Model Soal TKA PGS Kontekstual: Stoikiometri, Hukum Dasar Kimia, dan Laju Reaksi

Berikut pembahasan soal-soal pilihan ganda sederhana (PGS) dengan satu jawaban benar yang dapat digunakan latihan TKA. Topiknya menyangkut stoikiometri, hukum dasar kimia, dan rendemen. Pembahasan yang diberikan dalam bentuk analisis mendalam untuk memahami konteks yang sesungguhnya. Kerjakan secara mandiri, kemudian cocokkan jawaban pada pembahasan dengan klik tombol Kunci & Pembahasan.

Soal 1 (Tingkat Menengah: Konsep Dasar - Aplikasi Eksperimen Laboratorium)

Seorang siswa melakukan eksperimen laboratorium untuk mempelajari reaksi antara magnesium dan asam klorida yang menghasilkan gas hidrogen. Ia mereaksikan 2,4 g magnesium dengan 100 mL larutan HCl 1 M.

Reaksi dilakukan dalam ruang tertutup dengan volume tetap, dan siswa mengamati bahwa tidak semua magnesium bereaksi akibat adanya lapisan oksida.

Berdasarkan perhitungan stoikiometri, tentukan volume gas hidrogen (dalam liter pada STP) yang seharusnya dihasilkan jika reaksi berlangsung sempurna, serta jelaskan mengapa hasil aktual lebih rendah.
Reaksi: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂.

1. 0,22 L, karena HCl merupakan pereaksi pembatas
2. 2,24 L, karena magnesium berlebih dan sebagian gas hilang ke lingkungan
3. 2,24 L, karena lapisan oksida mengurangi jumlah magnesium yang bereaksi
4. 1,12 L, karena hanya setengah magnesium yang bereaksi
5. 4,48 L, karena volume ruang memengaruhi rendemen reaksi

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 1
Jawaban benar: D.

Penjelasan:

Diketahui reaksi:
Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{Mg} &= 2,4~g \\ mM_{Mg} &= 24~g/mol \\ V_{HCl} &= 100~mL = 0,1~L \\ [HCl] &= 1~mol/L \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol masing-masing pereaksi

\[ \begin{aligned} n_{Mg} &= \frac{m_{Mg}}{mM_{Mg}}\\&= \frac{2,4~g}{24~g/mol}\\&= 0,10~mol \\\\ n_{HCl} &= [HCl] \times V_{HCl}\\&= 1~mol/L \times 0,1~L\\&= 0,10~mol \end{aligned} \]

Langkah 2: Tentukan pereaksi pembatas

Dari persamaan reaksi, perbandingan stoikiometri:

\[ 1~mol~Mg : 2~mol~HCl \]

Untuk 0,10 mol Mg, dibutuhkan:

\[ n_{HCl~diperlukan} = 2 \times 0,10~mol = 0,20~mol \]

Namun tersedia hanya 0,10 mol HCl, maka HCl menjadi pereaksi pembatas.

Langkah 3: Hitung mol H₂ yang terbentuk

Dari reaksi, 2 mol HCl menghasilkan 1 mol H₂, maka:

\[ \begin{aligned} n_{{H}_2} &= \frac{1}{2} \times n_{HCl} \\ &= \frac{1}{2} \times 0,10~mol\\ &= 0,05~mol \end{aligned} \]

Langkah 4: Hitung volume gas H₂ pada STP

\[ \begin{aligned} V_{{H}_2} &= n_{H_2} \times 22,4~L/mol\\ &= 0,05~mol \times 22,4~L/mol \\ &= 1,12~L \end{aligned} \]

Jawaban:

Volume gas hidrogen teoritis (pada STP) = 1,12 L.

Penjelasan hasil aktual lebih rendah:

• Sebagian magnesium tertutup lapisan magnesium oksida (MgO) yang mencegah kontak langsung dengan HCl.
• Reaksi tidak berlangsung sempurna karena adanya pengotor atau permukaan logam yang pasif.
• Kehilangan gas saat pengukuran juga dapat menurunkan volume aktual.

---

Soal 2 (Tingkat Menengah: Konsep Dasar - Aplikasi Kesehatan, dengan Tabel Data)

Untuk mengatasi anemia, dokter meresepkan suplemen besi(II) sulfat (FeSO₄) yang bereaksi dengan asam lambung untuk menghasilkan ion Fe²⁺. Berikut data komposisi tablet:

Senyawa	Massa (g per tablet)
FeSO4	0,15
Bahan Pengisi	0,35

Catatan khusus: Pasien memiliki kadar asam lambung rendah, sehingga reaksi:
FeSO₄ + 2HCl → FeCl₂ + H₂SO₄
hanya memiliki efisiensi 80%.

Hitung jumlah mol Fe²⁺ yang terserap jika pasien mengonsumsi 2 tablet, dan jelaskan dampaknya terhadap dosis harian.

1. 0,0016 mol, dosis cukup untuk anemia ringan
2. 0,0016 mol, efisiensi rendah menyebabkan dosis tidak memadai
3. 0,001 mol, kadar asam lambung rendah memerlukan suplemen tambahan
4. 0,003 mol, data bahan pengisi menyesatkan karena bersifat inert
5. 0,0024 mol, reaksi berlangsung sempurna meskipun asam lambung rendah

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 2
Jawaban benar: B.

Penjelasan:

Perhitungan: Fe₂₊ yang Terserap dari Suplemen FeSO₄

Untuk mengatasi anemia, dokter meresepkan suplemen besi(II) sulfat. Data komposisi tablet:

Senyawa	Massa (g per tablet)
FeSO4	0,15
Bahan Pengisi	0,35

Catatan: reaksi di lambung (FeSO₄ + 2HCl → FeCl₂ + H₂SO₄) hanya memiliki efisiensi 80% pada pasien ini.

Diketahui:

\( \begin{aligned} m_{FeSO_4} &= 0,15~\text{g per tablet} \\ \text{jumlah tablet} &= 2~\text{tablet} \\ mM_{FeSO_4} &= 151,9~\text{g/mol} \quad(\text{asumsi: anhydrous})\\ \text{efisiensi} &= 80\% = 0,80 \end{aligned} \)

Langkah 1: Hitung massa total FeSO₄ yang dikonsumsi

\[ \begin{aligned} m_{\text{total}} &= 0,15~\text{g/tablet} \times 2~\text{tablet} \\ &= 0,30~\text{g} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung jumlah mol FeSO₄ (teoritis)

\[ \begin{aligned} n_{FeSO_4,\;teoritis} &= \frac{m_{\text{total}}}{mM_{FeSO_4}} \\ &= \frac{0,30~\text{g}}{151,9~\text{g/mol}} \\ &= 0,001975~\text{mol} \quad(\text{dibulatkan 6 s.f.}) \end{aligned} \]

Langkah 3: Hubungan stoikiometri → mol Fe²⁺ teoritis

Reaksi menunjukkan 1 mol FeSO₄ → 1 mol Fe²⁺, sehingga:

\[ \begin{aligned} n_{Fe^{2+},\;teoritis} &= n_{FeSO_4,\;teoritis} \\ &= 0,001975~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 4: Perhitungkan efisiensi 80% → mol Fe²⁺ yang terserap (aktual)

\[ \begin{aligned} n_{Fe^{2+},\;aktual} &= 0,80 \times n_{Fe^{2+},\;teoritis} \\ &= 0,80 \times 0,001975~\text{mol} \\ &= 0,001580~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 5: Konversi ke massa unsur Fe (jika perlu)

massa unsur Fe yang terserap ($mM_{Fe} = 55,845 g/mol$):

\[ \begin{aligned} m_{Fe,\;aktual} &= n_{Fe^{2+},\;aktual} \times mM_{Fe} \\ &= 0,001580~\text{mol} \times 55,845~\text{g/mol} \\ &= 0,0882~\text{g} \\ &= 88,2~\text{mg} \end{aligned} \]

Hasil ringkas:

• n Fe²⁺ teoritis (dari 2 tablet) = 0,001975 mol.
• n Fe²⁺ yang terserap (efisiensi 80%) = 0,001580 mol.
• Massa unsur Fe yang terserap = 0,0882 g = 88,2 mg.

Catatan penting:

1. Perhitungan di atas mengasumsikan FeSO₄ anhydrous (massa molar ≈ 151,9 g/mol). Bila tablet berisi ferrous sulfate heptahydrate (FeSO₄·7H₂O), massa molar jauh lebih besar → jumlah mol Fe per gram turun. Pastikan bentuk kimiawi (anhydrous vs. hydrate) dari label produk.
2. 88,2 mg yang terserap adalah jumlah unsur Fe (Fe⁰/Fe²⁺) yang masuk sistem—itu bukan jumlah ion terdistribusi sempurna ke sirkulasi, karena faktor bioavailabilitas lain (mis. pengikatan, transit usus) juga memengaruhi.
3. Jika dosis target dokter berdasarkan nilai mg unsur Fe per hari, menurunnya efisiensi (dari 100% → 80%) berarti pasien menerima lebih sedikit Fe daripada yang diharapkan. Dokter mungkin menyesuaikan dosis (mis. jumlah tablet, frekuensi, atau bentuk sediaan yang lebih bioavailable) untuk mencapai dosis efektif.

