Materi Kimia: Hukum Dasar Kimia dan Stoikiometri

Hukum Dasar Kimia dan Stoikiometri adalah fondasi kuantitatif ilmu kimia. Melalui lima hukum fundamental (hukum: kekekalan massa, perbandingan tetap, perbandingan berganda, perbandingan volume, dan hipotesis Avogadro) kita dapat memprediksi dan menghitung dengan tepat perubahan materi dalam reaksi kimia. Materi ini mengajarkan bagaimana menerapkan konsep-konsep tersebut dalam perhitungan stoikiometri yang praktis dan aplikatif.

I: HUKUM DASAR KIMIA

1.1 Pendahuluan

Hukum dasar kimia merupakan fondasi penting dalam ilmu kimia yang menjelaskan hubungan kuantitatif antara zat-zat yang terlibat dalam reaksi kimia. Hukum-hukum ini ditemukan melalui eksperimen dan pengamatan yang cermat oleh para ilmuwan pada abad ke-18 dan ke-19.

Pemahaman tentang hukum dasar kimia akan mengantarkan kita pada kemampuan melakukan perhitungan kimia atau stoikiometri.

1.2 Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)

Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) adalah seorang ilmuwan Prancis yang dikenal sebagai Bapak Kimia Modern. Melalui eksperimen yang cermat, ia menyimpulkan:

"Massa zat sebelum reaksi sama dengan massa zat setelah reaksi"

Dalam sistem tertutup, atom-atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dalam reaksi kimia biasa. Mereka hanya disusun ulang membentuk zat yang berbeda.

Contoh Soal 1.1

Sebanyak 4 gram kalsium dibakar dengan oksigen menghasilkan 5,6 gram kalsium oksida. Berapa massa (m) oksigen yang bereaksi?

Pembahasan:

Menurut Hukum Lavoisier:

$ \begin{aligned} \text{m sebelum reaksi} &= \text{m setelah reaksi} \\ m_{Ca} + m_{O_2} &= m_{CaO} \\ 4 \text{ g} + m_{O_2} &= 5,6 \text{ g} \\ m_{O_2} &= 5,6 \text{ g} - 4 \text{ g} \\ &= 1,6 \text{ g} \end{aligned} $

Jadi, massa oksigen yang bereaksi adalah 1,6 gram.

Contoh Soal 1.2

Jika 10 gram magnesium dibakar dalam udara dan menghasilkan 16,6 gram magnesium oksida, berapa persen massa magnesium dalam senyawa tersebut?

Pembahasan:

Massa oksigen yang bereaksi = massa magnesium oksida - massa magnesium:

$ \begin{aligned} m_{O_2} &= 16,6 \text{ g} - 10 \text{ g} \\ &= 6,6 \text{ g} \end{aligned} $

Persentase magnesium dalam magnesium oksida:

$ \begin{aligned} \% \text{Mg} &= \dfrac{m_{Mg}}{m_{MgO}} \times 100\% \\ &= \dfrac{10}{16,6} \times 100\% \\ &= 60,24\% \end{aligned} $

Contoh Soal 1.3

Sebanyak 2,4 gram karbon bereaksi sempurna dengan oksigen menghasilkan 8,8 gram gas karbon dioksida. Tentukan massa oksigen yang diperlukan!

Pembahasan:

$ \begin{aligned} m_C + m_{O_2} &= m_{CO_2} \\ 2,4 \text{ g} + m_{O_2} &= 8,8 \text{ g} \\ m_{O_2} &= 8,8 \text{ g} - 2,4 \text{ g} \\ &= 6,4 \text{ g} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.4

Dalam wadah tertutup, 5 gram hidrogen bereaksi dengan oksigen membentuk air. Jika massa air yang dihasilkan adalah 45 gram, berapa massa oksigen yang bereaksi?

Pembahasan:

$ \begin{aligned} m_{H_2} + m_{O_2} &= m_{H_2O} \\ 5 \text{ g} + m_{O_2} &= 45 \text{ g} \\ m_{O_2} &= 45 \text{ g} - 5 \text{ g} \\ &= 40 \text{ g} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.5

Sebanyak 12 gram logam tembaga dipanaskan dalam udara menghasilkan 15 gram tembaga(II) oksida. Hitung massa oksigen yang bereaksi dan persentase tembaga dalam senyawa tersebut!

Pembahasan:

Massa oksigen:

$ \begin{aligned} m_{Cu} + m_{O_2} &= m_{CuO} \\ 12 \text{ g} + m_{O_2} &= 15 \text{ g} \\ m_{O_2} &= 15 \text{ g} - 12 \text{ g} \\ &= 3 \text{ g} \end{aligned} $

Persentase tembaga:

$ \begin{aligned} \% \text{Cu} &= \dfrac{m_{Cu}}{m_{CuO}} \times 100\% \\ &= \dfrac{12}{15} \times 100\% \\ &= 80\% \end{aligned} $

1.3 Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)

Joseph Louis Proust (1754-1826) menyatakan bahwa:

"Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap, tidak bergantung pada asal-usul atau cara pembuatannya"

Hukum ini menjelaskan bahwa setiap senyawa memiliki komposisi yang tetap dan pasti. Misalnya, air (H₂O) selalu memiliki perbandingan massa H:O = 1:8, tidak peduli berasal dari mana.

Contoh Soal 1.6

Air memiliki perbandingan massa H:O = 1:8. Jika terdapat 9 gram hidrogen, berapa massa oksigen yang diperlukan untuk membentuk air?

Pembahasan:

Perbandingan massa H:O = 1:8, artinya:

$ \begin{aligned} \dfrac{m_H}{m_O} &= \dfrac{1}{8} \\ \dfrac{9 \text{ g}}{m_O} &= \dfrac{1}{8} \\ m_O &= 9 \text{ g} \times 8 \\ &= 72 \text{ g} \end{aligned} $

Jadi, diperlukan 72 gram oksigen.

Contoh Soal 1.7

Karbon dioksida (CO₂) memiliki perbandingan massa C:O = 3:8. Jika tersedia 12 gram karbon, berapa massa karbon dioksida yang dapat dihasilkan?

Pembahasan:

Perbandingan massa C:O = 3:8, maka perbandingan C:CO₂ = 3:11 (karena 3 + 8 = 11).

$ \begin{aligned} \dfrac{m_C}{m_{CO_2}} &= \dfrac{3}{11} \\ \dfrac{12 \text{ g}}{m_{CO_2}} &= \dfrac{3}{11} \\ m_{CO_2} &= 12 \text{ g} \times \dfrac{11}{3} \\ &= 44 \text{ g} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.8

Suatu senyawa besi oksida mengandung 70% besi dan 30% oksigen. Tentukan perbandingan massa Fe:O dalam senyawa tersebut!

Pembahasan:

$ \begin{aligned} \text{Perbandingan persen Fe:O} &= 70\%:30\% \\ &= 70:30 \\ &= 7:3 \end{aligned} $

Jadi, perbandingan massa Fe:O = 7:3.

