MODUL V KIMIA KELAS X

BAB I
PENDAHULUAN

A. Deskripsi
Modul ini disusun untuk memberikan pengenalan tentang Aplikasi Hukum-hukum dasar dalam perhitungan kimia sederhana.
Dengan mengetahui beberapa perhitungan kimia sederhana, diharapkan siswa termotivasi untuk mengenal lebih dalam tentang ilmu kimia, yang sangat erat kaitannya dengan kehidupan sehari-hari sehingga dapat pula menimbulkan sikap ilmiah para siswa.

B. Petunjuk Penggunaan Modul
Penggunaan modul dikombinasikan dengan buku paket sebagai literatur utama maupun media pembelajaran lainnya.

C. Tujuan
Pada akhir pembelajaran siswa mampu :
1. Menghitung jumlah mol, jumlah partikel, massa, dan volum gas.
2. Menentukan rumus empiris dan rumus molekul.
3. Menentukan rumus air kristal.
4. Menghitung kadar zat dalam suatu senyawa.
5. Menentukan pereaksi pembatas dalam suatu reaksi.
6. Menentukan banyak zat pereaksi ataupun hasil reaksi.

D. Standar Kompetensi dan Kompetensi Dasar
Standar Kompetensi : Memahami hukum-hukum dasar kimia dan penerapannya dalam perhitungan kimia (stoikiometri)
Kompetensi Dasar : Membuktikan dan mengkomunikasikan berlakunya hukum-hukum dasar kimia melalui percobaan serta menerapkan konsep mol dalam menyelesaikan perhitungan kimia.

E. INDIKATOR
1. Mengkonversikan jumlah mol dengan jumlah partikel, massa, dan volum zat.
2. Menentukan rumus empiris dan rumus molekul.
3. Menentukan rumus air kristal.
4. Menentukan kadar zat dalam suatu senyawa.
5. Menentukan pereaksi pembatas dalam suatu reaksi
6. Menentukan banyak zat pereaksi atau hasil reaksi

F. Cek Kemampuan Dasar
1. Jika kamu ingin mengetahui berat badan seseorang, alat apa yang kamu pergunakan untuk mengukurnya ?.............................
2. Kamu sudah pernah menghitung Mr pada pelajaran sebelumnya (modul 1). Coba hitung berapa Mr ( massa molekul relatif) dari CH4, jika diketahui Ar C = 12, H = 1.
.......................................................................................................................................


BAB II
PEMBELAJARAN

A. Rencana Belajar Siswa
1. Guru menerangkan tentang konsep mol secara singkat.
2. Siswa mendiskusikan tentang hubungan mol dengan massa molar (Mr), volume molar gas pada kondisi STP, dengan koefisien reaksi, dan dengan hukum Guy-Lussac.
3. Presentasi hasil diskusi oleh wakil kelompok.
4. Siswa mendiskusikan tentang rumus empiris dan rumus molekul, penentuan jumlah molekul hidrat, penentuan kadar zat dalam senyawa.
5. Presentasi perwakilan kelompok tentang hasil diskusi.
6. Guru menjelaskan tentang reaksi stoikhiometri dan non stoikhiometri.
7. Siswa mendiskusikan tentang penentuan pereaksi pembatas, serta cara menghitung banyak zat pereaksi ataupun hasil reaksi.
8. Presentasi perwakilan kelompok tentang hasil diskusi


B. Kegiatan Belajar
B.1. Uraian Materi

KONSEP MOL

Anda telah mempelajari atom, molekul, dan ion sebagai partikel-partikel materi. Bagaimana caranya menghitung jumlah yang sangat banyak dari partikel-partikel materi yang berukuran sangat kecil tersebut ?
Untuk menyederhanakan jumlah partikel yang sangat kecil ini digunakan istilah MOL. Mol menyatakan satuan jumlah zat.
Hubungan antara jumlah mol dan jumlah partikel adalah :

Jumlah mol = jumlah partikel / L
Jumlah Partikel (molekul) = jumlah mol x L
Dengan L = bilangan avogadro = 6,02 x 10 pangkat 23 partikel/mol


Contoh :
1. Berapakah jumlah mol amonia (NH3) yang terdapat dalam 3,01 x 1026 molekul NH3 ?
Jawab :
Jumlah mol = 3,01 x 1026 / 6,02 x 1023
= 500 mol
2. Hitunglah jumlah molekul asam sulfida (H2S) jika diketahui mol H2S = 0,4.
Jawab : jumlah molekul = jumlah mol x L
= 0,4 x 6,02 x 1023
= 2,4 x 6,02 x 1023 molekul

MASSA MOLAR
Massa molar adalah massa 1 mol zat, satuannya gram/mol. Untuk senyawa, massa molarnya sama dengan massa molekul relatif (Mr).
Contoh :
1. Tentukan massa molar Al jika diketahui Ar Al = 27.
Jawab : massa molar Al = Ar = 27 gr/mol

2. Hitunglah massa molar asam sulfat (H2SO4) jika diketahui Ar H =1, S =32, O =16)
Jawab : massa molar H2SO4 = (2 x 1) + ( 1 x 32 ) + ( 4 x 16)
= 2 + 32 + 64 = 98 gr/mol

Untuk menghitung jumlah mol zat yang diketahui jumlah massanya, dapat menggunakan rumus berikut :
Jumlah mol = massa zat (gram) / massa molar
n = gram / Mr
massa (gram) = n x Mr

Contoh :

1. . Bila terdapat 5 gr CaCO3, maka jumlah mol zat tersebut adalah….(Ar Ca = 40, C =12, O =16)
Jawab :
Mr CaCO3 = ( 1 x 40) + ( 1 x 12) + ( 3 x 16) = 40 + 12 + 48 = 100
n = 5 / 100
= 0,05 mol

2. Berapa gramkah massa 1,204 x 1024 molekul NaOH ?
Diketahui Ar Na = 23, H = 1, O =16
Jawab :
Mr NaOH = ( 1 x 23) + (1 x 16) + (1 x 1)
= 23 + 16 + 1 = 40

Jumlah mol = jumlah partikel / L
n = 1,204 x 1024 / 6,02 x 1023
n = 2 mol
Massa (gram) = n x Mr
= 2 mol x 40 = 80 gram NaOH


VOLUME MOLAR GAS PADA KEADAAN STANDAR (STP)

Volume suatu gas bergantung pada suhu, tekanan, dan jumlah zatnya. Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut :
P x V = n x R x T
Keterangan:
P = tekanan gas (atm)
V = volume gas ( Liter)
n = jumlah mol gas (mol)
T = temperatur/suhu (kelvin)
R = konstanta gas = 0,082 L.atm.mol-1K-1

Volume molar didefinisikan sebagai volume 1 mol zat dalam wujud gas. Keadaan standar didefinisikan sebagai tekanan 1 atmosfer (atm) dan suhu 0oC ( 273 K). Satu mol gas ideal dalam keadaan STP (standar temperatur dan tekanan) akan mengikuti suatu persamaan :
1 atm x V = 1 mol x 0,082 L.atm.mol-1K-1 x 273 K
V = 22,389 liter = 22,4 liter

Maka : hubungan antara volume pada keadaan STP dengan jumlah mol zat :

Contoh :
1. Tentukan jumlah mol 2,24 liter gas HCl pada kondisi STP.
Jawab : jumlah mol HCl = 2,24 / 22,4 = 0,1 mol

2. Tentukan volume 2 mol gas CO2 .
Jawab : volume CO2 = 2 x 22,4 = 44,8 liter

3. Berapakah volume 56 gr gas Nitrogen (N2) yang diukur pada suhu 25oC dan tekanan 2 atm? (Ar N =14)
Jawab :
P = 2 atm
R = 0,082 ltr.atm mol-1 K-1
Ar N2 = 14
Massa = 56 gr
Suhu, T = 25 + 273 = 298 K
Mr N2 = 2 x 14 = 28

Mol N2 = gr / Mr
= 56 / 28
= 2 mol

Rumus gas ideal :

P.V = n .R .T
V = (n .R .T) / P
V = ( 2 x 0,082 x 298) / 2
= 24,436 liter

HUBUNGAN JUMLAH MOL DAN KOEFISIEN REAKSI

Perbandingan jumlah mol sesuai dengan perbandingan jumlah partikel, perbandingan volume, dan perbandingan koefisian reaksi. Dirumuskan sebagai berikut :
Contoh :

1. Terdapat 4,48 l gas Hidrogen (kondisi STP) yang tepat bereaksi dengan gas Oksigen menghasilkan air, hitunglah volume dan massa gas Oksigen yang bereaksi pada kondisi STP. Persamaan reaksinya : 2 H2 + O2  2 H2O (Ar H = 1, O = 16)
Jawab :
dari persamaan reaksi dapat dibuat perbandingan angka koefisiennya = 2 : 1 :2
Jumlah mol = (koefisien zat yang dicari : koefisien zat yang diketahui) x jumlah mol zat yang diketahui

Jumlah mol H2 = V / 22,4 = 4,48 / 22,4 = 0,2 mol
Jumlah mol O2 = ½ x 0,2
= 0,1 mol
Volume O2 = mol O2 x 22,4 = 0,1 x 22,4 = 2,24 liter
Mr O2 = 2 x 16 = 32
Massa O2 = mol O2 x Mr
= 0,1 x 32
= 3,2 gr

HUBUNGAN HUKUM GUY-LUSSAC DAN JUMLAH MOL

Dari hukum Guy-Lussac dapat disimpulkan bahwa perbandingan volume gas-gas sesuai dengan perbandingan mol, sehingga pada suhu dan tekanan yang sama (T,P sama) berlaku hubungan :
V1 : V2 = n1 : n2
Dimana :
V1 = volume gas 1
V2 = volume gas 2
n1 = mol gas 1
n2 = mol gas 2

Contoh soal :
1. Berapakah volume 6,4 gr gas Metana (CH4) jika pada keadaan yang sama 1 liter gas Nitrogen (N2) memiliki massa 1,4 gr ? (Diketahui Ar C =12, H =1, N = 14)
Jawab :
Diketahui : massa CH4 = 6,4 gr
Volume N2 = 1 liter
Massa N2 = 1,4 gr
Ditanya : volume CH4 = ....?
Mr CH4 = (1 x 12) + ( 4 x 1 ) = 12 + 4 = 16
Mr N2 = 2 x 14 = 28
Mol CH4 = gr : Mr = 6,4 : 16 = 0,4 mol
Mol N2 = gr : Mr = 1,4 : 28 = 0,05 mol
Maka :
vol CH4 : vol N2 = mol CH4 : mol N2
X : 1 = 0,4 : 0,05
X = 8 x 1 = 8 liter
Diperoleh : volume CH4 = 8 liter

PENENTUAN RUMUS EMPIRIS, RUMUS MOLEKUL,
SENYAWA HIDRAT, DAN KADAR ZAT DALAM SENYAWA

Rumus empiris merupakan rumus perbandingan jumlah mol unsur-unsur yang membentuk suatu senyawa, contoh : (CH2O)n, (CH2)n, dan lain-lain.

Rumus molekul senyawa merupakan rumus kimia yang menggambarkan jumlah atom dan unsur penyusun suatu senyawa, contoh : C6H12O6 , C4H8, dan lain-lain.

Dalam penentuan rumus molekul, perlu ditentukan terlebih dahulu rumus empirisnya, selanjutnya dengan menggunakan data Mr senyawa, dapatlah ditentukan rumus molekulnya.

Contoh soal :

1. Suatu senyawa hidrokarbon mengandung 85,7 % massa karbon, dan sisanya massa hidrogen. Jika diketahui Mr senyawa hidrokarbon tersebut 56, tentukanlah rumus empiris dan rumus molekul senyawa tersebut ! ( Diketahui : Ar C = 12, H = 1)
Jawab :
Diketahui : massa karbon = 85,7 %
Mr senyawa hidrokarbon = 56

Ditanya : rumus empiris dan rumus molekul
% massa hidrogen = 100 % - 85,7% = 14,3 %
Perbandingan mol C : mol H = (% massa C : Ar C) : (% massa H : Ar H)
= (85,6: 12) : ( 14,3 : 1)
= 7, 14 : 14,3
= 1 : 2
Jadi, rumus empirisnya = (CH2)n
Mr (CH2)n = 56
( 1 x Ar C + 2 x Ar H)n = 56
{( 1 x 12) + (2 x 1)}n = 56
(12 + 2)n = 56
14 n = 56
n = 56 : 14
n = 4
jadi rumus molekulnya = (CH2)4 = C4H8

2. Benzena mempunyai rumus empiris CH, dan massa molarnya adalah 78. Tentukan rumus molekulnya, jika diketahui Ar C = 12, H = 1.
Jawab :
Diketahui : Mr CH = 78
(CH)n = 78
{( 1 x Ar C) + ( 1 x Ar H)}n = 78
{(1 x 12) + ( 1 x 1 )}n = 78
(12 + 1)n = 78
13 n = 78
n = 78 : 13
n = 6
Jadi rumus molekulnya (CH)6 = C6H6

PENENTUAN SENYAWA HIDRAT

Senyawa hidrat adalah senyawa yang mengikat molekul air. Molekul air yang terikat itu dinamakan molekul hidrat.
Contohnya :
MgSO4 . 2H2O = mengikat 2 molekul air,
Cr2O3 . 3H2O = mengikat 3 molekul air.
Penentuan jumlah molekul hidrat adalah dengan cara memanaskan senyawa hidrat tersebut, sehingga molekul air menguap, selisih massa sebelum dan sesudah pemanasan menunjukkan jumlah hidrat yang dikandung senyawa tersebut.

Contoh soal :

1. Jika 39 gr MgSO4. x H2O dipanaskan, dihasilkan 30 gr MgSO4 anhidrat sesuai dengan persamaan reaksi :

MgSO4. xH2O --> MgSO4 + x H2O
Perbandingan koefisien = 1 : 1 : x
Jika diketahui Mr MgSO4 =120 dan Mr H2O = 18, maka nilai x adalah.....

Jawab :
Diketahui : Massa MgSO4. x H2O = 39 gr , Massa MgSO4 = 30 gr
Mr MgSO4 =120 , Mr H2O = 18
Ditanya : jumlah molekul hidrat ( x ) = ...?
Massa H2O = 39 – 30 = 9 gr
Mol MgSO4 = 30 gr : 120 = 0,25
Mol H2O = 9 gr : 18 = 0,5
Mol MgSO4 : Mol H2O = koefisien MgSO4 : koefisien H2O
0,25 : 0,5 = 1 : x
0,5 = 1 : x
X = 1 : 0,5 = 2
Maka jumlah molekul air = 2,
senyawa tersebut adalah MgSO4. 2 H2O

PENENTUAN KADAR UNSUR DALAM SENYAWA

Hukum Proust menyatakan bahwa perbandingan massa unsur-unsur penyusun senyawa selalu tetap, maka dapatlah kita menentukan perbandingan massa unsur dalam suatu senyawa yang telah diketahui rumus kimianya. Maka untuk suatu senyawa dengan rumus XmYn berlaku persamaan sebagai berikut :

Massa X = {( m x Ar X) / (Mr XmYn)} x massa XmYn

Dimana m = indeks zat X

Contoh soal :
1. Tentukan massa Al, S dan O dalam 171 kg senyawa Al2(SO4)3, jika diketahui Ar Al = 27, S = 32, O = 16.
Jawab : Mr Al2(SO4)3 = (2 x Ar Al) + ( 3 x Ar S) + ( 12 x Ar O)
= ( 2 x 27) + ( 3 x 32) + ( 12 x 16)
= 342
Indeks Al = 2
Indeks S = 3
Indeks O = 12
Massa Al = {(indeks Al x Ar Al) : Mr Al2(SO4)3} x massa Al2(SO4)3
= {( 2 x 27) : 342} x 171
= 27 kg
Massa S = {(indeks S x Ar S) : Mr Al2(SO4)3} x massa Al2(SO4)3
= {( 3 x 32) : 342} x 171
= 48 kg
Massa O = {(indeks O x Ar O) : Mr Al2(SO4)3} x massa Al2(SO4)3
= {( 12 x 16) : 342} x 171
= 96 kg