Saran klinis (umum): bila dokter menginginkan jumlah unsur Fe tertentu yang benar-benar terserap per hari, hitung kebutuhan berdasarkan massa unsur Fe yang terserap (mis. 88,2 mg dari 2 tablet). Jika target terserap lebih tinggi, penyesuaian dosis atau pergantian sediaan (mis. sediaan dengan kelarutan lebih baik atau suplemen dengan agen penambah penyerapan) dapat diperlukan — diskusikan dengan dokter/ahli gizi.

---

Soal 3 (Tingkat Tinggi: Analisis Mendalam, Integrasi Hukum Dasar - Aplikasi Lingkungan, dengan Grafik)

Penelitian lingkungan mengenai emisi kendaraan menampilkan grafik laju produksi CO₂ terhadap waktu untuk reaksi pembakaran bensin:
C₈H₁₈ + 12,5O₂ → 8CO₂ + 9H₂O.

Dengan menerapkan hukum konservasi massa, jika 114 g bensin dibakar, hitung massa CO₂ yang dihasilkan, dan jelaskan bagaimana grafik memprediksi dampak lingkungan.

1. 352 g, grafik menunjukkan emisi konstan
2. 264 g, hukum konservasi massa tidak mempertimbangkan gas
3. 352 g, stabilisasi grafik mengindikasikan oksigen sebagai pereaksi pembatas
4. 440 g, massa air turut dihitung sebagai emisi
5. 176 g, hanya setengah reaksi terjadi akibat katalis

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 3
Jawaban benar: C.

Penjelasan:

Diketahui reaksi pembakaran bensin dalam penelitian emisi kendaraan:
C₈H₁₈ + 12,5O₂ → 8CO₂ + 9H₂O.
Grafik terlampir menunjukkan laju produksi CO₂ (mol/s) terhadap waktu: kurva naik cepat dari nol, mencapai puncak, kemudian stabil pada nilai konstan.

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{\text{C}_8\text{H}_{18}} &= 114~\text{g} \\ mM_{\text{C}_8\text{H}_{18}} &= 8\times12 + 18\times1 = 114~\text{g/mol} \\ mM_{\text{CO}_2} &= 44~\text{g/mol} \\ \text{Rasio stoikiometri} &: 1~\text{mol C}_8\text{H}_{18} \rightarrow 8~\text{mol CO}_2 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol bensin

\[ \begin{aligned} n_{\text{C}_8\text{H}_{18}} &= \frac{m_{\text{C}_8\text{H}_{18}}}{mM_{\text{C}_8\text{H}_{18}}} \\ &= \frac{114~\text{g}}{114~\text{g/mol}} \\ &= 1~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung jumlah mol CO₂ yang dihasilkan

Dari reaksi, 1 mol C₈H₁₈ menghasilkan 8 mol CO₂.

\[ \begin{aligned} n_{\text{CO}_2} &= 8 \times n_{\text{C}_8\text{H}_{18}} \\ &= 8 \times 1~\text{mol} \\ &= 8~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 3: Hitung massa CO₂ yang dihasilkan

\[ \begin{aligned} m_{\text{CO}_2} &= n_{\text{CO}_2} \times mM_{\text{CO}_2} \\ &= 8~\text{mol} \times 44~\text{g/mol} \\ &= 352~\text{g} \end{aligned} \]

Langkah 4: Verifikasi hukum konservasi massa

Hukum Lavoisier (konservasi massa) menyatakan massa pereaksi = massa produk. Hitung massa O₂ yang bereaksi: 1 mol C₈H₁₈ membutuhkan 12,5 mol O₂ (M_O₂ = 32 g/mol), sehingga m_O₂ = 12,5 × 32 = 400 g.

\[ \begin{aligned} \text{Massa pereaksi} &= m_{\text{C}_8\text{H}_{18}} + m_{\text{O}_2}\\&= 114~\text{g} + 400~\text{g}\\&= 514~\text{g} \\\\   \text{Massa produk (CO}_2 + \text{H}_2\text{O)} &= 352~\text{g} + (9 \times 18)~g)\\&= 514~\text{g} \end{aligned} \]

Massa tetap, sehingga hukum konservasi massa terverifikasi.

Langkah 5: Jelaskan bagaimana grafik memprediksi dampak lingkungan

Grafik menunjukkan laju produksi CO₂ awalnya rendah (fase start kendaraan), kemudian naik cepat ke puncak (akselerasi atau beban tinggi, meningkatkan emisi), lalu stabil pada nilai konstan (kecepatan tetap).

Ini memprediksi dampak lingkungan karena emisi CO₂ kumulatif  meningkat seiring operasi kendaraan, berkontribusi pada pemanasan global, perubahan iklim, dan asidifikasi lautan.

Pada fase akselerasi, laju tinggi menyebabkan lonjakan emisi, menekankan pentingnya mengurangi akselerasi mendadak atau menggunakan teknologi seperti hybrid untuk meminimalkan dampak.

Jawaban:

Massa CO₂ yang dihasilkan = 352 g. Grafik memprediksi dampak lingkungan dengan menunjukkan variasi laju emisi CO₂ terhadap waktu, mengindikasikan peningkatan kumulatif emisi yang berkontribusi pada pemanasan global, terutama pada fase akselerasi tinggi.

---

Soal 4 (Tingkat Sangat Tinggi: Analisis Mendalam - Menguji Literasi, Prediksi Hasil Eksperimen, Aplikasi Kesehatan)

Berdasarkan teks ilmiah: "Uji klinis menunjukkan reaksi aspirin (C₉H₈O₄) dengan enzim menghasilkan asam salisilat, dengan hipotesis rendemen 90% akibat degradasi."

Prediksi massa asam salisilat yang dihasilkan jika 180 g aspirin direaksikan, dengan reaksi:
C₉H₈O₄ → C₇H₆O₃ + C₂H₂O
dan evaluasi hipotesis degradasi terhadap kemungkinan kesalahan stoikiometri.

1. 138 g, hipotesis degradasi terkonfirmasi
2. 124,2 g, rendemen 90% dari massa teoritis 138 g
3. 180 g, degradasi tidak memengaruhi hasil
4. 154 g, reaksi salah akibat pengaruh enzim
5. 100 g, kesalahan rasio mol 1:2

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 4
Jawaban benar: B.

Penjelasan:

Diketahui reaksi:

C₉H₈O₄ → C₇H₆O₃ + C₂H₂O

Diketahui:

\( \begin{aligned} m_{\text{aspirin}} &= 180,0~\text{g} \\ mM_{\text{aspirin}} &= 180,159~\text{g/mol} \\ mM_{\text{sal}} &= 138,122~\text{g/mol} \\ \text{rendemen} &= 90\% = 0,90 \end{aligned} \)

Langkah 1: Hitung jumlah mol aspirin (teoritis)

\[ \begin{aligned} n_{\text{aspirin}} &= \frac{m_{\text{aspirin}}}{mM_{\text{aspirin}}} \\ &= \frac{180,0~\text{g}}{180,159~\text{g/mol}} \\ &= 0,9991~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung massa asam salisilat teoritis (1:1 stoikiometri)

\[ \begin{aligned} m_{\text{sal, teoritis}} &= n_{\text{aspirin}} \times mM_{\text{sal}} \\ &= 0,9991~\text{mol} \times 138,122~\text{g/mol} \\ &= 138,00~\text{g} \end{aligned} \]

Langkah 3: Terapkan rendemen 90% → massa aktual yang dihasilkan

\[ \begin{aligned} m_{\text{sal, aktual}} &= 0,90 \times m_{\text{sal, teoritis}} \\ &= 0,90 \times 138,00~\text{g} \\ &= 124,20~\text{g} \end{aligned} \]

Hasil ringkas:

• Mol aspirin yang direaksikan ≈ 0,9991 mol.
• Massa asam salisilat teoritis (1:1) ≈ 138,00 g.
• Massa asam salisilat pada rendemen 90% ≈ 124,20 g.