Contoh Soal 1.9

Dalam 100 gram senyawa magnesium oksida, terdapat 60 gram magnesium. Tentukan perbandingan massa Mg:O dan rumus empiris senyawa tersebut! (Ar: Mg = 24, O = 16)

Pembahasan:

m O = 100 g - 60 g = 40 g

Perbandingan massa Mg:O = 60 g:40 g = 3:2

Menentukan rumus empiris:

$ \begin{aligned} n_{Mg} &= \dfrac{60~g}{24~g/mol} = 2,5~mol \\ n_O &= \dfrac{40~g}{16~g/mol} = 2,5~mol \\ Perbandingan~& n_{Mg}~dengan~n_O:\\ n_{Mg}:n_O &= 2,5~mol:2,5~mol = 1:1 \end{aligned} $

Jadi, rumus empirisnya adalah MgO.

Contoh Soal 1.10

Perbandingan massa nitrogen dan oksigen dalam senyawa NO₂ adalah 7:16. Jika 14 gram nitrogen bereaksi dengan oksigen berlebih, berapa massa NO₂ yang dihasilkan?

Pembahasan:

Perbandingan massa N:O = 7:16, maka perbandingan massa N:NO₂ = 7:23 (7+16=23).

$ \begin{aligned} \dfrac{m_N}{m_{NO_2}} &= \dfrac{7}{23} \\ \dfrac{14 \text{ g}}{m_{NO_2}} &= \dfrac{7}{23} \\ m_{NO_2} &= 14 \text{ g} \times \dfrac{23}{7} \\ &= 46 \text{ g} \end{aligned} $

1.4 Hukum Perbandingan Berganda (Hukum Dalton)

John Dalton (1766-1844) menemukan bahwa:

"Jika dua unsur dapat membentuk lebih dari satu senyawa, dan massa salah satu unsur dalam senyawa-senyawa itu dibuat tetap, maka perbandingan massa unsur yang lainnya akan merupakan bilangan bulat sederhana"

Hukum ini menjelaskan mengapa unsur-unsur dapat membentuk beberapa senyawa yang berbeda (seperti CO dan CO₂).

Contoh Soal 1.11

Karbon dan oksigen dapat membentuk dua senyawa. Senyawa I mengandung 42,9% C dan 57,1% O. Senyawa II mengandung 27,3% C dan 72,7% O. Tunjukkan bahwa kedua senyawa ini memenuhi Hukum Dalton!

Pembahasan:

Kita buat massa C tetap sama, misalnya 1 gram.

Untuk Senyawa I: Perbandingan persen C:O = 42,9:57,1

Jika massa C = 1 g, maka massa O:

$ \begin{aligned} \dfrac{42,9}{57,1} &= \dfrac{1}{m_O} \\ m_O &= \dfrac{57,1}{42,9} = 1,33 \text{ g} \end{aligned} $

Untuk Senyawa II: Perbandingan persen C:O = 27,3:72,7

Jika massa C = 1 g, maka massa O:

$ \begin{aligned} \dfrac{27,3}{72,7} &= \dfrac{1}{m_O} \\ m_O &= \dfrac{72,7}{27,3} = 2,66 \text{ g} \end{aligned} $

Perbandingan massa O dalam senyawa I dan II (dengan C tetap) = 1,33:2,66 = 1:2 (bilangan bulat sederhana). Memenuhi Hukum Dalton.

Contoh Soal 1.12

Nitrogen dan oksigen membentuk senyawa N₂O, NO, dan NO₂. Dengan massa nitrogen yang sama, perbandingan massa oksigen dalam ketiga senyawa tersebut adalah...

Pembahasan:

Misalkan massa nitrogen = 28 g (sesuai dengan 1 mol atom N atau setara dengan massa molar N₂).

N₂O: m_O = 16 g

NO: m_O = 16 g (karena perbandingan massa N:O = 14:16, jadi untuk 28 g N perlu 32 g O)

NO₂: m_O = 32 g

Perbandingan m_O dalam N₂O:NO:NO₂ dengan N tetap = 16:32:64 = 1:2:4

Contoh Soal 1.13

Unsur belerang dan oksigen membentuk dua senyawa. Senyawa A mengandung 50% belerang, sedangkan senyawa B mengandung 40% belerang. Buktikan bahwa kedua senyawa ini memenuhi Hukum Perbandingan Berganda!

Pembahasan:

Senyawa A: S:O = 50:50 = 1:1

Senyawa B: S:O = 40:60 = 2:3

Untuk membandingkan, kita buat massa S sama, misalnya 2 gram.

Senyawa A (S:O = 1:1): Jika m_S = 2 g, maka m_O = 2 g

Senyawa B (S:O = 2:3): Jika m_S = 2 g, maka m_O = 3 g

Perbandingan massa O dalam senyawa A dan B (dengan S tetap) = 2:3 (bilangan bulat sederhana). Memenuhi Hukum Dalton.

Contoh Soal 1.14

Karbon dan hidrogen membentuk metana (CH₄) dan etana (C₂H₆). Dengan massa karbon yang sama, berapa perbandingan massa hidrogen dalam kedua senyawa tersebut? (Ar: C = 12, H = 1)

Pembahasan:

CH₄: m_C:m_H = 12:4 = 3:1

C₂H₆: m_C:m_H = 24:6 = 4:1

Kita samakan massa karbon, KPK dari 12 dan 24 adalah 24.

CH₄: Untuk C = 24 g, maka H = 8 g (karena perbandingan 3:1, jadi 24:8)

C₂H₆: Untuk C = 24 g, maka H = 6 g (sudah sesuai)

Perbandingan massa H dalam CH₄ dan C₂H₆ = 8:6 = 4:3

Contoh Soal 1.15

Belerang dan fluor membentuk dua senyawa. Senyawa I mengandung 31,5% belerang dan 68,5% fluor. Senyawa II mengandung 25,2% belerang dan 74,8% fluor. Tunjukkan bahwa kedua senyawa mematuhi Hukum Dalton!

Pembahasan:

Senyawa I: S:F = 31,5:68,5 = 315:685 = 63:137 (disederhanakan)

Senyawa II: S:F = 25,2:74,8 = 252:748 = 63:187 (disederhanakan)

Kita buat massa S sama yaitu 63 g.

Senyawa I: m_F = 137 g

Senyawa II: m_F = 187 g

Perbandingan m_F dalam senyawa I dan II = 137:187 ≈ 1:1,365 ≈ 3:4 (setelah dikalikan 3, menjadi 411:561 ≈ 3:4)

Jadi perbandingannya mendekati bilangan bulat sederhana 3:4.

1.5 Hukum Perbandingan Volume (Hukum Gay-Lussac)

Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) menemukan bahwa:

"Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas-gas yang bereaksi dan volume gas-gas hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat sederhana"

Hukum ini berlaku hanya untuk gas, karena volume gas sangat dipengaruhi oleh suhu dan tekanan.

