Bahasan Soal Stoikiometri, Campuran Beberapa Zat

Selasa, 22 April 2025

Berikut adalah pembahasan soal stoikiometri untuk campuran gas dan campuran larutan dalam konteks tertentu.

Soal 1 (Konteks Balon Udara)

Sebuah balon udara menggunakan campuran 12 L gas yang terdiri dari helium (He) dan nitrogen (N2) yang memiliki massa total 10 gram. Jika massa jenis He = 0,18 g/L dan N2 = 1,25 g/L, berapa volume masing-masing gas?

Misal volume He = x, maka volume N2 = (12 - x) L.

Massa He = 0,18x gram

Massa N2 = 1,25(12 - x) gram

Total massa:

0,18x + 15 - 1,25x = 10

-1,07x = -5

x ≈ 4,67 L (He)

N2 = 12 - 4,67 ≈ 7,33 L

Soal 2 (Konteks Pemurnian Emas)

Larutan campuran asam nitrat (HNO3) dan asam klorida (HCl) dengan perbandingan mol 1:3 digunakan untuk melarutkan 5 gram emas (Au). Jika diperlukan 0,8 mol campuran asam, berapa volume masing-masing asam? (ρ HNO3 1,4 g/mL; ρ HCl 1,2 g/mL; Mr HNO3 = 63; Mr HCl = 36,5).

n HNO3 : n HCl = 1 : 3

Total bagian = 4 → n HNO3 = 0,2 mol; n HCl = 0,6 mol

Volume HNO3 = (0,2 × 63)/1,4 ≈ 9 mL

Volume HCl = (0,6 × 36,5)/1,2 ≈ 18,25 mL

Soal 3 (Konteks Bahan Bakar Pesawat)

Campuran 10 L avgas (C8H18) dan biofuel (C2H5OH) memerlukan 45 L O2 untuk pembakaran sempurna. Hitung volume biofuel dalam campuran!

Reaksi:

C8H18 + 12,5O2 → 8CO2 + 9H2O

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Misal avgas = x L, biofuel = (10 - x) L.

Kebutuhan O2:

12,5x + 3(10 - x) = 45

12,5x + 30 - 3x = 45

9,5x = 15 → x ≈ 1,58 L (avgas)

Biofuel = 10 - 1,58 ≈ 8,42 L

Soal 4 (Konteks Tambang Bawah Tanah)

Campuran gas metana (CH4) dan etana (C2H6) sebanyak 15 L menghasilkan 25 L CO2 saat dibakar. Berapa volume etana?

Reaksi:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

C2H6 + 3,5O2 → 2CO2 + 3H2O

Misal CH4 = x L, C2H6 = (15 - x) L.

CO2 yang dihasilkan:

1x + 2(15 - x) = 25

x + 30 - 2x = 25

-x = -5 → x = 5 L (CH4)

C2H6 = 15 - 5 = 10 L

Soal 5 (Konteks Pembuatan Es Kering)

Campuran propana (C3H8) dan butana (C4H10) menghasilkan 120 gram CO2 saat dibakar. Jika volume butana 4 L, hitung massa campuran! (Volume molar gas = 22,4 L/mol; Ar C=12, H=1).

n butana = 4/22,4 ≈ 0,179 mol

CO2 dari butana: 0,179 × 4 × 44 ≈ 31,5 gram

Sisa CO2 dari propana: 120 - 31,5 = 88,5 gram

n propana = (88,5/44)/3 ≈ 0,670 mol

Volume propana = 0,670 × 22,4 ≈ 15 L

Massa campuran:

(0,179 × 58) + (0,670 × 44) ≈ 10,4 + 29,5 = 39,9 gram

Soal 6 (Konteks Reaktor Industri)

Gas asam klorida (HCl) dan amonia (NH3) bereaksi membentuk amonium klorida padat (NH4Cl). Jika 12 L campuran gas dengan perbandingan volume HCl:NH3 = 3:1 dialirkan ke dalam reaktor, hitung:

Volume gas yang tidak bereaksi
Massa NH4Cl yang terbentuk (Ar N=14, H=1, Cl=35.5)

Reaksi: HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl(s)

Perbandingan volume: 3:1 → HCl = 9 L, NH3 = 3 L

Analisis reaktan pembatas:

1 L HCl bereaksi dengan 1 L NH3 (perbandingan 1:1)
NH3 sebagai pembatas (3 L) akan habis bereaksi dengan 3 L HCl

a. Volume gas sisa:

HCl sisa = 9 L - 3 L = 6 L
NH3 sisa = 0 L (habis bereaksi)

b. Massa NH4Cl:

Volume NH3 bereaksi = 3 L → mol NH3 = 3/22.4 ≈ 0.134 mol
Massa NH4Cl = 0.134 mol × (14+4+35.5) g/mol ≈ 7.17 gram

Soal 7 (Pembakaran Campuran Propana-Butana)

Sebuah pembangkit listrik menggunakan campuran propana (C3H8) dan butana (C4H10) dengan perbandingan volume 3:2. Jika 10 L campuran ini dibakar sempurna dengan 350 L udara (mengandung 20% O₂), hitung:

Volume CO₂ yang dihasilkan
Volume gas sisa setelah reaksi
Persentase kelebihan udara yang digunakan

Data awal:

Perbandingan C3H8:C4H10 = 3:2
Total campuran = 10 L → C3H8 = 6 L, C4H10 = 4 L
Udara = 350 L → O₂ = 20% × 350 = 70 L
N₂ = 80% × 350 = 280 L (gas inert)

Reaksi pembakaran sempurna:

1. C3H8 + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

2. C4H10 + 6,5O₂ → 4CO₂ + 5H₂O

a. Volume CO₂ yang dihasilkan:

Dari C3H8: 6 L × 3 = 18 L CO₂
Dari C4H10: 4 L × 4 = 16 L CO₂
Total CO₂ = 18 + 16 = 34 L

b. Volume gas sisa:

Kebutuhan O₂:
- Untuk C3H8: 6 L × 5 = 30 L O₂
- Untuk C4H10: 4 L × 6,5 = 26 L O₂
- Total kebutuhan = 30 + 26 = 56 L O₂
O₂ sisa = 70 - 56 = 14 L
N₂ = 280 L (tidak bereaksi)
Total gas sisa = O₂ + N₂ = 14 + 280 = 294 L

c. Persentase kelebihan udara:

O₂ yang diperlukan = 56 L
O₂ yang disediakan = 70 L
Kelebihan O₂ = 70 - 56 = 14 L
% kelebihan udara = (14/56) × 100% = 25%

Soal 8 (Konteks Bahan Bakar Alternatif)

Dimetil eter (CH3OCH3) terbakar dengan O2 menghasilkan CO2 dan H2O. Jika 6 L campuran CH3OCH3 dan N2 (perbandingan 1:2) dibakar dengan 20 L O2, hitung:

Volume gas sisa setelah reaksi
Volume CO2 yang dihasilkan (diukur pada kondisi yang sama)

Reaksi pembakaran: CH3OCH3 + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Komposisi campuran: CH3OCH3 = 2 L, N2 = 4 L (karena perbandingan 1:2 dari 6 L)

Langkah 1: Analisis reaktan pembatas

O2 dibutuhkan untuk 2 L CH3OCH3: 3 × 2 = 6 L (tersedia 20 L → berlebih)
CH3OCH3 sebagai pembatas

Langkah 2: Perhitungan produk

CO2 yang dihasilkan: 2 × 2 = 4 L (jawaban b)
O2 yang bereaksi: 6 L → sisa = 20 - 6 = 14 L

Langkah 3: Gas sisa

N2 (inert): 4 L (tidak bereaksi)
O2 sisa: 14 L
Total gas sisa = 4 + 14 = 18 L (jawaban a)

Soal 9 (Konteks Reaksi Bertahap)

Gas NH3 terurai menjadi N2 dan H2 dengan konversi 40%. Jika hasil dekomposisi direaksikan dengan O2 membentuk NO dan H2O (konversi 80%), berapa volume udara (20% O2) yang diperlukan untuk 10 L NH3 awal?

Tahap 1: Dekomposisi NH3

Reaksi: 2NH3 → N2 + 3H2
NH3 bereaksi: 40% × 10 L = 4 L
Hasil dekomposisi: N2 = 2 L, H2 = 6 L (dari stoikiometri)

Tahap 2: Reaksi dengan O2

Reaksi 1: N2 + O2 → 2NO (konversi 80%)
O2 dibutuhkan: 2 L N2 × 0,8 = 1,6 L
Reaksi 2: 2H2 + O2 → 2H2O (konversi 80%)
O2 dibutuhkan: (6 L H2 / 2) × 0,8 = 2,4 L

Total kebutuhan O2: 1,6 + 2,4 = 4 L

Volume udara: 4 L ÷ 20% = 20 L

Soal 10 (Konteks Gas Nyata)

Gas Cl2 dan F2 bereaksi membentuk ClF3 dengan persen hasil 75%. Jika 12 L campuran (perbandingan 1:1) bereaksi, hitung:

Volume akhir produk dan reaktan sisa
Massa ClF3 yang dihasilkan (Ar Cl=35.5, F=19)

Reaksi: Cl2 + 3F2 → 2ClF3

Komposisi awal: Cl2 = 6 L, F2 = 6 L (perbandingan 1:1 dari 12 L)

Langkah 1: Analisis persen hasil dan reaktan pembatas

F2 sebagai pembatas (kebutuhan 3× lebih banyak dari Cl2)
F2 bereaksi: 75% × 6 L = 4,5 L
Cl2 bereaksi: 4,5 L / 3 = 1,5 L

a. Volume akhir:

ClF3 terbentuk: 2 × 1,5 = 3 L
Cl2 sisa: 6 - 1,5 = 4,5 L
F2 sisa: 6 - 4,5 = 1,5 L
Total volume akhir: 3 + 4,5 + 1,5 = 9 L

b. Massa ClF3:

Mol ClF3: 3 L / 22,4 L/mol ≈ 0,134 mol
Massa ClF3: 0,134 × (35,5 + 3×19) = 11,03 gram

Bagikan di

Pages