Evaluasi hipotesis degradasi terhadap kemungkinan kesalahan stoikiometri

Hipotesis bahwa rendemen 90% disebabkan oleh degradasi adalah masuk akal, namun perlu diperhatikan beberapa kemungkinan lain yang dapat memengaruhi hasil:

1. Degradasi langsung:
   Aspirin dapat terdegradasi (mis. hidrolisis) menjadi produk selain asam salisilat (atau produk polimer/oksidasi), sehingga kurangnya massa salisilat dapat benar-benar disebabkan oleh jalur samping reaksi yang mengurangi produk yang diinginkan.
2. Perubahan stoikiometri lokal:
   Jika enzim atau kondisi reaksi menghasilkan reaksi samping yang mengkonsumsi sebagian asam salisilat (mis. konjugasi, oksidasi), maka pengukuran akan menunjukkan rendemen lebih rendah walau stoikiometri teori tetap 1:1 untuk langkah utama.
3. Pengukuran dan pemurnian:
   Kehilangan massa saat pemisahan/purifikasi (mis. saat ekstraksi, pengeringan) atau ketidakakuratan analitik dapat menurunkan rendemen yang terobservasi dan kelihatan seperti "degradasi".
4. Asumsi molar mass dan kemurnian:
   Jika berat molekul senyawa yang dipakai berbeda (mis. adanya hidrat atau aditif) atau sampel aspirin tidak murni, perhitungan massa teoritis berubah—ini bukan degradasi, melainkan kesalahan input stoikiometri.

Simpulan singkat:
Dengan asumsi reaksi 1:1 dan tidak ada kesalahan pengukuran, dari 180 g aspirin diharapkan ≈ 138,00 g asam salisilat secara teoritis; dengan rendemen 90% prediksi massa aktual ≈ 124,20 g.

Untuk menegaskan bahwa penurunan adalah akibat degradasi (bukan kesalahan stoikiometri atau kehilangan analitik), perlu analisis produk (mis. kromatografi, spektrometri massa) untuk mengidentifikasi produk samping.

---

Soal 5 (Tingkat Sangat Tinggi: Analisis Mendalam - Menguji Literasi, Evaluasi Hipotesis, Aplikasi Industri, dengan Diagram)

Proses industri amonia Haber-Bosch menggunakan diagram alur:
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃,
dengan sistem daur ulang.

Hipotesis menyatakan rendemen 15% per siklus akibat kesetimbangan kimia. Jika 28 g N₂ bereaksi dengan H₂ berlebih, hitung jumlah mol NH₃ yang dihasilkan setelah satu siklus, dan evaluasi hipotesis terhadap kesalahan perhitungan pereaksi pembatas pada sistem daur ulang.

1. 2 mol, hipotesis salah karena H₂ berlebih
2. 0,3 mol, rendemen 15% dari 2 mol teoritis
3. 1 mol, diagram menunjukkan konversi penuh
4. 0,15 mol, kesalahan karena jumlah mol H₂ tidak disebutkan
5. 4 mol, kesetimbangan kimia diabaikan

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 5
Jawaban benar: B.

Penjelasan:

Diketahui proses industri Haber-Bosch untuk sintesis amonia dengan sistem daur ulang:
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g).
Dari diagram, rasio stoikiometri teori: 1 mol N₂ → 2 mol NH₃.
Rendemen aktual 15% per pass karena kesetimbangan, sehingga aktual: 1 mol N₂ input → 0,3 mol NH₃ (H₂ berlebih).
Sistem loop recycle unreacted N₂/H₂, tapi kesetimbangan menyebabkan jebakan limiting reactant dan konversi rendah per siklus.

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{\text{N}_2} &= 28~\text{g} \\ mM_{\text{N}_2} &= 28~\text{g/mol} \\ \text{Rendemen per siklus} &= 15\% = 0,15 \\ \text{Rasio stoikiometri} &: 1~\text{mol N}_2 \rightarrow 2~\text{mol NH}_3 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol N₂

\[ \begin{aligned} n_{\text{N}_2} &= \frac{m_{\text{N}_2}}{mM_{\text{N}_2}} \\ &= \frac{28~\text{g}}{28~\text{g/mol}} \\ &= 1~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung jumlah mol NH₃ teori

Dari reaksi, 1 mol N₂ menghasilkan 2 mol NH₃ secara teori (jika lengkap).

\[ \begin{aligned} n_{\text{NH}_3, teori} &= 2 \times n_{\text{N}_2} \\ &= 2 \times 1~\text{mol} \\ &= 2~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 3: Hitung jumlah mol NH₃ aktual setelah satu siklus

Dengan rendemen 15% per siklus (per pass), mol NH₃ aktual = rendemen × mol teori.

\[ \begin{aligned} n_{\text{NH}_3, aktual} &= 0,15 \times n_{\text{NH}_3, teori} \\ &= 0,15 \times 2~\text{mol} \\ &= 0,3~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 4: Evaluasi hipotesis terhadap kesalahan perhitungan pereaksi pembatas pada sistem daur ulang

Hipotesis menyatakan rendemen 15% per siklus akibat kesetimbangan kimia. Dalam proses Haber-Bosch, reaksi reversibel dan eksoterm, sehingga kesetimbangan membatasi konversi per pass (tipikal 15-20% di industri), meskipun H₂ berlebih dan N₂ sebagai input utama. Sistem daur ulang mengembalikan unreacted N₂/H₂, sehingga secara keseluruhan rendemen mendekati 98%, tapi per siklus tetap rendah.

Kesalahan perhitungan pereaksi pembatas sering terjadi jika mengasumsikan reaksi ireversibel dan lengkap (stoikiometri teori), di mana N₂ dianggap pembatas sepenuhnya dan konversi 100%, mengabaikan efek kesetimbangan (Prinsip Le Chatelier).

Dalam sistem daur ulang, perhitungan harus mempertimbangkan konversi parsial per pass, dengan N₂ tetap limiting tapi "terjebak" di loop karena hanya sebagian bereaksi; hipotesis benar karena kesetimbangan adalah faktor utama penurun rendemen per siklus, bukan kekurangan pereaksi.

Diagram mendukung ini dengan menunjukkan rendemen aktual 0,3 mol NH₃ per mol input, mengindikasikan batasan kesetimbangan daripada stoikiometri murni.

Hubungan dengan stoikiometri:

Rasio stoikiometri tetap berlaku untuk perhitungan teori, tapi rendemen aktual disesuaikan oleh faktor kesetimbangan dalam proses industri reversibel.

Jawaban:

Jumlah mol NH₃ aktual setelah satu siklus = 0,3 mol. Hipotesis valid karena kesetimbangan kimia membatasi konversi per siklus di sistem daur ulang; kesalahan perhitungan pembatas sering mengabaikan reversibilitas reaksi, mengasumsikan konversi ideal tanpa mempertimbangkan loop dan rendemen parsial.

---

Soal 6 (Tingkat Sangat Tinggi: Evaluasi Hipotesis dan Analisis Kompleks)

Seorang peneliti mengusulkan hipotesis bahwa dalam pembakaran sempurna hidrokarbon C_xH_y, perbandingan volume gas CO₂ dan H₂O (fase gas) selalu sesuai dengan perbandingan koefisien x dan y/2. Untuk menguji hipotesis ini, 0,1 mol senyawa C₃H₈ dibakar dengan oksigen berlebih.

Reaksi:
C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O.

Jika pengukuran dilakukan pada suhu 120°C, manakah pernyataan yang benar mengenai hipotesis tersebut?

1. Hipotesis benar, karena perbandingan volume CO₂:H₂O = 3:4 sesuai koefisien
2. Hipotesis salah, karena volume gas bergantung pada suhu dan fase H₂O
3. Hipotesis hanya benar pada kondisi STP, bukan pada suhu lain
4. Hipotesis salah, karena oksigen yang bereaksi harus dipertimbangkan
5. Hipotesis benar untuk semua hidrokarbon pada kondisi apa pun

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 6
Jawaban benar: B.

Diketahui reaksi pembakaran sempurna hidrokarbon C₃H₈ dengan oksigen berlebih:
C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O.
Hipotesis menyatakan perbandingan volume gas CO₂ dan H₂O (fase gas) sesuai dengan perbandingan koefisien x dan y/2 (untuk C_xH_y, di sini x=3, y=8, jadi 3 : 4).
Pengukuran dilakukan pada suhu 120°C, di atas titik didih H₂O (100°C pada tekanan atmosfer), sehingga H₂O berfase gas.