Contoh Soal 1.16

Pada reaksi: 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g). Jika volume H₂ yang bereaksi adalah 4 L, berapa volume O₂ yang diperlukan dan volume H₂O yang dihasilkan? (semua diukur pada P dan T sama)

Pembahasan:

Dari persamaan reaksi: Perbandingan volume H₂:O₂:H₂O = 2:1:2

Jika $V_{H_2}$ = 4 L, maka:

$ \begin{aligned} V_{O_2} &= \dfrac{1}{2} \times 4 \text{ L} = 2 \text{ L} \\ V_{H_2O} &= \dfrac{2}{2} \times 4 \text{ L} = 4 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.17

Pada reaksi: N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g). Jika 10 L gas nitrogen bereaksi sempurna, berapa volume gas hidrogen yang diperlukan dan volume amonia yang dihasilkan?

Pembahasan:

Perbandingan volume N₂:H₂:NH₃ = 1:3:2

Jika $V_{N_2}$ = 10 L, maka:

$ \begin{aligned} V_{H_2} &= 3 \times 10 \text{ L} = 30 \text{ L} \\ V_{NH_3} &= 2 \times 10 \text{ L} = 20 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.18

Sebanyak 12 L gas hidrogen klorida (HCl) terurai menjadi gas hidrogen dan gas klorin. Berapa volume masing-masing gas hasil penguraian? (Reaksi: 2HCl(g) → H₂(g) + Cl₂(g))

Pembahasan:

Perbandingan volume HCl:H₂:Cl₂ = 2:1:1

Jika V HCl = 12 L, maka:

$ \begin{aligned} V_{H_2} &= \dfrac{1}{2} \times 12 \text{ L} = 6 \text{ L} \\ V_{Cl_2} &= \dfrac{1}{2} \times 12 \text{ L} = 6 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.19

Pada pembakaran sempurna gas propana (C₃H₈): C₃H₈(g) + 5O₂(g) → 3CO₂(g) + 4H₂O(g). Jika volume O₂ yang digunakan adalah 25 L, berapa volume propana yang dibakar dan volume CO₂ yang dihasilkan?

Pembahasan:

Perbandingan volume C₃H₈:O₂:CO₂ = 1:5:3

Jika volume O₂ = 25 L, maka:

$ \begin{aligned} V_{C_3H_8} &= \dfrac{1}{5} \times 25 \text{ L} = 5 \text{ L} \\ V_{CO_2} &= \dfrac{3}{5} \times 25 \text{ L} = 15 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.20

Campuran 10 L gas etena (C₂H₄) dan 50 L gas oksigen dibakar sempurna menurut reaksi: C₂H₄(g) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 2H₂O(g). Tentukan gas sisa setelah reaksi dan volumenya!

Pembahasan:

Perbandingan volume C₂H₄:O₂ = 1:3

Untuk 10 L C₂H₄ diperlukan O₂ = 3 × 10 L = 30 L

$V_{O_2}$ yang tersedia = 50 L, jadi O₂ berlebih.

$V_{O_2}$ yang bereaksi = 30 L, sisa = 50 L - 30 L = 20 L

$V_{CO_2}$ yang dihasilkan = 2 × 10 L = 20 L

$V_{H_2O}$ yang dihasilkan = 2 × 10 L = 20 L

Jadi, setelah reaksi terdapat: CO₂ 20 L, H₂O 20 L, dan O₂ sisa 20 L.

1.6 Hipotesis Avogadro

Amedeo Avogadro (1776-1856) mengajukan hipotesis yang kemudian menjadi dasar penting dalam kimia:

"Pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama mengandung jumlah molekul yang sama"

Hipotesis ini menjelaskan mengapa Hukum Gay-Lussac berlaku. Dari hipotesis Avogadro, kita mendapatkan konsep volume molar gas, yaitu volume 1 mol gas pada kondisi standar (0°C, 1 atm) sebesar 22,4 L.

Contoh Soal 1.21

Pada suhu dan tekanan tertentu, 2 L gas nitrogen (N₂) mengandung 5 × 10²² molekul. Berapa banyak molekul yang terdapat dalam 3 L gas oksigen (O₂) pada kondisi yang sama?

Pembahasan:

Menurut Avogadro, pada P dan T sama, perbandingan volume = perbandingan jumlah molekul.

$ \begin{aligned} \dfrac{V_1}{V_2} &= \dfrac{n_1}{n_2} \\ \dfrac{2 \text{ L}}{3 \text{ L}} &= \dfrac{5 \times 10^{22}}{n_2} \\ n_2 &= 5 \times 10^{22} \times \dfrac{3}{2} \\ &= 7,5 \times 10^{22} \text{ molekul} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.22

Pada kondisi STP (Standard Temperature and Pressure: 0°C, 1 atm), berapa volume dari 3,01 × 10²³ molekul gas CO₂?

Pembahasan:

Jumlah n CO₂:

$ \begin{aligned} n_{CO_2} &= \dfrac{jumlah~partikel~CO_2}{N_A} \\ &= \dfrac{3,01 \times 10^{23}}{6,02 \times 10^{23}} \\ &= 0,5 \text{ mol} \end{aligned} $

Volume pada STP:

$ \begin{aligned} V_{CO_2} &= n_{CO_2} \times 22,4 \text{ L/mol} \\ &= 0,5 \text{ mol} \times 22,4 \text{ L/mol} \\ &= 11,2 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 1.23

Pada P dan T sama, 1 L gas X massanya 1,5 gram. Jika pada kondisi yang sama 1 L gas O₂ massanya 2 gram, tentukan massa molekul relatif (M_r) gas X! (M_r O₂ = 32)

Pembahasan:

Pada P dan T sama, volume sama berarti jumlah molekul sama (Avogadro).

Perbandingan massa = perbandingan M_r:

$ \begin{aligned} \dfrac{m_X}{m_{O_2}} &= \dfrac{M_{r_X}}{M_{r_{O_2}}} \\ \dfrac{1,5}{2} &= \dfrac{M_{r_X}}{32} \\ M_{r_X} &= 32 \times \dfrac{1,5}{2} \\ &= 24 \end{aligned} $

Contoh Soal 1.24

Pada suhu dan tekanan tertentu, 0,5 gram gas hidrogen (H₂) memiliki volume 6 L. Berapa volume dari 8 gram gas oksigen (O₂) pada kondisi yang sama? (Ar: H = 1, O = 16)

Pembahasan:

$n_{H_2} = \dfrac{0,5~g}{2~g/mol}$ = 0,25 mol

Volume 0,25 mol gas = 6 L (pada kondisi tersebut)

$n_{O_2} = \dfrac{8~g}{32~g/mol}$ = 0,25 mol

Karena $n_{O_2} = n_{H_2}$ = 0,25 mol, maka volume O₂ juga = 6 L (pada P dan T sama).

Contoh Soal 1.25

Berapa jumlah molekul yang terdapat dalam 5,6 L gas nitrogen (N₂) pada keadaan STP?

