Azas teknik k imia

MODUL AJAR

PENGANTAR PERHITUNGAN DALAM

TEKNIK KIMIA

Oleh :

FARIDAH, ST, M.Sc

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA INDUSTRIJURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWETAHUN 2012

Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 1

HALAMAN PENGESAHAN

PENGANTAR PERHITUNGAN DALAM TEKNIK KIMIA

Kegiatan Pembuatan modul ajar ini dibiayai dengan sumber dana DIPA

Politeknik Negeri Lhokseumawe Tahun Anggaran 2012.

Menyetujui Penyusun,Ketua Jurusan Teknik Kimia,

Ir. M. Yunus, MT Faridah, ST, M.ScNIP. 19651231 199303 1 020 NIP. 19770306 2002 12 2 003

Mengetahui/mengesahkan Pembantu Direktur I,

(Dr. T. Rihayat, ST, MT) NIP. 19690710 1997 02 1 001


HALAMAN PENGESAHAN REVIEWER

Penulisan Modul Ajar Pengantar Perhitungan Teknik Kimia yang dibuat oleh :

Nama : Faridah, ST, M.Sc

NIP : 19770306 200212 2 003

Jurusan : Teknik Kimia

Telah memenuhi syarat-syarat Modul Ajar yang dibiayai dengan Sumber Dana DIPA Politeknik Negeri Lhokseumawe Tahun Anggaran 2012.

Telah diperiksa oleh :

Reviewer:

1. Ir. Sariadi, MT

NIP. 19631222 199303 1 001 ………………………

2. Dr. T. Rihayat, ST, MT

NIP. 1960710 199702 1 001 ………………………

3. Ir. Harunsyah, M.Eng.Sc

NIP. 19650330 199303 1 001 ………………………

Menyetujui,Ka. Unit P2AI

Ir. Hanafiah HZ, MT NIP. 195608151989021001


DAFTAR ISI

HALAMAN PENGESAHAN INSTITUSI..................................................................iiHALAMAN PENGESAHAN REVIEWER....................................................iiiDAFTAR ISI..................................................................................................................ivKATA PENGANTAR...................................................................................................viPRAKATA.........................................................................................................vii

TOPIK 1. PERSAMAAN KIMIA................................................................................ 1 1.1 Pendahuluan.............................................................................................. 1 1.2 Tujuan Khusus Topik................................................................................ 1 1.3 Prasyarat Topik.......................................................................................... 2 1.4 Hukum Kekekalan Massa............................................................... ..........3 1.5 Reaksi Kimia............................................................................................. 4 1.6 Jenis-Jenis Reaksi Kimia........................................................................... 7 1.7 Persamaan Reaksi Kimia........................................................................... 7 1.8 Beberapa Hubungan dalam Penyelesaian Persamaan Kimia.......... .........9 1.9 Rangkuman................................................................................................ 13 1.10 Pertanyaan................................................................................................. 14 1.11 Model Jawaban.......................................................................................... 15 1.12 Tugas......................................................................................................... 15 1.13 Tindak Lanjut............................................................................................ 16 1.14 Daftar Titik Penampilan............................................................................ 17 1.15 Cek Kemampuan....................................................................................... 17

TOPIK II. STOIKIOMETRI........................................................................................ 18 2.1 Pendahuluan.............................................................................................. 18 2.2 Tujuan Khusus Topik................................................................................ 18 2.3 Prasyarat Topik.......................................................................................... 19 2.4 Pengertian Stoikiometri............................................................................. 19 2.5 Hubungan Stoikiometri Dengan Koeffesien Reaksi................................. 21 2.6 Hubungan Stoikiometri Dengan Massa..................................................... 22 2.7 Reaktan Pembatas...................................................................................... 23 2.8 Rangkuman ............................................................................................... 27 2.9 Pertanyaan................................................................................................. 28 2.10 Model Jawaban..........................................................................................29 2.11 Tugas......................................................................................................... 29 2.12 Tindak Lanjut............................................................................................ 30 2.13 Daftar Titik Penampilan............................................................................ 31

TOPIK III. REAKSI KIMIA DI INDUSTRI.............................................................. 323.1 Pendahuluan................................................................................................ 323.2 Tujuan Khusus Topik.................................................................................. 323.3 Prasyarat Topik........................................................................................... 333.4 Reaksi Kimia Dalam Industri Kimia.......................................................... 333.5 Memilih Pereaksi Sebagai Pembatas dan Berlebih .................................... 443.6 Rangkuman................................................................................................ 50

3.7 Pertanyaan................................................................................................... 51 3.8 Model Jawaban............................................................................................52Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 4

3.9 Tugas........................................................................................................... 53 3.10 Tindak Lanjut............................................................................................55 2.11 Daftar Titik Penampilan............................................................................56

DAFTAR PUSTAKA.....................................................................................................57LAMPIRAN


KATA PENGANTAR

Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia merupakan bagian dari

materi mata kuliah Azas Teknik Kimia yang di jadwalkan pada semester I di Prodi

Teknik Kimia Industri Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe. Modul

ajar ini dikembangkan untuk mahasisiwa semester I yang merupakan mata kuliah dasar

bagi mahasisiwa. Modul ajar ini memiliki tiga bab yang terdiri dari bab 1 tentang

persamaan reaksi, bab II tentang stoikiometri dan bab III tentang reaksi kimia di Industri.

Semua bab yang ada di modul ajar ini menjelaskan tentang perhitungan-perhitungan

dasar dalam menyelesaikan soal-soal reaksi yang terdapat di industri kimia.

Modul ajar di buat memiliki tujuan instruksional adalah untuk membantu

mahasiswa dalam proses belajar mengajar dan selain itu untuk mempermudah mahasiswa

memahami mata kuliah perhitungan Teknik Kimia Industri, dimana modul pengantar

perhitungan teknik kimia merupakan bagaian dari silabus mata kuliah Azas Teknik

Kimia. Disini mahasiswa yang akan mengambil mata kuliah harus sudah memahami

tentang ilmu dasar seperti, matematika, kimia dasar, kimia organik dan kimia fisika.

Dengan adanya modul ajar pengantar perhitungan Teknik Kimia diharapkan

mempermudah bagi mahasiswa dalam memahami mata kuliah Azas Teknik Kimia.

Modul ajar ini masih banyak kekurangan yang harus diperbaiki di kemudian hari.

Oleh karena itu adanya saran-saran dan petunjuk yang mendukung untuk perbaikan

modul ajar sangat diharapkan.

Lhokseumawe, 1 Desember 2012Ka. Prodi Teknik Kimia Industri

Alfian Putra, ST, M.Agric19730315 200212 1 001


PRAKATA

Modul Ajar Pengantar Perhitungan Teknik Kimia adalah bagian sub topik dari

mata kuliah Azas Teknik Kimia yang akan diikuti oleh mahasiswa Prodi Teknik Kimia

Industri pada Jurusan Teknik Kimia. Pada topik modul ajar pengantar perhitungan dalam

teknik kimia mempunyai waktu pertemuan 4 jam/minggu. Topik ini akan diselesaikan

selama 16 jam. Modul ajar pengantar dalam perhitungan teknik kimiai merupakan suatu

acuan yang dipergunakan oleh staf pengajar dan mahasiswa dalam melaksanakan proses

belajar mengajar.

Setelah mempelajari pengantar perhitungan teknik kimia mahasiswa Prodi Teknik

Kimia Industri pada Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe akan mampu

menjelaskan dan menerapkan penggunaan perhitungan-perhitungan dasar di dalam

industri kimia.

Lhokseumawe, 1 Desember 2012

Penulis


TOPIK 1

PERSAMAAN KIMIA

1.1PendahuluanDalam industri kimia sering ditemukan sebuah reaksi yang memerlukan

sebuah perhitungan. Perhitungan-perhitungan yang berasal dari suatu reaksi kimia

dalam menghasilkan suatu produk. Reaksi kimia yang terjadi ditampilkan dalam

suatu persamaan reaksi yang mengambarkan jumlah kuantitatif dan kualitatif dari

suatu reaksi kimia. Persamaan kimia mengambarkan berapa banyak reaktan/bahan

baku/pereaksi digunakan dan mengambarkan berapa banyak produk yang didapat

dari reaktan/bahan baku/pereaksi yang digunakan, sehingga persamaan kimia

diperlukan untuk menjabarkan reaksi kimia yang terjadi. Oleh karena itu dalam

topik ini akan menjelaskan persamaan kimia yang terjadi dari suatu reaksi kimia

dengan mengkaji reaksi kimia yang terjadi pada bidang teknik khususnya teknki

kimia.

Topik ini akan ditampilkan secara sistematis dan disesuaikan dengan

kebutuhan materi dalam matakuliah Azas Teknik Kimi berdasarkan silabus

program studi Teknik Kimia Industri Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri

Lhokseumawe. Untuk mempermudah memahami materi persamaan reaksi ini,

maka topik persamaan reaksi akan menjelaskan beberapa sub pokok bahasan,

meliputi:

1. Reaksi Kimia

2. Reaktan/perekasi

3. Hasil reaksi/produk

4. Persamaan reaksi

5. Koefesien reaksi

1.2Tujuan Khusus TopikSetelah mempelajari topik persamaa kimia diharapkan mahasiswa

mempunyai kemampuan:Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 8

1. Menjelaskan hukum kekekalan massa

2. Menjelaskan defenisi reaksi kimia dan persamaan kimia

3. Menjelaskan yang dimaksud dengan reaktan, pereaksi, hasil reaksi dan

produk

4. Menjelaskan dan mampu membuat persamaan kimia

5. Menjelaskan mampu menyetarakan persamaan kimia

6. Menjelaskan fungsi koefesien reaksi dalam persamaan kimia

1.3Prasyarat Topik

1.3.1 Prasyarat tenaga pengajarPrasyarat yang harus dipenuhi oleh tenaga pengajar dalam memberikan

topik ini adalah:

1. Tenaga pengajar harus mempunyai Satuan Acara Perkuliahan

(SAP) dan Garis Besar Program Pengajaran (GBPP) sesuai dengan

tatap muka di kelas yang terdapat pada silabus Program Studi

Teknik Kimia Industri untuk mahasiswa semester I.

2. Dalam memberikan materi pembelajaran tenaga pengajar harus

menggunakan referensi yang sesuai dengan topik bahasan yang

diajarkan dengan mudah serta dapat di akses oleh mahasiswa

3. Tenaga pengajar harus memiliki pengetahuan tentang kimia dasar,

kimia fisika, dan matematika

1.3.2 Prasyarat mahasiswaPrasyarat yang harus dipenuhi oleh mahasiswa yang mengikuti

perkuliahan pada topik persamaan kimia adalah:

1. Mahasiswa mengetahui ilmu dasar untuk kimia dasar, kimia fisika, dan

matematika

2. Mahasiswa pada semester 1 pada Program Studi Teknik Kimia Industri

Jururusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe

3. Mahasiswa harus memiliki kehadiran dikelas minimal 80%


1.4 Hukum Kekekalan MassaSalah satu sifat kimia yang dapat dilihat

pada kayu yang terbakar. Misalkan pada

pembakaran sebatang kayu pada api unggun hingga

yang tertinggalhanya seonggok abu. Selama

pembakaran, asap, panas dan cahayadilepaskan.

Mudah dilihat bahwa terjadi suatu perubahan kimia.

Mula-mula anda mungkin berfikir bahwa terjadi

kehilangan zat selamaperubahan tersebut karena

onggokan abunya terlihat begitu

sedikitdibandingkan kayunya.

Namun misalkan selama pembakaran anda dapat mengumpulkan semua

oksigen di udara yang bercampur dengan kayu.Dan misalkan anda dapat

mengumpulkan asap dan gas yang terlepas darikayu yang terbakar, serta

mengukur massanya. Barulah anda akan dapatibahwa tidak ada massa yang hilang

selama pembakaran. Tidak saja pada proses pembakaran, pada semua perubahan

kimiatidak ada massa yang hilang atau terbentuk. Dengan kata lain, zat

tidakterbentuk atau hilang selama suatu perubahan kimia.


Hukum Kekekalan Massa olehAntoine Laurent Lavoiser (1789)

Tidak ada penambahan atau pengurangan massa zat dalam reaksi (massa zat kekal/tetap), Sehingga massa zat-zat hasil reaksi sama dengan massa zat-

zat yang bereaksi

Gambar 1. Api unggun

Contoh 1.1:

1. 56 g besi (Fe) bereaksi dengan 32 g belerang (S) menghasilkan 88 g

senyawa besi sulfida (FeS).

2. C2H5OH + O2 → CO2 + H2O

massa C2H5OH + massa O2 = massa CO2 + massa H2O

3. CaCO3 → CaO + CO2

massa CaCO3 = massa CaO + massa CO2

4. Fe + 2 S → FeS2

massa Fe + massa S = massa FeS2

1.5Reaksi KimiaSebelum membahsa lebih lanjut tentang reaksi kimia, terlebih dahulu

penulis menjelaskan perubahan-perubahan yang terjadi pada zat-zat yang ada di

alam ini.

Pada zat/materi mengalami dua perubahan yaitu:

1. Perubahan fisika adalah perubahan materi yang tidak menghasilkan materi

baru dan hanya bersifat sementara.

Perubahan fisika à campuran

air + gula + pewarna merah --à sirup

Sifat air = cair, tak beracun

Gula = padatan manis

Pewarna merah = warna merah

Sirup = cairan merah rasa manis


2. Perubahan Kimia

Perubahan kimia adalah perubahan materi yang menghasilkan materi baru dan

tidak dapat kembali menjadi materi asal.Materi baru adalah materi yang sifat-

sifatnya berlainan dengan materi asal dan sifat tersebut tidak dapat kembali ke

sifat asalnya.

Perubahan kimia / reaksi kimia à senyawa

Logam Na + gas Cl2 ---à NaCl (garam dapur)

Logam Na = logam reaktif, warna putih,

dapat diiris dengan pisau, dengan air terbakar/ meledak.

Gas Cl2 = gas warna hijau, beracun

NaCl = padatan putih, rasa asin, tidak beracun.

Contoh 1.2: (Perubahan Fisika) :

Air membeku menjadi es, gula larut dalam air, pembuatan garam, logam

dipanaskan, kayu atau kertas dipotong-potong.

Contoh 1.3: (Perubahan Kimia) :

Proses fotosintesis, besi berkarat, meledaknya bom/petasan, proses peragian,

makanan membusuk, perubahan warna, proses pernafasan.

Untuk selanjutnya perubahan kimia disebut reaksi kimia. Berdasarkan

hasil eksperimen, dapat disimpulkan gejala-gejala yang menyertai reaksi kimia

yaitu:

1. Terbentuknya endapan

2. Terbentuknya gelembung-gelembung gas

3. Terjadinya perubahan warna

4. Terjadinya perubahan suhu / kalor

Reaksi kimia merupakan contoh yang paling sesuai untuk perubahankimia.

Pada reaksi kimia, satu zat atau lebih diubah menjadi zat baru. Zat-zatyang


bereaksi disebutpereaksi (reaktan).Zat baru yang dihasilkandisebut hasil reaksi

(produk). Hubungan ini dapat ditulis sebagai berikut.

Pereaksi Hasil reaksi

atau

Reaktan Produk

Gambar 2. Jika larutan timbal (II) nitrat dan kalium iodida dicampur, terbentuk padatan berwarna kuning menyala . Padatan kuning tersebut, timbal (II) iodida, terdapat di dasar gelas kimia, dan cairan dalam gelas kimia adalah larutan kalium nitrat

Oleh karena itu, reaksi kimia adalah perubahan yang terjadi saat satu atau

lebih zat terkonversimenjadi zat lain, dinyatakan dengan persamaan reaksi yang

menunjukkanhubungan molar antara reaktan dan produk.

Contoh 1.4.:

Jika kita meniup menggunakan sedotan ke dalam larutan yang

mengandungCa(OH)2, terjadi reaksi berikut:

Ca2+ + H2O + CO2 CaCO3 + 2H+

Persamaan di atas menunjukkan bahwa satu mol Ca2+ membutuhkan satu molCO2

untuk bereaksi yang menghasilkan produk satu mol padatan CaCO3 dan 2mol ion

H+. Jika diketahui larutan mengandung 0,10 gram ion Ca2+, maka jumlah CO2

yangdibutuhkan dapat dihitung dengan cara berikut:

Ca2+ + H2O + CO2 CaCO3 + 2H+


0, 1 X

1 mol Ca2+ = 1 mol CO2

Jadi CO2 yang dibutuhkan:

¿ 0,1 gr

40 grmol

x 44 grmol

¿0,11 gr CO2

1.6Jenis-Jenis Reaksi Kimia1. Reaksi penggabungan: dua reaktan bergabung membentuk senyawa baru.

H2 + Cl2 2HCl

2. Reaksi pertukaran: dua rekatan saling mempertukarkan ionnya.

NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3

5. Reaksi pembakaran: reaksi yang melibatkan oksigen atau udara sebagai

reaktan.

C2H5OH + O2 2CO2 + 3H2O

4. Reaksi oksidasi dan reduksi (redoks): reaksi yang mengoksidasi dan

ataumereduksi suatu zat. Contoh: reaksi pembakaran.

5. Reaksi penggantian: reaksi dimana suatu komponen menggantikan

komponen lainnya. Contoh: reaksi redoks berikut:

2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3

dimana Al menggantikan Fe di dalam oksida.

1.7 Persamaan Reaksi KimiaPersamaan kimia dalam suatu reaksi kimia dapat memberikan informasi

kwalitatif dan kwantitatif yang sangat penting pada perhitungan-perhitungan

massa dan volume bahan yang terlibat dalam proses kimia. Dimana persamaan

kimia digunakan untuk menjabarkan reaksi kimia yang ada di dalam proses kimia.

Persamaan reaksi kimia adalah suatu pernyataan yang menggambarkan reaksi

kimia menggunakan rumus kimia dan lambang lambang lain. Beberapa lambang

yang digunakan pada persamaan reaksi kimia terdiri dari :

1. : menghasilkan


2. + : ditambah

3. (s) : padatan (s = solid)

4. (g) : gas (g = gas)

5. (l) : cairan atau leburan (l = liquid)

6. (aq) : terlarut dalam air (aq = aquous)

Persamaan kimia merupakan suatu gambaran atau data yang memuat data

kualitatif dan kuantitatif dalam suatu reaksi kimia. Gambaran kualitatif dapat

berupa :

o zat pereaksi (reaktan)

o zat hasil reaksi (produk)

o efek panas (endoterm/eksoterm)

sedangkan gambaran kuantitatif dapat berupa :

o komposisi

o hubungan kuantitatif

o jumlah

Suatu persamaan reaksi :

a A + b B c C + d D

Reaksi di atas mempunyai arti:

1. Kualitatif, yaitu bahan apa yang direaksikan dan yang dihasilkan. Dimana

bahan A dan B merupakan reaktan atau pereaksi, sedangkan bahan C dan D

merupakan produk atau hasil reaksi.

2. Kuantitatif, yaitu perbandingan mol-mol sebelum dan sesudah reaksi. Jika 1

mol A bereaksi maka (b/a) mol B yang bereaksi.

Contoh 1.5.:Pernyataan yang mengaplikasikan persamaan rekasi yang terjadi

pada sebuah persamaan kimia diantaranya:Logam kalsium akan bereaksi dengan cairan air

1. Reaksi logam kalsium yang bereaksi dengan cairan air membentuk padatan

kalsium hidroksida dan gas hidrogen.Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 15

2. Ca(sCa(s) + 2 H2O(l) Ca(OH) 2(s) + H2(g)

Reatan Produk

2. Persamaan reaksi dapat menjabarkan reaksi yang terjadi dan menjabarkan

lambang-lambang di sebelah kanan rumus-rumus tersebut adalah (s) untuk

padatan, dan (aq) untuk larutan, yang berarti “terlarut dalam air”.

Pb(NO3)2(aq) + 2Kl(aq) Pbl2(s) + 2KNO3(aq).

3. Dengan persamaan reaksi yang lengkap, dapat digambarkan adanya efek

panas pada reaksi dan reaksi dapat balik atau reaksi searah.

N2 + 3H2 2NH3 ▲Hf= -1230 kj

Kualitatif:Reaktan N2 dan H2 serta produk NH3 yang merupakan reaksi bolak

balik yang eksoterm dengan menghasilkan panas yang dinyatakan dengan

▲Hf.

Kuantitatif :

- 1 molekul N2 berekasi dengan 3 molekul H2 untuk menghasilkan 2

molekul NH3

- N molekul N2 berekasi dengan 3 N molekul H2 untuk menghasilkan 2N

molekul NH3 (N=bilangan avogadro/ 6,023 x 1023)

- 1 mol N2 berekasi dengan 3 mol H2 untuk menghasilkan 2 mol NH3

1.8 Beberapa Hubungan Dalam Penyelesaian

Persamaan KimiaPenyelesaian persamaan kimia dapat dilakukan berbagai cara dalam suatu

persamaan kimia. Dibawah ini ada beberapa cara dalam menyelesaikan persamaan

kimia.

1.8.1 Menulis Persamaan Kimia Yang Balans

Angka yang terdapat didalam persamaan kimia yang terletak didepan

unsur atau senyawa dari suatu reaksi kimia disebut dengan koefesien reaksi. Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 16

Koeffesien reaksi ini diperlukan untuk menyamaan jumlah atom/unsur yang

terdapat dalam persamaan reaksi. Jumlah atom/unsur di reaktan dan di produk

harus sama, ini sesuai dengan hukum kekekalan massa.

Contoh 1.6:

_Al + _HCl → →_AlCl3 + _H2Reaktan Produk

Penyelesaian:

1. Beri tanda untuk diisi dengan koefisien setiap reaktan dan produk

2. Beri koefisien 1 pada AlCl3kemudian koefisien 3 pada HCl dan 3/2 pada H2

1Al + 3HCl → →1AlCl3 + 3/2H2

Reaktan Produk

Contoh 1.7:

Amonia adalah bahan dasar dalampembuatan pupuk urea. Di industri, amonia

dihasilkan melalui proses Haber yang menggunakan gas nitrogendan hidrogen

sebagai reaktan. Tuliskan persamaankimia yang balans untuk proses ini.

Penyelesaian :

_N2 + H2_NH3

Mulailah dengan koefisien 1 untuk NH3, sebab spesies paling rumit, Jadi

koefisien N2 = 1/2, koefisien H2 = 1 ½,

kemudian semua koefisien dikalikan dua menjadi:

N2 + 3 H2 2 NH3

Contoh 1.8:


Koefesien reaksi reaktan = koefesien reaksi produk

Proses Hargreaves ialah proses industri untuk membuat Na2SO4 yang

digunakan dalam pembuatan kertas. Bahan awalnya ialah NaCl, SO2, H2O, dan

O2.HCl dihasilkan sebagai hasil sampingan. Tuliskan persamaan kimia

yang balans untuk proses ini.

Penyelesaian:

_NaCl + _SO2 + H2O + _O2_Na2SO4 + _HCl

Mulailah dengan koefisien 1 untuk Na2SO4, sebab spesies paling rumit, Jadi

koefisien NaCl = 2, koefisien SO2 = 1

2 NaCl + SO2 + _H2O + _O2Na2SO4 + _HCl

Berikutnya koefisien HCl = 2 dan koefisien H2O = 1.

2 NaCl + SO2 + H2O + _O2Na2SO4 + 2 HCl

Akhirnya, atom oksigen harus disetarakan. Ada 4 atomO di kanan, tetapi di kiri

hanya terdapat 2 atom O dariSO2 dan 1 atom O dari H2O; jadi, koefisien O2 = ½ :

2 NaCl + SO2 + H2O + ½O2Na2SO4 + 2 HCl

Kalikan semua koefisien dengan 2 :

4 NaCl + 2 SO2 + 2 H2O + O22 Na2SO4 + 4 HCl

1.8.2 Hubungan Massa Dalam Persamaan Reaksi Kimia

Pada persamaan reaksi kimia terdapat hubungan antara massa reaktan dan

produknya yang sering disebut dengan disebut stoikiometri (Yunani: stoicheion =

unsur + metron = ukuran). Penjelasan tentang stoikiometri akan dijabarkan lebih

lanjut pada topik II. Pada bab ini hanya menjelaskan bagaimana hubungan massa

dengan reaksi kimia yang terjadi. Stoikiometri dapat dilihat pada persamaan

dibawah ini.

2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O

Artinya :

2 mol C4H10 + 13 mol O2→ 8 mol CO2 + 10 mol H2O

116,3 g C4H10 + 416,0g O2 → 352,1 g CO2 + 180,2 g H2O

Contoh 1.9:


Kalsium hipoklorit, Ca(OCl)2, digunakan sebagai bahan pemutih. Senyawa ini

dihasilkan dari NaOH, Ca(OH)2,dan Cl2 menurut persamaan :

2 NaOH + Ca(OH)2 + 2 Cl2Ca(OCl)2 + 2 NaCl + 2 H2O

Berapa gram Cl2 dan NaOH yang bereaksi dengan 1067 gCa(OH)2, dan berapa

gram Ca(OCl)2 yang dihasilkan?

Penyelesaian:

Jumlah mol Ca(OH)2 yang dikonsumsi ialah

1067 g Ca(OH)2

------------------------ = 14,40 mol Ca (OH)2

74,09 g mol-1

2 NaOH + Ca(OH)2 + 2 Cl2Ca(OCl)2 + 2 NaCl + 2 H2O

Jika 14,40 mol Ca(OH)2 bereaksi maka:

mol NaOH = 28,80 mol NaOH

mol Cl2 = 28,80 mol Cl2

mol Ca(OCl)2 = 14,40 mol Ca(OCl)2

Dari jumlah mol dan massa molar reaktan serta produknya, massa yang

dicari ialah :

massa NaOH = (28,80 mol)(40,00 g mol-1) =1152 g

massa Cl2 = (28,80 mol)(70,91 g mol-1) =2042 g

massa Ca(OCl)2= (14,40 mol)(142,98 g mol-1) =2059 g


1.9 RangkumanDari penjabaran teori yang dijelaskan pada topik ini, maka dapat dibuat

suatu rangkuman sebagai berikut:

1. Hukum kekekalan massa menyatakan bahwa massa zat sebelum reaksisama

dengan setelah reaksi.

2. Pada persamaan reaksi ruas kiri adalah reaktan (zat yang direaksikan)dan ruas

kanan adalah produk (zat yang dihasilkan).

3. Persamaan reaksi kimia adalah suatu pernyataan yangmenggambarkan reaksi

kimia menggunakan rumus kimia dan lambang-lambang lain. Lambang yang

digunakan adalah: = menghasilkan, += ditambah, (s) = padatan, (g) = gas, (l)

= cairan atau leburan, dan (aq) = terlarut dalam air.

4. Koefisien adalah angka di depan zat dalam persamaan reaksi yang

menunjukkan jumlah unit masing-masing zat.

5. Persamaan reaksi kimia yang setara mempunyai jumlah atom masing-masing

unsur yang sama pada kedua ruas persamaan tersebut.

6. Langkah-langkah menyetarakan reaksi:

a. Gambarkan reaksi dalam kata-kata, letakkan pereaksi disisi kiri danhasil

reaksi di sebelah kanan.

b. Tulis persamaan reaksi kimia untuk reaksi tersebut menggunakanrumus-

rumus dan lambang-lambang.

c. Setarakan atom dalam persamaan.

d. Hitunglah koefisien yang menyetarakan persamaan tersebut.

7. Persamaan reaksi kimia memiliki hubungan dengan massa suatu zat yang

bereaksi.Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 20

8. Hubungan massa dalam persamaan reaksi kimia dapat dilakukan perhitungan

dengan menggunakan stoikiometri.

1.10 Pertanyaan1. Apakah massa sebelum reaksi sama dengan massa sesudah reaksi?

2. Jelaskan dan berikan contoh perubahan yang terjadi pada materi.

3. Pada reaksi kimia perubahan apa yang terjadi?

4. Setarakan persamaan reaksi berikut.

1. KOH + H3AsO4K2HAsO4 + H2O

2. Si2H6 + H2OSi(OH)4 + H2

3. Al +NH4ClO4Al2O3 + AlClO3 + NO + H2O

4. K2MnF6 + SbF5KSbF6 + MnF3 + F2

5. K2MnO4 + CO2 + H2OKMnO4 + KHCO3 + MnO2

5. Fermentasi gula menghasilkan etanol dinyatakan

denganpersamaan reaksi: C6H12O6(s)C2H5OH (l) + CO2(g)

1. Setarakan persamaan reaksi tersebut

2. Berapa massa etanol dalam gram yang dihasilkan dari 90 gram

gula.

3. Berapa massa (g) gula yang diperlukan untuk menghasilkan 56 g

CO2

4. Berapa massa (g) gula yang diperlukan untuk menhasilkan 4,50

x 1022 molekul etanol.

6. Gas nitrogen dapat dibuat dengan melewatkan amonia di atas

tembaga (II) oksida panas sesuai dengan persamaan reaksi:

CuO (s) + NH3 (g)N2 (g) + Cu (s) + H2O (g)

Jika 17 gram NH3 dan 200 gram CuO dicampur:

a. Setarakan persamaan reaksi diatas


b. Tentukan jumlah mol NH3 dan CuO yangdireaksikan

c. Hitung satuan jumlah pereaksi (sjr) masing-masing pereaksi.

1.11 Model Jawaban1. Pelajari materi pada Sub Topik 1.4 (halaman 3)

2. Pelajari materi pada Sub Topik 1.5 (halaman 4)



5. Pelajari materi pada Sub Topik 1.7 (halamn 10)

6. Pelajari materi contoh soal 1.9 (halaman 11)

1.12 Tugas1. Carilah reaksi fotosintesis dan setarakan reaksi tersebut.

2. Carilah reaksi pembakaran gas karbit, dan setarakan reaksi tersebut

3. Tuliskan reaksi berikut dan setarakan:

a. Logam tembaga direaksikan dengan padatan belerang

menghasilkantembaga (I) sulfida, Cu2S

b. Logam natrium direaksikan dengan air menghasilkan larutannatrium

hidroksida (NaOH) dan gas hidrogen.

4. Sebutkan reaktan dan produk dari reaksi berikut

2B(s) + 3I2(g) 2BI(s)

5. Setarakan reaksi berikut

a. N2(g) + H2(g) NH(g)

b. N2O5(g) + H2O(l) HNO

c. C3H8(g) + O2(g) CO2 (g)+ H2O(l).

6. Besi cair dibuat dari bijih besi (Fe2O3) dengan tigalangkah dalam tanur sembur

sebagai berikut:Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 22

Fe2O3 (s) + CO (g)Fe3O4 (s) + CO2 (g)

Fe3O4 (s) + CO (g)FeO (s) + CO2 (g)

FeO (s) + CO (g)Fe (l) + CO2 (g)

Berapa massa (g) besi yang dihasilkan dari 125gram Fe2O3 ?

1.13 Tindak LanjutPada bagian 1.9, 1. 11 dan 1.14 diwajibkan kepada mahasiswa untuk

menyelesaikan beberapa pertanyaan. Pada topik pertaman ini mahasiswa sebelum

mempelajarinya diberikan dahulu tes kemampuan untuk melihat kemampuan

mahasiswa dalam memahami topik 1 dengan memberikan soal-soal yang ada pada

bagian 1.14. Kemudian mahasiswa diberikan skor penilaian dalam menyelesaikan

soal latihan dan soal tugas, dimana bobot nilai setiap soal adalah sebagai berikut:

Tabel 1. Bobot nilai untuk soal latihan dan tugas

No. Soal Bobot Nilai Skor1 10 102 10 103 10 104 20 205 25 256 25 25

Total Nilai 100 100

Berdasarkan skor nilai yang diperoleh dalam menyelesaikan soal pada latihan dan

tugas maka kemampuan mahasiwa dapat diukur berdasarkan kelompok nilai

sebagai berikut:

1. Jika nilai = 100 (sangat baik)

2. Jika nilai = 80 (baik)

3. Jika nilai = 60 (kurang baik)

4. Jika nilai = 40 (tidak baik)

5. Jika nilai = 20 (sangat tidak baik)

6. Jika nilai = 0 ( sangat tidak memahami dan mengerti materi)


1. 14 Daftar Titik PenampilanTabel 2. Daftar titik penampilan dari sub topik 1

No. Penguasaan MateriPenilaian

A B C D E

1 Hukum kekekalan massa

2 Reaksi Kimia

3 Persamaan Reaksi

4 Stoikiometri

Skala Nilai:

A = Amat Baik

B = BaiK

C = Cukup

D = Kurang

E = Tidak ada

1.15 Cek Kemampuan1. Tuliskan lambang unsur

a. karbon b. belerang c. nitrogen d. besi

e. tembaga f. nikel g. hidrogen h. emas

2. Tuliskan nama unsur dengan lambang unsur sebagai berikut:

a. Al b. Au c. Cr d. Fe

e. P f. Pb g. Sn h. Na

3. Apa yang dimaksud dengan rumus kimia?


4. Setarakan reaksi berikut:

a. Na + H2O NaOH + H

b. Zn + HCl ZnCl2 + H

c. CH4 + O2CO2 + H2O

5. Berapakan massa NaOH yang dihasilkan pada persamaan a soal no. 4 dengan

mengetahui massa dari Na adalah 2 gr.

TOPIK II

STOKIOMETRI

2.1 Pendahuluan Berdasarkan uraian pada Topik 1 dapat diketahui bahwa persamaan reaksi

setara merupakan dasar dalam stoikiometri reaksi. Persamaan reaksi tidak hanya

memberikan informasi kualitatif mengenai zat-zat yang terlibat dalam reaksi,

tetapi juga informasi kuantitatif mengenai banyaknya pereaksi dan hasil reaksi

yang terlibat dalam reaksi. Stoikiometri adalah materi kimia yang mempelajari

hubungan kuantitatif antarunsur dalam suatu senyawa dan antarzat dalam suatu

reaksi. Pengetahuan stoikiometri sangat penting dalam merencanakan suatu

eksperimen maupun dalam industri, yang selalu harus memperhitungkan

banyaknya pereaksi yang diperlukan untuk menghasilkan sejumlah produk yang

dikehendaki.

Kajian terhadap topik ini disusun secara sistematis dan disesuaikan dengan

kurikulum yang terdapat pada mata kuliah Azas Teknik Kimia pada Prodi Teknik

Kimia Industri Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe. Untuk

memahami materi perkuliahan, maka topik soikiometri dalam Teknik Kimia

Industri akan mengkaji beberapa sub pokok bahasan, terdiri dari:

1. Pengertian Stoikiometri

2. Perhitungan Stoikiometri

3. Hubungan Stoikiometri dengan persamaan reaksi

4. Reaktan Pembatas


Setiap sub pokok bahasan akan dijabarkan satu persatu secara sistematis

dan dilengkapi dengan contoh soal dan penyelesaiannya.

2.2Tujuan Khusus TopikSetelah mempelajari topik bahasan stoikiometri ini diharapkan mahasiswa

mempunyai kemampuan untuk :

1. Menjelaskan pengertian dan tujuan pengunaan tentang stoikiometri pada

persamaan reaksi

2. Menjelaskan dan menghitung jumlah massa, dan mol pada reaktan dan

produk secara stoikiometri

3. Menjelaskan dan mampu untuk mengetahui dalam perhitungan reaktan

pembatas

4. Menjelaskan dan mampu memecahkan persoalan perhitungan dalam

persamaan kimia

2.3Persyarat TopikPrasyarat yang harus dipenuhi oleh mahasiswa yang mengikuti



matematika




2.4Pengertian StoikiometriStoikiometri kimia: hubungan kuantitatif antara reaktan dan produk,

didasarkanpada kenyataan bahwa materi tersusun atas atom dan molekul. Karena

atomdari berbagai unsur dan molekul-molekul dari berbagai zat mempunyai

beratberbeda, hubungan kuantitas yang digunakan dinyatakan dalam mol.


Stoikhiometri merupakan perhitungan yang berhubungan dengan reaksi

kimiadan proporsional dengan koefisien reaksi kimia. Stoikiometri juga

menyangkut perbandingn jumlah unsur-unsur/senyawa-senyawa yang bereaksi

dengan jumlah yang tepat sesuai dengan persamaan reaksi.

Contoh 2.1:

2H2 + O2→ 2H2O

Artinya 2 mol hidrogen bereaksi dengan 1 mol oksigen menghasilkan 2 mol air.

Sehingga kemampuan yang harus dipelajari dalam stoikiometri:

1. Kemampuan mengubah banyaknya zat dari satuan massa ke dalam mol,atau

sebaliknya.

2. Kemampuan untuk mengerti perubahan atau reaksi kimia (mengetahui

reaktan dan produk yang dihasilkan, serta .menuliskan persamaan

reaksi(balance)

Contoh 2.2:

Dalam pembakaran pentana ingin dihasilkan 440 kg gas CO2, berapa kg

kahpentana yang harus digunakan untuk reaksi tersebut jika 50% CO2

menyublimmenjadi dry ice?

Penyelesaian:

Basis : 440 kg gas CO2 berarti CO2 yang harus dihasilkan dalam proses

pembakaran :

440 kg / 0,5 = 880 kg

mol CO2 = 880 kg/ 44 gram/mol


Untuk mempermudah perhitungan dalam stoikhiometri kita sering menggunakan basis. Basis adalah acuan yang dipilih

sebagai dasar perhitungan

= 20 kmol

reaksi yang terjadi (stoikhiometri):

C5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O

4 kmol 20 kmol

berat pentana yang harus dibakar : 4 kmol × 72 gram/mol = 288 kg.

2.5 Hubungan Stoikiometri Dengan Koefesien Reaksi

a. Perbandingan koefisien pada persamaan reaksi sebanding dengan volume gas

(T, P sama)

Contoh 2.3:

N2(g) + 3H2(g) à 2NH3(g)

3 liter ? ?

Penyelesaian:

Perbandingan volum à 3 lt : 3/1 x 3 lt : 2/1 x 3 lt

3 lt: 9 lt : 6 lt

1 : 3 : 2

b. Perbandingan koefisien pada persamaan reaksi sebanding dengan

perbandingan mol

Contoh 2.4

N2(g) + 3H2(g) à 2NH3(g)

2,8 g ? ?


Perbandingan Stoikiometri = Perbandingan koefesien-koefesien yang diperoleh dari

persamaan kimia

Penyelesaian:

mol N2 = 2,8 / 28 = 0,1 mol

mol H2 = 3/1 x 0,1 mol = 0,3 mol

àmassa H2 = 0,3 x 2 = 0,6 g

mol NH3 = 2/1 x 0,1 = 0,2 mol

àmassa NH3 = 0,2 x 17 = 3,4 g

c. Perbandingan koefisien pada persamaan reaksi sebanding dengan

perbandingan jumlah partikel

Contoh 2.5:

N2(g) + 3H2(g) à 2NH3(g)

6,022x1023Molekul ?Molekul ?

Penyelesaian:

perbandingan koef à 1 : 3 : 2

1. Jumlah molekul H2 = 3 x 6,022x1023 = 18,07x1023

2. Jumlah molekul NH3 = 2 x 6,022x1023 = 12,04x1023

2.6 Hubungan Stoikiometri Dengan MassaBanKeseimbangan persamaan kimia menunjukkan hubungan jumlah mol dari

setiap reaktan dan produk,BUKAN hubungan massa. Untuk menghitung massa

reaktan yang dibutuhkan atau massaproduk yang terbentuk dalam suatu reaksi

kimia, perhitungan harus dilakukan dengan berdasarkan rasio mol.

x A + y B

Contoh 2.6:

Oksigen dan hidrogen dapat terbentuk dari dekomposisielektrolitik dari air.

Jikaidiawali dari 250 g air, berapa gram oksigen yang dapat dihasilkan dari

elektrolisis air tersebut ?


ho w many grams of

Gambar 2.1 Elektrolisis Air

Penyelesaian:

1. Tuliskan reaksi seimbang.2.

2. Konversikan jumlah air dari gram ke mol3.

3. Gambaran rasio stoikiometri untuk menghitung mol oksigen yang terbentuk

4. Konversi jumlah mol oksigen menjadi gram oksigen

.

2.7 Reaktan Pembatas•

Reaksi kimia seringkali dilakukan dengan salah satu reaktandalamjjumlah yang

berlebihan. Reaktan pembatas merupakan pereaksi yang habis terlebih dahulu

dalam suatu reaksi kimia

Cara menentukan pereaksi pembatas:

(N(NH4)2PtCl4(s) + 2 NH3(aq) 2 NH4Cl(aq) + Pt(NH3)2Cl2(s)

Reaktan pembatas

Reaktan pembatas :

- Reaktan yang memiliki kuantitas yang membatasi jumlah produk yang

mungkin terbentuk dari suatu reaksi.


membagi jumlah mol masing-masing pereaksi dengan koefisiennya, kemudian hasil terkecil itulah yang merupakan

pereaksi pembatas

- Reaktan yang habis pertama kali ialah reaktan pembatas, reaktan lain dalam

keadaan berlebih.

- Produk yang diperoleh berdasarkan padareaktan pembatas

- Reaktan pembatas dapat dihitung secara stoikiometri dengan satuan jumlah

reaktan (sjr)yang diperoleh dari jumlah mol dibagi koefisiennya.

- Reaktan yang mempunyai sjr terkecil merupakan reaktan pembatas.

Dibawah ini contoh reaktan pembatas yang diilustrasikan dalm pembuatan kue

apel.

+

5 buah apel 1 roti dasar 1 Kue apel

Gambar 2.2 Membuat kue apel buat lebaran

1. Berapa jumlah roti apel yang dapat dibuat dari 150 apel dan 33 roti dasar ?

2. Apakah yang masih tersisa, kue dasar atau buah apel ? Berapa banyak?

Contoh 2.7:

Sebanyak 1 mol KIO3 direaksikan dengan 4 mol KI dan 6 molHCl, reaksi :

KIO3 + 5KI + 6HCl → 6 KCl + 3I2 + 3H2O

Apakah semua reaktan akan habis? Tentukan reaktan pembatasnya dan berapa

gram I2 akan terbentuk? (Ar I = 254 g/mol)

Penyelesaian:

nisbah mol tidak sama dengan nisbah koefisien, jadi reaktan tidak habis semuanya

sjr KIO3 = 1 mol/1 = 1,Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 31

sjr KI = 4 mol/5 = 0,8

sjr HCl = 6 mol/6 = 1

Reaktan pembatas = KI (sjr KI paling kecil)

mol I2 = 3/5 x 4 mol = 2,4 mol

gram I2 = 2,4 mol x 254 g mol-1 = 609,6 g

Contoh 2.8:

Sebanyak 10 g CaCO3 direaksikan dengan 1 liter HCl 2 M menurut reaksi

dibawah ini.Tentukan gram CO2 yang terbentuk (Ar Ca = 40, C= 12, O = 16,Cl =

35.5, H = 1)

CaCO3 (p) + 2 HCl (aq) → CaCl2 (aq) + H2O (aq) + CO2 (g)

Penyelesaian:

mol CaCO3 = 10 g/100 g mol-1 = 0,1 mol

mol HCl = 2 M x 1 liter = 2 mol

sjr CaCO3 = 0,1

sjr HCl = 2 mol/2 = 1

Reaktan pembatas = CaCO3 (sjr CaCO3< sjr HCl)

mol CO2 = 1/1 x 0,1 mol = 0,1 mol

gram CO2 = 0,1 mol x 44 g mol-1 = 4,4 g

Contoh 2.9:

Sebanyak 500 ml HCl 2,5 M direaksikan dengan 2 liter Ba(OH)20,2 M. Tentukan

massa BaCl2 yang terbentuk dan massa reaktan yang tersisa.

Penyelesaian:

mol HCl = 2,5 M x 0,5 liter = 1,25 mol


mol Ba(OH)2 = 0,2 M x 2 liter = 0,4 mol

Reaksi : 2HCl + Ba(OH)2 → BaCl2 + 2H2O

Reaktan pembatas = Ba(OH)2

mol BaCl2 = 0,4 mol

Reaktan tersisa = HCl

mol HCl tersisa = 1,25 mol – 0,8 mol = 0,45 mol

massa HCl tersisa = 0,45 mol x 36,5 g /mol = 16,425 g

sjr HCl = 0,625 sjr Ba(OH)2 = 0,4

Contoh 2.10:

Sebanyak 1,8 g Mg bereaksi dengan 1,4 g gas N2 membentuk magnesium nitrida

(Mg3N2). Tentukan persamaan reaksinya dan massa zat setelah reaksi! (Ar Mg =

24 g/mol; Ar N= 14 g/mol)

Penyelesaian:

Mol Mg = 1,8/24 = 0,075 mol

Mol N2 = 1,4/28 = 0,050 mol

3 Mg + N2à Mg3N2

Mula-mula : 0,075 mol 0,050 mol

Bereaksi : 0,075 mol 0,025 mol 0,025 mol

Sisa / setelah : - 0,025 mol 0,025 mol

Massa N2 setelah bereaksi = n x Mr = 0,025 x 28 = 0,7 g

Massa Mg3N2 = n x Mr = 0,025 x 100 = 2,5 g


2.8Rangkuman

1. Hitung jumlah mol setiap spesies reaktan dan hitung rasio aktuan dari reaktan A + b B

a A + b B c C

2. Bandingkan rasio mol aktual terhadap rasio stoikiometri sesuai persamaan

kimia seimbang.

mol aktual Amol aktual B

=amol Ab mol B

3. Rasio mol actual < rasio mol stoichiometric, sehingga numeratorpeadalah

reaktan pembatas.

4. Rasio mol actual > rasio mol stoichiometric, sehingga numeratoradalah

reaktan berlebihan.


2.9Pertanyaan1. Etilena, C2H4 terbakar di udara membentuk CO2 dan H2O sesuai dengan

reaksi berikut:

C2H4 + O2àCO2 + H2O

Tentukan:

a. Penyetaraan reaksinya!

b. Massa CO2 yang terbentuk jika campuran ini mengandung 1,93 g C2H4

dan 5,92 g O2 yang terbakar!

2. Sebanyak 38,8 g senyawa ZnS dibakar dengan 30 liter gas oksigen (pada 0oC,

1 atm) dengan reaksi:

ZnS + O2à ZnO + SO2

Tentukan:

- penyetaraan reaksinya!

- volume SO2 setelah reaksi berlangsung

3. Aluminum khlorida, AlCl3 dibuat dengan perlakuan serat

logamaluminumdengan gas khlor jika proses dimulai dengan 2.70 g Al dan

4.05 g Cl

3Al(s) + 3 Cl2(g) 2 Al2 AlCl3,

a. Manakah yang termasuk reaktan pembatas?

b. Berapa massa AlCl3(s) yang apat dihasilkan?


c.Berapa kelebihan massa reaktan ekses setelah reaksi berlangsung

sempurna?

4. Sebanyak 600 ml HCl 2,5 M direaksikan dengan 2 liter Ba(OH)20,3 M.

Tentukan massa BaCl2 yang terbentuk dan massareaktan yang tersisa





2.11 Tugas1. Setarakan persamaan reaksi berikut:

N2 + H2à NH3

SO2 + O2à SO3

KClO3à KCl + KClO4 + O2

NaOH + HCl à NaCl + H2O

CaCO3 + H2O à CaOH + H2O + CO2

2. Gas nitrogen dapat dibuat dengan melewatkanamonia di atas tembaga

(II) oksida panas sesuaidengan persamaan reaksi:

CuO (s) + NH3(g)

N2(g) + Cu (s) + H2O (g)

Jika 17 gram NH3 dan 200 gram CuO dicampur:

a. Setarakan persamaan reaksi diatas

b. Tentukan jumlah mol NH3 dan CuO yang direaksikan

c. Hitung satuan jumlah pereaksi (sjr) masing- masing pereaksi.

3. Sebanyak 10 g CaCO3 direaksikan dengan 1 liter HCl 2 M,

CaCO3 (p) + 2 HCl (aq) → CaCl2 (aq) + H2O (aq) + CO2 (g)

Tentukan gram CO2 yang terbentuk (Ar Ca = 40, C= 12, O = 16,Cl = 35.5,

H = 1)


4. Jika 68,5 g karbon di dalam udara. Berapakah hasil teoritis CO2 yang

dihasilkan.

2.12 Tindak LanjutPada bagian 2.9 dan 2.11 diwajibkan kepada mahasiswa untuk

menyelesaikan beberapa pertanyaan yang diberikan. Kemudian mahasiswa

diberikan skor penilaian dalam menyelesaikan soal latihan dan soal tugas, dimana

bobot nilai setiap soal adalah sebagai berikut:


No. Soal Bobot Nilai Skor1 25 252 25 253 30 304 20 20

Total Nilai 100 100



sebagai berikut:








2. 13 Daftar Titi PenampilanTabel 2. Daftar titik penampilan dari sub topik II

No. Penguasaan Materi PenilaianA B C D E

1 Stoikiometri2 Hubungan stokiometri dengan koefesien

reaksi3 Hubungan stokiometri dengan massa4 Reaktan pembatas

Skala Nilai:

A = Amat Baik

B = BaiK

C = Cukup

D = Kurang

E = Tidak ada


TOPIK III

REAKSI KIMIA DI INDUSTRI

3.1 PendahuluanPada topik III ini membahas tentang perhitungan kimia yang ada di

industri, dimana reaksi kimia terjadi. Perhitungan yang dilakukan dengan

menggunakan penyelesaian secara stoikiometri. Dimana reaksi-rewaksi kimia

yang terjadi di industri hasil dari bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan

suatu prodak. Untuk menyelesaikan permasalahan perhitungan di industri kimia

digunakanlah perbandingan perhitungan secara stoikiometri.

Kajian terhadap topik ini disusun secara sistematis dan disesuaikan dengan

kurikulum yang terdapat pada mata kuliah Azas Teknik Kimia pada Prodi Teknik

Kimia Industri Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe. Untuk

memahami materi perkuliahan, maka topik soikiometri dalam Teknik Kimia

Industri akan mengkaji beberapa sub pokok bahasan, terdiri dari:

1. Reaktan Pembatas

2. Reaktan berlebih

3. Konversi


4. Keselektifitasan

5. Yield

6. Persen hasil

Setiap sub pokok bahasan akan dijabarkan satu persatu secara sistematis

dan dilengkapi dengan contoh soal dan penyelesaiannya.

3.2Tujuan Khusus TopikSetelah mempelajari topik bahasan stoikiometri ini diharapkan mahasiswa

mempunyai kemampuan untuk :

1. Menjelaskan reaktan pembatas di industri kimia

2. Menjelaskan dan menghitung reaktan berlebih

3. Menjelaskan dan menghitung konversi

4. Menjelaskan dan menghitung keselektivitasan, yield dan persen

hasil

3.3Persyarat TopikPrasyarat yang harus dipenuhi oleh mahasiswa yang mengikuti



matematika




3.4Reaksi Kimia Dalam Industri KimiaSuatu persamaan kimia menampilkan beberapa informasi penting baik

kuantitatif maupun kualitatif yang berguna dalam perhitungan berat (massa) bahan

yang terlibat dalam proses kimia. Sebagai contoh, pembakaran heptana sebagai

berikut:


C7H16 + 11O2 ---------> 7CO2 + 8H2O

Jika persamaan sudah seimbang (koefisien sudah setara) maka dapat dilihat bahwa

1 mol (bukan lbm atau kg) heptana akan bereaksi dengan 11 mol oksigen untuk

menghasilkan 7 mol CO2 dan 8 mol air. Jumlah mol (atau g mol) pada reaktan

maupun produk dari reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam beberapa satuan

seperti: lb mol, kg mol, ton mol dan tipe lain yang sejenis.

Koefisien dari tiap komponen dalam persamaan kimia di atas disebut

koefisien stoikhiometri: 1 untuk C7H16, 11 untuk O2 dan sebagainya.

Dengan menggunakan rumuh dibawah ini dapat diketahui mol atau massa

yang ingin diketahui:

Mol Ditanya= Koefisien DitanyaKoefesien Diketahui

x mol Diketahui

Pertanyaannya, apakah suatu reaksi kimia selalu terjadi seperti yang

tertulis dalam reaksi kimia? Jawabannya: tidak. Reaktan tidak selalu habis

bereaksi atau 100% berubah menjadi produk.Dalam industri jarang dijumpai

bahan yang jumlahnya tepat (sama) secara stoikhiometrik. Untuk mencapai reaksi

seperti yang diinginkan atau untuk menghemat reaktan yang berharga hampir

selalu digunakan reaktan ekses (berlebih).

Pada kenyataannya di dalam industri meskipun reaktan yang dipakai tepat

stoikiometris tetapi reaksi yang terjadi tidak sempurna, yang dimaksud

tidaksempurna disini adalah ada reaktan yang tidak terpakai atau bersisa.Karena

ketidaksempurnaan inilah maka ada beberapa pengertian yangberhubungan


Koefisien stoikhiometri dapat digunakan untuk menghitung massa reaktan maupun produk setelah dikalikan dengan berat molekulnya masing-masing

dengan reaksi kimia. Beberapa pengertian yang berhubungan dengan reaksi kimia

yaitu:

a. Reaktan pembatas (limitting reactant)

Reaktan pembatas telah dipelajari sekilas pada Topik II. Pada Topik III ini

akan dibahas lebih lanjut tentang reaktan pembatas yang terjadi pada sebuah

industri kimia.

Dengan kata lain, jika dua atau lebih reaktan dicampur maka reaktan yang habis

lebih dulu disebut reaktan pembatas, entah reaksinya sempurna atau tidak.

Sebagai contoh, jika 1 g mol C7H16 dan 12 g mol O2 dicampur, maka C7H16

merupakan reaktan pembatas.

Jika ada lebih dari dua reaktan, Anda harus menggunakan salah satu

reaktan sebagai zat referensi (patokan), hitung perbandingan mol reaktan lain

dalam umpan terhadap referensi, buat pasangan perbandingan dan bandingkan

dengan perbandingan dalam persamaan kimia lalu urutkan tiap-tiap senyawa.

Sebagai contoh, diberikan persamaan sebagai berikut:

A + 3B + 2C ---------> produk

Jika 1,1 mol A, 3,2 mol B, dan 2,4 mol C diumpankan sebagai reaktan ke

dalam reaktor, kita pilih A sebagai referensi zat dan referensi hitung.Jika dibuat

perbandingannya kita dapatkan bahwa B reaktan pembatas terhadap A, dan A

reaktan pembatas terhadap C, sehingga B reaktan pembatas dari ketiga reaktan.

Dalam simbol dapat ditulis B < A, C > A (atau A < C) sehingga B < A < C. (b).


Reaktan pembatas adalah Reaktan yang perbandingan

stoikiometriknya paling kecil/ sedikit

Contoh 3.1:

Reaksi di bawah ini

2CO (g) + O2(g) 2CO2(g)

Berapa molekul CO2 yang dapat dihasilkan dari empat molekul CO dan tiga

molekul O2?

Gambar 3.1 Molekul bahan kimia

Penyelesaian:

CO adalah reaktan pembatas dan O2 adalah reaktan yang berlebihan.

Contoh 3.2:

Reaksi dibawah ini:

H2(g) + O2(g) H2O(l)

Penyelesaian:


Gambar 3.2 Jumlah molekul dari reaksi

b. Reaktan berlebih (excess reactan):

Reaktan yang melebihi reaktan pembatas.Reaktan ekses (berlebih) adalah

reaktan yang berada dalam jumlah berlebih terhadap reaktan pembatas. Persen

ekses reaktan dihitung berdasar jumlah reaktan yang berlebih terhadap kebutuhan

untuk bereaksi dengan reaktan pembatas.

%kelebihan (excess )= mol kelebihanmol yang stoikiometri

dengan reaktan pembatas

x100 %

Meskipun hanya sebagian dari reaktan pembatas yang secara aktual

bereaksi, jumlah yang dibutuhkan atau ekses selalu dihitung berdasar pada seluruh

jumlah reaktan pembatas sebagaimana jika reaksinya berlangsung

sempurna.Misalnya kelebihan udara (excess air): udara berlebih terhadap

kebutuhan teoritis untuk pembakaran sempurna pada proses pembakaran .

c. Konversi (tingkat kesempurnaan reaksi)

Konversi adalah bagian dari umpan/reaktan atau beberapa bahan yang

diumpankan yang terkonversi (berubah) menjadi produk. Konversi berhubungan

dengan tingkat kensempurnaan reaksi. Biasanya dinyatakan dengan % atau bagian

yang didasrkan pada yang teoritis dapat bereaksi.

Bagian dari umpan/reaktan yang berubah menjadi hasil/produk.


Reaktan dalam umpan yang digunakan sebagai basis perhitungan dan berubah

menjadi produk harus dinyatakan secara jelas agar tidak menimbulkan

kebingungan. Konversi berhubungan dengan derajat kesempurnaan reaksi yang

didefinisikan sebagai persen atau fraksi reaktan pembatas yang terkonversi

menjadi produk.

%Konversi= Jumlah mol zat yangbereaksiJumlah mol zat mula−mula

x 100%

d. Selektivitas (selectivity)

Keselektifan menyatakan jumlah hasil yang diinginkan yang dinyatakan

sebagai bagian (%) jumlah umpan yang teoritis mungkin diubah. Biasanya

disebut dengan effesiensi dan efesiensi konversi.

Perbandingan (%) mol produk tertentu (biasanya yang

diinginkan) dengan mol produk lainnya (biasanya

sampingan) yang dihasilkan

e. Yield

Untuk reaktan dan produk tunggal adalah berat/mol produk akhir dibagi dengan

berat/mol reaktan awal, sedangkan untuk reaktan & produk yang lebih dari satu

harus dijelaskan reaktan yang menjadi dasar yield.

Yield didasarkan atas zat yang sama:

- Atas dasar yang diumpan


- Atas dasar yang dikonversikan

A --------> B --------> C

Jika B diinginkan dan C tidak diinginkan, maka yield B adalah mol (atau massa)

B yang dihasilkan dibagi dengan mol (atau massa) A diumpankan atau

dikonsumsi. Selektifitas B adalah mol B dibagi dengan mol C yang dihasilkan.

%Yield= berat atoumol produkberat ataumol reaktanawal

x 100 %

f. Persen Hasil

Hasil persentase (% hasil) suatu reaksi adalahnisbah jumlah produk

sesungguhnya yangdiperoleh (eksperimental) atau hasil nyataterhadap hasil

teoritis dari persamaan reaksidikali seratus persen.

%Hasil=Hasil Nyata(actual)Hasil Teoritis

x100 %

Hasil nyata biasanya lebih kecil dari hasil teoritis

Hasil teoritis adalah jumlah maksimum produk yang dapat

dihasilkan dari suatu reaksi kimia

Hasil actual /nyata adalah jumlah actual yang dihasilkan dari

reaksi di laboratorium


Panas

20 biji jagung

Hasil teoritis

20 butir popcron

Persen Hasil=16 butir popcron20 butir popcron

x100 %=80 %

Hasil nyata

16 butir popcron

Contoh 3.3 :

Antimon dibuat dengan cara memanaskan stibnit (Sb2S3) dengan serpihan

besi,lelehan antimon dikeluarkan dari bawah reaktor. Sebanyak 0,6 kg stibnit

dan0,25 kg serpihan besi dipanaskan bersama-sama ternyata dihasilkan 0,2

kgantimon.

Reaksi: Sb2S3 + 3Fe → 2 Sb + 3 FeS

Hitunglah:

a. reaktan pembatas

b. reaktan berlebih

c. tingkat kesempurnaan reaksi dan % konversi

d. selektivitas

e. Yield

Penyelesaian:

Zat BM Massa (g) Mol

Reaktan Sb2S3 339,7 600 1,77

Fe 55,8 250 4,48


Produk Sb 121,8 200 1,64

FeS 87,9 ? ?

a. Untuk menetapkan reaktan pembatas lihatlah pada persamaan reaksi.

Sb2S3 + 3Fe → 2 Sb + 3 FeS

Dengan menggunakan persamaan koefesien yang mol ditanya maka:

Mol ditanya= koefisien ditanyakoefisien diketahui

xmoldiketahui

Mol Fe= koefisien Fekoefisien Sb 2 S 3

xmol Sb 2S 3

mol Fe=31

x1,77 mol Sb 2S 3

¿5,31 mol Fe

Sedangkan :Mol Sb 2 S 3= koefisien Sb 2S 3koefisien Fe

xmol Fe

mol Sb 2S3=13

x 4,48 mol Fe

¿1,49 mol Sb 2 S3

Kesimpulan : 1,77 mol Sb2S3 membutuhkan 5,31 mol Fe sedangkan Fe yang

tersedia hanyalah 4,48 mol Fe bereaksi dengan 1,49 mol Sb2S3.

Disini terlihat bahwa Fe stiokiometrik terkecil jumlahnya maka

Fe merupakan reaktan pembatas, danSb2S3 adalah reaktan

berlebih.

b. Persen reaktan berlebih

%kelebihan (excess )= mol kelebihanmol yangstoikiometri

denganreaktan pembatas

x100 %


% Kelebihan Sb 2S 3=1,77−1,491,49

x100=18,8 %

c. Tingkat kesempurnaan reaksi

Walaupun Fe adalah reaktan pembatas tetapi tidak semua Fe habis bereaksi, jika

dilihat dari produk Sb yang dihasilkan hanya 1,64 mol ini berarti Fe yang bereaksi

sebanyak:

3 mol Fe2 mol Sb

x1,64 mol Sb=2,46 mol Fe

maka tingkat kesempurnaan reaksi Fe menjadi Fes:

Fes=2,464,48

x100 %=49 %

sedangkan % konversi dapat didasarkan untuk 1.64 mol Sb maka Sb2S3 yang

bereaksi sebanyak:

1mol Sb 2 S32mol Sb

x1,64 mol Sb=0,82 Sb2 S 3

maka tingkat kesempurnaan reaksi Sb2S3 menjadi Sb:

Sb 2S3=0,821,77

x100 %=46,3 %

d. Selektivitas didasarkan pada Sb2S3 yang seharusnya dapat dikonversikan

dengan Fe yang ada :

Selektivitas=0,821,49

x100 %=55 %

e. Yield= kg Sb terbentukKg Sb 2 S3 mula−mula

= 0,2 kg0,6 k g

x100 %=33,5 % Sb/ SbS 3 atau

0,200 kg Sb0,600 kgSb 2 S3

= 1kgsb3kg Sb 2 S 3

Contoh 3.4:

Alumunium sulfat dapat dibuat dengan mereaksikan pecahan biji bauksit dengan

asam sulfat menurut reaksi : Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 49

Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O

Biji bauksit mengandung 55,4% alumuniumoksida dan sisanya

pengotor.Sedangkan asam sulfat berkadar 77,7% H2SO4 (sisanya air).Untuk

menghasilkan 800 kg alumunium sulfat dipergunakan 480 kg biji bauksit dan

1200 kg asam sulfat.

Pertanyaan:

a. zat manakah yang berlebih dan berapa %

b. berapa % reaktan berlebih yang terpakai

c. Berapa tingkat kesempurnaan reaksi

d. Berapa yield alumunium sulfat

Penyelesaian:

55,4% Al2O3 H2O

77,7 % H2SO4 Al2(SO4)3

Zat BM Massa (Kg) K Mol

Reaktan Al2O3 101,9 0,554 x 480 0,554 x 480101,9

=2,610

H2SO4 98,1 0,777 x 1200 0,777 x120098,1

=9,505

Produk Al2(SO4)3 342,1 800 800342,1

=2,338

Reaksi: Al2O3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2O

a. Menentukan reaktan berlebih :

Untuk bereaksi dengan 2,61kgmol Al2O3membutuhkan 3 x 2,61 = 7,83

kgmolH2SO4 sedangkan H2SO4 yang tersedia 9,505 kgmol. Jadi H2SO4 lebih


Reaktor

makarekatan berlebihnya adalah H2SO4 sedangkan reaktan pembatasnya

adalahAl2O3

% H 2 SO 4 berlebih=9,505−7,837,83

x100 %=21,39 %

b. Menghitung reaktan berlebih yang terpakai :

Produk Al2(SO4)3 2,338 kgmol ini memerlukan:

H 2 SO 4 terpakai= 3kmol H 2 SO 41 kmol Al 2 ( SO 4 )3

x 2,338 kmol Al2 (SO 4 )3

¿7,014 kmol H 2SO 4

% H 2 SO 4 terpakai=7,0149,505

x100 %=73,79 %

c. Tingkat kesempunaan reaksi (dipandang atas dasar Al2O3 yang bereaksi):

¿ 2,3382,610

x100 %=89%

d. Yield=kg Al 2(SO 4)3

kg Al2O 3=

800 kg Al2(SO 4)3480 kg Al 2O 3

=1,66 kg Al 2 ( SO 4 )3kg

Al 2O 3

Dalam hal ini yield lebih dari satu karena perhitungan dalam berat padahal BM

produk jauh lebih besar dari pada reaktan.

Contoh 3.5 Persen Hasil

Jika 68,5 g karbon di dalam udara

a. Berapa hasil teoritis CO2 yang dihasilkan.

b. Jika CO2 hasil eksperimen menghasilkan 237 g CO2berapakah % hasil?

Penyelesaian:

a. Reaksi: C(p) + O2(g) CO2(g)

mol C = 68,5 g/12 g mol-1 = 5,7 mol

mol CO2 = 5,7 mol

massa CO2 = 5,7 mol x 44 g gr/mol = 250,8 g


b. Persen Hasil= Hasil Nyata /actualHasilTeoritis /stokiometri

x100 %

Persenhasil= 237 g CO 2250,8 g CO2

x100 %=94,5 %

3.5 Memilih Pereaksi Yang Digunakan Sebagai Pembatas dan

Berlebih.Penyelesaian persamaan reaksi dapat dilakukan dengan cara dibawah ini untuk

mengetahui reaktan/pereaksi pembatas dan berlebih:

Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia

Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia

Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol dari reaktan

dalam reaksi kimia

Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan

untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio mol

Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar habis digunakan.

Akan ada beberapa mol reaktan yang tersisa setelah reaksi selesa, yang

disebut pereaksi berlebih.

Contoh 3.6: Jika diketahui mol reaktan

Cari pereaksi pembatas dan pereaksi berlebih ketika 0,5 mol Zn bereaksi dengan

0,4 mol HCl

Penyelesaian:

1. Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia

Zn + 2HCl -----> ZnCl2 + H2

2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia mol Zn=0,5

dan mol HCl=0,4


3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan

dalam reaksi kimia

Zn: HCl Atau HCl: Zn

1: 2 1: ½

4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap pereaksi ke mol yang diperlukan

untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio mol. Jika digunakan 0,5

mol Zn, reaksi itu akan membutuhkan

2 x 0,5 = 1,0 mol HCl untuk reaksi.

Hanya ada 0,4 mol HCl yang tersedia yang kurang dari 1,0 mol

dibutuhkan. Jika digunakan 0,4 mol HCl, reaksi itu akan membutuhkan

½ x 0,4 = 0,2 mol Zn. Ada 0,5 mol Zn yang tersedia, sedangkan yang

dibutuhkan 0,2 mol.

5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar habis digunakan

selama reaksi kimia.

Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah reaksi

selesai. Pereaksi pembatas adalah HCl. 0,4 mol HCl akan digunakan

ketika reaksi ini berlangsung sampai selesai. Pereaksi berlebih adalah Zn,

ketika reaksi selesai akan masih ada 0,5-0,2 = 0,3 mol Zn .

Contoh 3.7: Jika diketahui massa reaktan

Cari pereaksi pembatas dan pereaksi berlebih ketika 1.5 g CaCO 3 bereaksi

dengan 0.73 g HCl (BM CaCO3= 100,09 g/mol, BM HCl = 36,458 g/mol

Penyelesaian:


CaCO3 + 2HCl -----> CaCl2 + CO2 + H 2O

2. Hitung mol yang tersedia dari tiap pereaksi

Mol CaCO 3= massaberat molekul ( BM )


Mol CaCO 3= 1,5 g100,09 g /mol

=0,015 molCaCO 3

Mol HCl= 0,73 g36,458 g /mol

=0,02mol HCl

3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan dalam

reaksi kimia

CaCO 3: HCl Atau HCl: CaCO 3

1: 2 1: ½

4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan untuk

reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 0,015 mol

CaCO 3 yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan

2 x 0,015 = 0,03 mol HCl untuk reaksi sampai selesai.

Ada hanya 0,02 mol HCl yang tersedia yang kurang dari 0,03 mol

dibutuhkan. Jika semua 0,02 mol HCl yang akan digunakan dalam reaksi itu

akan membutuhkan ½ x 0,02 = 0,01 mol CaCO 3.

Ada 0,015 mol CaCO 3 yang tersedia yang lebih dari 0,01 mol dibutuhkan.

5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar digunakan selama

reaksi kimia. Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah

reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah HCl,

semua 0,02 mol HCl akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai

selesai. Reaktan lebih adalah CaCO3, ketika reaksi telah sampai selesai akan

ada 0,015-0,01 = 0,005 mol CaCO 3 tersisa.

Contoh 3.8Jika diketahui volume dan konsentrasi larutan

Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimiaCari reagen pembatas dan

reaktan lebih ketika 100 ml NaOH 0,2 bereaksi sepenuhnya dengan 50ml dari

0.5MH 2 SO 4

Penyelesaian:


1. 2NaOH + H 2SO4 -----> Na 2SO4 + 2H2O

2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia

Mol NaOH= molVolume

m ol NaOH =Mol NaoH xVolume

mol NaoH=0,2 M x 100 mL x0,001 L=0,02 mol

mol H 2SO 4=0,5 M x 50 mL x0,001 L=0,025 mol


reaksi kimia

NaOH: H2SO4 Atau H2SO4: NaOH

1: ½ 1: 2


reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 0,02 mol NaOH

yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan ½ x 0,02 = 0,01

mol H 2 SO 4 untuk reaksi sampai selesai.

Ada 0,025 mol H 2 SO 4 tersedia yang merupakan lebih dari 0,01 mol

dibutuhkan. Jika semua 0,025 mol H 2 SO 4 yang akan digunakan dalam

reaksi itu akan membutuhkan 2 x 0,025 = 0,05 mol NaOH.

Ada hanya 0,02 mol NaOH tersedia yang kurang dari 0,05 mol dibutuhkan.



reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah NaOH,

semua 0,02 mol NaOH akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai

selesai. Reaktan lebih adalah H2SO4,

ketika reaksi telah sampai selesai akan ada

0,025-0,01 = 0,015 mol H 2 SO 4 tersisa.


Contoh 3.9Jika diketahui volume gas

Cari reagen pembatas dan reaktan lebih ketika 44.82L CO (g) bereaksi

sepenuhnya dengan 11.205L O 2 (g) pada STP (0 o C atau 273K dan 1ATM atau

101.3kPa)

Penyelesaian:


2CO (g) + O 2 (g) -----> 2CO 2 (g)

2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia

mol CO = V ÷ 22.41

Pada STP 1 mol gas

memiliki volume 22.41Lmol CO

= 44,82 ÷ 22.41

= 2mol

mol O 2 = V ÷ 22.41

Pada STP 1 mol gas

memiliki volume 22.41Lmol O 2

= 11,205 ÷ 22.41

= 0.5mol


reaksi kimia

CO: O 2 Atau O 2: CO

1: ½ 1: 2


reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 2 mol CO yang

akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan

½ x 2 = 1 mol O 2 untuk reaksi sampai selesai.

Ada 0,5 mol O 2 yang tersedia yang kurang dari 1 mol dibutuhkan. Jika semua

0,5 mol O 2 yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan

2 x 0,5 = 1 mol CO

Ada 2 mol CO yang tersedia yang lebih dari 1 mol dibutuhkan.




reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah O 2,

semua 0,5 mol O 2 akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai

selesai. Reaktan dalam kelebihan CO,

ketika reaksi telah sampai selesai akan ada

2 - 1 = 1 mol CO tersisa.

3.6Rangkuman1. Stoikiometri diperlukan di industri kimia untuk mengetahui bahan yang

akan digunakan dan berapa banyak produk yang dihasilkan serta berapa

yang sisa atou tidak bereaksi

2. Pada industri kimia memiliki istilah seperti reaktan pembatas, reaktan

berlebih, selektivitas, % konversi, yield dan persen hasil

3. Pereaksi (reaktan) pembatas adalah pereaksi yang benar-benar habis

digunakan selama reaksi kimia.

4. Pereaksi yang berlebih adalah reaktan yang tidak sepenuhnya habis

digunakan selama reaksi kimia, dengan kata lain ada beberapa dari reaktan

yang tersisa setelah reaksi.


3.7Pertanyaan1. Reaksi metana dan air adalah sa;ah satu cara produksi hidrogen untuk

digunakan sebagai bahan bakar :

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

Jika reaksi diawali dengan 995 g CH4 dan 1020 g H2O.

a. Reaktan mana yang terbatas?

b. Berapa massa H2 yang dapat dihasilkan?

c. Berapa massa reaktan yang berlebih dan tersisa setelah reaksi

berjalan sempurna?

2. Alumunium khlorida (AlCl3) dibuat dengan perlakuan serat logam

alumunium dengan gas khlor>

2Al(s) + 3Cl2(g) 2 AlCl3(s)Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 58

Jika proses dimulai dengan 2,7 g Al dan 4,5 g Cl2.

a. Manakah yang termasuk reaktan pembatas?

b. Berapa massa AlCl3 yang dapat dihasilkan?

c. Berapa kelebihan massa reaktan ekses setelah reaksi berlangsung

sempurna?

3. Gypsum (CaSO4.2H2O) dihasilkan dengan mereaksikan kalsium karbonatdan

asam sulfat. Analisa dari batu kapur adalah: CaCO3 96,89%; MgCO3 1,14%;

inert 1,7%. Untuk mereaksikan seluruh batu kapur seberat 5 ton tentukan

a. berat gypsum anhidrat (CaSO4) yang dihasilkan

b. berat larutan asam sulfat (98% berat) yang dibutuhkan

c. Berat Karbondioksida yang dihasilkan

(BM: CaCO3 100; MgCO3 84,32; H2SO4 98; CaSO4136; MgSO4120; H2O 18;

CO2 44)

4. Sintesis amonia menggunakan reaksi berikut:

N2 + 3 H2 → 2 NH3

Pada sebuah pabrik, 4202 lb nitrogen dan 1406 lb hidrogen

diumpankankedalam reaktor perjam. Produk amonia murni yang dihasilkan

oleh reaktor ini sebanyak 3060 lb per jam

a. tentukan reaktan pembatasreaktor ini sebanyak 3060 lb per jam

b. tentukan reaktan pembatas

c. berapa % excess reaktan

d.berapa % konversi yang didapatkan berdasarkan pada

reaktanpembatas

5. 5 lb bismut (BM=209) dipanaskan bersama dengan 1 lb sulfur

untukmembentuk Bi2S3 (BM= 514). Pada akhir reaksi, zat yang

dihasilkanmengandung 5% sulfur bebas. Tentukan:

Rx : 2 Bi + 3 S → Bi2S3

a. reaktan pembatas

b. % excess reaktan

c. % konversi dari sulfur menjadi Bi2S3

6. Gas amonia dapat disiapkan dari reaksi berikut:


CaO(sCaO(s) + 2 NH4Cl 2 NH3(g) + H2O(g) + CaCl2(s)

JikaJika112 g CaO dan 224 g NH4Cl dicampur, persen hasil NH3adalah68.0 g.

Jika hanya16.3 gNH3 yang aktual dihasilkan, berapa persen hasil ?

7.





5. Pelajari materi pada Sub Topik 3.5 (halamn 42)

6. Pelajari materi contoh soal 3.5 (halaman 44)

3.9Tugas1. Akrilonitril diproduksi dengan mereaksikan propilen, amonia dan oksigen,

seperti reaksi:

C3H6 + NH3 + 1,5 O2 C3 H3N + 3 H2O

Umpan reaktor berisi 15% propilen, 7% amonia, dan 78% udara.

Tentukan:

a. limiting reactant.

b. % excess reactant.

c. Jika konversi limiting reactant hanya 30%, berapa rasio (mol

akrilonitril/molNH umpan).

d. Komposisi di arus keluar reaktor.

2. Sintesa amonia mengikuti reaksi ebagai berikut:Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 60

N2 + 3 H2 2 NH3

Suatu pabrik mengumpankan 4202 lb amonia dan 1046 lb hidrogen kedalam

reaktor setiap jam, diproduksi amonia murni 3060 lb / jam.

a. tentukan limiting reactant.


c. Konversi.

3. Gipsum (plaster Paris ; CaSO4.2H2O) diproduksi dengan

mereaksikanCaCO3dengan asam sulfat. Batu kapur digunakan sebagai sumber

CaCO. Batu kapur mempunyai komposisi : CaCO380%; MgCO 15%

daninert 5%. Sedangkan asam sulfat yang digunakan larutan asam sulfat98%.

Jika 5 ton batu kapur bereaksi sempurna, tentukan:

a. Kg gipsum anhidros yang dihasilkan.

b. Kg larutan asam sulfat yang dibutuhkan.

c. Kg CO yang dihasilkan.

4. 10 lb bismuth ( BM = 209) dipanaskan bersama satu lb sulfur

sehinggamembentuk Bi2S3. Pada akhir reaksi massa hasil masih mengandung

sulfur adalah 5% dari total hasil.

Tentukan:

a. limiting reactant.


c. % konversi.

5. Berapa gram kromat sulfit yang akan dibentuk dari 0,718 gram kromatoksit

sesuai reaksi :

2Cr2O3 + 3 CS2 2Cr2 S3 + 3CO2

6.Batu barit berisi 100% BaSO4. Barit direaksikan dengan karbon dalam

bentuk coke yang berisi 6% abu. Komposisi hasil :BaSO4 = 11,1%; BaS =

72,8%; C= 13,9%; dan abu 2,2 %. Reaksi:

BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO

Tentukan:

a. excess reactant


b. Persen excess

c. konversi.

3.10 Tindak LanjutPada bagian 3.7 dan 3.9 diwajibkan kepada mahasiswa untuk

menyelesaikan beberapa pertanyaan. Pada topik pertaman ini mahasiswa sebelum

mempelajarinya diberikan dahulu tes kemampuan untuk melihat kemampuan

mahasiswa dalam memahami topik 1 dengan memberikan soal-soal yang ada pada

bagian 1.14. Kemudian mahasiswa diberikan skor penilaian dalam menyelesaikan

soal latihan dan soal tugas, dimana bobot nilai setiap soal adalah sebagai berikut:


No. Soal Bobot Nilai Skor1 25 252 25 253 10 10


4 20 205 10 106 10 10

Total Nilai 100 100



sebagai berikut:







3.11 Daftar Titi PenampilanTabel 2. Daftar titik penampilan dari sub topik 1

No. Penguasaan MateriPenilaian

A B C D E

1 Reaktan pembatas

2 Reaktan berlebih

3 Excess reaktan

4 Persen konversi

5 Selektivitas

6 Yield

7 Persen hasil


Skala Nilai:

A = Amat Baik

B = BaiK

C = Cukup

D = Kurang

E = Tidak ada

DAFTAR PUSTAKA

------------------, 2004, Lambangunsur dan persamaan kimia, Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum, Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional.

Geankoplish, C.J, 1999, Transport Process and Separation Process Principles, 4th edition, Prentice hall Inc, Singapore

Gebelein, Charles G. , 1997. Chemistry and our world. Wm. C. BrownPublisher.

Himmelblau, D.M, 1999, Basic Principles and Calculations In Chemical Engineering, 16th edition, Prentice hall Inc, Singapore

Philips,John S. , Strozak. Victor S. , Wistrom Cheryl. , 2000. Chemistry Consepts and Aplications. New York: Glencoe McGraw-Hill.


Smoot,R. C. , Smith, R. G. and Price Jack. , 1999. Merril Chemistry. NewYork: Glencoe McGraw-Hill.

WWW. Ilmukimia.org

WWW. Chemical-eng.com

TAKARIR

