Soal dan Pembahsan OSN KIMIA Tahun 2013

Jumat, November 03, 2017

Bagikan :

Tweet

1. Tagog Apu [23 poin]

a. Tuliskan reaksi kimia setara pada pemanasan dolomite. [2]

MgCa(CO3)2 MgO(s) + CaO(s) + 2CO2(g) [2]

b. Tentukan rumus kimia lansfordit. [5]

Gas CO2 sebanyak 5,85 L setara dengan 0,261 mol [1] Mr lansfordit = 45,5:0,261 = 174,3 [2]

Rumus kimia lansfordit = MgCO3 5H2O. [2]

c. Tuliskan persamaan pelarutan dolomit, dan tuliskan ungkapan Ksp-nya. [4]

MgCa(CO3)2 (s) + H2O Mg2 + Ca2 + 2CO3 2

Ksp = [Mg2] [Ca2] [CO3 2]2 [2]

d. Tuliskan reaksi asam basa ion karbonat dan H+. [2]

H + CO3 2 HCO3

e. Apa akibat dari hujan asam pada kelarutan dolomit di pegunungan kapur? Tuliskanlah reaksinya. [3]

Gunung kapur akan terkikis (larut dalam air yang bersifat asam) [1]

MgCa(CO3)2 + H+ Mg2 + Ca2 + H2CO3 (CO2 + H2O) [2]

f. Gambarkan struktur Lewis (termasuk struktur resonansinya) dan perkirakan bentuk geometri ion karbonat. [5] Gambar [3]

Segitiga datar [2]

g. Jelaskan dampak pemanasan dolomit terhadap iklim di muka bumi? [2]

Pemanasan dolomit dapat meningkatkan konsentrasi CO2(gas rumah kaca/ green house gas) di atmosfir yang mengakibatkan pemanasan global. [2]

2. Rumus kimia Garam sulf at [22 poin]

a. Tuliskan persamaan reaksi larutan garam sulfat dengan barium klorida berlebih dan hitung %

massa sulfat dalam sampel tersebut [3]

4

Ba2 + SO 2

BaSO4 [1]

% massa sulfat = 96*0,2329*100/(233*0,1471) = 65,23% [2]

b. Atas dasar % massa sulfat yang diperoleh, hitung massa molekul garam sulfat menurut

masing-masing siswa tersebut		[6]
Massa molekul garam sulfat menurut siswa-1 =100*96*2/65,23 =294 Massa molekul garam sulfat menurut siswa-2 = 100*96/65,23 = 147 Massa molekul garam sulfat menurut siswa-3 = 100*96*3/65,23 = 441	[2] [2] [2]

c. Tuliskan rumus kimia garam yang diperoleh masing-masing siswa tersebut dan buktikan dengan perhitungan yang mendukung temuan mereka masing-masing. [9] Rumus kimia menurut siswa-1: Ti(SO4)2 3H2O [294-240 =54 setara dengan 3H2O] [3]

Rumus kimia menurut siswa-2: NaSO4 0,3H2O [147-119 = 28 setara dengan 1,5H2O] [3]

Rumus kimia menurut siswa-3: Al2(SO4)3 5,5H2O [441-342 = 99 setara dengan 5,5 H2O] [3]

d. Sarankan minimal dua uji lanjutan yang harus dilakukan untuk membuktikan kebenaran jawaban siswa tsb? [4] Reaksi pemanasan diatas 100oC untuk mengetahui jumlah air hidrat [2]

Pengukuran hantaran ion dengan konduktometer [2]

3. Hidrogen Radioaktif [23 poin]

a. Lengkapi reaksi inti yang menghasilkan tritium [2]

[2]

b. Tuliskan reaksi inti untuk peluruhan tritium. [2]

) [2]

c. Hitunglah energi yang dilepaskan pada peluruhan 1 mol tritium (massa = 3,0160492 sma,

dan massa = 3,0160293 sma). [4]

[2]

2 m2/s2 x =

47616766668,9 J/mol = 47616766,6689 kJ/mol = 4,761 x 107 kJ/mol [2]

d. Hitung jumlah mol T2O yang terdapat dalam 1 L air minum yang mempunyai radioaktivitas

10000 Bq. Anggaplah bahwa hanya T2O yang menjadi sumber radiasi dalam air tersebut.

[4]

(T untuk tritium.)

mol

[1]

[2]

.: n(T2O)= mol [1]

e. Hitunglah berapa lama (dalam tahun) manusia akan dapat melihat cahaya atau foton yang dipancarkan oleh arloji yang diisi 7x1012 molekul gas tritium (T2). [4]

Manusia mampu melihat sinar bila 70 foton diemisikan setiap detiknya. Ini berarti bahwa

140 disintegrasi tritium per detiknya. (Material ber-fluorosensi memancarkan satu photon per 2 elektron).

