Soal-soal berikut dibuat sebagai contoh penerapan Higher Order Thinking Skills (HOTS) dalam pembelajaran kimia SMA. Fokusnya pada rumus empiris dan rumus molekul hidrokarbon. Berbeda dari soal konvensional, soal ini bukan sekadar menguji hafalan atau prosedur rutin.
Siswa ditempatkan dalam konteks investigasi forensik yang autentik. Mereka harus menganalisis data, mengevaluasi klaim yang saling bertentangan, dan mensintesis kesimpulan. Kesimpulan itu harus berdasarkan prinsip-prinsip kimia yang saling terhubung, seperti stoikiometri gas, hukum kekekalan massa, dan hukum perbandingan volume Gay-Lussac.
Klik gambar untuk mengunduhnya.
Soal pertama disajikan sebagai uraian terstruktur berjenjang (C4-C6 Taksonomi Bloom). Soal kedua berbentuk pilihan ganda kompleks Multiple Correct Multiple Answer (MCMA). Soal MCMA menuntut kecermatan analitis karena lebih dari satu opsi bisa benar atau salah dengan alasan berbeda.
Seorang analis di laboratorium forensik sedang mengidentifikasi komponen utama dari sampel bahan bakar tak dikenal yang ditemukan di lokasi kebakaran. Dari hasil analisis pembakaran, diketahui bahwa 4,4 g sampel tersebut (diasumsikan murni satu senyawa CxHy) dibakar sempurna dalam ruang tertutup. Alat ukur mencatat volume gas yang bereaksi/dihasilkan pada keadaan STP sebagai berikut.
-
aTentukan rumus empiris senyawa tersebut! C4 · Analisis
Tunjukkan secara eksplisit bagaimana kamu menentukan jumlah atom H, tanpa menggunakan data Mr. Gunakan hukum kekekalan massa untuk memperoleh massa H, lalu tentukan perbandingan mol atom. -
bEvaluasi kedua kandidat Mr yang diberikan spektrometer (44 atau 58). C5 · Evaluasi
Manakah yang konsisten dengan rumus empiris pada bagian (a)? Jelaskan mengapa kandidat yang lain tidak mungkin menjadi rumus molekul senyawa ini, meskipun massanya tidak jauh berbeda. -
cAnalisis klaim teknisi lain berikut ini. C5 · Evaluasi
Teknisi lain mengklaim bahwa volume CO₂ yang terukur (6,72 L) mengandung error karena sebagian uap air ikut terbaca oleh sensor. Ia memperkirakan volume CO₂ sesungguhnya hanya 5,6 L (STP).
Jika klaim ini benar:- Apakah rumus empiris yang kamu temukan di bagian (a) berubah?
- Apakah Mr = 44 masih bisa dipertahankan sebagai rumus molekul? Jelaskan dengan perhitungan!
-
dSintesis dan verifikasi hukum Gay-Lussac. C6 · Sintesis
Gunakan rumus molekul valid dari bagian (b), tuliskan persamaan reaksi pembakaran sempurnanya, lalu verifikasi menggunakan hukum perbandingan volume Gay-Lussac bahwa volume O₂ yang dikonsumsi (11,2 L) memang sesuai. Kemudian nyatakan apakah senyawa ini termasuk alkana, alkena, atau alkuna, berikan satu argumen kimia yang mendukung kesimpulanmu.
📖 Lihat Pembahasan Lengkap
Langkah 1: Konversi volume gas → mol
Pada STP, volume molar gas = 22,4 L/mol.
