Konsep Mol - Hubungan antara m, mM, Jumlah Partikel, dan Volume Gas pada Keadaan STP

Berikut 20 soal latihan untuk bahasan konsep mol yang menghubungkan antara n (jumlah zat satuan mol), m (massa zat satuan g), mM (massa molar zat satuan g/mol), volume gas (satuan L), jumlah partikel (satuan menyesuaikan, atom untuk partikel unsur, molekul untuk partikel senyawa kovalen).

Soal 1 (Konteks: Udara Pernapasan)
Seorang penyelam menghirup 8,8 gram gas CO₂ dalam satu tarikan napas.

1. Berapa jumlah molekul CO₂ yang dihirup?
2. Berapa volume gas CO₂ tersebut pada keadaan STP? (Ar C = 12, O = 16)

1. Tahapan: Menghitung mM CO2 -> n CO2 -> jumlah molekul CO2

   {v}(mM CO2 = (|Ar C + (Ar O x 2)|) g/mol)

   {v}(= |(12 + (16 x 2))g/mol|)

   {v}(= (12 + 32) g/mol)

   {v}(= 44 g/mol)

   {v}(n CO2=m CO2//mM CO2)

   {v}(= 8,8 g//44 g/mol))

   {v}(= 0,2 mol)

   Jumlah partikel CO2 = |n CO2 x 6,02 x 10^23 molekul/mol|
   Jumlah partikel CO2 = |0,2 mol x 6,02 x 10^23 molekul/mol|
   Jumlah partikel CO2 = |1,204 x 10^23 molekul|

2. Volume CO₂ = n CO₂  × 22,4 L/mol
   Volume CO₂ = 0,2 mol × 22,4 L/mol
   Volume CO₂ = 4,48 L

Soal 2 (Konteks: Balon Helium)
Sebuah balon berisi 3,01×10²³ atom helium (He).

1. Berapa massa helium dalam balon?
2. Berapa volume balon jika diukur pada keadaan STP?
   (Ar He = 4)

1. n He = |jumlah partikel He//6,02×10^23 atom/mol| 
   n He = |3,01×10^23 atom//6,02×10^23 atom/mol|
   n He = 0,5 mol
   
   m He = n He × mM He
   m He = 0,5 mol × 4 g/mol
   m He = 2 g
   
   
2. Volume  He STP = n He × 22,4 L/mol
   Volume  He STP = 0,5 mol × 22,4 L/mol
   Volume  He STP = 11,2 L

Soal 3 (Konteks: Reaksi Pembakaran)
Jika 12 gram magnesium (Mg) dibakar sempurna menghasilkan MgO, berapa liter gas oksigen (O₂) yang diperlukan pada keadaan STP?
(Ar Mg = 24, O = 16)

Reaksi: 2Mg + O₂ → 2MgO
n Mg = |m Mg//mM Mg|
n Mg = |12 g//24 g/mol|
n Mg = 0,5 mol

n O₂ = |koef O2//koef Mg| × n Mg
n O₂ = |1//2|| x 0,5 mol|
n O₂ = 0,25 mol

Volume O₂ STP = n O2 × 22,4 L/mol
Volume O₂ STP = 0,25 mol × 22,4 L/mol
Volume O₂ STP = 5,6 L

Soal 4 (Konteks: Air Minum)
Dalam 180 mL air (H₂O) dengan massa jenis 1 g/mL, tentukan:

1. Massa air,
2. Jumlah molekul air,
3. Volume uap air (H₂O(g)) pada keadaan STP jika seluruhnya diuapkan.
   (Ar H = 1, O = 16)

1. m air = volume air × massa jenis
   m air = 180 mL × 1 g/mL
   m air = 180 g
   
   mM H₂O = [(Ar H×2) + Ar O] g/mol
   mM H₂O = [(1×2) + 16] g/mol
   mM H₂O = [18 g/mol
   
   n H₂O = |m H2O//mM H2O|
   n H₂O = |180 g//18 g/mol| 
   n H₂O = 10 mol 
   
   
2. Jumlah molekul H2O = n H2O × 6,02×10²³ molekul/mol
   Jumlah molekul H2O = 10 mol × 6,02×10²³ molekul/mol
   Jumlah molekul H2O = 6,02×10²⁴ molekul
   