Pembahasan:

$n_{N_2}$ pada STP:

$ \begin{aligned} n_{N_2} &= \dfrac{V_{N_2}}{22,4~L/mol} \\ &= \dfrac{5,6 \text{ L}}{22,4 \text{ L/mol}} \\ &= 0,25 \text{ mol} \end{aligned} $

Jumlah molekul:

$ \begin{aligned} \text{Jumlah partikel} &= n_{N_2} \times N_A \\ &= 0,25 \text{ mol} \times 6,02 \times 10^{23} \text{ molekul/mol} \\ &= 1,505 \times 10^{23} \text{ molekul} \end{aligned} $

Latihan Hukum Kekekalan Massa (Lavoisier)

Soal Latihan 1

Sebanyak 12 gram magnesium dibakar dalam udara menghasilkan 20 gram magnesium oksida. Berapa massa oksigen yang bereaksi?

Kunci Jawaban:

$m_O$ = 8 gram

Soal Latihan 2

Dalam wadah tertutup, 7 gram besi bereaksi dengan belerang menghasilkan 11 gram besi sulfida. Tentukan massa belerang yang bereaksi!

Kunci Jawaban:

$m_S$ = 4 gram

Latihan Hukum Perbandingan Tetap (Proust)

Soal Latihan 3

Perbandingan massa tembaga dan belerang dalam tembaga sulfida adalah 4:1. Jika tersedia 20 gram tembaga, berapa massa tembaga sulfida yang dapat dibentuk?

Kunci Jawaban:

$m_{CuS}$ = 25 gram

Soal Latihan 4

Dalam 100 gram senyawa natrium klorida (NaCl), terdapat 39,3 gram natrium. Tentukan perbandingan massa Na:Cl dalam senyawa tersebut!

Kunci Jawaban:

Perbandingan Na:Cl = 39,3:60,7 = sekitar 2:3

Latihan Hukum Perbandingan Berganda (Dalton)

Soal Latihan 5

Unsur A dan B membentuk dua senyawa. Senyawa I mengandung 75% A dan 25% B. Senyawa II mengandung 60% A dan 40% B. Tunjukkan bahwa kedua senyawa memenuhi Hukum Perbandingan Berganda!

Kunci Jawaban:

Dengan massa A tetap 3 gram, massa B pada senyawa I = 1 gram, pada senyawa II = 2 gram. Perbandingan B = 1:2 (bilangan bulat sederhana)

Soal Latihan 6

Karbon dan oksigen membentuk CO dan CO₂. Dalam CO, perbandingan massa C:O = 3:4. Dalam CO₂, perbandingan massa C:O = 3:8. Dengan massa karbon tetap 6 gram, tentukan perbandingan massa oksigen dalam kedua senyawa!

Kunci Jawaban:

$m_O$ dalam CO = 8 gram, dalam CO₂ = 16 gram. Perbandingan = 8:16 = 1:2

Latihan Hukum Perbandingan Volume (Gay-Lussac)

Soal Latihan 7

Pada reaksi: 2CO(g) + O₂(g) → 2CO₂(g). Jika volume CO yang bereaksi adalah 8 L (diukur pada P,T tertentu), berapa volume O₂ yang diperlukan dan volume CO₂ yang dihasilkan?

Kunci Jawaban:

$V_{O_2}$ = 4 L, $V_{CO_2}$ = 8 L

Soal Latihan 8

Pada penguraian gas amonia: 2NH₃(g) → N₂(g) + 3H₂(g). Jika dihasilkan 9 L gas hidrogen, berapa volume gas amonia yang terurai?

Kunci Jawaban:

$V_{NH_3}$ yang terurai = 6 L

Latihan Hipotesis Avogadro

Soal Latihan 9

Pada P dan T sama, 2 L gas X mengandung 4 × 10²² molekul. Berapa jumlah molekul dalam 5 L gas Y pada kondisi yang sama?

Kunci Jawaban:

Jumlah molekul = 1 × 10²³ molekul

Soal Latihan 10

Berapa volume dari 1,204 × 10²³ molekul gas N₂ pada keadaan STP?

Kunci Jawaban:

$V_{N_2}$ = 4,48 L

II: STOIKIOMETRI (PERHITUNGAN KIMIA)

2.1 Konsep Mol dan Hubungannya

Mol adalah satuan jumlah zat dalam ilmu kimia yang setara dengan 6,02 × 10²³ partikel (bilangan Avogadro, N_A).

Konsep	Rumus	Keterangan
Jumlah partikel	$n_X = \dfrac{jumlah~partikel~X}{N_A}$	NA = 6,02 × 1023
$m_X$	$n_X = \dfrac{m_X}{mM_X}$	$mM_X = massa molar X$ (Ar atau Mr dengan satuan g/mol)
Volume gas (STP)	$n_X = \dfrac{V_X}{22,4~L/mol}$	STP: 0°C, 1 atm
Molaritas larutan	$n_X = [X] \times V_X$	[X] = molaritas larutan X (mol/L), VX = volume X (L)

Contoh Soal 2.1

Hitung jumlah mol dalam 90 gram air (H₂O)! (Ar: H = 1, O = 16)

Pembahasan:

M_r H₂O = (2×1) + 16 = 18
$mM_{H_2O}$ = 18 g/mol

$ \begin{aligned} n_{H_2O} &= \dfrac{m_{H_2O}}{mM_{H_2O}} \\ &= \dfrac{90 \text{ g}}{18 \text{ g/mol}} \\ &= 5 \text{ mol} \end{aligned} $

Contoh Soal 2.2

Berapa jumlah atom yang terdapat dalam 0,25 mol besi (Fe)?

Pembahasan:

$ \begin{aligned} \text{Jumlah atom Fe} &= n_{Fe} \times N_A \\ &= 0,25 \text{ mol} \times 6,02 \times 10^{23} \text{ atom/mol} \\ &= 1,505 \times 10^{23} \text{ atom} \end{aligned} $

Contoh Soal 2.3

Hitung volume dari 3,2 gram gas metana (CH₄) pada keadaan STP! (Ar: C = 12, H = 1)

Pembahasan:

M_r CH₄ = 12 + (4×1) = 16
mM CH₄ = 16 g/mol

$ \begin{aligned} n_{CH_4} &= \dfrac{m_{CH_4}}{mM_{CH_4}} \\ &= \dfrac{3,2 \text{ g}}{16 \text{ g/mol}} = 0,2 \text{ mol} \\ V_{CH_4} &= n_{CH_4} \times 22,4 \text{ L/mol} \\ &= 0,2 \text{ mol} \times 22,4 \text{ L/mol} \\ &= 4,48 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 2.4

Berapa massa dari 2,408 × 10²² molekul urea (CO(NH₂)₂)? (Ar: C = 12, O = 16, N = 14, H = 1)

Pembahasan:

M_r urea = 12 + 16 + (2×14) + (4×1) = 60
mM_urea = 60 g/mol

$ \begin{aligned} n_{urea} &= \dfrac{\text{jumlah partikel urea}}{N_A} \\ &= \dfrac{2,408 \times 10^{22}}{6,02 \times 10^{23}} = 0,04 \text{ mol} \\ \text{m}_{urea} &= n_{urea} \times mM_{urea} \\ &= 0,04 \text{ mol} \times 60 \text{ g/mol} \\ &= 2,4 \text{ g} \end{aligned} $

Contoh Soal 2.5

Hitung jumlah molekul yang terdapat dalam 11,2 L gas NH₃ pada keadaan STP!

