi:

1. Tentukan pereaksi pembatas dan sisa zat yang tidak bereaksi.
2. Hitung perubahan massa elektrode Zn dan Cu.

a. Pereaksi pembatas:

Mol Zn = |(10 g)//(65 g/mol)| ≈ 0,154 mol

Mol Cu²⁺ = 0,5 M × 0,1 L = 0,05 mol

Rasio mol/koefisien:

Zn: 0,154, Cu²⁺: 0,05 (lebih kecil → Cu²⁺ pembatas)

Sisa Zn = 0,154 mol - 0,05 mol = 0,104 mol

b. Perubahan massa elektrode:

Zn yang teroksidasi: 0,05 mol × 65 g/mol = 3,25 g (berkurang)

Cu yang terbentuk: 0,05 mol × 63,5 g/mol = 3,175 g (bertambah)

Soal 9 (Reaksi dengan Persen Komposisi)

Sebongkah batu kapur (CaCO₃) dengan kemurnian 80% direaksikan dengan 100 mL larutan HCl 2 M menurut reaksi:

CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

Jika massa batu kapur yang digunakan adalah 25 g (Ar Ca = 40, C = 12, O = 16):

1. Tentukan pereaksi pembatas.
2. Hitung volume CO₂ yang dihasilkan pada kondisi RTP (25°C, 1 atm).

a. Pereaksi pembatas:

Massa CaCO₃ murni = 80% × 25 g = 20 g

Mol CaCO₃ = |(20 g)//(100 g/mol)|= 0,2 mol

Mol HCl = 2 M × 0,1 L = 0,2 mol

Rasio mol/koefisien:

CaCO₃: |0,2/1| = 0,2

HCl: |0,2/2| = 0,1 (lebih kecil → HCl pembatas)

b. Volume CO₂ pada RTP:

2 mol HCl → 1 mol CO₂

0.2 mol HCl → 0,1 mol CO₂

Volume = 0,1 mol × 24 L/mol = 2,4 L

Soal 10 (Reaksi dengan Gas)

Sebanyak 5 L gas etana (C₂H₆) dibakar dengan 15 L gas oksigen (O₂) pada kondisi P dan T sama:

2C₂H₆(g) + 7O₂(g) → 4CO₂(g) + 6H₂O(g)

1. Tentukan pereaksi pembatas.
2. Hitung volume total gas produk setelah reaksi (asumsikan H₂O berbentuk gas).

a. Pereaksi pembatas:

Rasio volume/koefisien:

C₂H₆: |5/2| = 2,5

O₂: |15/7| ≈ 2,14 (lebih kecil → O₂ pembatas)

b. Volume total produk:

7 L O₂ → 4 L CO₂ + 6 L H₂O (total 10 L)

15 L O₂ → |4/7|×15 ≈ 8,57 L |CO2| +|6/7|×15 ≈ 12,86 L |H2O|

Sisa C₂H₆ = 5 L - (|2/7|×15 ≈ 4,29 L) = 0,71 L

Volume total = 8,57 L + 12,86 L + 0,71 L = 22,14 L

Soal 11 (Reaksi dengan Padatan dan Larutan)

Serbuk besi (Fe) sebesar 11,2 g direaksikan dengan 200 mL larutan tembaga(II) sulfat (CuSO₄) 0,5 M:

Fe(s) + CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq) + Cu(s)

1. Tentukan pereaksi pembatas.
2. Hitung massa endapan tembaga (Cu) yang terbentuk (Ar Fe = 56, Cu = 63.5).

a. Pereaksi pembatas:

Mol Fe = |11,2 g/(56 g/mol)| = 0,2 mol

Mol CuSO₄ = 0,5 M × 0,2 L = 0,1 mol

Rasio mol/koefisien:

Fe: 0,2, CuSO₄: 0,1 (lebih kecil → CuSO₄ pembatas)

b. Massa endapan Cu:

1 mol CuSO₄ → 1 mol Cu

0.1 mol CuSO₄ → 0.1 mol Cu

Massa Cu = 0,1 mol × 63,5 g/mol = 6,35 g

Soal 12 (Reaksi Netralisasi)

Larutan NaOH 1 M direaksikan dengan larutan H₂SO₄ 0.8 M menurut reaksi:

2NaOH(aq) + H₂SO₄(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2H₂O(l)

Jika volume NaOH yang digunakan 150 mL dan volume H₂SO₄ 100 mL:

1. Tentukan pereaksi pembatas.
2. Berapa gram Na₂SO₄ yang terbentuk? (Ar Na = 23, S = 32, O = 16)

a. Pereaksi pembatas:

Mol NaOH = 1 M × 0,15 L = 0,15 mol

Mol H₂SO₄ = 0,8 M × 0,1 L = 0,08 mol

Rasio mol/koefisien:

NaOH: |0,15/2| = 0,075

H₂SO₄: |0,08/1| = 0,08 (NaOH pembatas)

b. Massa Na₂SO₄:

2 mol NaOH → 1 mol Na₂SO₄

0,15 mol NaOH → 0,075 mol Na₂SO₄

Massa = 0,075 mol × 142 g/mol = 10,65 g

Soal 13 (Analisis Data Eksperimen Tidak Lengkap)

Sebuah percobaan mereaksikan logam aluminium dengan larutan tembaga(II) sulfat menghasilkan data berikut:

Massa Al (g)	Volume CuSO4 1 M (mL)	Massa Cu yang Terbentuk (g)
2,7	100	6,35

Reaksi: 2Al(s) + 3CuSO₄(aq) → Al₂(SO₄)₃(aq) + 3Cu(s)

1. Tunjukkan melalui perhitungan apakah data tersebut valid secara stoikiometri!
2. Jika terdapat ketidaksesuaian, identifikasi kemungkinan sumber kesalahan eksperimen!

a. Validitas Data:

Mol Al = |2,7 g/(27 g/mol)| = 0,1 mol

Mol CuSO₄ = 1 M × 0,1 L = 0,1 mol

Rasio mol/koefisien: Al (|0,1/2| = 0,05) vs CuSO₄ (|0,1/3| ≈ 0,033) → CuSO₄ pembatas

Teoritis: 0,1 mol CuSO₄ → 0,1 mol Cu = 0,1 × 63,5 = 6,35 g (data valid)

b. Sumber Kesalahan Potensial:

• Pengukuran volume CuSO₄ tidak akurat
• Kehilangan produk Cu selama penyaringan
• Aluminium tidak murni (teroksidasi)

Soal 14 (Reaksi Bolak-Balik)

Dalam reaksi kesetimbangan:
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Sebanyak 2 mol N₂ dan 8 mol H₂ direaksikan dalam wadah tertutup. Pada saat setimbang, ternyata 1 mol NH₃ terbentuk.

1. Tentukan pereaksi pembatas jika reaksi berjalan sempurna ke kanan!
2. Hitung komposisi akhir campuran gas dalam wadah!

a. Pereaksi Pembatas:

Rasio mol/koefisien: N₂ (|2/1| = 2) vs H₂ (|8/3| ≈ 2,67) → N₂ pembatas

b. Komposisi Setimbang:

Reaksi ke kanan: 1 mol NH₃ terbentuk → butuh 0,5 mol N₂ dan 1,5 mol H₂

Sisa: N₂ = 2 - 0,5 = 1,5 mol; H₂ = 8 - 1,5 = 6,5 mol; NH₃ = 1 mol

Total mol gas = 1,5 + 6,5 + 1 = 9 mol

Soal 15 (Multiple Reaksi)

Paduan magnesium-aluminium (Mg-Al) seberat 5 g mengandung 60% Mg, direaksikan dengan HCl berlebih melalui dua reaksi:

1) Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)
2) 2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl₃(aq) + 3H₂(g)

1. Hitung volume total gas H₂ yang dihasilkan pada STP!
2. Jika gas H₂ yang terkumpul hanya 5,6 L, hitung persen yield reaksi!

a. Volume H₂ Teoritis:

Massa Mg = 60% × 5 g = 3 g → mol = |3/24| = 0,125 mol → hasilkan 0,125 mol H₂

Massa Al = 40% × 5 g = 2 g → mol = |2/27| ≈ 0,074 mol → hasilkan 0,111 mol H₂

Total H₂ = 0,125 + 0,111 = 0,236 mol → Volume STP = 0,236 × 22,4 ≈ 5,29 L

b. Persen Yield:

% yield = |5,6/5,29| × 100% ≈ 105,8% (indikasi kesalahan eksperimen)

Soal 16 (Aplikasi Nyata)

Dalam pembuatan pupuk urea, reaksi yang terjadi adalah:
2NH₃(g) + CO₂(g) → CO(NH₂)₂(s) + H₂O(l)

Sebuah pabrik memiliki persediaan 170 kg NH₃ dan 220 kg CO₂.