\[\begin{aligned} n_{\text{CO}_2} &= \dfrac{V_{\text{CO}_2}}{22{,}4} \\[6pt] &= \dfrac{6{,}72 \text{ L}}{22{,}4 \text{ L mol}^{-1}} \\[6pt] &= 0{,}3 \text{ mol} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} n_{\text{O}_2} &= \dfrac{V_{\text{O}_2}}{22{,}4} \\[6pt] &= \dfrac{11{,}2 \text{ L}}{22{,}4 \text{ L mol}^{-1}} \\[6pt] &= 0{,}5 \text{ mol} \end{aligned}\]Langkah 2: Menentukan mol C dari CO₂
Setiap mol CO₂ mengandung 1 mol atom C:
\[\begin{aligned} n_{\text{C}} &= n_{\text{CO}_2} = 0{,}3 \text{ mol} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} m_{\text{C}} &= n_{\text{C}} \times M_{\text{C}} \\[6pt] &= 0{,}3 \times 12 \\[6pt] &= 3{,}6 \text{ g} \end{aligned}\]Langkah 3: Menentukan mol H dari hukum kekekalan massa
Karena senyawa hanya mengandung C dan H:
\[\begin{aligned} m_{\text{H}} &= m_{\text{sampel}} - m_{\text{C}} \\[6pt] &= 4{,}4 - 3{,}6 \\[6pt] &= 0{,}8 \text{ g} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} n_{\text{H}} &= \dfrac{m_{\text{H}}}{M_{\text{H}}} \\[6pt] &= \dfrac{0{,}8}{1} \\[6pt] &= 0{,}8 \text{ mol} \end{aligned}\]Langkah 4: Menentukan perbandingan mol atom
\[\begin{aligned} C : H &= 0{,}3 : 0{,}8 \\[6pt] &= \dfrac{0{,}3}{0{,}2} : \dfrac{0{,}8}{0{,}2}\\[6pt] &= 1{,}5 : 4 \\[6pt] &= 3 : 8 \end{aligned}\]Mr empiris C₃H₈ = 44. Gunakan faktor pengali \(n\):
\[\begin{aligned} n &= \dfrac{M_{r,\text{molekul}}}{M_{r,\text{empiris}}} \end{aligned}\]Kandidat Mr = 44:
\[\begin{aligned} n &= \dfrac{44}{44} = 1 \quad \Rightarrow \text{ bilangan bulat ✓} \end{aligned}\]Kandidat Mr = 58:
\[\begin{aligned} n &= \dfrac{58}{44} \approx 1{,}318 \quad \Rightarrow \text{ bukan bilangan bulat ✗} \end{aligned}\]Jika volume CO₂ yang benar adalah 5,6 L:
\[\begin{aligned} n_{\text{CO}_2}' &= \dfrac{5{,}6}{22{,}4} = 0{,}25 \text{ mol} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} m_{\text{C}}' &= 0{,}25 \times 12 = 3{,}0 \text{ g} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} m_{\text{H}}' &= 4{,}4 - 3{,}0 = 1{,}4 \text{ g} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} n_{\text{H}}' &= \dfrac{m_{\text{H}}'}{M_{\text{H}}} = \dfrac{1{,}4}{1} = 1{,}4 \text{ mol} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} C : H &= 0{,}25 : 1{,}4 = \dfrac{0{,}25}{0{,}05} : \dfrac{1{,}4}{0{,}05} = 5 : 28 \end{aligned}\]Verifikasi Mr = 44 dengan rumus baru C₅H₂₈: Mr empiris = 5×12 + 28 = 88 ≠ 44. Mr = 44 tidak bisa dipertahankan.
Persamaan reaksi pembakaran sempurna C₃H₈:
\[\begin{aligned} \text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \longrightarrow 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O} \end{aligned}\]Verifikasi dengan hukum perbandingan volume Gay-Lussac:
Rasio koefisien: C₃H₈ : O₂ = 1 : 5. Mol C₃H₈ yang dibakar:
\[\begin{aligned} n_{\text{C}_3\text{H}_8} &= \dfrac{m}{M_m} \\[6pt] &= \dfrac{4{,}4}{44} \\[6pt] &= 0{,}1 \text{ mol} \end{aligned}\]Volume O₂ yang diperlukan:
\[\begin{aligned} V_{\text{O}_2} &= n_{\text{O}_2} \times 22{,}4 \\[6pt] &= (5 \times 0{,}1) \times 22{,}4 \\[6pt] &= 0{,}5 \times 22{,}4 \\[6pt] &= 11{,}2 \text{ L (STP)} \end{aligned}\]Identifikasi golongan senyawa:
Derajat ketidakjenuhan (DBE) C₃H₈:
\[\begin{aligned} \text{DBE} &= \dfrac{2 \times 3 + 2 - 8}{2} \\[6pt] &= \dfrac{0}{2} = 0 \end{aligned}\]Seorang analis forensik membakar sempurna 4,4 g sampel hidrokarbon murni CxHy. Hasil pengukuran pada STP: O₂ yang bereaksi = 11,2 L, CO₂ yang dihasilkan = 6,72 L. Spektrometer massa memberikan dua kandidat massa molekul relatif: 44 atau 58.
Pernyataan manakah yang benar berdasarkan data di atas?
Pilih semua pernyataan yang benar.
📖 Lihat Pembahasan & Kunci Jawaban
Kunci: A, C, E (Benar) | B, D (Salah)
Opsi A: BENAR
Jumlah CO₂ dan C dihitung dengan benar:
\[\begin{aligned} n_{\text{CO}_2} &= \dfrac{6{,}72}{22{,}4} = 0{,}3 \text{ mol} \\[6pt] m_{\text{C}} &= 0{,}3 \times 12 = 3{,}6 \text{ g} \\[6pt] m_{\text{H}} &= 4{,}4 - 3{,}6 = 0{,}8 \text{ g} \\[6pt] n_{\text{H}} &= \dfrac{m_{\text{H}}}{M_{\text{H}}} = \dfrac{0{,}8}{1} = 0{,}8 \text{ mol} \end{aligned}\]Perbandingan \(C : H = 0{,}3 : 0{,}8 = 3 : 8\) → Rumus empiris C₃H₈ ✓
Opsi A menggunakan hukum kekekalan massa untuk menentukan H, pendekatan yang valid dan benar.