[1]

[1]

[2]

.: 92 tahun.

f. Turunkan persamaan laju untuk reaksi 2O33O2 berdasarkan mekanisme reaksi di atas. [4]

[1]

[1]

[1]

[1]

g. Bila persamaan kinetika untuk reaksi 2O3 3O2 menjadi , bagaimana pernyataan

untuk tetapan k? [3]

[1]

Bila konsentrasi ozone sangat rendah:

, todėl

Maka persamaan kinetika dapat disederhanakan menjadi :

[1]

[1]

4. Reaksi Fischer-Tropsch [32 poin]

a. Hitung fraksi mol gas hidrogen di dalam silinder sebelum reaksi. [2]

XH2 = PH2 / Ptotal = 30 atm/40 atm = 0,75 [2]

b. Tuliskan reaksi yang setara antara gas CO dan H2 yang menghasilkan (i) metana, (ii) etena dan (iii) propena. [6]

(i) CO + 3H2 CH4 + H2O [2] (ii) 2CO + 4H2 C2H4 + 2H2O [2]

(iii) 3CO + 6H2 C3H6 + 3H2O [2]

c. HitungH untuk masing-masing reaksi yang Anda tuliskan pada jawaban (a). (Pada 400 K, air yang terbentuk masih dalam fasa gas). [6]

Hi = Hfo CH4 +Hfo H2O - Hfo CO = -74,9 – 241,8 – (-110,5) = -206,2 kJ [2]

Hii = Hfo C2H4 +×Hfo H2O - 2×Hfo CO = 52,3 + (-241,8 x 2)– (-110,5x2) = -210,3 kJ [2]

Hiii = Hfo C3H6 +×Hfo H2O - 3×Hfo CO = 20,6 + (-241,8 x 3)– (-110,5x3) = -373,3 kJ [2]

d. Gunakan data hasil reaksi di atas untuk menghitung banyaknya (dalam mol) metana, etena dan propena yang dihasilkan pada reaksi Fischer-Tropsch tersebut. Asumsikan semua gas bersifat ideal dan R = 0,082 L atm mol1 K1. [12]

Andaikan nCH4 = x, n C2H4 = y dan n C3H6 = z. Untuk memperoleh nilai x, y dan z diperlukan 3 persamaan yang mengkaitkan ketiga variable tersebut: 1 pers dari mol air yang dihasilkan, 1 pers dari kalor yang dihasilkan dan 1 pers dari tekanan setelah reaksi.

mol air = 44,74/18 = x + 2y + 3z

2.49 = x + 2y + 3z (1) [2]

dari kalor, - 399.16 = - 206.2 x - 210.3 y – 373.3 z

399.16 = 206.2 x + 210.3 y + 373.3 z (2) [2] V P2 = n2 RT2 n2 = V P2/RT2

n2 = nCO + nH2 + nCH4 + nC2H4 + nC3H6 nCO = nCO awal – nCO bereaksi

= (10x10)/(0.082x400) – (x+2y+3z)

= 3.05 – x – 2y – 3z [1]

n2 = nCO + nH2 + nCH4 + nC2H4 + nC3H6

nH2 = nH2 awal – nH2 bereaksi

= (30x10)/(0.082x400) – (3x+4y+6z)

= 9.15 –3 x – 4y – 6z [1]

= (3.05 – x – 2y – 3z) + (9.15 –3 x – 4y – 6z) + x + y + z

= 12.20 – 3x – 5y – 8z [2]

n2 = V P2/RT2 = (10x12.8)/(0.082x298) = 5.24 sehingga: 12.20 – 3x – 5y – 8z = 5.24

3x + 5y + 8z = 6.96 (3) [2]

Penyelesaian pers. (1), (2) dan (3) memberikan nilai x =1,21 , y=0,251 dan z=0,259 . Sehingga jumlah mol metana, etena dan propena yang terbentuk masing-masing adalah 1,21 mol,

0,251 mol dan 0,259 mol. [2]

e. Hitung tekanan parsial gas hidrogen di dalam silinder setelah reaksi pada 298 K. [3]

PH2 = nH2 R T/V = (9.15 – 3x – 4y – 6z) (0.082 x 298)/10 [2]

= (9.15 – 3×1.21 - 4×0.251 - 6×0.259) ×0.082× 298/10 = 7,238 atm. [1]

f. Jika ret adalah laju reaksi pembentukan etena dan rpr adalah laju reaksi pembentukan propena dalam reaksi tersebut, hitung nilai ret / rpr. [3]

Karena volume wadah dan waktu reaksi (t) untuk produk etena dan propena sama, maka ratio kecepatannya dapat dihitung sebagai berikut.

[3]

5. Kompleks Mn(III) yang unik [25 poin]

a. Tuliskan konfigurasi elektron terluar pada ion Mn(III) dan hitung berapa elektron yang tidak berpasangan pada ion Mn(III). [2]

Konfigurasi elektron Mn(III) = [Ar]d4 ada 4 elektron tidak berpasangan [2]

b. Hitung energi penstabilan medan kristal (CFSE) pada senyawa CsMn(SO4)2 12 H2O dan

K3[Mn(CN)6], nyatakan dalam energi pembelahan	orbital	()	dan	energi	untuk
memasangkan elektron (P).					[4]
senyawa CsMn(SO4)2 12 H2O = (3*0,4) +0,6 = 0,6 senyawa K3[Mn(CN)6]= 1,6+P					[2] [2]

c. Tuliskan persamaan reaksi pembentukan ligan Salen-H2 dan lengkapi dengan gambar struktur semua senyawa tersebut. [7]

2 hidroksi benzaldehyde +1,2-diaminoetana N,N′-Bis(salicylidene)ethylenediamine [1] Gambar [6]

d. Tuliskan rumus kimia kompleks kationik bermuatan +1, kompleks anionik bermuatan -1 dan kompleks non-ionik yang mungkin terbentuk. Gambarkan pula sketsa struktur ketiga kompleks tersebut [6]

Kationik [Mn(salen)(H2O)2] [2]

Anionik [Mn(Salen)Cl2]

Non-ionik [Mn(salen)Cl(H2O)]

[2]

e. Tuliskan kedua tahap reaksi dismutase radikal anion superoksida [6]

2

Mn3 + O

Mn2

+ O2 [3]

3

Mn2 + 2H + O2 Mn

+ H2O2 [3]

6. Pengaruh pH dan Penambahan Ligan pada Potensial Reduksi

Standar [19 poin]

a. Hitunglah potensial reduksi standar, E°3 dari Fe3+ + e Fe2+ dengan menggunakan hukum

Hess untuk perubahan energi bebas Gibss, Go, dari setengah reaksi Fe2+|Fe dan Fe3+|Fe

[4]

reaksi	Potensial	Go= -nFEo
Fe3++ 3e Fe	E°2 = -0,036V	-3xFx(-0,036) =0,108 F
Fe2+ + 2e Fe	E°1 = -0,440 V	-2x Fx (-0,440)=0,880 F
Fe+3+e Fe+2	E°3 = ?	=-0,772 F

Go= -nFEo= -0,772F

Eo = -0,772F/1x F = 0,772 V

E°3 = (3 E°2 – 2 E°1) = 0,772 V (dihitung menggunakan diagram Latimer)

3

1

2

Menggunakan hukum Hess: Go

= Go

- Go

[1]

-nFEo3 = -nFEo2 –(-nFEo1) [2]

-FEo3 = -3FEo2 – (-2FEo1)

3

2

1

Maka Eo

= 3Eo

– (2Eo ) = 3(-0,036) – (2(-0,440)) = -0,108 – (-0,88) = 0,772 V [1]

b. Hitunglah rasio tetapan pembentukan kompleks, Kf, [Fe(CN)6]3 terhadap Kf [Fe(CN)6]4 [5]

a. Reaksi: [2]

a

b

[Fe(CN)6]3- + e [Fe(CN)6]4- E°4 = 0,356 V Go

6

Fe3+ +6 CN-Fe(CN) 3-

6

Fe2+ +6 CN-Fe(CN) 4-

Kf1 Go

c

b

Kf2 Go

d

Fe3+ + e Fe2+ Eo3 = 0,772 V Go

Hukum Hess: [3]

a

c

d

Go

= Go

+ Go

- Go

-nFEo4 = -RTlnKf2 – nFEo3 –(-RTlnKf1)

-nF(Eo4 – Eo3) = -RT(lnKf2 - lnKf1) Eo4 – Eo3 = RT/nF ln(Kf2/Kf1)

(0,356 – 0,772) = (8,314 x 298)/(1 x 96500) ln(Kf2/Kf1)

- 0,416 = 0,02567 ln(Kf2/Kf1)

ln(Kf2/Kf1) = - 0,06171

Kf2/Kf1 = 9,16 x 10-8 atau Kf1/Kf2 = 1,09 x 107

Atau cara lain:

3-

3+ - 6

6 (FeIII) = [Fe(CN)6

6

6 (FeII) = [Fe(CN) 4-

] / ([Fe

] / ([Fe2+

].[CN ] ) [1]

].[CN-]6) [1]

E°4 = E°3 + 0,059 log (6 (FeII) / 6 (FeIII) [2]

(6 (FeII) / 6 (FeIII) = 10-7,05 = 8,90x10-8 atau (6 (FeIII) / 6 (FeII) = 1,12 x 107 [1] Catatan: nilai Kf2/Kf1 ~ 9 x 10 atau Kf1/Kf2 ~ 1 x 10

c. Hitung rasio [H3AsO4]/[H3AsO3] dalam larutan tersebut pada kesetimbangan jika pH larutan dijaga tetap = 2,00 [5]

Reaksi: [2]

H3AsO4 + 2H+ + 2e H3AsO3 + H2O x1 Eo5

6

Fe(CN) 4-

Fe(CN) 3-

+ e x2 Eo4

6

4- 3-

H3AsO4 + 2H+ + 2 Fe(CN)6

H3AsO3 + H2O + 2Fe(CN)6

Awal a 2a - - Reaksi -x -2x x 2x Setimbang a – x 10-2 2a – 2x x 2x

3- 2

4- 2 + 2

E = Eo – 0,059/2 log ([H3AsO3] [Fe(CN)6

] /([H3AsO4][Fe(CN)6

] [H ] ) [2]

Pada kesetimbangan E = 0; pH = 2,00 [H+] = 10-2

3- 2

4- 2 + 2

Eo = 0,059/2 log ([H3AsO3] /([H3AsO4] x ([Fe(CN)6 ]

/[Fe(CN)6 ])

x 1/ [H ] )

(Eo5 – Eo4) = 0,059/2 log ((x)/(a-x) . ((2x)/(2a-2x))2 . 1/10-4)) (0,560 – 0,356) = 0,059/2 log ((x/(a-x)) . (2x/2(a-x))2 . 1/10-4))

0,204 = 0,0295 log ((x/(a-x))3 . 1/10-4) = 0,0295 (log (x/(a-x))3 + log 104)

0,204/0,0295 = 3 log (x/(a-x)) + 4

6,915 – 4 = 3 log (x/(a-x))

2,915/3 = log (x/(a-x))

0,9717 = log (x/(a-x))

x/(a-x) = 9,370

x = [H3AsO3]; (a-x) = [H3AsO4];

maka rasio [H3AsO4]/[H3AsO3] pada kesetimbangan = (a-x)/x = 1/9,370 = 0,107 [1] Atau cara lain:

Reaksi: H3AsO4 + 2H+ + 2e H3AsO3 + H2O x1 Eo5 [2]

6

Fe(CN) 4-

Fe(CN) 3-

+ e x2 Eo4

6

4- 3-

H3AsO4 + 2H+ + 2 Fe(CN)6

H3AsO3 + H2O + 2Fe(CN)6

Awal a 2a - - Reaksi -x -2x x 2x Setimbang a – x 10-2 2a – 2x x 2x

pH = 2,00 [H+] = 10-2

3- 2

4- 2 + 2 2

2 -2 2

K = [H3AsO3] [Fe(CN)6

] /([H3AsO4][Fe(CN)6

] [H ]

= (x)(2x) /(a-x)(2a-2x) (10 )

K = (x)(2x)2/(a-x)(2(a-x))2(10-2)2 = 4x3/4(a-x)3(10-2)2 = x3/(a-x)3 . 104

Pada kesetimbangan: Go = -RTlnK = -nFEo;

maka lnK = nFEo/RT = 2(96500)(Eo -Eo )/8,314(298) = 2(96500)(0,204)/ 8,314(298) =

5 4

15,89

sehingga K = 7,97 x 106

K = 7,97 x 106 = x3/(a-x)3 . 104

7,97 x 106/104= x3/(a-x)3

797,135 = x3/(a-x)3; maka x/(a-x) = (797,135)1/3 = 9,272 x = [H3AsO3]; (a-x) = [H3AsO4];

maka rasio [H3AsO4]/[H3AsO3] pada kesetimbangan = (a-x)/x = 1/9,272 = 0,107 [3] Atau cara lain:

E = (n5E5°′ + n6E6°′) / n5 + n6 [1]

H3AsO4 + 2H+ + 2e- H3AsO3 + H2O

E5°′ = E5° + (0,059/2) log [H3O+]2 = E5° - 0,059 pH = 0,442 V [2] E = (2x0,442 + 0,356)/3 = 0,413 V

0,413 = 0,442 + 0,059/2 log([H3AsO4]/[H3AsO3])

[H3AsO4]/[H3AsO3] = 0,107 [2]

3

d. Jika di dalam larutan terdapat campuran spesi H3AsO4, H3AsO3, I

dan Idengan konsentrasi

masing-masing sebesar 0,100 M dalam keadaan kesetimbangan, hitunglah pH larutan tersebut. [5]

Reaksi: [2]

H3AsO4 + 2H+ + 2e H3AsO3 + H2O x1 Eo5

3

3I I

+ 2e x1 Eo6

H3AsO4 + 2H+ + 3I H3AsO3 + H2O + I3

- + 2 - 3

E = Eo – RT/nF ln [H3AsO3] [I3 ] /[H3AsO4][H ] [I ]

- -

[2]

Pada kesetimbangan E = 0; [H3AsO4] = [H3AsO3] = [I3 ] = [I ] = 0,100 M

- - 3 + 2

Eo = 0,059/2 log ([H3AsO3] [I3 ] /[H3AsO4] [I ]

[H ] )

(Eo5 – Eo6) = 0,0295 log ((0,100)(0,100)/(0,100)(0,100)3 . [H+]2) (0,560 – 0,540) = 0,0295 log (10-2/10-4. [H+]2)

0,02 = 0,0295 (log 102 – log [H+]2) = 0,0295 (2 – 2 log [H+]) = 0,059 - 0,059 log [H+] =

0,059 (1 + pH)

pH = (0,02 – 0,059)/0,059 = - 0,66 [1]

Atau cara lain:

- - 3

E6 = E°6 + 0,059/2 log ([I3 ]/[I ] ) = 0,540 + (0,059/2)x2 = 0,599 V [3]

E5 = 0,599 V = 0,560 – 0,059 pH

pH = -0,66. [2]

7. Kandungan Senyawa dalam “Surawung” [31 poin]

a. Gambarkan struktur produk hidrolisis asam rosmarinat dalam suasana asam. [6]

Masing-masing struktur 3 poin

b. Tuliskan reagen pereduksi yang sesuai untuk mereduksi gugus karboksilat menjadi gugus hidroksil dalam struktur asam litospermat dan gambarkan struktur produk tereduksinya tersebut. [4]

Reagen pereduksi: LiAlH4 atau LAH atau DIBAL-H (1 poin)

Struktur produk reduksi asam litospermat: (3 poin)

c.

i. Urutkan kereaktifan senyawa terhadap reaksi tersebut mulai dari yang paling reaktif dan jelaskan! [3]

Urutan kereaktifan: asam ferulat > asam p-kumarat > asam sinamat. (1 poin)

Alasan: adanya gugus pendorong elektron pada asam ferulat (-OH dan –OCH3) menjadikan cincin aromatik menjadi lebih reaktif terhadap reaksi substitusi elektrofilik dibandingkan asam p-kumarat (hanya gugus –OH) dan asam sinamat (tidak ada gugus pendorong elektron). (2 poin)

ii. Jika ketiga senyawa tersebut direaksikan dengan Br2 dalam kondisi adanya FeBr3, gambarkan struktur produk yang terbentuk. [6]

Masing-masing struktur produk 2 poin

Jawab:

d. Tuliskan skema reaksi beserta reagen dan kondisi yang menunjukkan pengubahan asam sinamat menjadi asam 3-fenilpropanoat! [3]

Reagen dan kondisi: 1 poin Struktrur produk: 1 poin Skema reaksi: 1 poin

e. Gambarkan struktur produk X, Y dan Z dalam setiap tahap reaksi berikut. [9]

Masing-masing struktur produk 3 poin

8. Tahu, Tempe dan Isoflavon [27 poin]

a. Gambarkan struktur senyawa A dan B pada skema sintesis senyawa turunan isoflavon [6]

Masing-masing struktur 3 poin

b. Gambarkan struktur produk yang terbentuk apabila genistein direaksikan dengan etil 4- bromobutirat dalam suasana basa (t-BuOK = kalium tertier-butoksida). [3]

3 poin

c. Gambarkan struktur produk yang terbentuk apabila daidzein direaksikan dengan penta-O- asetil--glukopiranosa dalam suasana basa. [3]

3 poin

d. Gambarkan mekanisme reaksi antara 17-estradiol dengan senyawa benzoil klorida dan gambarkan produk yang terbentuk. [6]

Mekanisme reaksi: 3 poin; struktur: 3 poin

e. Gambarkan struktur senyawa K, L dan M dalam skema salah satu usulan reaksi untuk sintesis 17-estradiol di laboratorium. [9]

Masing-masing struktur 3 poin

Tag : OSN Kimia