2. Kadar molekul hidrat dalam senyawa FeSO4 . x H2O sebanyak 26,47 %. Jika diketahui Mr FeSO4 = 152, dan Mr H2O = 18, maka tentukan jumlah molekul hidrat dan rumus garam terhidrat tersebut !
Jawab : diketahui : % H2O = 26,47 %
Mr FeSO4 = 152, Mr H2O = 18
Ditanya : x = ..? , rumus garam terhidrat = ...?
% FeSO4 = 100 % - 26,47 % = 73,53 %
{( % FeSO4 : % H2O)} = {( Mr FeSO4 : ( indeks H2O x Mr H2O)}
( 73,53 : 26,47) = 152 : ( x . 18)
2,77 = 152 : 18x
18 x = 152 : 2,77
18 x = 54,9
X = 54,9 : 18
= 3
Jadi, jumlah molekul hidrat = 3,
rumus molekul garam terhidrat = FeSO4 . 3 H2O

PENENTUAN PEREAKSI PEMBATAS

Tahukah kamu tentang reaksi kimia yang berlangsung secara stoikhiometri dan non stoikhiometri ? Reaksi kimia yang berlangsung secara stoikhiometri adalah jika semua reaktan (zat-zat yang bereaksi) habis bereaksi. Sedangkan reaksi kimia yang berlangsung secara non stoikhiometri ada terdapat reaktan yang bersisa ( tak habis bereaksi).
Maka penentuan jumlah mol zat-zat hasil reaksi haruslah berdasarkan jumlah mol reaktan yang habis bereaksi.

Reaktan yang habis bereaksi disebut PEREAKSI PEMBATAS. Zat yang habis bereaksi dapat ditentukan dengan cara membagi jumlah mol dengan koefisien reaksinya, kemudian pilihlah nilai yang paling kecil.

Contoh soal :

1. Sebanyak 28 gr logam besi (Fe) direaksikan dengan 48 gr gas oksigen (O2) menghasilkan Fe2O3, jika diketahui Ar Fe = 56 dan O = 16, persamaan reaksi :
Fe + O2 --> Fe2O3 (reaksi belum setara)
maka tentukanlah :

a. massa Fe2O3
b. massa reaktan yang bersisa

jawab :
diketahui : massa Fe = 28 gr massa O2 = 48 gr
Ar Fe = 56 Ar O = 16
Mr Fe2O3 = ( 2 x Ar Fe) + ( 3 x Ar O) = ( 2 x 56) + ( 3 x 16) = 160
Mol Fe = gr : Mr = 28 : 56 = 0,5 mol
Mol O2 = gr : Mr = 48 : 16 = 1,5 mol
Penyetaraan reaksi : 4 Fe + 3 O2 --> 2 Fe2O3
Koefisien reaksi : 4 : 3 : 2
4 Fe + 3 O2 --> 2 Fe2O3
Mol Fe = 0,5
Mol O2 = 1,5
Mol zat / koefisien =
Mol Fe/koefisien = 0,5/4 = 0,125
Mol O2/koefisien = 1,5/3 = 0,5

Karena nilai pembagian jumlah mol terhadap koefisiennya lebih kecil,
maka Besi (Fe) adalah pereaksi pembatas.

Maka jumlah mol Fe2O3 = (koefisien Fe2O3 : koefisien Fe) x mol Fe
= ( 2 : 4 ) x 0,5 = 0,25 mol
Massa Fe2O3 = mol Fe2O3 x Mr Fe2O3
= 0,25 x 160 = 40 gr


Mol O2 yang bereaksi = (koefisien O2 : koefisien Fe) x mol Fe
= ( 3 / 4) x 0,5 = 0,375 mol
Massa O2 yang bereaksi = Mol O2 yang bereaksi x Mr O2
= 0,375 x 32
= 12 gr
Massa O2 yang bersisa = massa O2 awal - massa O2 yang bereaksi
= 48 - 12 = 36 gr

Jadi, reaktan yang bersisa adalah oksigen, dengan sisa sebanyak 36 gr.