Diketahui:

\[ \begin{aligned} n_{\text{C}_3\text{H}_8} &= 0,1~\text{mol} \\ \text{Rasio stoikiometri} &: 1~\text{mol C}_3\text{H}_8 \rightarrow 3~\text{mol CO}_2 + 4~\text{mol H}_2\text{O} \\ \text{Perbandingan koefisien} &: x = 3, ~\frac{y}{2} = \frac{8}{2} = 4, ~\text{sehingga } 3 : 4 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol CO₂ dan H₂O

\[ \begin{aligned} n_{\text{CO}_2} &= 3 \times n_{\text{C}_3\text{H}_8} = 3 \times 0,1~\text{mol} = 0,3~\text{mol} \\ n_{\text{H}_2\text{O}} &= 4 \times n_{\text{C}_3\text{H}_8} = 4 \times 0,1~\text{mol} = 0,4~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Tentukan perbandingan volume gas

Berdasarkan hukum Avogadro, perbandingan mol gas sama dengan perbandingan volume pada suhu dan tekanan sama. Jadi, rasio volume CO₂ : H₂O = 0,3 : 0,4 = 3 : 4.

\[ \begin{aligned} \text{Rasio volume} &= \frac{n_{\text{CO}_2}}{n_{\text{H}_2\text{O}}} = \frac{0,3}{0,4} = 0,75 \quad \text{(atau } 3:4\text{)} \end{aligned} \]

Langkah 3: Evaluasi hipotesis

Hipotesis menyatakan perbandingan volume CO₂ : H₂O = x : |y//2| = 3 : 4, yang sesuai dengan koefisien stoikiometri 3CO₂ dan 4H₂O dari 1 mol C₃H₈.

Pada suhu 120°C, H₂O tetap gas, sehingga perbandingan volume berdasarkan mol (3 : 4) berlaku, mendukung hipotesis.

Namun, volume absolut setiap gas bergantung pada suhu dan tekanan (hukum gas ideal, V ∝ nRT/P), tidak hanya stoikiometri, tapi rasio relatif tetap.

Langkah 4: Analisis opsi

• Opsi 1: Benar secara stoikiometri (3:4 sesuai), tapi tidak menyebutkan ketergantungan suhu.
• Opsi 2: Benar bahwa volume bergantung pada suhu dan fase H₂O (di bawah 100°C H₂O mengembun, mengubah rasio), sehingga hipotesis bisa salah di kondisi tertentu.
• Opsi 3: Salah, karena hipotesis tetap berlaku selama H₂O berfase gas (tidak terbatas pada STP).
• Opsi 4: Salah, karena oksigen berlebih tidak memengaruhi rasio produk utama.
• Opsi 5: Salah, karena hipotesis hanya berlaku jika H₂O berfase gas (tergantung kondisi).

Kesimpulan:

Hipotesis benar untuk C₃H₈ pada 120°C karena H₂O berfase gas dan rasio 3:4 sesuai. Namun, kebenaran umum bergantung pada fase H₂O, yang dipengaruhi suhu.

Jawaban:

Pernyataan yang benar adalah B (Hipotesis salah, karena volume gas bergantung pada suhu dan fase H₂O), karena hipotesis hanya berlaku konsisten jika H₂O tetap gas, yang tidak dijamin untuk semua kondisi pembakaran hidrokarbon.

---

Soal 7 (Tingkat Menengah: Konsep Dasar - Aplikasi Eksperimen Rumah)

Eksperimen sederhana di rumah melibatkan reaksi natrium bikarbonat (NaHCO₃) dengan asam asetat (CH₃COOH) untuk menghasilkan gas karbon dioksida.

Sebanyak 8,4 g NaHCO₃ direaksikan dengan 60 g larutan cuka 5% (massa).

Sebagian asam asetat menguap akibat panas reaksi, sehingga rendemen aktual lebih rendah. Hitung volume CO₂ teoritis pada STP (dalam liter), dan jelaskan dampak penguapan terhadap hasil.

Reaksi:
NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂.

1. 2,24 L, asam asetat sebagai pereaksi pembatas dan penguapan mengurangi hasil gas
2. 1,12 L, natrium bikarbonat berlebih dan gelembung gas hilang ke lingkungan
3. 1,12 L, penguapan asam asetat mengurangi efisiensi reaksi
4. 4,48 L, panas menyebabkan reaksi berlipat ganda
5. 0,56 L, hanya sebagian reaksi terjadi akibat kelembapan

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 7
Jawaban benar: C.

Penjelasan:

Reaksi:
NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂.

Diketahui:

\( \begin{aligned} m_{\text{NaHCO}_3} &= 8,4~\text{g} \\ mM_{\text{NaHCO}_3} &\approx 84,0~\text{g/mol} \\ \Rightarrow n_{\text{NaHCO}_3} &= \dfrac{8,4}{84,0} = 0,10~\text{mol} \\[6pt] m_{\text{larutan}} &= 60~\text{g (larutan)} \\ w_{\text{CH}_3\text{COOH}} &= 5\% \Rightarrow m_{\text{CH}_3\text{COOH}} = 0,05 \times 60 = 3,0~\text{g} \\ mM_{\text{CH}_3\text{COOH}} &\approx 60,05~\text{g/mol} \\ \Rightarrow n_{\text{CH}_3\text{COOH}} &= \dfrac{3,0}{60,05} \approx 0,050~\text{mol} \end{aligned} \)

Penentuan pereaksi pembatas & volume CO₂ teoritis:

\[ \begin{aligned} \text{Reaksi stoikiometri: } &1~\text{mol NaHCO}_3 : 1~\text{mol CH}_3\text{COOH} \Rightarrow 1~\text{mol CO}_2 \text{ per mol NaHCO}_3 \\ &n_{\text{NaHCO}_3}=0,10~\text{mol},\quad n_{\text{CH}_3\text{COOH}}=0,050~\text{mol} \\ &\Rightarrow \text{CH}_3\text{COOH adalah pereaksi pembatas (0,050 mol)} \\ &n_{\text{CO}_2,\;teoritis}=0,050~\text{mol} \\ &V_{\text{CO}_2,\;STP}=n\times 22,4~\text{L/mol}=0,050\times 22,4=1,12~\text{L} \end{aligned} \]

Pengaruh penguapan asam asetat:

• Jika sebagian CH₃COOH menguap sebelum bereaksi, jumlah mol asam asetat yang tersedia menjadi lebih kecil → mengurangi jumlah CO₂ yang terbentuk (hasil aktual < teoritis).
• Penguapan bertindak seperti menurunkan rendemen reaksi; selain itu gelembung gas yang cepat juga bisa membawa uap keluar sehingga lebih banyak kehilangan reaktan.

Kunci & komentar singkat:
Jawaban benar adalah pilihan C. Volume CO₂ teoritis = 1,12 L (pada STP). Penguapan asam asetat mengurangi jumlah reaktan yang tersedia → menurunkan hasil gas aktual dibanding nilai teoritis.

---

Soal 8 (Tingkat Menengah: Konsep Dasar - Aplikasi Kesehatan, dengan Tabel Data)

Tablet antasida mengandung kalsium karbonat (CaCO₃) yang bereaksi dengan asam lambung (HCl) untuk menetralkan keasaman. Tabel komposisi tablet:

Komponen	Massa (g per tablet)
CaCO3	0,5
Bahan Pelapis	0,2

Kendala: Asam lambung pasien encer, menyebabkan reaksi
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂ hanya 70% selesai. Hitung jumlah mol CO₂ yang dihasilkan jika pasien mengonsumsi 3 tablet, serta implikasinya terhadap pengobatan.

1. 0,0105 mol, cukup untuk menetralkan maag sedang
2. 0,015 mol, keenceran asam menyebabkan dosis berlebih
3. 0,007 mol, keenceran asam memerlukan dosis tambahan
4. 0,02 mol, bahan pelapis tidak memengaruhi perhitungan
5. 0,0105 mol, reaksi berlangsung sempurna meskipun asam lambung encer

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 8
Jawaban benar: A.

Penjelasan:

Diketahui reaksi antasida kalsium karbonat (CaCO₃) dengan asam lambung (HCl):
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂.
Reaksi hanya 70% selesai akibat keenceran asam lambung.

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{\text{CaCO}_3 ~\text{per tablet}} &= 0,5~\text{g} \\ mM_{\text{CaCO}_3} &= 40 + 12 + 3\times16 = 100~\text{g/mol} \\ \text{Jumlah tablet} &= 3 \\ \text{Efisiensi reaksi} &= 70\% = 0,7 \\ \text{Rasio stoikiometri} &: 1~\text{mol CaCO}_3 \rightarrow 1~\text{mol CO}_2 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol CaCO₃ total

\[ \begin{aligned} m_{\text{CaCO}_3 ~\text{total}} &= 0,5~\text{g/tablet} \times 3~\text{tablet} \\ &= 1,5~\text{g} \\ n_{\text{CaCO}_3} &= \frac{m_{\text{CaCO}_3}}{mM_{\text{CaCO}_3}} \\ &= \frac{1,5~\text{g}}{100~\text{g/mol}} \\ &= 0,015~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung jumlah mol CO₂ teoritis

Dari reaksi, 1 mol CaCO₃ menghasilkan 1 mol CO₂.

\[ \begin{aligned} n_{\text{CO}_2, teori} &= n_{\text{CaCO}_3} \\ &= 0,015~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 3: Hitung jumlah mol CO₂ aktual

Reaksi hanya 70% selesai:

\[ \begin{aligned} n_{\text{CO}_2, aktual} &= 0,7 \times n_{\text{CO}_2, teori} \\ &= 0,7 \times 0,015~\text{mol} \\ &= 0,0105~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 4: Implikasi terhadap pengobatan

Keenceran asam lambung menyebabkan reaksi tidak lengkap (hanya 70%), menghasilkan 0,0105 mol CO₂, yang menunjukkan penyerapan asam kurang optimal.