1. Tentukan pereaksi pembatas dalam proses ini!
2. Hitung massa maksimum urea yang dapat dihasilkan (Ar N=14, H=1, C=12, O=16)!
3. Jika pabrik ingin memanfaatkan semua CO₂, berapa tambahan NH₃ yang dibutuhkan?

a. Pereaksi Pembatas:

Mol NH₃ = |170.000 g/(17 g/mol)| = 10.000 mol

Mol CO₂ = |220.000 g/(44 g/mol)| = 5.000 mol

Rasio mol/koefisien: NH₃ (|10.000/2| =5.000) vs CO₂ (|5.000/1|=5.000) → Tidak ada pembatas (stoikiometri tepat)

b. Massa Urea:

5.000 mol CO₂ → 5.000 mol urea

Massa urea = 5.000 × 60 g/mol = 300 kg

c. Tambahan NH₃:

Untuk 220 kg CO₂ (5.000 mol) butuh 10.000 mol NH₃ (170 kg)

Sudah mencukupi, tidak perlu tambahan.

Soal 17 (Aplikasi Medis: Pembuatan Obat Antasida)

Dalam pembuatan tablet antasida, magnesium hidroksida (Mg(OH)₂) bereaksi dengan asam lambung (HCl) menurut persamaan:
Mg(OH)₂(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + 2H₂O(l)

Sebuah pabrik farmasi ingin memproduksi tablet dengan spesifikasi:
- Setiap tablet mengandung 400 mg Mg(OH)₂
- Dapat menetralkan 15 mL asam lambung dengan pH 1
- Efisiensi reaksi 90% karena faktor biologis

1. Buktikan apakah formulasi tersebut memenuhi syarat!
2. Jika pasien mengonsumsi 2 tablet sekaligus, hitung pH akhir asam lambung (volume awal asam lambung 50 mL, pH 1)!

a. Pembuktian Formulasi:

Mol Mg(OH)₂ per tablet = |0,4 g/(58 g/mol)| ≈ 0,0069 mol

Konsentrasi HCl pH 1 = 10^-1 M

Mol HCl dalam 15 mL = 0,1 M × 0,015 L = 0,0015 mol

Kebutuhan teoritis Mg(OH)₂ = ½ × 0,0015 mol = 0,00075 mol

Dengan efisiensi 90%: |0,00075/0,9| ≈ 0,00083 mol (formulasi 0,0069 mol > kebutuhan → memadai)

b. pH Akhir:

2 tablet = 2 × 0,0069 mol = 0,0138 mol Mg(OH)₂

Mol HCl awal = 0,1 M × 0,05 L = 0,005 mol

HCl yang dinetralkan = 2 × 0,0138 × 90% = 0,02484 mol (melebihi mol HCl awal)

Sisa basa = |(0,02484 - 0,005)/2| = 0,00992 mol OH^-

pOH = -log|0,00992/0,05| ≈ 1,7 → pH = 14 - 1,7 = 12,3 (terlalu basa, berbahaya)

Soal 18 (Lingkungan: Penanganan Tumpahan Asam)

Sebuah kecelakaan mengakibatkan tumpahan 100 L asam sulfat (H₂SO₄) 96% (massa jenis 1,84 g/mL). Tim penanganan menggunakan bubuk kalsium karbonat (CaCO₃) untuk menetralkan menurut reaksi:
CaCO₃(s) + H₂SO₄(aq) → CaSO₄(s) + H₂O(l) + CO₂(g)

Data tambahan:
- Kemurnian bubuk kapur 85%
- Efisiensi reaksi di lapangan hanya 75% karena faktor lingkungan

1. Hitung massa minimum bubuk kapur yang harus disiapkan!
2. Jika gas CO₂ yang dihasilkan terperangkap dalam ruang tertutup 10 m³, hitung konsentrasi CO₂ dalam ppm (v/v) pada 25°C!

a. Massa Bubuk Kapur:

Massa H₂SO₄ = 100.000 mL × 1,84 g/mL × 96% = 176.640 g

Mol H₂SO₄ = |176.640 g/(98 g/mol)| ≈ 1.802,45 mol

Kebutuhan teoritis CaCO₃ = 1.802,45 mol × 100 g/mol = 180.245 g

Dengan efisiensi 75% dan kemurnian 85%: |(180.245/0,75)/0,85| ≈ 282.737 g ≈ 283 kg

b. Konsentrasi CO₂:

Mol CO₂ = 1.802,45 mol × 75% = 1.351,84 mol

Volume CO₂ pada 25°C = 1.351,84 × 24,5 L/mol ≈ 33.120 L = 33,12 |m^3|

Konsentrasi dalam 10 m³ ruang: |33,12/10| × 10⁶ ≈ 3.312.000 ppm (level berbahaya)

Soal 19 (Teknologi Baterai: Reaksi Lithium-ion)

Baterai lithium-ion menggunakan reaksi:
LiCoO₂ + C₆ → Li_1-xCoO₂ + Li_xC₆

Sebuah baterai memiliki:
- Katoda: 10 g LiCoO₂ (Mr = 98)
- Anoda: 3 g grafit (C₆) (Mr = 72)
- x maksimum = 0,5

1. Tentukan komponen pembatas dan kapasitas teoritis baterai (dalam mol elektron)!
2. Jika baterai harus didesain ulang dengan kapasitas 0,2 mol elektron, hitung rasio massa katoda:anoda yang optimal!

a. Komponen Pembatas:

Mol LiCoO₂ = |10/98| ≈ 0,102 mol (dapat lepas 0,102×0,5=0,051 mol e^-)

Mol C₆ = |3/72| = 0,0417 mol (dapat terima 0,0417 mol e^-)

Pembatas: grafit, kapasitas = 0,0417 mol e^-

b. Rasio Optimal:

Target 0,2 mol e^-:
- Kebutuhan C₆ = 0,2 mol (14,4 g)
- Kebutuhan LiCoO₂ = |0,2/0,5| = 0,4 mol (39,2 g)

Rasio massa = 39,2 : 14,4 ≈ 2,72 : 1

Soal 20 (Krisis Energi: Pembuatan Bioetanol)

Proses fermentasi glukosa menghasilkan etanol:
C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

Data teknis:
- 1 ton jagung mengandung 65% pati (berat kering)
- Hidrolisis pati: (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆
- Efisiensi fermentasi 85%
- Densitas etanol 0,789 g/mL

1. Hitung volume bioetanol (dalam liter) yang dapat dihasilkan dari 5 ton jagung!
2. Jika etanol digunakan sebagai bahan bakar campuran bensin (E10), hitung volume bensin murni yang dapat dihemat dari produksi tersebut!

a. Volume Bioetanol:

Massa pati = 5 × 0,65 = 3,25 ton = 3,25×10⁶ g

Mol pati (satuan C₆H₁₀O₅) = |3,25×10⁶/162| ≈ 20.062 mol

Mol glukosa teoritis = 20.062 mol

Mol etanol = 2 × 20.062 × 85% = 34.105 mol

Massa etanol = 34.105 × 46 ≈ 1,569×10⁶ g

Volume = |1,569×10⁶/0,789| ≈ 1.988 L

b. Penghematan Bensin:

E10 mengandung 10% etanol volume, jadi 1.988 L etanol ≈ 19.880 L E10

Penghematan bensin murni = 10% × 19.880 = 1.988 L

Soal 21 (Kriminologi: Analisis Racun Arsenik)

Dalam kasus keracunan arsenik (As₂O₃), antidotum yang digunakan adalah reaksi dengan ferri hidroksida:
As₂O₃ + 2Fe(OH)₃ → 2FeAsO₃ + 3H₂O

Data forensik menunjukkan:
- Korban mengonsumsi 50 mL minuman dengan konsentrasi As₂O₃ 0,1% (massa jenis 1,2 g/mL)
- Dokter menyuntikkan 100 mL larutan Fe(OH)₃ 0,5 M

1. Tentukan apakah dosis antidotum cukup untuk menetralkan racun!
2. Jika pasien hanya menerima 75% dosis antidotum, hitung massa sisa As₂O₃ yang tidak ternetralkan!

a. Kecukupan Antidotum:

Massa As₂O₃ = 50 mL × 1,2 g/mL × 0,1% = 0,06 g

Mol As₂O₃ = |0,06 g/(198 g/mol)| ≈ 0,000303 mol

Mol Fe(OH)₃ = 0,5 M × 0,1 L = 0,05 mol

Kebutuhan Fe(OH)₃ = 2 × 0,000303 = 0,000606 mol (dosis berlebih)

b. Sisa Racun:

Dosis efektif = 75% × 0,05 mol = 0,0375 mol

As₂O₃ yang dinetralkan = 0,0375/2 = 0,01875 mol

Sisa = 0,000303 - 0,01875 ≈ 0 (semua ternetralkan)

Soal 22 (Astronomi: Produksi Oksigen di ISS)

Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) menghasilkan O₂ melalui elektrolisis air:
2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g)

Data sistem:
- Air yang tersedia 360 kg
- Kebutuhan astronot 0,84 kg O₂/hari
- Efisiensi sistem 78% karena gravitasi mikro

1. Hitung berapa hari pasokan oksigen dapat dipenuhi!
2. Jika terjadi kebocoran 5% H₂ per hari, hitung volume H₂ yang terkumpul di modul (1 atm, 20°C) setelah 30 hari!

a. Masa Pasokan:

Mol H₂O = |360.000 g/(18 g/mol)| = 20.000 mol

Teoritis: 20.000 mol H₂O → 10.000 mol O₂

Dengan efisiensi: 10.000 × 78% = 7.800 mol O₂ = 249,6 kg

Lama pasokan = |249,6/0,84| ≈ 297 hari

b. Akumulasi H₂:

Produksi H₂ per hari = |20.000/297| × 78% = 52,53 mol/hari

Kebocoran 5% → Akumulasi 95% × 52,53 = 49,9 mol/hari

Total 30 hari = 49,9 × 30 = 1.497 mol

Volume = nRT/P = 1.497 × 0,082 × 293 ≈ 36.000 L

Soal 23 (Nanoteknologi: Sintesis Quantum Dot)

Quantum dot CdSe dibuat dengan reaksi:
Cd²⁺(aq) + Se^2-(aq) → CdSe(s)

Proses sintesis:
- 50 mL larutan Cd(NO₃)₂ 0,01 M
- 30 mL larutan Na₂Se 0,02 M
- Efek permukaan mengurangi yield menjadi 65%

1. Tentukan pereaksi pembatas dan massa CdSe teoritis!
2. Jika diameter quantum dot 5 nm (ρ = 5,8 g/cm³), hitung jumlah partikel yang dihasilkan!

a. Pereaksi Pembatas:

Mol Cd²⁺ = 0,01 M × 0,05 L = 0,0005 mol

Mol Se^2- = 0,02 M × 0,03 L = 0,0006 mol

Pembatas: Cd²⁺

Massa teoritis = 0,0005 × 191 g/mol = 0,0955 g

b. Jumlah Partikel:

Massa aktual = 65% × 0,0955 g = 0,0621 g

Volume 1 partikel = ⁴⁄₃π(2,5×10⁻⁷ cm)³ ≈ 6,54×10⁻²⁰ cm³

Massa 1 partikel = 6,54×10⁻²⁰ × 5,8 ≈ 3,79×10⁻¹⁹ g

Jumlah partikel = |0,0621/3,79×10⁻¹⁹ | ≈ 1,64×10¹⁷

Soal 24 (Seni Konservasi: Netralisasi Asam pada Patung)

Patung marmer (CaCO₃) terkena hujan asam (H₂SO₄ 0,1 M):
CaCO₃(s) + H₂SO₄(aq) → CaSO₄(s) + H₂O(l) + CO₂(g)

Data kerusakan:
- Area yang rusak 50 cm² dengan kedalaman 2 mm
- Densitas marmer 2,7 g/cm³
- Restorator menggunakan larutan NaHCO₃ 0,5 M untuk netralisasi

1. Hitung volume minimum NaHCO₃ yang diperlukan untuk menetralkan asam!
2. Jika proses restorasi hanya 80% efektif, hitung massa marmer yang hilang!

a. Volume NaHCO₃:

Volume marmer rusak = 50 cm² × 0,2 cm = 10 cm³

Massa marmer = 10 × 2,7 = 27 g

Mol CaCO₃ = |27 / 100| = 0,27 mol

Mol H₂SO₄ = 0,27 mol (perbandingan 1:1)

Volume NaHCO₃ = |0,27 mol/0,5 M| = 0,54 L

b. Massa Marmer Hilang:

Yang bereaksi = 80% × 27 g = 21,6 g

Massa hilang = 21,6 - (0,27 × 136 g/mol CaSO₄) = 15,9 g

Soal 25 (Industri Kelapa Sawit: Netralisasi Asam Lemak Bebas)

