Pembahasan Soal Essay Nomor 1-6 Olimpiade Kimia Tahun 2014

Soal 1. Senyawa-senyawa yang mengandung atom H, N, dan O     (25 poin)

Atom H, N dan O dapat membentuk 5 senyawa A, B, C, D dan E. Data yang dikumpulkan mengenai kelima senyawa itu adalah:

1. Semua senyawa A, B, C, D dan E tersebut bila dilarutkan dalam air bersifat elektrolit, walaupun tidak semua merupakan elektrolit Senyawa C dan D adalah senyawa ionik tetapi senyawa B adalah kovalen
2. Nitrogen dengan tingkat oksidasi tertinggi terdapat pada senyawa A dan C, sedangkan nitrogen dengan tingkat oksidasi terendah terdapat pada senyawa C, D dan Muatan formal dua atom nitrogen pada senyawa C adalah +1 tetapi muatan formal atom nitrogen pada senyawa B = 0
3. Pada temperatur ruang, senyawa A dan E ada dalam larutan, dan kedua larutan tersebut dapat mengeluarkan gas-gas, Konsentrasi larutan A paling pekat 16 M sedangkan larutan E paling pekat 15
4. Senyawa D mengandung nitrogen 43,7% massa dan oksigen 50% Dalam kondisi STP, senyawa D merupakan kristal padat dan bila dipanaskan akan terdekomposisi membentuk gas.
5. Senyawa C mengandung satu atom O lebih banyak dari Larutan C bersifat asam lemah, larutan A adalah asam kuat. Larutan B dan E bersifat basa.
6. Titrasi 0,726 g senyawa B membutuhkan HCI 1 M sebanyak 21,98 ml untuk

Tentukan rumus kimia 5 senyawa tersebut dan jelaskan cara mendapatkannya.

Pembahasan soal

Senyawa A adalah asam kuat dan atom nitrogennya punya tingkat oksidasi tertinggi. Tingkat oksidasi tertinggi N adalah +5, dan ini terdapat pada HNO₃ (ini asam kuat) jadi senyawa A adalah HNO₃ .

Senyawa B adalah senyawa kovalen, mutan formal atom N = 0, bersifat basa.
Titrasi senyawa B (bersifat basa – punya gugus OH) dapat dinetralkan dengan HCl 1 M sebanyak 21,98 mL

Jumlah mol HCl = 1 M x 21,98 mL = 21,98 mmol. Ini setara dengan mol senyawa B. Untuk memastikan perlu diketahui massa molar senyawa B = 0,726 g : 21,98 mmol = 33,03 g/mol
Massa molar 33 g/ mol ini sesuai dengan massa molar NH₂OH = 14 + 2 + 16 + 1 = 33 g/mol
Muatan formal dari N = 5 – 3 – 2 = 0
Jadi senyawa B ini adalah NH₂OH .

Senyawa C adalah senyawa yang memiliki 2 atom N (dengan tingkat oksidasi tertinggi (+5) dan terendah (-3)) bersifat asam lemah, senyawa ionik, muatan formal kedua atom N-nya adalah +1. N dengan tingkat oksidasi tertinggi ada pada NO₃^– dan tingkat oksidasi terendah ada pada NH₃atau NH₄⁺

Tampak pada gambar kedua ion tersebut muatan formal atom N adalah +1 (muatan formal = jumlah elektron valensi – jumlah ikatan – jumlah elektron bebas). Kesimpulannya senyawa C adalah NH₄NO₃. Garam ini merupakan jenis garam yang bersifat asam.

Senyawa D merupakan senyawa ionik. Rumus empiris senyawa D dapat ditentukan berdasarkan data di d dan disimpukan memiliki perbandingan H:N:O = 2:1:1.

Jumlah atom O pada senyawa C (NH₄NO₃) dinyatakan lebih banyak dibanding senyawa D, dengan demikian disimpulkan bahwa senyawa D adalah NH₄NO₂ (oksigennya 1 lebih sedikit dibanding senyawa C (NH₄NO₃) ) .
Reaksi dekomposisi : NH₄NO₂ → N_2 (g)+ 2 H₂O _(l)

Senyawa E bersifat basa, dengan tingkat oksidasi N terendah (biasanya pada ion amonium dengan tingkat oksidasi N = -3), mudah menguap pada suhu kamar. Karena ada kata kunci bersifat basa maka dapat disimpulkan senyawa E adalah NH₄OH.

Jadi : A = HNO₃     B = NH₂OH   C = NH₄NO₃     D = NH₄NO₂    E = NH₄OH.

Soal 2. Senyawa karbonat                 (12 poin)

Anda mempunyai suatu garam karbonat yang kationnya tidak diketahui secara pasti. Tetapi anda ketahui pasti, kation tersebut mempunyai muatan +2. Jadi, garam tersebut mempunyai formula umum MCO₃.

Sebanyak 4,56 g senyawa ini dimasukkan ke dalam air, ternyata tidak larut. Penambahan asam kuat (HCl) berlebih, dan sebagaimana diharapkan, larutan mengeluarkan gelembung­gelembung gas dan senyawa tersebut menjadi larut. Massa yang hilang akibat bebasnya gas CO₂ adalah 1,164 g. Selanjutnya, ke dalam larutan tersebut ditambahkan natrium fosfat, dan terbentuk endapan baru.

1. Apa kation dalam garam karbonat tersebut?
2. Bagaimana formula endapan baru setelah penambahan natrium fosfat?
3. Berapa massa endapan baru tersebut?