Pembahasan:

$ \begin{aligned} n_{NH_3} &= \dfrac{V_{NH_3}}{22,4~L/mol} \\ n_{NH_3} &= \dfrac{11,2 \text{ L}}{22,4 \text{ L/mol}} = 0,5 \text{ mol} \\ \text{Jumlah molekul}~NH_3 &= n_{NH_3} \times N_A \\ &= 0,5 \text{ mol} \times 6,02 \times 10^{23} \text{ molekul/mol} \\ &= 3,01 \times 10^{23} \text{ molekul} \end{aligned} $

2.2 Stoikiometri Reaksi

Stoikiometri reaksi adalah perhitungan kuantitatif zat-zat yang terlibat dalam reaksi kimia berdasarkan persamaan reaksi yang setara.

Langkah-langkah penyelesaian:

1. Tulis persamaan reaksi setara
2. Ubah semua data ke dalam satuan mol
3. Gunakan perbandingan koefisien untuk menentukan mol zat yang ditanya
4. Ubah kembali ke satuan yang diminta

Contoh Soal 2.6

Diketahui reaksi: 2Al(s) + 3H₂SO₄(aq) → Al₂(SO₄)₃(aq) + 3H₂(g). Jika 5,4 gram aluminium (Ar Al = 27) bereaksi sempurna, hitung:
a. Massa H₂SO₄ yang diperlukan (M_r H₂SO₄ = 98)
b. Volume gas H₂ yang dihasilkan pada STP

Pembahasan:

$n_{Al} = \dfrac{5,4~g}{27~g/mol}$ = 0,2 mol

Dari persamaan: 2Al ~ 3H₂SO₄ ~ 3H₂

1. n H₂SO₄:
   $ \begin{aligned} \dfrac{n_{H_2SO_4}}{n_{Al}} &= \dfrac{3}{2} \\ n_{H_2SO_4} &= 0,2 \text{ mol} \times \dfrac{3}{2} = 0,3 \text{ mol} \\ m_{H_2SO_4} &= 0,3 \text{ mol} \times 98 \text{ g/mol} = 29,4 \text{ g} \end{aligned} $
   
2. n H₂:
   $ \begin{aligned} n_{H_2} &= 0,2 \text{ mol} \times \dfrac{3}{2} = 0,3 \text{ mol} \\ V_{H_2} &= 0,3 \text{ mol} \times 22,4 \text{ L/mol} = 6,72 \text{ L} \end{aligned} $
   

Contoh Soal 2.7

Sebanyak 10 gram kalsium karbonat (M_r CaCO₃ = 100) dipanaskan menurut reaksi: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g). Hitung:
a. Massa CaO yang dihasilkan (M_r CaO = 56)
b. Volume CO₂ pada STP

Pembahasan:

$n_{CaCO_3} = \dfrac{10~g}{100~g/mol}$ = 0,1 mol

Dari persamaan: CaCO₃ ~ CaO ~ CO₂

1. $n_{CaO}$ = 0,1 mol (koefisien sama)
   $m_{CaO}$ = 0,1 mol × 56 g/mol = 5,6 g
2. $n_{CO_2}$ = 0,1 mol
   $V_{CO_2}$ = 0,1 mol × 22,4 L/mol = 2,24 L

Contoh Soal 2.8

Pembakaran sempurna gas propana: C₃H₈(g) + 5O₂(g) → 3CO₂(g) + 4H₂O(g). Jika volume gas O₂ yang diperlukan adalah 25 L (diukur pada P,T tertentu), hitung:
a. Volume gas propana
b. Volume gas CO₂ yang dihasilkan

Pembahasan:

Perbandingan volume = perbandingan koefisien = C₃H₈:O₂:CO₂ = 1:5:3

a. $V_{C_3H_8} = \dfrac{1}{5}$ × 25 L = 5 L

b. $V_{CO_2} = \dfrac{3}{5}$ × 25 L = 15 L

Contoh Soal 2.9

Sebanyak 2,7 gram aluminium (Ar Al = 27) direaksikan dengan asam klorida menurut reaksi: 2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl₃(aq) + 3H₂(g). Hitung:
a. Massa AlCl₃ yang dihasilkan (M_r AlCl₃ = 133,5)
b. Volume gas H₂ pada STP

Pembahasan:

$m_{Al} = \dfrac{2,7~g}{27~g/mol}$ = 0,1 mol

Dari persamaan: 2Al ~ 2AlCl₃ ~ 3H₂

1. $n_{AlCl_3}$ = 0,1 mol (koefisien sama dengan Al)
   $m_{AlCl_3}$ = 0,1 mol × 133,5 g/mol = 13,35 g
   
2. $n_{H_2}$:
   
   $ \begin{aligned} n_{H_2} &= 0,1 \text{ mol} \times \dfrac{3}{2} = 0,15 \text{ mol} \\ V_{H_2} &= 0,15 \text{ mol} \times 22,4 \text{ L/mol} = 3,36 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 2.10

Sebanyak 8 gram belerang (Ar S = 32) dibakar dengan oksigen berlebih menghasilkan gas SO₂. Hitung:
a. Massa SO₂ yang dihasilkan (M_r SO₂ =64)
b. Volume oksigen yang diperlukan pada STP (Reaksi: S + O₂ → SO₂)

Pembahasan:

$n_S = \dfrac{8~g}{32~g/mol}$ = 0,25 mol

Dari persamaan: S ~ O₂ ~ SO₂

1. $n_{SO_2}$ = 0,25 mol
   $m_{SO_2}$ = 0,25 mol × 64 g/mol = 16 g
   
2. $n_{O_2}$ = 0,25 mol
   $V_{O_2}$ = 0,25 mol × 22,4 L/mol = 5,6 L
   

2.3 Pereaksi Pembatas

Pereaksi pembatas adalah zat yang pertama kali habis dalam reaksi kimia dan membatasi jumlah produk yang dapat dihasilkan.