Dalam pemurnian minyak sawit mentah (CPO), asam lemak bebas (ALB) dinetralisasi dengan NaOH. Reaksi yang terjadi:
R-COOH + NaOH → R-COONa + H₂O

Data proses:
- 1 ton CPO mengandung 5% ALB (berat molekul rata-rata 280 g/mol)
- Larutan NaOH 20% (massa jenis 1,23 g/mL) digunakan
- Efisiensi netralisasi 90% karena ketidaksempurnaan pencampuran

1. Hitung volume minimum larutan NaOH yang diperlukan!
2. Jika harga NaOH Rp 8.000/L dan harga CPO Rp 10.000/kg, hitung biaya netralisasi per ton CPO!

a. Volume NaOH:

Massa ALB = 5% × 1000 kg = 50 kg = 50.000 g

Mol ALB = |50.000/280| ≈ 178,57 mol

Kebutuhan NaOH = 178,57 mol × 40 g/mol = 7.142,86 g

Dengan efisiensi 90%: |7.142,86/0,9| = 7.936,51 g

Volume larutan NaOH = |(7.936,51/0,2)/1,23| ≈ 32.262 mL ≈ 32,3 L

b. Biaya Netralisasi:

Biaya NaOH = 32,3 × Rp 8.000 = Rp 258.400

Biaya per ton CPO = Rp 258.400 + (50 kg × Rp 10.000) = Rp 758.400

Soal 26 (Produksi Makanan Rumahan: Fermentasi Tape)

Fermentasi ketan menjadi tape mengikuti reaksi:
C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂

Data percobaan:
- 500 g ketan mengandung 80% pati
- Hidrolisis pati: (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆
- Yield fermentasi 75% karena kondisi rumahan

1. Hitung volume etanol yang dihasilkan (ρ = 0,789 g/mL)!
2. Jika CO₂ yang dihasilkan terlarut dalam tape membentuk asam karbonat (H₂CO₃), hitung pH tape jika volume air tape 200 mL!

a. Volume Etanol:

Massa pati = 80% × 500 g = 400 g

Mol pati = 400/162 ≈ 2,47 mol → glukosa = 2,47 mol

Etanol teoritis = 2 × 2,47 = 4,94 mol

Yield 75% = 4,94 × 0,75 = 3,70 mol

Volume = |3,70 × 46/0,789| ≈ 216 mL

b. pH Tape:

Mol CO₂ = 3,70 mol → H₂CO₃ = 3,70 mol

Konsentrasi H₂CO₃ = |3,70/0,2| = 18,5 M

Asumsi K_a = 4,5×10^-7:
[H⁺] = √(K_a×M) = √(4,5×10^-7×18,5) ≈ 2,9×10^-3
pH = -log(2,9×10^-3) ≈ 2,54 (sangat asam)

Soal 27 (Proses Kendaraan Bermotor: Catalytic Converter)

Catalytic converter mengubah emisi kendaraan melalui reaksi:
2CO(g) + 2NO(g) → 2CO₂(g) + N₂(g)

Data emisi:
- 1 L bensin menghasilkan 0,3 kg CO dan 0,1 kg NO
- Efisiensi converter 95%
- Mobil menghabiskan 10 L bensin per jam

1. Hitung volume N₂ yang dihasilkan dalam 1 jam (STP)!
2. Jika converter hanya bekerja optimal di atas 300°C, hitung energi panas yang diperlukan untuk memanaskan 200 g logam platina (c = 0,13 J/g°C) dari 25°C ke 300°C!

a. Volume N₂:

Per jam: CO = 10 × 0,3 = 3 kg = |3.000/28| ≈ 107,14 mol

NO = 10 × 0,1 = 1 kg = |1.000/30| ≈ 33,33 mol (pembatas)

N₂ teoritis = |33,33/2| = 16,67 mol

Dengan efisiensi 95% = 16,67 × 0,95 = 15,83 mol

Volume STP = 15,83 × 22,4 ≈ 355 L

b. Energi Panas:

Q = m×c×ΔT = 200 × 0,13 × (300-25) = 7.150 J

Soal 28 (Pencemaran Lingkungan: Pengolahan Limbah Logam Berat)

Limbah cair industri mengandung Pb²⁺ 500 ppm diolah dengan Na₂CO₃:
Pb²⁺(aq) + CO₃^2-(aq) → PbCO₃(s)

