Stoikiometri

Identifikasi Konsep

Pada soal terdapat asam sulfat yang direaksikan dengan natrium hidroksida. Kita akan membuktikan hukum Lavoisier, hipotesa Avogadro, dan hukum perbandingan Gay-Lussac. Oleh karena itu, konsep yang dibahas dalam soal ini adalah Hukum Dasar Kimia.

Pembahasan Identifikasi Konsep dan Solusi

Asam sulfat dan natrium hidroksida dapat bereaksi membentuk natrium sulfat dengan persamaan reaksi sebagai berikut.

H_{2} S O_{4} + 2 N a O H \to N a_{2} S O_{4} + 2 H_{2} O

Kita akan membuktikan hukum Lavoisier, hipotesa Avogadro, dan hukum perbandingan Gay-Lussac dari reaksi ini. Perlu kamu ketahui, hukum Lavoisier atau hukum kekekalan massa menyatakan bahwa, “massa zat yang bereaksi sama dengan massa zat setelah bereaksi”. Artinya, reaksi akan dihasilkan zat baru dengan massanya yang tetap.

Kemudian, hipotesa Avogadro menyatakan bahwa, “pada suhu dan tekanan yang sama, volume suatu zat akan sebanding dengan jumlah molekul (dalam satuan mol)”. Kita juga bisa membandingkan jumlah mol dengan koefisien zat karena perbandingannya sama. Persamaannya bisa dituliskan sebagai berikut.

\frac{n _{1}}{V _{1}} = \frac{n _{2}}{V _{2}}

Keterangan:
n = jumlah mol
V = volume zat

Di sisi lain, hukum perbandingan Gay-Lussac menyatakan bahwa, “pada ruang tertutup dengan volume tetap, tekanan gas sebanding dengan suhu mutlak”. Hukum ini dapat diekspresikan dengan persamaan matematis seperti ini.

\frac{P}{T} = t e t a p

\frac{P _{1}}{T _{1}} = \frac{P _{2}}{T _{2}}

Hukum ini juga bisa diekspresikan dengan koefisien zat.

\frac{Koe f . z a t A}{Koe f . z a t B} = \frac{V o l u m e A}{V o l u m e B}

Keterangan:
P = tekanan
T = suhu

Diketahui dari soal:
Massa asam sulfat = 24,5 gram
Ar H = 1; S = 32; O = 16; Na = 23
Mr

H_{2} S O_{4}

= 98 gram/mol
Mr NaOH = 40 gram/mol
Volume molar STP = 22,4 L/mol

Ditanya:
Pembuktian hukum Lavoisier, hipotesa Avogadro, dan Hukum perbandingan Gay-Lussac?

Berikut ini adalah perhitungan dan penjelasan dari soal di atas.

A. Membuktikan hukum Lavoisier
1) Menentukan mol asam sulfat yang digunakan
Mol asam sulfat ditentukan dengan membagi massa dengan Mr-nya.

Mol

H_{2} S O_{4}

=

\frac{ma ss a H _{2} S O _{4}}{M r H _{2} S O _{4}}

Mol

H_{2} S O_{4}

=

\frac{24 , 5 g r am}{98 g r am / m o l}

Mol

H_{2} S O_{4}

=

0, 25 m o l

2) Menentukan mol natrium hidroksida yang diperlukan untuk bereaksi dengan asam sulfat
Mol natrium hidroksida dapat ditentukan dengan perbandingan koefisien pada persamaan reaksi di atas.

Mol

N a O H

=

\frac{Koe f . N a O H}{Koe f . H _{2} S O _{4}} . m o l H_{2} S O_{4}

Mol

N a O H

=

\frac{2}{1} . 0, 25 m o l

Mol

N a O H

=

0, 5 m o l

3) Menentukan massa natrium hidroksida
Massa zat dicari dengan mengkali mol dengan Mr-nya.

Massa NaOH = mol NaOH . Mr NaOH
Massa NaOH = 0,5 mol . 40 gram/mol
Massa NaOH = 20 gram

4) Menentukan massa total pereaksi

Massa pereaksi = massa

H_{2} S O_{4}

+ massa

N a O H

Massa pereaksi = 24,5 gram + 20 gram
Massa pereaksi = 44,5 gram

Massa zat yang bereaksi yaitu 44,5 gram, maka massa natrium sulfat dan air yang dihasilkan pada reaksi di atas totalnya adalah 44,5 gram. Hal ini menunjukkan berlakunya hukum Lavoisier (kekekalan massa).

B. Membuktikan hipotesa Avogadro
Untuk membuktikan hipotesa Avogadro, kita harus terlebih dahulu menghitung volume asam sulfat dan zat-zat lainnya.

1) Menentukan volume asam sulfat
Volume dicari dengan mengkali jumlah mol dengan volume molar pada keadaan STP

Volume

H_{2} S O_{4}

= mol

H_{2} S O_{4}

.

V_{m}

Volume

H_{2} S O_{4}

= 0,25 mol . 22,4 L/mol
Volume

H_{2} S O_{4}

= 5,6 L

2) Menentukan volume zat lainnya
Volume zat lain pada reaksi di atas selanjutnya bisa dicari dengan perbandingan mol.

\frac{n _{1}}{V _{1}} = \frac{n _{2}}{V _{2}}

\frac{m o l H _{2} S O _{4}}{v o l u m e H _{2} S O _{4}} = \frac{m o l N a O H}{v o l u m e N a O H}

\frac{0 , 25 m o l}{5 , 6 L} = \frac{0 , 5 m o l}{v o l u m e N a O H}

V o l u m e N a O H = 11, 2 L

Jumlah mol natrium sulfat dan air yang dihasilkan mengikuti perbandingan koefisien pada persamaan reaksi. Karena koefisien asam sulfat dan natrium sulfat adalah 1, jumlah mol natrium sulfat yang dihasilkan sama dengan asam sulfat, yaitu ada 0,25 mol. Kemudian, jumlah mol air adalah 0,5 mol.

\frac{n _{1}}{V _{1}} = \frac{n _{2}}{V _{2}}

\frac{m o l H _{2} S O _{4}}{v o l u m e H _{2} S O _{4}} = \frac{m o l N a _{2} S O _{4}}{v o l u m e N a _{2} S O _{4}}

\frac{0 , 25 m o l}{5 , 6 L} = \frac{0 , 25 m o l}{v o l u m e N a _{2} S O _{4}}

V o l u m e N a_{2} S O_{4} = 5, 6 L

\frac{n _{1}}{V _{1}} = \frac{n _{2}}{V _{2}}

\frac{m o l H _{2} S O _{4}}{v o l u m e H _{2} S O _{4}} = \frac{m o l H _{2} O}{v o l u m e H _{2} O}

\frac{0 , 25 m o l}{5 , 6 L} = \frac{0 , 5 m o l}{v o l u m e H _{2} O}

V o l u m e H_{2} O = 11, 2 L

Bisa kamu perhatikan, volume zat akan sebanding dengan jumlah mol dalam satuan mol pada suhu dan tekanan yang sama karena semua gasnya diukur pada keadaan STP. Hal ini menunjukkan berlakunya hipotesa Avogadro.

C. Membuktian hukum perbandingan Gay-Lussac
Untuk membuktikan hukum ini, kita harus mengetahui bahwa keadaan STP diukur pada suhu 273 K dengan tekanan 1 atm. Keadaan awal dan akhir dari reaksi tersebut diukur pada STP sehingga nilai

\frac{P}{T} = t e t a p

. Perbandingan zat yang terlibat dalam reaksi dapat dituliskan seperti ini.

\frac{Koe f . z a t A}{Koe f . z a t B} = \frac{V o l u m e A}{V o l u m e B}

\frac{Koe f . H _{2} S O _{4}}{Koe f . N a O H} = \frac{V o l u m e H _{2} S O _{4}}{V o l u m e N a O H}

\frac{1}{2} = \frac{5 , 6 L}{11 , 2 L}

\frac{1}{2} = \frac{1}{2}

1 = 1

Bisa kamu perhatikan, perbandingan di atas memenuhi hukum Gay-Lussac, yaitu koefisien zat sebanding dengan volume dari zat tersebut. Hal ini berlaku juga untuk zat-zat lainnya dalam reaksi tersebut.

Kesimpulan

Jadi, seperti itulah pembuktian dari hukum Lavoisier, hipotesa Avogadro, dan hukum perbandingan Gay-Lussac dari reaksi di atas.

Pembahasan Stoikiometri

Identifikasi Konsep

Pembahasan Identifikasi Konsep dan Solusi

Kesimpulan