   
3. Volume H2O STP = n H2O × 22,4 L/mol 
   Volume H2O STP = 10 mol × 22,4 L/mol
   Volume H2O STP = 224 L

Soal 5 (Konteks: Industri Logam)
Sebongkah aluminium (Al) mengandung 9,03×10²³ atom. Hitung:

1. Massa bongkahan tersebut,
2. Volume gas hidrogen (H₂) yang dihasilkan jika Al bereaksi dengan HCl pada keadaan STP (reaksi: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂). (Ar Al = 27)

1. n Al = |jumlah partikel Al//6,02×10^23 atom/mol|
   n Al = |9,03×10^23 atom//6,02×10^23 atom/mol|
   n Al = 1,5 mol
   
   m Al = n Al × mM Al  
   m Al = 1,5 mol × 27 g/mol
   m Al = 140,5 g 
   
   
2. n H₂ = |koef H2//koef Al| × n Al
   n H₂ = |3//2|| x 1,5 mol|
   n H₂ = 2,25 mol
   
   Volume H₂ STP = n H2 × 22,4 L/mol
   Volume H₂ STP = 2,25 × 22,4 L = 50,4 L
   Volume H₂ STP = 50,4 L

Soal 6 (Konteks: Obat Tablet)
Sebuah tablet mengandung 0,025 mol vitamin C (C₆H₈O₆). Jika dosis harian adalah 1,8×10²¹ molekul vitamin C, berapa gram tablet yang harus dikonsumsi?
(Ar C = 12, H = 1, O = 16)

mM C₆H₈O₆ = (Ar C6×6) + (Ar H×8) + (Ar O×6) 
mM C₆H₈O₆ = [(12×6) + (1×8) + (16×6)] g/mol
mM C₆H₈O₆ = 176 g/mol

Jumlah molekul tablet = n vit C × 6,02×10²³ molekul/mol 
Jumlah molekul tablet = 0,025 mol × 6,02×10²³ molekul/mol 
Jumlah molekul tablet = 1,505×10²² molekul

n per dosis = |jumlah partikel vit C harian//6,02×10^23 molekul/mol|
n per dosis = |1,8 × 10^22 molekul//6,02×10^23 molekul/mol|
n per dosis ≈ 0,003 mol

m vit C per dosis = n vit C per dosis × mM Vit C
m vit C per dosis = 0,003 mol × 176 g/mol
m vit C per dosis = 0,528 g

Soal 7 (Konteks: Bahan Bakar)
Jika 7,5 L gas propana (C₃H₈) terbakar sempurna pada keadaan STP, hitung:

1. Massa CO₂ yang dihasilkan,
2. Jumlah molekul uap air (H₂O) yang terbentuk.
   (Ar C = 12, H = 1, O = 16)

1. Reaksi: C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
   n C₃H₈ = |Volume C3H8//22,4 L/mol|
   n C₃H₈ = |7,5 L//22,4 L/mol| 
   n C₃H₈ ≈ 0,335 mol
   
   n CO₂ = 0,335 × 3 = 1,005 mol
   n CO₂ = |koef CO2//koef C3H8| × n C3H8
   n CO₂ = |3//1|| x 0,335 mol|
   n CO₂ = 1,005 mol
   
   m CO₂ = n CO2 x mM CO2
   m CO₂ = 1,005 mol × (12 + (2×16)) g/mol
   m CO₂ = 44,22 g
   
   
2. n H₂O (koefisien 4) = 0,335 × 4 = 1,34 mol
   n CO₂ = |koef H2O//koef C3H8| × n C3H8
   n CO₂ = |4//1|| x 0,335 mol|
   n CO₂ = 1,34 mol
   