Ini dapat cukup untuk menetralkan maag sedang, tetapi jika asam lambung berlebih, dosis tambahan mungkin diperlukan.

Bahan pelapis (0,2 g per tablet) tidak bereaksi, sehingga tidak memengaruhi perhitungan, tapi dapat memperlambat pelepasan CaCO₃, memengaruhi laju netralisasi.

Hubungan dengan stoikiometri:

Rasio 1:1 memungkinkan perhitungan langsung, tetapi efisiensi reaksi dipengaruhi oleh konsentrasi HCl.

Jawaban:

Jumlah mol CO₂ yang dihasilkan = 0,0105 mol. Implikasinya, keenceran asam lambung memerlukan dosis tambahan jika maag parah, konsisten dengan opsi A (0,0105 mol, cukup untuk menetralkan maag sedang).

---

Soal 9 (Tingkat Tinggi: Analisis Mendalam, Integrasi Hukum Dasar - Aplikasi Lingkungan, dengan Grafik)

Studi pembakaran metana (CH₄) pada pembangkit listrik menampilkan grafik produksi H₂O terhadap waktu.

Dengan menerapkan hukum konservasi massa, jika 16 g metana dibakar, hitung massa H₂O yang dihasilkan, dan jelaskan bagaimana grafik mengindikasikan efisiensi pembakaran.

Reaksi:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.

1. 36 g, grafik menunjukkan produksi stabil tanpa pembatas
2. 18 g, hukum konservasi massa tidak mempertimbangkan fase gas
3. 36 g, stabilisasi grafik mengindikasikan oksigen sebagai pereaksi pembatas
4. 44 g, massa CO₂ turut dihitung sebagai produk
5. 9 g, pembakaran parsial akibat katalis

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 9
Jawaban benar: C.

Penjelasan:

Diketahui reaksi pembakaran metana pada pembangkit listrik:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
Grafik terlampir menunjukkan laju produksi H₂O (mol/s) terhadap waktu: kurva naik bertahap, mencapai puncak, lalu stabil pada nilai konstan.

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{\text{CH}_4} &= 16~\text{g} \\ mM_{\text{CH}_4} &= 12 + 4\times1 = 16~\text{g/mol} \\ mM_{\text{H}_2\text{O}} &= 2\times1 + 16 = 18~\text{g/mol} \\ \text{Rasio stoikiometri} &: 1~\text{mol CH}_4 \rightarrow 2~\text{mol H}_2\text{O} \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol metana

\[ \begin{aligned} n_{\text{CH}_4} &= \frac{m_{\text{CH}_4}}{mM_{\text{CH}_4}} \\ &= \frac{16~\text{g}}{16~\text{g/mol}} \\ &= 1~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung jumlah mol H₂O yang dihasilkan

Dari reaksi, 1 mol CH₄ menghasilkan 2 mol H₂O.

\[ \begin{aligned} n_{\text{H}_2\text{O}} &= 2 \times n_{\text{CH}_4} \\ &= 2 \times 1~\text{mol} \\ &= 2~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 3: Hitung massa H₂O yang dihasilkan

\[ \begin{aligned} m_{\text{H}_2\text{O}} &= n_{\text{H}_2\text{O}} \times mM_{\text{H}_2\text{O}} \\ &= 2~\text{mol} \times 18~\text{g/mol} \\ &= 36~\text{g} \end{aligned} \]

Langkah 4: Verifikasi hukum konservasi massa

Hukum Lavoisier menyatakan massa pereaksi = massa produk. Hitung massa O₂ yang bereaksi: 1 mol CH₄ membutuhkan 2 mol O₂ (M_O₂ = 32 g/mol), sehingga m_O₂ = 2 × 32 = 64 g.

\[ \begin{aligned} \text{Massa pereaksi} &= m_{\text{CH}_4} + m_{\text{O}_2} = 16~\text{g} + 64~\text{g} = 80~\text{g} \\ \text{Massa produk (CO}_2 + \text{H}_2\text{O)} &= (1 \times 44 = 44~\text{g}) + 36~\text{g} = 80~\text{g} \end{aligned} \]

Massa tetap, sehingga hukum konservasi massa terverifikasi.

Langkah 5: Jelaskan bagaimana grafik mengindikasikan efisiensi pembakaran

Grafik menunjukkan laju produksi H₂O awalnya rendah (fase pemanasan atau start pembakaran), naik bertahap ke puncak (pembakaran optimal), lalu stabil.

Efisiensi pembakaran tinggi jika laju stabil mendekati nilai maksimum, menunjukkan semua CH₄ dikonversi sepenuhnya menjadi produk (H₂O dan CO₂) tanpa kehilangan bahan bakar atau produksi sampingan seperti CO.

Jika laju turun setelah puncak atau tidak stabil, itu mengindikasikan ketidakefisienan (misalnya, oksigen terbatas atau ketidaksempurnaan pembakaran). Grafik stabil pada puncak menunjukkan efisiensi tinggi dalam studi ini, konsisten dengan pembakaran lengkap 16 g CH₄.

Jawaban:

Massa H₂O yang dihasilkan = 36 g. Grafik mengindikasikan efisiensi pembakaran dengan laju stabil setelah puncak, menunjukkan konversi CH₄ yang optimal dan lengkap tanpa sisa bahan bakar signifikan.

---

Soal 10 (Tingkat Tinggi: Analisis Mendalam, Integrasi Konsep Lintas - Aplikasi Teknologi)

Reaksi dekomposisi hidrogen peroksida (H₂O₂) → H₂O + ½ O₂ digunakan dalam propulsi roket sederhana.

Jika 34 g H₂O₂ didekomposisi, hitung jumlah mol O₂ yang dihasilkan dan volume gas O₂ pada STP (dalam liter), dengan menerapkan hukum Avogadro.

1. 0,5 mol, volume 11,2 L
2. 1 mol, hukum Avogadro tidak berlaku untuk dekomposisi
3. 0,5 mol, volume 22,4 L akibat kesalahan perhitungan mol
4. 2 mol, air turut menghasilkan gas
5. 0,1 mol, kesalahan perhitungan massa molar

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 10
Jawaban benar: A.

Penjelasan:

Diketahui reaksi dekomposisi hidrogen peroksida untuk propulsi roket:
2H₂O₂(l) → 2H₂O(l) + O₂(g).
(Reaksi setara dengan H₂O₂ → H₂O + 1/2 O₂ per molekul).

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{\text{H}_2\text{O}_2} &= 34~\text{g} \\ mM_{\text{H}_2\text{O}_2} &= 2\times1 + 2\times16 = 34~\text{g/mol} \\ mM_{\text{O}_2} &= 32~\text{g/mol} \\ V_m~\text{(STP)} &= 22,4~\text{L/mol} \\ \text{Rasio stoikiometri} &: 2~\text{mol H}_2\text{O}_2 \rightarrow 1~\text{mol O}_2 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol H₂O₂

\[ \begin{aligned} n_{\text{H}_2\text{O}_2} &= \frac{m_{\text{H}_2\text{O}_2}}{mM_{\text{H}_2\text{O}_2}} \\ &= \frac{34~\text{g}}{34~\text{g/mol}} \\ &= 1~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung jumlah mol O₂ yang dihasilkan

Dari reaksi, 2 mol H₂O₂ menghasilkan 1 mol O₂, sehingga:

\[ \begin{aligned} n_{\text{O}_2} &= \frac{1}{2} \times n_{\text{H}_2\text{O}_2} \\ &= \frac{1}{2} \times 1~\text{mol} \\ &= 0,5~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 3: Hitung volume O₂ pada STP

Berdasarkan hukum Avogadro (volume gas sebanding dengan jumlah mol pada kondisi sama), volume molar pada STP = 22,4 L/mol.

\[ \begin{aligned} V_{\text{O}_2} &= n_{\text{O}_2} \times 22,4~\text{L/mol} \\ &= 0,5~\text{mol} \times 22,4~\text{L/mol} \\ &= 11,2~\text{L} \end{aligned} \]

Hubungan dengan hukum Avogadro:

Hukum Avogadro memungkinkan konversi mol ke volume gas pada kondisi standar (STP), karena 1 mol gas apa pun menempati 22,4 L pada STP, dasar perhitungan volume O₂ dari molnya.

Jawaban:

Jumlah mol O₂ = 0,5 mol. Volume O₂ pada STP = 11,2 L.