Spesifikasi sistem:
- Debit limbah 2 m³/jam
- Larutan Na₂CO₃ 10% (ρ = 1,1 g/mL)
- Peraturan membatasi Pb²⁺ maksimal 1 ppm

1. Hitung laju aliran Na₂CO₃ minimum (L/jam)!
2. Jika sludge PbCO₃ yang dihasilkan mengandung 40% air, hitung volume sludge per hari (ρ sludge = 1,5 g/cm³)!

a. Laju Aliran Na₂CO₃:

Massa Pb²⁺/jam = 500 mg/L × 2.000 L = 1.000.000 mg = 1 kg

Mol Pb²⁺ = |1.000/207| ≈ 4,83 mol

Kebutuhan Na₂CO₃ = 4,83 × 106 = 511,98 g

Volume larutan = |(511,98/0,1)/1,1| ≈ 4.654 mL/jam ≈ 4,65 L/jam

b. Volume Sludge:

Massa PbCO₃ = 4,83 × 267 ≈ 1.290 g/hari

Massa sludge = |1.290/0,6| = 2.150 g/hari

Volume = |2.150/1,5| ≈ 1.433 cm³/hari ≈ 1,43 L/hari

Soal 29 (Industri Kayu Lapis: Netralisasi Formaldehida)

Dalam produksi kayu lapis, resin formaldehida (HCHO) digunakan sebagai perekat. Proses netralisasi emisi gas formaldehida menggunakan larutan amonium hidroksida (NH₄OH):
HCHO(g) + NH₄OH(aq) → (CH₂)₆N₄(aq) + H₂O(l)

Data proses:
- 1 lembar kayu lapis 18mm melepas 0,5 g formaldehida/jam
- Larutan NH₄OH 25% (ρ = 0,91 g/cm³) digunakan
- Reaktor scrubber beroperasi pada efisiensi 85%

1. Hitung volume NH₄OH yang dibutuhkan untuk menetralisasi produksi 1000 lembar/hari (asumsikan 8 jam operasi)!
2. Jika harga NH₄OH Rp 15.000/L dan biaya operasional scrubber Rp 200/lembar, hitung biaya netralisasi per lembar kayu lapis!

a. Volume NH₄OH:

Total HCHO = 1000 × 0,5 × 8 = 4000 g/hari = |4000/30| ≈ 133,33 mol

Kebutuhan NH₄OH = 133,33 mol × 35 g/mol = 4.666,67 g

Dengan efisiensi 85% = |4.666,67/0,85| ≈ 5.490,20 g

Volume larutan = |(5.490,20/0,25)/0,91| ≈ 24,1 L/hari

b. Biaya Netralisasi:

Biaya bahan kimia = 24,1 × Rp 15.000 = Rp 361.500

Biaya operasional = 1000 × Rp 200 = Rp 200.000

Biaya per lembar = |361.500 + 200.000/1000| = Rp 561,50

Soal 30 (Aktivitas Olahraga: Metabolisme Glukosa saat Lari Marathon)

Proses metabolisme glukosa saat olahraga intensif:
C₆H₁₂O₆(aq) + 6O₂(g) → 6CO₂(g) + 6H₂O(l) + 2803 kJ

Data fisiologi:
- Pelari membakar 60 kJ energi per menit
- 1 gelas minuman isotonik mengandung 25 g glukosa
- Hanya 75% glukosa yang termetabolisme sempurna

1. Hitung berapa gelas minuman isotonik dibutuhkan untuk lari marathon 4 jam!
2. Jika udara yang dihirup mengandung 21% O₂, hitung volume udara yang diperlukan (STP) untuk metabolisme glukosa dari 1 gelas isotonik!

a. Kebutuhan Minuman:

Total energi = 60 kJ/menit × 240 menit = 14.400 kJ

Glukosa teoritis = |14.400/2803| ≈ 5,14 mol

Dengan efisiensi 75% = |5,14/0,75| ≈ 6,85 mol = 6,85×180 ≈ 1.233 g

Jumlah gelas = |1.233/25| ≈ 50 gelas

b. Volume Udara:

Glukosa 1 gelas = 25 g ≈ 0,139 mol

Kebutuhan O₂ = 6 × 0,139 = 0,834 mol

Volume udara STP = |0,834/0,21| × 22,4 ≈ 89 L