   Jumlah molekul H₂O = n H2O × 6,02×10²³ molekul/mol
   Jumlah molekul H₂O = 1,34 mol × 6,02×10²³ molekul/mol
   Jumlah molekul H₂O ≈ 8,07×10²³ molekul

Soal 8 (Konteks: Limbah Industri)
Limbah gas nitrogen dioksida (NO₂) sebanyak 6,72 L pada keadaan STP memiliki massa berapa gram? Berapa jumlah atom oksigen dalam limbah tersebut?
(Ar N = 14, O = 16)

n NO₂ = |volume NO2//22,4 L/mol|
n NO₂ = |6,72 L//22,4 L/mol|
n NO₂ = 0,3 mol

m NO₂ = n NO2 × [(14 + (2×16))] g/mol
m NO₂ = 0,3 mol × 46 g/mol
m NO₂ = 13,8 g

Setiap NO2 mempunyai 2 atom O
Jumlah atom O = 2 × n NO2 × 6,02×10²³ atom/mol 
Jumlah atom O = 2 × 0,3 mol × 6,02×10²³ atom/mol
Jumlah atom O = 3,612×10²³ atom

Soal 9 (Konteks: Pupuk Kimia)
Pupuk urea (CO(NH₂)₂) mengandung 1,2×10²⁴ atom nitrogen. Hitung:

1. Massa urea tersebut,
2. Volume gas amonia (NH₃) yang dihasilkan jika urea terurai sempurna pada keadaan STP
   (reaksi: CO(NH₂)₂ → CO₂ + 2NH₃).
   (Ar C = 12, O = 16, N = 14, H = 1)

1. n N dalam urea = |jumlah partikel N//6,02×10^23 atom/mol|
   n N dalam urea = |1,2×10^24 atom//6,02×10^23 atom/mol|
   n N dalam urea = 2 mol
   
   Setiap 1 molekul urea mengandung 2 atom N
   n urea = |1//2|| x n N|
   n urea = |1//2|| x 2 mol|
   n urea = 1 mol
   
   m urea = n urea × mM urea = 60 g
   m urea = 1 mol × (12 + 16 + (2×(14 + 2×1))) g/mol
   m urea = 60 g
   
   
2. n NH₃ = |koef NH3//koef urea|| x n urea|
   n NH₃ = |2//1|| x 1 mol|
   n NH₃ = 2 mol
   
   Volume NH₃ STP = n NH3 × 22,4 L/mol 
   Volume NH₃ STP = 2 mol × 22,4 L/mol
   Volume NH₃ STP = 44,8 L

Soal 10 (Konteks: Planet Mars)
Atmosfer Mars mengandung 95% CO₂. Jika 1×10²² molekul gas diambil dari atmosfer Mars, hitung:

1. Massa CO₂ yang terambil,
2. Volume gas tersebut jika dibawa ke STP.
   (Ar C = 12, O = 16)

n total gas = | jumlah partikel gas//6,02×10^23 molekul/mol|
n total gas = |1×10^22 molekul//6,02×10^23 molekul/mol|
n total gas ≈ 0,0166 mol

n CO₂ = 95% ×n total gas
n CO₂ = 95% × 0,0166 mol
n CO₂ ≈ 0,0158 mol

1. m CO₂ = n CO2 × mM CO2
   m CO₂ = 0,0158 mol × 44 g/mol
   m CO₂ ≈ 0,695 g
   
   
2. Volume CO2 STP = n CO2 × 22,4 L/mol
   Volume CO2 STP = 0,0158 mol × 22,4 L/mol
   Volume CO2 STP ≈ 0,354 L

Soal 11 (Konteks: Energi Matahari)
Dalam reaksi fusi matahari, 4 atom hidrogen (H) membentuk 1 atom helium (He). Jika matahari melepaskan 2,408×10²⁴ partikel helium per detik:

1. Berapa gram helium dihasilkan per detik?
2. Berapa volume gas hidrogen (pada keadaan STP) yang diperlukan untuk menghasilkan 1 gram helium?
   (Ar He = 4, H = 1)

1. n He = |jumlah partikel He/detik //6,02×10^23 atom/mol| 
   n He = |2,408×10^24 atom/detik//6,02×10^23 atom/mol| 
   n He = 4 mol/detik
   
   m He = n He/detik × mM He 
   m He = 4 mol/detik × 4 g/mol
   m He = 16 gram/detik
   
   
2. Untuk 1 gram He = |1 g//4 g/mol| = 0,25 mol He
   
   n H diperlukan = 4 atom H × n He/g  (H2 sebagai gas)
   n H diperlukan = 4  × 0,25 mol
   n H diperlukan =  1 mol H₂
   
   Volume H₂ STP = n H diperlukan × 22,4 L/mol
   Volume H₂ STP = 1 mol × 22,4 L/mol
   Volume H₂ STP = 22,4 L

Soal 12 (Konteks: Pemurnian Emas)
Sebongkah bijih emas (Au) mengandung 3,01×10²² atom emas. Jika emas direaksikan dengan sianida (CN⁻) membentuk senyawa [Au(CN)₂]⁻:

1. Berapa massa bijih emas tersebut?
2. Berapa liter gas sianogen (CN)₂ pada keadaan STP yang dibutuhkan untuk melarutkan seluruh emas? (Reaksi: 4Au + 8CN⁻ + O₂ → 4[Au(CN)₂]⁻ + 2H₂O)
   (Ar Au = 197, C = 12, N = 14)

1. n Au = |jumlah partikel Au//6,02×10^23 atom/mol |
   n Au = |3,01×10^22 atom//6,02×10^23 atom/mol|
   n Au = 0,05 mol
   
   m Au = |n Au x mM Au|
   m Au = |0,05 mol x 197 g/mol|
   m Au = 9,85 g
   
   
2. Dari reaksi, 4 mol Au ≈ 2 mol (CN)₂
   n (CN)₂ = n Au × 2/4
   n (CN)₂ = |0,05 mol x 2//4|
   n (CN)₂ = 0,025 mol
   
   Volume (CN)₂ STP = n (CN)₂  × 22,4 L/mol
   Volume (CN)₂ STP = 0,025 mol × 22,4 L/mol
   Volume (CN)₂ STP = 0,56 L

Soal 13 (Konteks: Sabun Mandi)
Sebatang sabun mengandung 5% gliserin (C₃H₈O₃) dengan total massa sabun 100 gram. Hitung:

1. Jumlah molekul gliserin dalam sabun,
2. Volume gas CO₂ pada keadaan STP jika gliserin dibakar sempurna.
   (Ar C = 12, H = 1, O = 16)

1. m gliserin = 5% × m sabun
   m gliserin = 5% × 100 g = 5 gram
   m gliserin = 5 gram
   
   mM C₃H₈O₃ = [(Ar C×3) + (Ar H×8) + (Ar O×3)] g/mol 
   mM C₃H₈O₃ = [(12×3) + (1×3) + (16×3)] g/mol 
   mM C₃H₈O₃ = 92 g/mol
   
   n gliserin = |m gliserin//mM gliserin|
   n gliserin = |5 g//92 g/mol| 
   n gliserin ≈ 0,0543 mol
   
   Jumlah molekul gliserin = n gliserin × 6,02×10²³ molekul/mol 
   Jumlah molekul gliserin = 0,0543 mol × 6,02×10²³ molekul/mol
   Jumlah molekul gliserin  ≈ 3,27×10²² molekul
   
   
2. Reaksi pembakaran: C₃H₈O₃ + 3,5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
   n CO₂ = 3 × n gliserin 
   n CO₂ = 3 × 0,0543 mol
   n CO₂ ≈ 0,163 mol
   
   Volume CO₂ STP = n CO2 × 22,4 L/mol
   Volume CO₂ STP = 0,163 mol × 22,4 L/mol
   Volume CO₂ STP ≈ 3,65 L