---

Soal 11 (Tingkat Sangat Tinggi: Analisis Mendalam - Menguji Literasi, Prediksi Hasil Eksperimen, Aplikasi Industri, dengan Diagram)

Diagram fermentasi produksi etanol dari glukosa:
C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂, dengan sistem daur ulang.

Hipotesis menyatakan efisiensi fermentasi 85% akibat kontaminasi. Jika 180 g glukosa difermentasi, hitung jumlah mol etanol aktual, dan evaluasi hipotesis terhadap kesalahan perhitungan pereaksi pembatas pada sistem daur ulang.

1. 2 mol, kontaminasi tidak relevan karena glukosa berlebih
2. 1,7 mol, efisiensi 85% dari 2 mol teoritis
3. 1 mol, diagram menunjukkan konversi setengah
4. 0,85 mol, kesalahan karena glukosa tidak disebutkan
5. 4 mol, efek fermentasi diabaikan

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 11
Jawaban benar: B.

Penjelasan:

Diketahui reaksi fermentasi glukosa menjadi etanol dengan sistem daur ulang:
C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂.
Dari diagram, rasio stoikiometri teori: 1 mol glukosa → 2 mol etanol + 2 mol CO₂.
Efisiensi aktual 85% karena kontaminasi, sehingga aktual: 1 mol glukosa input → 1,7 mol etanol + 1,7 mol CO₂.
Sistem loop recycle unreacted glukosa, tapi kontaminasi menyebabkan jebakan limiting glukosa dan penurunan efisiensi.

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6} &= 180~\text{g} \\ mM_{\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6} &= 180~\text{g/mol} \\ \text{Efisiensi fermentasi} &= 85\% = 0,85 \\ \text{Rasio stoikiometri} &: 1~\text{mol glukosa} \rightarrow 2~\text{mol etanol} \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol glukosa

\[ \begin{aligned} n_{\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6} &= \frac{m_{\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6}}{mM_{\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6}} \\ &= \frac{180~\text{g}}{180~\text{g/mol}} \\ &= 1~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung jumlah mol etanol teori

Dari reaksi, 1 mol glukosa menghasilkan 2 mol etanol secara teori.

\[ \begin{aligned} n_{\text{etanol, teori}} &= 2 \times n_{\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6} \\ &= 2 \times 1~\text{mol} \\ &= 2~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 3: Hitung jumlah mol etanol aktual

Dengan efisiensi 85%, mol etanol aktual = efisiensi × mol teori.

\[ \begin{aligned} n_{\text{etanol, aktual}} &= 0,85 \times n_{\text{etanol, teori}} \\ &= 0,85 \times 2~\text{mol} \\ &= 1,7~\text{mol} \end{aligned} \]

Langkah 4: Evaluasi hipotesis terhadap kesalahan perhitungan pereaksi pembatas pada sistem daur ulang

Hipotesis menyatakan efisiensi 85% akibat kontaminasi. Dalam sistem daur ulang (loop fermentasi), glukosa yang tidak bereaksi dikembalikan, sehingga secara teori, glukosa bukan pereaksi pembatas mutlak karena bisa didaur ulang hingga konversi mendekati 100%.

Namun, kontaminasi (misalnya oleh mikroorganisme lain atau produk samping) menyebabkan kehilangan glukosa efektif atau "jebakan limiting glukosa di loop", menurunkan efisiensi aktual.

Kesalahan perhitungan pereaksi pembatas sering terjadi jika mengasumsikan sistem batch sederhana tanpa recycle, di mana glukosa dianggap pembatas dan efisiensi dihitung berdasarkan konversi sekali jalan.

Dalam sistem daur ulang, perhitungan harus mempertimbangkan siklus berulang, tetapi hipotesis benar karena kontaminasi mengganggu loop, menyebabkan kehilangan cumulatif dan efisiensi turun ke 85%.

Diagram mendukung ini dengan menunjukkan produksi aktual 1,7 mol etanol per mol input, meskipun teori 2 mol, mengindikasikan kontaminasi sebagai faktor utama, bukan kesalahan stoikiometri dasar.

Hubungan dengan stoikiometri:

Rasio stoikiometri tetap berlaku, tapi efisiensi aktual menyesuaikan output karena faktor non-ideal seperti kontaminasi dalam proses industri.

Jawaban:

Jumlah mol etanol aktual = 1,7 mol. Hipotesis valid karena kontaminasi menyebabkan penurunan efisiensi di sistem daur ulang; kesalahan perhitungan pembatas sering mengabaikan efek recycle dan kontaminasi, mengasumsikan konversi ideal.

---

Soal 12 (Tingkat Menengah: Konsep Dasar - Aplikasi Teknologi, dengan Tabel Data)

Di pabrik gas, hukum Avogadro diterapkan untuk stoikiometri reaksi sintesis amonia:
N₂ + 3H₂ → 2NH₃.
Tabel data volume gas pada kondisi sama:

Gas	Volume (L)
N2	22,4
H2	67,2

Peningkatan tekanan memengaruhi volume per hukum Boyle, tetapi stoikiometri tetap.
Hitung volume NH₃ teoritis pada kondisi yang sama, dan jelaskan dampak tekanan terhadap produksi.

1. 44,8 L, peningkatan tekanan meningkatkan rendemen
2. 22,4 L, hukum Boyle mengabaikan rasio mol
3. 44,8 L, tekanan mengurangi volume tetapi stoikiometri tetap
4. 67,2 L, hidrogen berlebih memengaruhi hasil
5. 11,2 L, reaksi hanya setengah selesai akibat tekanan

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 12
Jawaban benar: C.

Penjelasan:

Diketahui reaksi sintesis amonia sesuai hukum Avogadro (volume gas sebanding dengan jumlah mol pada T, P sama):
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g).
Rasio volume gas = rasio koefisien stoikiometri (1 volume N₂ : 3 volume H₂ : 2 volume NH₃).

Diketahui:

\[ \begin{aligned} V_{\text{N}_2} &= 22,4~\text{L} \\ V_{\text{H}_2} &= 67,2~\text{L} \\ \text{Rasio stoikiometri volume (pada T, P sama)} &: 1 : 3 → 2 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung jumlah mol masing-masing pereaksi (untuk identifikasi pembatas)

Pada kondisi sama, 22,4 L = 1 mol (volume molar standar atau kondisi identik). Namun, gunakan rasio volume langsung.

\[ \begin{aligned} n_{\text{N}_2} &\propto V_{\text{N}_2} = 22,4~\text{L} \\ n_{\text{H}_2} &\propto V_{\text{H}_2} = 67,2~\text{L} \\ \text{Rasio aktual} &: V_{\text{N}_2} : V_{\text{H}_2} = 22,4 : 67,2 = 1 : 3 \end{aligned} \]

Rasio sesuai stoikiometri sempurna, sehingga keduanya habis bereaksi tanpa pereaksi pembatas berlebih signifikan dalam rasio.

Langkah 2: Hitung volume NH₃ teoritis

Berdasarkan hukum Avogadro dan Gay-Lussac, volume NH₃ = 2 × volume N₂ (dari koefisien 1 → 2).

\[ \begin{aligned} V_{\text{NH}_3} &= 2 \times V_{\text{N}_2} \\ &= 2 \times 22,4~\text{L} \\ &= 44,8~\text{L} \end{aligned} \]

Verifikasi dengan H₂ (koefisien 3 → 2, sehingga volume NH₃ = $\frac{2}{3} × V_{\text{H}_2}$

\[ \begin{aligned} V_{\text{NH}_3} &= \frac{2}{3} \times 67,2~\text{L} \\ &= 44,8~\text{L} \end{aligned} \]

Langkah 3: Jelaskan dampak tekanan terhadap produksi

Menurut hukum Boyle (P × V = konstan pada T tetap), peningkatan tekanan menurunkan volume semua gas secara proporsional (faktor sama), sehingga rasio stoikiometri volume tetap tidak berubah.

Namun, dalam proses Haber-Bosch, peningkatan tekanan menggeser kesetimbangan ke kanan (Prinsip Le Chatelier) karena jumlah mol gas berkurang (4 mol pereaksi → 2 mol produk), meningkatkan hasil (rendemen) NH₃ meskipun volume molar mengecil; stoikiometri teoritis tetap, tetapi konversi aktual lebih tinggi.

Hubungan dengan hukum Avogadro:

Hukum ini memungkinkan prediksi volume produk dari volume pereaksi pada kondisi sama, yang menjadi dasar perhitungan teoritis di pabrik gas.

Jawaban:

Volume NH₃ teoritis pada kondisi sama = 44,8 L. Tekanan memengaruhi volume absolut via hukum Boyle tetapi tidak rasio stoikiometri; peningkatan tekanan meningkatkan produksi NH₃ dengan menggeser kesetimbangan reaksi ke arah produk.

---

Soal 13 (Tingkat Menengah: Konsep Dasar - Aplikasi Lingkungan)

Emisi gas buang melibatkan hukum Gay-Lussac dalam stoikiometri pembakaran propana:
C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O.