Klik untuk lihat pembahasan soal

Posted in: Kimia, Olimpiade Kimia, Pendidikan | Tagged: osp kimia 2014, pembahasan soal, pembahasan soal osp kimia 2014, soal essay osp kimia 2014

Soal 3. Mineral fluorospar                        ( 22 poin)

Sumber utama fluorin adalah mineral fluorospar juga disebut fluorite) yang kandungan utamanya adalah kalsium fluorida, CaF₂.

1. Susunlah siklus Born-Haber pembentukan CaF₂ dari unsur-unsurnya.
2. Gunakan siklus ini untuk menghitung energi kisi CaF₂ (s), dihubungkan dengan data berikut dan data yang lain. ∆H atomisasi (Ca) = +178 kJ.mol^-1; F(g) → F^–(g), ∆H = -328kJ.mol^-1 (afinitas elektron fluorin); ∆H_f (CaF₂) = -1220 kJ.mol^-1; ∆H atomisasi F₂ = 158kJ.mol^-1; Energi ionisasi ke 1 dan ke 2 dari Ca = 590 dan 1150 kJ.mol^-1 .
3. Tahap pertama pembebasan fluorin dari CaF₂ adalah menghaluskan senyawa ini dan kemudian mereaksikannya dengan asam sulfat Hasil reaksi ini adalah hidrogen fluorida dan kalsium sulfat, CaSO₄. Tuliskan persamaan setara dan fasa reaktan dan produk untuk reaksi ini
4. Hitunglah perubahan entalpi untuk reaksi ini (‘c’), dengan menggunakan data berikut melengkapi data di atas: ∆H_f (H₂SO₄) = -814 mo1^-1; ∆H_f (HF) = -271 kJ.mol^-1;        ∆H_f(CaSO₄) = -1434 kJ.mol^-1.
5. Haruskah reaksi ini dipanaskan atau didinginkan? Berikan alasan atas jawaban Anda.

Soal 4. Aditif dalam deterjen, natrium tripolyfosfat, (23 poin)

Senyawa natrium tripolyfosfat, Na₅P₃O₁₀, dihasilkan dari proses pemanasan stoikiometri dinatriumfosfat, Na₂HPO₄, dan mononatriumfosfat, NaH₂PO₄, di bawah kondisi yang terkendali. Senyawa ini digunakan sebagai aditif dalam detergen untuk mengikat ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ dalam air sadah sehingga dapat mencegah pengendapan garam asam lemak pada pakaian yang dicuci.

1. Tuliskanlah reaksi setara pemanasan antara dinatriumfosfat, Na₂HPO₄, dan mononatriumfosfat, NaH₂PO₄.
2. Gambarkan struktur Lewis spesi ion (P₃O₁₀)^–5 dan (P₃O₉)^–3 dengan asumsi tidak terbentuk ikatan P-P.
3. Dengan asumsi terbentuk koordinasi oktahedral dengan ion Mg²⁺, gambarkan ion (Mg(P₃O₁₀)(H₂O)_n)^–3 dan tunjukkan pula berapakah nilai n.
4. Tuliskan reaksi kesetimbangan antara ion Ca²⁺ dengan Na₅P₃O₁₀ ketika terjadi pengikatan oleh deterjen dalam air sadah, dengan asumsi perbandingan aditif Na₅P₃O₁₀terhadap ion Ca²⁺ adalah 1:1.
5. Hitung berapa gram Na₅P₃O₁₀ yang dibutuhkan untuk ditambahkan ke dalam mesin cuci berisi 20 L air untuk mengurangi ion Ca²⁺ dalam air ledeng (0,225 g/L) menjadi 0,02 g/L. Pengaruh pH, pengendapan Ca(OH)₂ dan efek lainnya akibat ion positif lainnya dapat diabaikan. Diketahui  = 1,0 × 10^–3; M_r Na₅P₃O₁₀= 368 dan Ar Ca = 40

Soal 5. Kinetika azometana                       (13 poin)

Gas azometana, CH₃N=NCH₃, pada 300^oC terdekomposisi menjadi etana, C₂H₆, dan nitrogen, N₂ . Berdasarkan eksperimen, telah ditentukan bahwa dekomposisi tersebut adalah order pertama. Waktu paruh untuk dekomposisi azometana adalah 1,02 detik pada 300°C. Sebanyak 45,0 mg sampel azometana ditempatkan dalam 300 mL wadah tertutup dan dipanaskan pada 300^oC.

1. Tuliskan persamaan reaksi dekomposisi azometana (2 poin)
2. Tuliskan pernyataan hukum laju dekomposisi azometana. (3 poin)
3. Berapa massa (milligram) azometana yang tersisa setelah 3,0 detik? (4 poin)
4. Tentukan tekanan parsial gas nitrogen dalam wadah setelah 3,0 (4 poin)

Soal 6. Hidrokarbon tak jenuh dengan Halogen         (22 poin)

Suatu hidrokarbon tidak jenuh A dapat bereaksi dengan halogen B membentuk produk senyawa C. Senyawa C ternyata masih dapat bereaksi dengan halogen B membentuk senyawa D yang jenuh. Senyawa C mengandung mol A sama dengan mol B sedangkan senyawa D mengandung mol B sama dengan dua kali mol A. Jika awalnya 6,5 g A direaksikan dengan 64 g B dan massa molekul relatif B adalah 6,153 kali massa molekul relatif A.

1. Tentukan rumus kimia senyawa A dan B, kemudian gambarkan struktur kedua senyawa tersebut
2. Tentukan rumus kimia senyawa C dan D dan gambarkan strukturnya
3. Hitung pula massa setiap zat dalam satuan yang ada saat akhir