Soal 14 (Konteks: Karbonasi Minuman)
Sebotol soda mengandung 0,88 gram CO₂ terlarut. Jika CO₂ dilepaskan sebagai gas:

1. Berapa volume gas CO₂ pada keadaan STP?
2. Berapa jumlah atom oksigen dalam gas tersebut?
   (Ar C = 12, O = 16)

1. n CO₂ = |m CO2//mM CO2|
   n CO₂ = |0,88 g//44 g/mol|
   n CO₂ = 0,02 mol
   
   Volume CO2 STP = n CO2 × 22,4 L/mol 
   Volume CO2 STP = 0,02 mol × 22,4 L/mol
   Volume CO2 STP = 0,448 L
   
   
2. 1 molekul CO₂ mengandung 2 atom O
   Jumlah atom O = 2 atom O × n CO2 × 6,02×10²³ atom/mol
   Jumlah atom O = 2 × 0,02 mol × 6,02×10²³ atom/mol
   Jumlah atom O = 2,408×10²² atom

Soal 15 (Konteks: Tanah Mars)
Sampel tanah Mars mengandung 0,1 mol besi(III) oksida (Fe₂O₃). Jika diolah menjadi besi murni:

1. Berapa gram besi (Fe) yang dihasilkan?
2. Berapa molekul gas CO₂ terbentuk jika digunakan karbon (C) sebagai reduktor? (Reaksi: Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO₂)
   (Ar Fe = 56, O = 16, C = 12)

1. n Fe = 2 × n Fe₂O₃
   n Fe = 2 × 0,1 mol
   n Fe = 0,2 mol
   
   m Fe = n Fe × mM Fe 
   m Fe = 0,2 mol × 56 g/mol 
   m Fe = 11,2 g
   
   
2. n CO₂ = 3 × n Fe₂O₃ = 0,3 mol
   n CO₂ = 3 × 0,1 mol
   n CO₂ = 0,3 mol
   
   Jumlah molekul CO₂ = n CO₂ × 6,02×10²³ molekul/mol
   Jumlah molekul CO₂ = 0,3 mol × 6,02×10²³ molekul/mol
   Jumlah molekul CO₂ = 1,806×10²³ molekul

Soal 16 (Konteks: Vitamin D₃)
Suplemen vitamin D₃ (C₂₇H₄₄O) mengandung 1,204×10²¹ molekul per tablet. Hitung:

1. Massa vitamin D₃ per tablet,
2. Volume O₂ pada keadaan STP yang dibutuhkan untuk membakar 1 tablet (reaksi: C₂₇H₄₄O + 37O₂ → 27CO₂ + 22H₂O).
   (Ar C = 12, H = 1, O = 16)

1. n vitamin D₃ = |1,204×10^21 molekul//6,02×10^23 molekul/mol|
   n vitamin D₃ = 0,002 mol
   
   mM C₂₇H₄₄O = [(Ar C× 27) + (Ar H×44) + Ar O] g/mol
   mM C₂₇H₄₄O = [(12×27) + (1×44) + 16] g/mol
   mM C₂₇H₄₄O = 384 g/mol
   
   m vitamin D = n vitamin D × mM vitamin D
   m vitamin D = 0,002 mol × 384 g/mol
   m vitamin D = 0,768 g
   
   
2. n O₂ = 0,002 × 37 = 0,074 mol
   Volume O₂ STP = 0,074 × 22,4 L ≈ 1,66 L

Soal 17 (Konteks: Baterai Lithium)
Sebuah baterai Li-ion mengandung 0,7 gram lithium (Li). Jika Li bereaksi dengan air (H₂O) membentuk LiOH dan gas H₂:

1. Berapa liter gas H₂ dihasilkan pada keadaan STP?
2. Berapa molekul H₂O yang bereaksi? (Reaksi: 2Li + 2H₂O → 2LiOH + H₂)
   (Ar Li = 7, H = 1, O = 16)

n Li = |0,7 g//7 g/mol| = 0,1 mol
n H₂ = |1//2| n Li
n H₂ = |0,1 mol//2|
n H₂ = 0,05 mol