Cara menentukan pereaksi pembatas:

1. Ubah massa semua reaktan menjadi mol
2. Bagi mol masing-masing reaktan dengan koefisiennya
3. Reaktan dengan hasil bagi terkecil adalah pereaksi pembatas

Contoh Soal 2.11

Sebanyak 5,4 gram aluminium (Ar: Al = 27) direaksikan dengan 14,6 gram HCl (M_r HCl = 36,5) menurut reaksi: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂. Tentukan:
a. Pereaksi pembatas
b. Massa AlCl₃ yang dihasilkan (M_r AlCl₃ = 133,5)
c. Volume H₂ pada STP

Pembahasan:

$n_{Al} = \dfrac{5,4~g}{27~g/mol}$ = 0,2 mol

$n_{HCl} = \dfrac{14,6~g}{36,5~g/mol}$ = 0,4 mol

a. Menentukan pereaksi pembatas:

$ \begin{aligned} \text{Al: } &= \dfrac{n_{Al}}{koef~Al} = \dfrac{0,2~mol}{2} = 0,1~mol \\ \text{HCl: } &= \dfrac{n_{HCl}}{koef~HCl} =\dfrac{0,4~mol}{6} = 0,067~mol \end{aligned} $

Karena 0,067 mol < 0,1 mol, maka HCl adalah pereaksi pembatas.

b. $n_{HCl}$ = 0,4 mol sebagai pembatas

Dari persamaan: 6HCl ~ 2AlCl₃

$ \begin{aligned} n_{AlCl_3} &= 0,4 \text{ mol} \times \dfrac{2}{6} = 0,133 \text{ mol} \\ m_{AlCl_3} &= 0,133 \text{ mol} \times 133,5 \text{ g/mol} = 17,78 \text{ g} \end{aligned} $

c. Dari persamaan: 6HCl ~ 3H₂

$ \begin{aligned} n_{H_2} &= 0,4 \text{ mol} \times \dfrac{3}{6} = 0,2 \text{ mol} \\ V_{H_2} &= 0,2 \text{ mol} \times 22,4 \text{ L/mol} = 4,48 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 2.12

Sebanyak 28 gram nitrogen (M_r N₂ = 28) direaksikan dengan 10 gram hidrogen (M_r H₂ = 2) menurut reaksi: N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Tentukan:
a. Pereaksi pembatas
b. Massa NH₃ yang dihasilkan (M_r NH₃ = 17)
c. Massa reaktan yang tersisa

Pembahasan:

$n_{N_2} = \dfrac{28~g}{28~g/mol}$ = 1 mol

$n_{H_2} = \dfrac{10~g}{2~g/mol}$ = 5 mol

a. Menentukan pereaksi pembatas:

$ \begin{aligned} N_2 &= \dfrac{n_{N_2}}{koef~N_2} = \dfrac{1~mol}{1} = 1~mol \\ H_2 &= \dfrac{n_{H_2}}{koef~H_2} =\dfrac{5~mol}{3} = 1,67~mol \end{aligned} $

Karena 1 mol < 1,67 mol, maka N₂ adalah pereaksi pembatas.

b. Dari persamaan: N₂ ~ 2NH₃

$ \begin{aligned} n_{NH_3} &= 1 \text{ mol} \times 2 = 2 \text{ mol} \\ m_{NH_3} &= 2 \text{ mol} \times 17 \text{ g/mol} = 34 \text{ g} \end{aligned} $

c. H₂ yang bereaksi: Dari N₂:H₂ = 1:3, maka H₂ bereaksi = 3 mol

H₂ sisa = 5 mol - 3 mol = 2 mol = 4 gram

Contoh Soal 2.13

Sebanyak 10 gram kalsium (Ar Ca = 40) direaksikan dengan 10 gram oksigen (M_r O₂ = 32) menurut reaksi: 2Ca + O₂ → 2CaO. Tentukan:
a. Pereaksi pembatas
b. Massa CaO yang dihasilkan (M_r CaO=56)
c. Massa zat sisa

Pembahasan:

$n_{Ca} = \dfrac{10~g}{40~g/mol}$ = 0,25 mol

$n_{O_2} = \dfrac{10~g}{32~g/mol}$ = 0,3125 mol

a. Menentukan pereaksi pembatas:

$ \begin{aligned} Ca: \dfrac{n_{Ca}}{koef~Ca} &= \dfrac{0,25~mol}{2} = 0,125~mol \\ O_2: \dfrac{n_{O_2}}{koef O_2} &= \dfrac{0,3125~mol}{1} = 0,3125~mol \end{aligned} $

Karena 0,125 mol < 0,3125 mol, maka Ca adalah pereaksi pembatas.

b. Dari persamaan: 2Ca ~ 2CaO, jadi n CaO = n Ca = 0,25 mol

$m_{CaO}$ = 0,25 mol × 56 g/mol = 14 g

c. O₂ yang bereaksi: Dari Ca:O₂ = 2:1, maka untuk 0,25 mol Ca diperlukan O₂ = 0,125 mol

O₂ sisa = 0,3125 mol - 0,125 mol = 0,1875 mol = 6 gram

Contoh Soal 2.14

Sebanyak 6 gram magnesium (Ar Mg = 24) direaksikan dengan 200 mL HCl 1 M menurut reaksi: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂. Tentukan:
a. Pereaksi pembatas
b. Volume H₂ pada STP

Pembahasan:

$n_{Mg} = \dfrac{6~g}{24~g/mol}$ = 0,25 mol

$n_{HCl} = [HCl] \times V_{HCl}$ = 1 mol/L × 0,2 L = 0,2 mol

a. Menentukan pereaksi pembatas:

$ \begin{aligned} Mg: \dfrac{n_{Mg}}{koef~Mg} &=\dfrac{0,25~mol}{1} = 0,25~mol \\ HCl: \dfrac{n_{HCl}}{koef~HCl} &=\dfrac{0,2~mol}{2} = 0,1~mol \end{aligned} $

Karena 0,1 mol < 0,25 mol, maka HCl adalah pereaksi pembatas.

b. Dari persamaan: 2HCl ~ H₂

$ \begin{aligned} n_{H_2} &= 0,2 \text{ mol} \times \dfrac{1}{2} = 0,1 \text{ mol} \\ V_{H_2} &= 0,1 \text{ mol} \times 22,4 \text{ L/mol} = 2,24 \text{ L} \end{aligned} $

Contoh Soal 2.15

Sebanyak 2,7 gram Al (Ar Al = 27) dan 9,8 gram H₂SO₄ (M_r H₂SO₄ = 98) direaksikan menurut: 2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂. Tentukan:
a. Pereaksi pembatas
b. Massa Al₂(SO₄)₃ yang dihasilkan (M_r Al₂(SO₄)₃ = 342)
c. Volume H₂ pada STP

Pembahasan:

$n_{Al} = \dfrac{2,7~g}{27~g/mol}$ = 0,1 mol

$n_{H_2SO_4} = \dfrac{9,8~g}{98~g/mol}$ = 0,1 mol

a. Menentukan pereaksi pembatas:

$ \begin{aligned} Al: \dfrac{n_{Al}}{koef~Al} &= \dfrac{0,1~mol}{2} = 0,05~mol \\ H_2SO_4: \dfrac{n_{H_2SO_4}}{koef~H_2SO_4} &= \dfrac{0,1~mol}{3} = 0,033~mol \end{aligned} $

Karena 0,033 mol < 0,05 mol, maka H₂SO₄ adalah pereaksi pembatas.

b. Dari persamaan: 3H₂SO₄ ~ Al₂(SO₄)₃

$ \begin{aligned} n_{Al_2(SO_4)_3} &= 0,1 \text{ mol} \times \dfrac{1}{3} = 0,033 \text{ mol} \\ m_{Al_2(SO_4)_3} &= 0,033 \text{ mol} \times 342 \text{ g/mol} = 11,29 \text{ g} \end{aligned} $

c. Dari persamaan: 3H₂SO₄ ~ 3H₂

$ \begin{aligned} n_{H_2} &= 0,1 \text{ mol} \times \dfrac{3}{3} = 0,1 \text{ mol} \\ V_{H_2} &= 0,1 \text{ mol} \times 22,4 \text{ L/mol} = 2,24 \text{ L} \end{aligned} $

2.4 Kadar Zat dan Rumus Kimia

Kadar zat dalam senyawa dapat dinyatakan dalam persen massa (% massa) atau persen volume (% volume). Rumus kimia terdiri dari:

• Rumus empiris: Rumus paling sederhana yang menyatakan perbandingan atom penyusun senyawa
• Rumus molekul: Rumus sebenarnya yang menunjukkan jumlah atom sesungguhnya (kelipatan dari rumus empiris)

Contoh Soal 2.16

Suatu senyawa mengandung 40% karbon, 6,67% hidrogen, dan sisanya oksigen. Jika massa molekul relatif senyawa tersebut adalah 90, tentukan rumus empiris dan rumus molekulnya! (Ar: C = 12, H = 1, O = 16)

Pembahasan:

% O = 100% - 40% - 6,67% = 53,33%

Misal massa senyawa = 100 g, maka massa:

C = 40 g, H = 6,67 g, O = 53,33 g

Menentukan n:

$ \begin{aligned} n_C &= \dfrac{m_C}{mM_C} = \dfrac{40~g}{12~g/mol} = 3,33~mol \\ n_H &= \dfrac{m_H}{mM_H} = \dfrac{6,67~g}{1~g/mol} = 6,67~mol \\ n_O &= \dfrac{m_O}{mM_O} = \dfrac{53,33~g}{16~g/mol} = 3,33~mol \end{aligned} $

Perbandingan
$n_C:n_H:n_O$ = 3,33:6,67:3,33 = 1:2:1

Rumus empiris = CH₂O (M_r = 12 + 2 + 16 = 30)

$Kelipatan~(n) = \dfrac{M_r~senyawa}{M_r~rumus~empiris} = \dfrac{90}{30} = 3$

Rumus molekul = (CH₂O)₃ = C₃H₆O₃

Contoh Soal 2.17

Suatu senyawa hidrokarbon mengandung 85,7% karbon dan 14,3% hidrogen. Jika pada keadaan STP, 1 L gas senyawa tersebut massanya 1,875 gram, tentukan rumus molekul senyawa itu! (Ar: C = 12, H = 1)

Pembahasan:

Misal massa senyawa = 100 g, maka:

C = 85,7 g, H = 14,3 g

Menentukan n:

$ \begin{aligned} n_C &= \dfrac{m_C}{mM_C} = \dfrac{85,7~g}{12~g/mol} = 7,14~mol \\ n_H &= \dfrac{m_H}{mM_H} = \dfrac{14,3~g}{1~g/mol} = 14,3~mol \end{aligned} $

Perbandingan $n_C:n_H = 7,14~mol:14,3~mol$ = 1:2

Rumus empiris = CH₂ (M_r = 14)

Mencari M_r senyawa:

1 L gas pada STP = $\dfrac{1~L}{22,4~L/mol}$ = 0,0446 mol

m senyawa untuk 0,0446 mol = 1,875 g

$ \begin{aligned} mM &= \dfrac{m}{n} = \dfrac{1,875~g}{0,0446~mol} = 42~g/mol \end{aligned} $
$m_r = 42$

$Kelipatan~(n) = \dfrac{M_r~senyawa}{M_r~rumus~empiris} = \dfrac{42}{14} = 3$

Rumus molekul = (CH₂)₃ = C₃H₆

Contoh Soal 2.18

Pupuk urea (CO(NH₂)₂) mengandung nitrogen 46%. Jika seorang petani membutuhkan 50 kg nitrogen untuk sawahnya, berapa kg urea yang harus dibeli? (Ar: C = 12, O = 16, N = 14, H = 1)

Pembahasan:

M_r urea = 12 + 16 + (2 × 14) + (4 × 1) = 60

Massa N dalam 1 mol urea = 2 × 14 = 28 g

% N dalam urea = $\dfrac{28}{60}$ × 100% = 46,67%

Jika diperlukan 50 kg N, maka:

$ \begin{aligned} m_{urea} &= \dfrac{100\%}{46,67\%} \times 50 \text{ kg} \\ &= 107,14 \text{ kg} \end{aligned} $

Contoh Soal 2.19

Suatu sampel senyawa mengandung 0,6 gram magnesium, 0,3 gram karbon, dan 1,2 gram oksigen. Tentukan rumus empiris senyawa tersebut! (Ar: Mg = 24, C = 12, O = 16)

Pembahasan:

$ \begin{aligned} n_{Mg} &= \dfrac{m_{Mg}}{mM_{Mg}} = \dfrac{0,6~g}{24~g/mol} = 0,025~mol \\ n_C &= \dfrac{m_C}{mM_C} = \dfrac{0,3~g}{12~g/mol} = 0,025~mol \\ n_O &= \dfrac{m_O}{mM_O} = \dfrac{1,2~g}{16~g/mol} = 0,075~mol \end{aligned} $

Perbandingan $n_{Mg}:n_C:n_O$ = 0,025 mol:0,025 mol:0,075 mol

Untuk menyederhanakan, bagi dengan bilangan terkecil (0,025):

Mg:C:O = 1:1:3

Rumus empiris = MgCO₃

Contoh Soal 2.20

Besi oksida terdiri dari dua jenis, FeO dan Fe₂O₃. Hitung persentase besi dalam masing-masing senyawa! Manakah yang lebih kaya besi? (Ar: Fe = 56, O = 16)

Pembahasan:

M_r FeO = 56 + 16 = 72

% Fe = $\dfrac{56}{72}$ × 100% = 77,78%

M_r Fe₂O₃ = (2 × 56) + (3 × 16) = 112 + 48 = 160

% Fe = (112/160) × 100% = 70%

Jadi, FeO lebih kaya besi (77,78%) daripada Fe₂O₃ (70%).