Suhu tinggi meningkatkan volume gas per hukum Charles, tetapi rasio stoikiometri tetap.

Jika 1 volume propana bereaksi dengan 5 volume O₂, hitung volume total gas CO₂ dan H₂O (fase gas), dan jelaskan dampak suhu terhadap hasil.

1. 7 volume, suhu tinggi meningkatkan ekspansi gas
2. 3 volume, hukum Charles mengabaikan H₂O gas
3. 7 volume, suhu meningkatkan volume tetapi rasio stoikiometri tetap
4. 4 volume, oksigen berlebih akibat suhu tinggi
5. 5 volume, reaksi balik terjadi akibat suhu tinggi

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 13
Jawaban benar: C.

Penjelasan:

Diketahui reaksi pembakaran propana sesuai hukum Gay-Lussac (hukum perbandingan volume):
C₃H₈(g) + 5O₂(g) → 3CO₂(g) + 4H₂O(g).

Pada suhu tinggi, H₂O berfase gas, dan rasio volume gas tetap sesuai koefisien stoikiometri (1 volume C₃H₈ : 5 volume O₂ : 3 volume CO₂ : 4 volume H₂O).

Diketahui:

\[ \begin{aligned} V_{\text{C}_3\text{H}_8} &= 1~\text{volume} \\ V_{\text{O}_2} &= 5~\text{volume} \\ \text{Rasio stoikiometri volume (pada T, P sama)} &: 1 : 5 → 3 : 4 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung volume CO₂ yang terbentuk

Berdasarkan hukum Gay-Lussac, volume gas produk sebanding dengan koefisien reaksi. Untuk 1 volume C₃H₈, menghasilkan 3 volume CO₂.

\[ \begin{aligned} V_{\text{CO}_2} &= 3 \times V_{\text{C}_3\text{H}_8} \\ &= 3 \times 1~\text{volume} \\ &= 3~\text{volume} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung volume H₂O (gas) yang terbentuk

Dari reaksi, untuk 1 volume C₃H₈, menghasilkan 4 volume H₂O(g).

\[ \begin{aligned} V_{\text{H}_2\text{O}} &= 4 \times V_{\text{C}_3\text{H}_8} \\ &= 4 \times 1~\text{volume} \\ &= 4~\text{volume} \end{aligned} \]

Langkah 3: Hitung volume total gas CO₂ dan H₂O

Total volume gas produk:

\[ \begin{aligned} V_{\text{total (CO}_2 + \text{H}_2\text{O})} &= V_{\text{CO}_2} + V_{\text{H}_2\text{O}} \\ &= 3~\text{volume} + 4~\text{volume} \\ &= 7~\text{volume} \end{aligned} \]

Langkah 4: Jelaskan dampak suhu terhadap hasil

Menurut hukum Charles (|V//T| = konstan pada P tetap), peningkatan suhu meningkatkan volume semua gas secara proporsional (faktor yang sama), sehingga rasio stoikiometri volume tetap tidak berubah.

Namun, suhu tinggi menjaga H₂O tetap sebagai gas (di atas 100°C pada tekanan atmosfer), memungkinkan perhitungan volume total gas produk.

Jika suhu rendah, H₂O mengembun menjadi cair (volume diabaikan), sehingga volume gas produk hanya dari CO₂ (3 volume), mengubah hasil pengukuran volume gas buang.

Hubungan dengan hukum Gay-Lussac:

Hukum ini memungkinkan prediksi volume gas produk dari volume pereaksi pada suhu dan tekanan sama, yang tetap berlaku meskipun suhu berubah selama rasio diukur pada kondisi identik.

Jawaban:

Volume total gas CO₂ dan H₂O (fase gas) = 7 volume. Suhu memengaruhi volume absolut via hukum Charles tetapi tidak rasio stoikiometri; suhu tinggi mencegah kondensasi H₂O, menjaga kontribusi volumenya dalam emisi gas buang.

---

Soal 14 (Tingkat Tinggi: Analisis Mendalam, Integrasi Hukum Dasar - Aplikasi Industri, dengan Tabel Data)

Tabel berikut menunjukkan komposisi massa karbon dan oksigen dalam senyawa CO dan CO₂, sesuai hukum Proust (proporsi tetap), dengan rasio massa C:O untuk CO adalah 12:16 dan untuk CO₂ adalah 12:32.

Senyawa	Elemen	Massa (g)
CO	Karbon (C)	12
CO	Oksigen (O)	16
CO2	Karbon (C)	12
CO2	Oksigen (O)	32

Dengan menerapkan hukum Lavoisier (konservasi massa), jika 12 g karbon bereaksi dengan oksigen berlebih membentuk CO₂, hitung massa CO₂ yang dihasilkan, dan jelaskan bagaimana tabel memverifikasi konservasi massa.

1. 44 g, tabel mengkonfirmasi proporsi massa tetap
2. 28 g, hukum Lavoisier tidak mempertimbangkan oksigen
3. 44 g, tabel menunjukkan oksigen sebagai pereaksi pembatas
4. 56 g, CO turut terbentuk dalam reaksi
5. 16 g, proporsi hanya setengah akibat data tabel

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 14
Jawaban benar: A.

Penjelasan:

Diketahui komposisi massa dalam senyawa CO dan CO₂ sesuai hukum Proust (proporsi tetap): rasio C:O = 12:16 untuk CO dan 12:32 untuk CO₂.

Reaksi pembentukan CO₂: C + O₂ → CO₂ (atau setara dengan 12 g C bereaksi dengan 32 g O membentuk 44 g CO₂).

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{C} &= 12~\text{g} \\ mM_{C} &= 12~\text{g/mol} \\ mM_{O} &= 16~\text{g/mol} \\ mM_{CO_2} &= 12 + 2\times16 = 44~\text{g/mol} \\ \text{Rasio dalam CO}_2 &: ~C:O = 12:32 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung massa CO₂ yang terbentuk

Berdasarkan rasio stoikiometri tetap dalam CO₂ (hukum Proust), untuk 12 g C dibutuhkan 32 g O, sehingga massa produk:

\[ \begin{aligned} m_{CO_2} &= m_{C} + m_{O} \\ &= 12~\text{g} + 32~\text{g} \\ &= 44~\text{g} \end{aligned} \]

Verifikasi dengan jumlah mol (opsional, untuk konfirmasi):

\[ \begin{aligned} n_{C} &= \frac{12~\text{g}}{12~\text{g/mol}} = 1~\text{mol} \\ \text{Dalam CO}_2, ~1~\text{mol C membentuk}~1~\text{mol CO}_2 \\ m_{CO_2} &= 1~\text{mol} \times 44~\text{g/mol} = 44~\text{g} \end{aligned} \]

Langkah 2: Verifikasi konservasi massa dengan hukum Lavoisier menggunakan tabel

Hukum Lavoisier menyatakan bahwa massa zat sebelum dan sesudah reaksi tetap (kekalan massa).

Dari tabel untuk CO₂, massa C + massa O = 12 g + 32 g = 44 g, yang merupakan massa CO₂ (meskipun tabel tidak mencantumkan massa senyawa secara eksplisit, rasio ini menyiratkan massa total produk).

\[ \begin{aligned} \text{Massa pereaksi yang bereaksi (dari tabel rasio)} &= m_{C} + m_{O~\text{bereaksi}} = 12~\text{g} + 32~\text{g} = 44~\text{g} \\ \text{Massa produk (CO}_2\text{)} &= 44~\text{g} \end{aligned} \]

Tabel memverifikasi konservasi massa karena jumlah massa elemen pembentuk (C dan O) sama dengan massa senyawa yang terbentuk, sesuai rasio tetap.

Oksigen berlebih tidak termasuk dalam perhitungan karena tidak bereaksi, sehingga massa sebelum (yang bereaksi) = massa sesudah.

Hubungan dengan hukum Proust:

Tabel menunjukkan proporsi tetap C:O dalam masing-masing senyawa (12:16 untuk CO dan 12:32 untuk CO₂), yang merupakan dasar untuk menghitung massa O yang bereaksi dan memastikan kekalan massa.

Jawaban:

Massa produk CO₂ = 44 g. Tabel memverifikasi hukum Lavoisier karena massa total elemen dalam rasio (12 g C + 32 g O) sama dengan massa CO₂ (44 g), menunjukkan konservasi massa.

---

Soal 15 (Tingkat Tinggi: Analisis Mendalam, Integrasi Konsep Lintas - Aplikasi Kesehatan)

Senyawa obat mengikuti hukum Dalton (proporsi berganda) dalam stoikiometri kombinasi nitrogen dan oksigen: NO (N:O = 14:16), NO₂ (N:O = 14:32).

Jika 14 g nitrogen bereaksi dengan oksigen berlebih membentuk NO₂, hitung massa produk, dan verifikasi konservasi massa dengan hukum Lavoisier.

1. 46 g, rasio proporsi berganda terkonfirmasi
2. 30 g, hukum Dalton mengabaikan oksigen berlebih
3. 46 g, hukum Lavoisier memverifikasi konservasi massa total
4. 60 g, NO turut terbentuk dalam reaksi
5. 23 g, proporsi setengah akibat hukum Dalton

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 15
Jawaban benar: C.

Penjelasan:

Diketahui kombinasi nitrogen dan oksigen membentuk senyawa sesuai hukum Dalton (proporsi berganda): NO (rasio N:O = 14:16) dan NO₂ (rasio N:O = 14:32).
Reaksi pembentukan NO₂: N₂ + 2O₂ → 2NO₂ (atau setara dengan 14 g N bereaksi dengan 32 g O membentuk 46 g NO₂).

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{N} &= 14~\text{g} \\ mM_{N} &= 14~\text{g/mol} \\ mM_{O} &= 16~\text{g/mol} \\ mM_{NO_2} &= 14 + 2\times16 = 46~\text{g/mol} \\ \text{Rasio dalam NO}_2 &: ~N:O = 14:32 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung massa NO₂ yang terbentuk

Berdasarkan rasio stoikiometri tetap dalam NO₂ (hukum Proust), untuk 14 g N dibutuhkan 32 g O, sehingga massa produk:

\[ \begin{aligned} m_{NO_2} &= m_{N} + m_{O} \\ &= 14~\text{g} + 32~\text{g} \\ &= 46~\text{g} \end{aligned} \]

Verifikasi dengan jumlah mol (opsional, untuk konfirmasi):

\[ \begin{aligned} n_{N} &= \frac{14~\text{g}}{14~\text{g/mol}} = 1~\text{mol} \\ \text{Dalam NO}_2, ~1~\text{mol N membentuk}~1~\text{mol NO}_2 \\ m_{NO_2} &= 1~\text{mol} \times 46~\text{g/mol} = 46~\text{g} \end{aligned} \]

Langkah 2: Verifikasi konservasi massa dengan hukum Lavoisier

Hukum Lavoisier menyatakan bahwa massa zat sebelum dan sesudah reaksi tetap (kekalan massa). Di sini, oksigen berlebih, tetapi massa O yang bereaksi = 32 g.

\[ \begin{aligned} \text{Massa pereaksi yang bereaksi} &= m_{N} + m_{O~\text{bereaksi}} = 14~\text{g} + 32~\text{g} = 46~\text{g} \\ \text{Massa produk} &= m_{NO_2} = 46~\text{g} \end{aligned} \]

Massa sebelum = massa sesudah, sehingga hukum Lavoisier terverifikasi (konservasi massa terpenuhi). Oksigen berlebih tidak termasuk dalam perhitungan reaksi karena tidak bereaksi.

Hubungan dengan hukum Dalton:

Rasio N:O dalam NO = 14:16 = 7:8, dalam NO₂ = 14:32 = 7:16. Untuk massa N tetap (7 bagian), massa O = 8 dan 16 bagian, yang merupakan kelipatan sederhana (1:2), sesuai hukum proporsi berganda.

Jawaban:

Massa produk NO₂ = 46 g. Hukum Lavoisier terverifikasi karena massa total tetap 46 g.

---

Soal 16 (Tingkat Sangat Tinggi: Analisis Mendalam - Menguji Literasi, Prediksi Hasil Eksperimen, Aplikasi Lingkungan)

Diagram senyawa hidrogen dan klorin: HCl (H:Cl = 1:35,5), H₂Cl₂ hipotetis.

"Hukum Dalton memprediksi rasio proporsi berganda bilangan bulat."

Prediksi: Jika 2 g hidrogen bereaksi dengan klorin membentuk HCl, hitung massa klorin yang dibutuhkan, dan evaluasi teks terhadap senyawa hipotetis H₂Cl₂.

1. 71 g, teks benar tentang rasio bilangan bulat
2. 63,9 g, rendemen 90% dari 71 g teoritis
3. 2 g, rasio proporsi tidak memengaruhi perhitungan
4. 35,5 g, reaksi salah akibat interpretasi diagram
5. 142 g, kesalahan rasio mol 1:2

Kunci & Pembahasan

Pembahasan Soal 16
Jawaban benar: A.

Penjelasan:

Diketahui senyawa hidrogen dan klorin mengikuti hukum Dalton (proporsi berganda): HCl dengan rasio H:Cl = 1:35,5 (massa atom H=1, Cl=35,5).

Senyawa hipotetis H₂Cl₂ akan memiliki rasio H:Cl = 2:71 (jika eksis, tapi sebenarnya tidak stabil).
Reaksi pembentukan HCl: H₂ + Cl₂ → 2HCl (atau setara dengan 2 g H bereaksi dengan 71 g Cl membentuk 73 g HCl).

Diketahui:

\[ \begin{aligned} m_{\text{H}} &= 2~\text{g} \quad (\text{atau } 2~\text{g H dalam bentuk H}_2) \\ mM_{\text{H}} &= 1~\text{g/mol} \\ mM_{\text{Cl}} &= 35,5~\text{g/mol} \\ \text{Rasio dalam HCl} &: ~\text{H:Cl} = 1:35,5 \end{aligned} \]

Langkah 1: Hitung massa Cl yang dibutuhkan untuk membentuk HCl

Berdasarkan rasio massa tetap dalam HCl (hukum Proust, dasar dari Dalton), untuk 1 g H dibutuhkan 35,5 g Cl, sehingga untuk 2 g H:

\[ \begin{aligned} m_{\text{Cl}} &= 35,5 \times m_{\text{H}} \\ &= 35,5 \times 2~\text{g} \\ &= 71~\text{g} \end{aligned} \]

Verifikasi dengan jumlah mol (opsional, untuk konfirmasi):

\[ \begin{aligned} n_{\text{H}} &= \frac{2~\text{g}}{1~\text{g/mol}} = 2~\text{mol (atom H)} \\ \text{Dalam HCl, rasio 1 mol H : 1 mol Cl, sehingga } n_{\text{Cl}} &= 2~\text{mol} \\ m_{\text{Cl}} &= 2~\text{mol} \times 35,5~\text{g/mol} = 71~\text{g} \end{aligned} \]

Langkah 2: Evaluasi teks terhadap senyawa hipotetis H₂Cl₂

Hukum Dalton (proporsi berganda) menyatakan bahwa jika dua elemen membentuk lebih dari satu senyawa, maka untuk massa salah satu elemen tetap, massa elemen lain berbanding sebagai bilangan bulat sederhana.

Untuk massa H tetap = 1 g:

Dalam HCl, massa Cl = 35,5 g 

Dalam H_2 Cl hipotetis:
rasio H:Cl = (2 × 1) : (2 × 35,5) = 2:71
Jadi untuk 1 g H, massa Cl = |71//2| = 35,5 g (sama)

Untuk senyawa berbeda dengan formula H Cl (yaitu HCl) dan H Cl_2 (bukan H_2 Cl_2), tapi jika hipotetis H_2 Cl_2 dianggap sebagai senyawa dengan 2H dan 2Cl (rasio sama dengan HCl per H-Cl), maka rasio Cl untuk H tetap = sama (35,5 g Cl per 1 g H), yang melanggar hukum Dalton karena seharusnya berbeda kelipatan bilangan bulat jika lebih dari satu senyawa.

Namun, H_2 Cl_2 hipotetis sebenarnya bukan senyawa stabil (HCl adalah yang utama), dan jika dianggap sebagai (HCl)_2 atau dimer, rasio tetap sama, sehingga tidak membentuk proporsi berganda yang berbeda.

Teks "Hukum Dalton memprediksi rasio proporsi berganda bilangan bulat" benar secara umum, tapi untuk sistem H-Cl, hanya satu senyawa stabil (HCl), sehingga prediksi untuk senyawa hipotetis seperti HCl dan "H Cl_2" (rasio 1:35,5 dan 1:71 = 1:2 kelipatan) akan sesuai, sedangkan H_2 Cl_2 setara dengan rasio sama, tidak memverifikasi proporsi berganda tambahan.

Diagram mungkin mengilustrasikan struktur atom atau komposisi, menunjukkan rasio massa atau atom yang mendukung bilangan bulat dalam kombinasi.

Jawaban:

Massa klorin yang dibutuhkan = 71 g. Teks Hukum Dalton benar karena memprediksi rasio bilangan bulat sederhana untuk senyawa berganda; untuk H₂Cl₂ hipotetis, rasio massa Cl per H sama dengan HCl, sehingga tidak menunjukkan proporsi berganda berbeda (hanya satu rasio unik dalam sistem ini), tapi jika dianggap senyawa lain, akan melanggar jika rasio tidak kelipatan.