Opsi B: SALAH
Opsi B mencoba menentukan jumlah H dari sisa O₂. Penalaran awalnya tampak masuk akal, tetapi keliru dalam menerapkan stoikiometri H₂O:
\[\begin{aligned} n_{\text{O dari CO}_2} &= 2 \times 0{,}3 = 0{,}6 \text{ mol} \\[6pt] n_{\text{O total}} &= 2 \times 0{,}5 = 1{,}0 \text{ mol} \\[6pt] n_{\text{O untuk H}_2\text{O}} &= 1{,}0 - 0{,}6 = 0{,}4 \text{ mol} \\[6pt] n_{\text{H}_2\text{O}} &= 0{,}4 \div 1 = 0{,}4 \text{ mol} \quad (\text{bukan } 0{,}2) \\[6pt] n_{\text{H}} &= 2 \times 0{,}4 = 0{,}8 \text{ mol} \end{aligned}\]Opsi B salah membagi jumlah O dengan 2 untuk mendapat jumlah H₂O (padahal 1 mol H₂O mengandung 1 mol O, sehingga jumlah H₂O = 0,4 mol, bukan 0,2 mol). Akibatnya jumlah H = 0,8 mol, sama dengan Opsi A, tetapi rumus empiris yang diklaim (C₃H₄) salah. Opsi B menggunakan metode berbeda dengan kesalahan kalkulasi, kesimpulannya keliru.
Opsi C: BENAR
Mr = 44 menghasilkan faktor pengali bulat sehingga rumus molekul = C₃H₈ (valid). Mr = 58 tidak menghasilkan bilangan bulat, artinya tidak ada rumus molekul yang dapat dibentuk dari kelipatan C₃H₈ dengan Mr = 58. Pernyataan ini benar. ✓
Opsi D: SALAH
Dengan CO₂ = 5,6 L, diperoleh rumus empiris yang baru:
\[\begin{aligned} n_{\text{CO}_2}' &= \dfrac{5{,}6}{22{,}4} = 0{,}25 \text{ mol} \\[6pt] m_{\text{C}}' &= 0{,}25 \times 12 = 3{,}0 \text{ g} \\[6pt] m_{\text{H}}' &= 4{,}4 - 3{,}0 = 1{,}4 \text{ g} \\[6pt] n_{\text{H}}' &= \dfrac{1{,}4}{1} = 1{,}4 \text{ mol} \\[6pt] C:H &= 0{,}25 : 1{,}4 = 5:28 \end{aligned}\]Rumus empiris C₅H₂₈ tidak masuk akal secara kimia (H terlalu banyak, maksimum H untuk C₅ adalah 12 pada alkana C₅H₁₂). Mr empiris C₅H₂₈ = 88 ≠ 44. Klaim bahwa Mr = 44 "tidak jauh berbeda" sehingga masih konsisten adalah tidak ilmiah, konsistensi diuji secara matematis, bukan perkiraan. Opsi D salah. ✗
Opsi E: BENAR
Persamaan reaksi: \(\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \to 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}\)
\[\begin{aligned} n_{\text{C}_3\text{H}_8} &= \dfrac{m}{M_r} = \dfrac{4{,}4}{44} = 0{,}1 \text{ mol} \\[6pt] n_{\text{O}_2} &= 5 \times 0{,}1 = 0{,}5 \text{ mol} \\[6pt] V_{\text{O}_2} &= 0{,}5 \times 22{,}4 = 11{,}2 \text{ L} \end{aligned}\]Sesuai data awal (11,2 L) → Gay-Lussac terbukti. ✓
\[\begin{aligned} \text{DBE} &= \dfrac{2 \times 3 + 2 - 8}{2} = \dfrac{0}{2} = 0 \end{aligned}\]DBE = 0 → tidak ada ikatan rangkap/cincin → alkana (propana). ✓
Semua pernyataan dalam Opsi E benar.
Mengacu pada kerangka standar yang digunakan Kemendikbudristek, PISA, dan Anderson & Krathwohl (revisi Taksonomi Bloom), sebuah soal dapat dikategorikan sebagai HOTS bila memenuhi serangkaian kriteria tertentu.
Berikut ini diuraikan bagaimana soal di atas selaras dengan tiap kriteria tersebut.