2.5 Hubungan Stoikiometri dengan Hukum Dasar Kimia

Stoikiometri adalah penerapan praktis dari hukum-hukum dasar kimia. Mari kita lihat hubungannya:

Hukum Dasar	Penerapan dalam Stoikiometri
Hukum Lavoisier (Kekekalan Massa)	Massa reaktan = massa produk. Digunakan untuk menyeimbangkan persamaan reaksi.
Hukum Proust (Perbandingan Tetap)	Komposisi senyawa tetap, sehingga perhitungan selalu menggunakan perbandingan yang sama.
Hukum Dalton (Perbandingan Berganda)	Menjelaskan adanya senyawa dengan rumus berbeda dari unsur yang sama.
Hukum Gay-Lussac (Perbandingan Volume)	Untuk gas, perbandingan volume = perbandingan koefisien = perbandingan mol.
Hipotesis Avogadro	Dasar konsep mol dan volume molar gas (22,4 L/mol pada STP).

Contoh Soal 2.21 (Integrasi Hukum Dasar)

Pada pembakaran sempurna 2,8 gram gas CO (M_r CO = 28) dengan oksigen berlebih dihasilkan CO₂. Hitung:
a. Massa CO₂ yang dihasilkan (M_r CO₂ = 44)
b. Volume O₂ yang diperlukan pada STP
Reaksi: 2CO + O₂ → 2CO₂

Pembahasan:

$n_{CO} = \dfrac{m_{CO}}{mM_{CO}} = \dfrac{2,8~g}{28~g/mol}$ = 0,1 mol

Dari persamaan: 2CO ~ O₂ ~ 2CO₂

a. $n_{CO_2} = n_{CO}$ = 0,1 mol

$m_{CO_2}$ = 0,1 mol × 44 g/mol = 4,4 g

(Memenuhi Hukum Lavoisier: $m_{CO} + m_{O_2} = m_{CO_2})$

b. $n_{O_2} = 0,1~mol \times \dfrac{1}{2}$ = 0,05 mol

$V_{O_2}$ = 0,05 mol × 22,4 L/mol = 1,12 L

(Memenuhi Hukum Gay-Lussac: perbandingan volume:
CO:O₂:CO₂ = 2:1:2)

Latihan Konsep Mol dan Hubungannya

Soal Latihan 11

Hitung jumlah molekul dalam 11 gram gas CO₂! (Ar: C = 12, O = 16)

Kunci Jawaban:

Jumlah molekul = 1,505 × 10²³ molekul

Soal Latihan 12

Berapa massa dari 3,01 × 10²² atom emas (Ar Au = 197)?

Kunci Jawaban:

Massa = 9,85 gram

Latihan Stoikiometri Reaksi

Soal Latihan 13

Diketahui reaksi: 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s). Jika 11,2 gram besi (Ar Fe = 56) bereaksi sempurna, hitung massa Fe₂O₃ yang dihasilkan! (M_r Fe₂O₃ = 160)

Kunci Jawaban:

Massa Fe₂O₃ = 16 gram

Soal Latihan 14

Pada reaksi: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂. Jika 13 gram Zn (Ar Zn = 65) bereaksi sempurna, berapa volume gas H₂ yang dihasilkan pada STP?

Kunci Jawaban:

Volume H₂ = 4,48 L

Latihan Pereaksi Pembatas

Soal Latihan 15

Sebanyak 14 gram nitrogen (M_r N₂ = 28) direaksikan dengan 6 gram hidrogen (M_r H₂ = 2) menurut reaksi: N₂ + 3H₂ → 2NH₃. Tentukan pereaksi pembatas dan massa NH₃ yang dihasilkan! (M_r NH₃=17)

Kunci Jawaban:

Pereaksi pembatas = H₂, massa NH₃ = 34 gram

Soal Latihan 16

Sebanyak 10 gram kalsium (Ar Ca = 40) direaksikan dengan 8 gram oksigen (M_r O₂ = 32) menurut reaksi: 2Ca + O₂ → 2CaO. Tentukan massa zat yang tersisa setelah reaksi! (M_r CaO = 56)

Kunci Jawaban:

Pereaksi pembatas = Ca, CaO yang dihasilkan = 14 gram, O₂ sisa = 4 gram

Latihan Kadar Zat dan Rumus Kimia

Soal Latihan 17

Suatu senyawa mengandung 52,2% karbon, 13,0% hidrogen, dan 34,8% oksigen. Jika massa molekul relatifnya 46, tentukan rumus molekul senyawa tersebut! (Ar: C = 12, H = 1, O = 16)

Kunci Jawaban:

Rumus molekul = C₂H₆O

Soal Latihan 18

Belerang dan oksigen membentuk senyawa SO₂ dan SO₃. Hitung persentase belerang dalam masing-masing senyawa dan tentukan manakah yang lebih kaya belerang! (Ar: S=32, O = 16)

Kunci Jawaban:

%S dalam SO₂ = 50%, %S dalam SO₃ = 40%, SO₂ lebih kaya belerang

Latihan Integrasi Hukum Dasar dan Stoikiometri

Soal Latihan 19

Sebanyak 5,6 L gas etana (C₂H₆) dibakar sempurna menurut reaksi: 2C₂H₆(g) + 7O₂(g) → 4CO₂(g) + 6H₂O(g). Semua gas diukur pada P dan T sama. Hitung volume total gas setelah reaksi!

Kunci Jawaban:

Volume total setelah reaksi = 25 L

Soal Latihan 20

Dalam 100 gram pupuk ZA (amonium sulfat, (NH₄)₂SO₄), hitung massa nitrogen yang terkandung! (Ar: N = 14, H = 1, S = 32, O = 16)

Kunci Jawaban:

Massa nitrogen = 21,2 gram

Ringkasan

Materi Hukum Dasar Kimia dan Stoikiometri merupakan fondasi penting dalam ilmu kimia. Dengan memahami:

1. 5 Hukum Dasar Kimia yang menjelaskan pola kuantitatif dalam reaksi kimia
2. Konsep Mol sebagai jembatan antara dunia mikroskopis (atom/molekul) dan makroskopis (gram, liter)
3. Stoikiometri untuk perhitungan zat dalam reaksi kimia
4. Pereaksi Pembatas untuk menentukan produk maksimal yang dapat dihasilkan
5. Penentuan Rumus Kimia dari data komposisi unsur

Kita dapat memprediksi dan menghitung dengan tepat hasil dari berbagai reaksi kimia, yang sangat aplikatif dalam industri, farmasi, lingkungan, dan kehidupan sehari-hari.

Evaluasi Pemahaman

Setelah mengerjakan latihan soal di atas, evaluasi pemahaman Anda dengan menjawab pertanyaan berikut:

Pertanyaan Evaluasi 1

Mengapa Hukum Perbandingan Volume (Gay-Lussac) hanya berlaku untuk gas, tidak untuk zat cair atau padat?

Pertanyaan Evaluasi 2

Bagaimana hubungan antara Hukum Avogadro dengan konsep volume molar gas (22,4 L/mol pada STP)?

Pertanyaan Evaluasi 3

Dalam kehidupan sehari-hari, di mana saja penerapan konsep pereaksi pembatas? Berikan contoh!

Pertanyaan Evaluasi 4

Mengapa dalam perhitungan stoikiometri selalu dimulai dengan mengubah satuan jumlah zat ke mol?