BAB III
EVALUASI

3.1. Latihan Soal-Soal ( Pilihan ganda dan Essay)
3.1.1 Pilihan Ganda

1. Diantara rumus-rumus kimia di bawah ini, yang termasuk rumus empiris adalah….
A. C2H4
B. C2H6
C. CH3
D. C3H8
E. C6H12O6

2. Bila terdapat 5 gr CaCO3, maka jumlah mol zat tersebut adalah….(Ar Ca = 40, C =12, O =16)
A. 0,01 mol
B. 0,1 mol
C. 0,05 mol
D. 0,5 mol
E. 0,505 mol

3. Terdapat 14 gr Nitrogen (N2), maka jumlah molekul Nitrogen adalah …….(Ar N = 14)
A. 0,301 x 10 pangkat 23 molekul
B. 0,501 x 10 pangkat 23 molekul
C. 3,01 x 10 pangkat 23 molekul
D. 5, 01 x 10 pangkat 23 molekul
E. 6, 02 x 10 pangkat 23 molekul

4. Pada keadaan standar (STP), volume dari gas metana (CH4) yang jumlah massanya 32 gr adalah..................(Ar H = 1, C = 12)
A. 0,48 liter
B. 4,48 liter
C. 4,8 liter
D. 44,8 liter
E. 48,8 liter

5. Pada suhu dan tekanan tertentu 0,5 mol gas oksigen volumenya 2 liter. Maka, volume dari 1,5 mol gas hidrogen pada suhu dan tekanan yang sama dengan gas oksigen tersebut adalah......
A. 0,5 liter
B. 1,5 liter
C. 2,0 liter
D. 4,0 liter
E. 6,0 liter

6. Terdapat 2 mol gas metana (CH4) yang bereaksi dengan 3 mol gas oksigen (O2) menurut persamaan reaksi berikut :
CH4 + 2 O2 --> CO2 + 2 H2O
Maka zat yang menjadi pereaksi pembatas adalah ........
A. CH4
B. O2
C. CO2
D. H2O
E. CH4 dan O2

7. Sebanyak 0,5 mol logam Besi (Fe) direaksikan dengan 1,5 mol Oksigen (O2) sehingga menghasilkan Fe2O3. Jika diketahui massa molekul relatif (Mr) Fe2O3 adalah 160, maka massa Fe2O3 adalah ..................
A. 20 gr
B. 30 gr
C. 40 gr
D. 50 gr
E. 60 gr

8. Jika 39 gr MgSO4. xH2O dipanaskan, dihasilkan 30 gr MgSO4 anhidrat sesuai dengan persamaan reaksi :

MgSO4. x H2O ----> MgSO4 + xH2O
Jika diketahui Mr MgSO4 =120 dan Mr H2O = 18, maka nilai x adalah.....
A. 2
B. 3
C. 4
D. 5
E. 6


3.1.2 ESSAY TEST

1. Suatu analisis terhadap senyawa ion menunjukkan bahwa senyawa tersebut mengandung

2,82 gr natrium (Na), 4,35 gr klorin (Cl), dan 7,83 gr oksigen (O2). Tentukan rumus empiris senyawa tersebut ! ( diketahui Ar Na = 23, Cl = 35,5, O = 16)
2. Berapakah kadar oksigen dan hidrogen dalam air (H2O) ? ( diketahui Ar H = 1, O = 16)

3. Sebanyak 2,7 gr Aluminium (Al) direaksikan dengan 49 gr asam sulfat ( H2SO4) encer sehingga menghasilkan aluminium sulfat ,Al2(SO4)3 dan hidrogen, H2. ( Ar Al = 27, H = 1, S = 32, O = 16). Tentukan :
a. Persamaan reaksi
b. Pereaksi pembatas
c. Reaktan yang bersisa

BAB IV
PENUTUP

Dengan selesainya modul 5 ini, kami sangat mengharapkan para peserta didik benar-benar tuntas dalam pembelajaran Kimia kelas X semester satu dan dapat melanjutkan pembelajaran di semester dua.
Akhir kata selamat belajar, jadikanlah membaca buku pelajaran sebagai salah satu hobbimu, semakin rajinlah mengkaji ulang pelajaran di rumah agar berhasil dalam meraih cita-cita.