Volume H₂ STP = 0,05 mol × 22,4 L/mol = 1,12 L
n H₂O = 0,1 mol

Jumlah molekul H₂O = n H₂O × 6,02×10²³ molekul/mol
Jumlah molekul H₂O = 0,1 mol × 6,02×10²³ molekul/mol
Jumlah molekul H₂O = 6,02×10²² molekul

Soal 18 (Konteks: Polusi Udara)
Gas nitrogen monoksida (NO) di udara bereaksi dengan oksigen membentuk NO₂. Jika 4,48 L NO (STP) bereaksi:

1. Berapa gram NO₂ terbentuk?
2. Berapa jumlah total atom dalam NO₂ yang dihasilkan?

(Reaksi: 2NO + O₂ → 2NO₂)
(Ar N = 14, O = 16)

1. n NO = |4,48 L//22,4 L/mol| = 0,2 mol
   n NO₂ = 0,2 mol
   m NO₂ =n NO₂ × mM NO₂
   m NO₂ = 0,2 mol × (14 + 32) g/mol
   m NO₂ = 9,2 g
   
   
2. 1 molekul NO₂ mengandung 3 atom
   Jumlah atom dalam NO₂ = 3 × n NO₂ × 6,02 × 10²³ atom/mol
   Jumlah atom dalam NO₂ = 3 × 0,2 mol × 6,02 × 10²³ atom/mol
   Jumlah atom dalam NO₂ = 3,612 × 10²³ atom

Soal 19 (Konteks: Fermentasi Alkohol)
Dalam fermentasi glukosa (C₆H₁₂O₆), dihasilkan etanol (C₂H₅OH) dan CO₂. Jika 360 gram glukosa difermentasi:

1. Berapa volume CO₂ pada keadaan STP?
2. Berapa massa etanol yang dihasilkan?

(Reaksi: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂)
(Ar C = 12, H = 1, O = 16)

1. n glukosa = |360 g//180 g/mol| = 2 mol
   n CO₂ = 2 × n glukosa
   n CO₂ = 2 × 2 mol
   n CO₂ = 4 mol
   
   Volume CO₂ STP = 4 mol × 22,4 L/mol 
   Volume CO₂ STP = 89,6 L
   
   
2. n etanol = 2 × 2 = 4 mol
   m etanol = 4 mol × 46 g/mol
   m etanol =184 g

Soal 20 (Konteks: Petir di Jupiter)
Badai petir di Jupiter mengubah 1,2 kg metana (CH₄) menjadi CO₂. Hitung:

1. Volume gas H₂O yang terbentuk pada keadaan STP,
2. Jumlah elektron yang terlibat jika 1 molekul CH₄ melepaskan 8 elektron.

(Reaksi: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O)
(Ar C = 12, H = 1, O = 16)

mM CH4 = |(Ar C + (Ar H x 4))| g/mol
mM CH4 = |(12 + (1 x 4))| g/mol
mM CH4 = (12 + 4) g/mol
mM CH4 = 16 g/mol

n CH₄ = |m CH4//mM CH4|
n CH₄ = |1200 g//16 g/mol|
n CH₄ = 75 mol

n H₂O = 2 × n CH₄ 
n H₂O = 2 × 75 mol
n H₂O = 150 mol

1. Volume H₂O STP = 150 mol × 22,4 L/mol
   Volume H₂O STP = 3,360 L
2. Jumlah molekul CH₄ = 75 mol × 6,02×10²³ molekul/mol
   Jumlah molekul CH₄ = 4,515×10²⁵ molekul
   
   Total elektron = Jumlah molekul CH₄ × 8 elektron
   Total elektron = 4,515×10²⁵ × 8 elektron
   Total elektron = 3,612×10²⁶ elektron