-
1
Mengoperasikan kemampuan berpikir tingkat tinggi (C4–C6 Taksonomi Bloom)
Soal uraian bagian a) menuntut analisis (C4): siswa harus memilih strategi mana yang digunakan untuk menentukan jumlah H, bukan sekadar menghitung, melainkan memutuskan apakah menggunakan pendekatan kekekalan massa atau stoikiometri oksigen, lalu mengevaluasi mana yang valid.Bagian b) dan c) menuntut evaluasi (C5): siswa menilai validitas dua kandidat Mr dan menguji klaim teknisi dengan kalkulasi, bukan dengan intuisi.
Bagian d) menuntut sintesis (C6): siswa membangun persamaan reaksi, memverifikasi data dengan hukum Gay-Lussac, lalu menarik kesimpulan golongan senyawa dari nilai DBE (double bond equivalent, derajat ketakjenuhan).
Soal MCMA mengemas seluruh jenjang ini dalam pilihan berganda yang memaksa siswa mengevaluasi kebenaran setiap pernyataan secara mandiri.
-
2
Berbasis konteks autentik dan transfer pengetahuan lintas konsep
Standar HOTS menurut PISA dan Kemendikbud menekankan pentingnya konteks dunia nyata (real-world context) agar siswa tidak sekadar mereproduksi prosedur yang dilatihkan.Soal ini menempatkan masalah dalam investigasi forensik, situasi yang benar-benar terjadi dalam analisis kimia profesional. Lebih dari itu, penyelesaiannya menuntut transfer dari minimal empat konsep berbeda: konversi volume gas–mol (hukum Avogadro/STP), hukum kekekalan massa, stoikiometri pembakaran, dan hukum perbandingan volume Gay-Lussac.
Kemampuan mentransfer dan mengintegrasikan konsep dari domain berbeda inilah yang menjadi inti definisi HOTS menurut Lewis & Smith (1993) maupun Brookhart (2010).
-
3
Memuat ambiguitas data yang menuntut pertimbangan ilmiah (bukan prosedur hafalan)
Karakteristik kunci soal HOTS adalah adanya ill-structured problem, masalah yang tidak memiliki satu jalur penyelesaian yang sudah jelas.Bagian b) menyajikan dua kandidat Mr sehingga siswa harus memilih dan membuktikan eliminasi, bukan sekadar menerapkan rumus.
Bagian c) menyajikan klaim yang tampaknya masuk akal (error sensor) namun ternyata menghasilkan rumus kimia yang tidak mungkin, siswa harus mendeteksi inkonsistensi ini melalui kalkulasi, bukan melalui ingatan.
Soal yang memiliki "jebakan intelektual" seperti ini secara eksplisit disebut sebagai ciri soal HOTS dalam panduan penyusunan soal USBN/AKM Kemendikbudristek.
-
4
Format MCMA mendorong evaluasi pernyataan secara independen, bukan tebakan
Format pilihan ganda biasa (single answer) berpotensi diselesaikan dengan eliminasi atau tebakan tereduksi. Format MCMA yang digunakan pada soal 2 menutup celah tersebut: siswa harus menilai kebenaran setiap opsi secara mandiri karena kombinasi jawaban benar bukan A/B/C/D/E tunggal yang bisa ditebak.Distractor pada opsi B dirancang dengan metode kalkulasi yang hampir benar (pendekatan stoikiometri O₂) namun memiliki satu kesalahan konseptual dalam langkah konversi, hanya siswa yang benar-benar memahami stoikiometri H₂O yang akan mendeteksinya.
Distractor D menggunakan penalaran vague ("tidak jauh berbeda") yang secara saintifik tidak dapat diterima, menguji kemampuan siswa membedakan argumen ilmiah dari argumen yang sekadar terdengar masuk akal.
Kedua jenis distractor ini adalah ciri khas soal HOTS berkualitas tinggi menurut Webb's Depth of Knowledge (DoK level 3–4).
-
5
Berjenjang dan koheren sebagai satu kesatuan narasi soal
Ciri HOTS yang sering diabaikan adalah koherensi antar-bagian: setiap pertanyaan lanjutan harus di dibangun di atas hasil bagian sebelumnya, bukan berdiri sendiri.Soal uraian ini dirancang demikian, jawaban a) menjadi prasyarat b), klaim di c) menguji ketahanan kesimpulan a) terhadap gangguan data, dan d) mengintegrasikan semua hasil sebelumnya.
Struktur seperti ini, yang disebut scaffolded HOTS task dalam literatur asesmen, memastikan bahwa siswa yang menjawab benar bukan karena keberuntungan parsial, melainkan karena memiliki pemahaman konseptual yang utuh dan terkoneksi.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar