1. n-butana merupakan senyawa hidrokarbon yang sering digunakan sebagai bahan

bakar. Gas n-butana mempunyai entalpi pembakaran sempurna (Hopembakaran) menjadi produk-

produknya dalam wujud gas sebesar –2880 kJ/mol. Dengan menganggap temperaturnya

98ºC, gunakan data ini untuk menjawab pertanyaan berikut

a. Tentukan entalpi pembentukan Hf gas butana dan besarnya energi dalam reaksi

pembakaran tersebut

b. Dalam pembakaran butana tersebut digunakan udara dengan kandungan oksigen 21%

maka berapa banyak udara (1 atm, 25ºC) yang digunakan untuk membakar 1 mol

butana

c. Hitunglah berapa banyak energi yang dapat dihasilkan bila semua butana di dalam

silinder habis terbakar sempurna, apabila di dalam tabung silinder volumenya 1 liter

dan anda mempunyai butana cair dengan density 0,573 g.cm-3

d. Bila energi yang dihasilkan anda gunakan untuk mendidihkan 1,5 ton air yang

temperaturnya 23ºC dengan efisiensi 75% maka tentukan apakah energi yang tersedia

dapat mendidihkan 1,5 ton air

DATA:

Entalpi pembentukan standar (fHo):

CO2 (g) : fHo = -393,5 kJ mol-1; H2O(l): fHo = -285,8 kJ mol-1

H2O (g) : fHo = -241,8 kJ mol- ; O2 (g) : fHo = 0 kJ mol-1

Panas spesifik, Cp,: H2O (l) , Cp 75,3 J mol -1K-1

H2O (g) , Cp = 33,6 J mol-1K-1

Komposisi volume udara (1 atm , 25 oC) = 21 % O2,

1 mol gas (1atm, 25oC) = 22,4 Liter

Jawab :

a. Persamaan reaksi pembakaran sempurna butana:

C4H10 (g) + 6,5 O2 (g) 4 CO2 (g) + 5 H2O (g)

Entalpi pembentukan Hf gas butana:

Hpembakaran butana = Hf produk - Hf reaktan

= [(4 x HfCO2) + (5 x Hf H2O)] – [(Hf C4H10)+ Hf O2)]

= [(4 x –393,5) + (5 x –241,8)] – [(- 2880)+0] = + 97 kJ

Perubahan energi dalam reaksi pembakaran :

U = H + nRT

= -2880 kJ + (-1,5) 8,314 J mol-1 K-1 371/1000 K

= -2884,626 kJ

b. Volume udara ( 1 atm, 25 oC) untuk membakar 1 mol butana:

C4H10 (g) + 6,5 O2 (g) 4 CO2 (g) + 5 H2O (g)

2 C4H10 (g) + 13 O2 (g) 8 CO2 (g) + 10 H2O (g)

1 mol C4H10 6,5 mol O2

vol udara = (100/21) x 6,5 x 22,4 liter

= 693,33 liter

c. Energi yang dapat dihasilkan bila semua butana didalam silinder habis

terbakar sempurna:

Total energi/kalor yang dihasilkan = q= H pembakaran

= [(1000 x0,573)/58] mol x (-2880 kJ)/mol

= 28452,4 kJ

d. Energi yang dibutuhkan untuk mendidihkan air 1,5 ton

Energi tersedia untuk pemanasan air

Q = efisiensi x energi yang dihasilkan

= 0,75 x 28452,4 kJ

= 21339,3 kJ

Untuk mendidihkan 1,5 ton air dari 23OC menjadi 100OC

Qdidih = gr/Mr x ∆T x Cp H2O(l)

= [(1,5x106)/18] x (100-23) x (75,3) x 10-3 kJ

= 483175 kJ

Q<Qdidih, sehingga air tidak mendidih

2. Diketahui bahwa termolisis dari garam ammonium halida akan menghasilkan

hidrogen halida dan ammonia (proses disosiasi). Reaksi sebaliknya akan terjadi bila uap

campuran hasil disosiasi tersebut didinginkan mengalami sublimasi dan diperoleh kembali

padatan garam ini. Sejumlah sampel ammonium chlorida padat dipanaskan dalam wadah

hampa (terevakuasi) yang tertutup rapat. Untuk dissosiasi termal padatan ammonium klorida

pada temperatur 437oC tekanan uap dalam wadah adalah 610 kPa, dan tekanan ini hampir

sama dengan jumlah tekanan parsial dari produk dissosiasi. Bila temperatur naik menjadi

462oC, tekanannya naik menjadi 1120 kPa. Anggaplah pada ranah temperatur ini nilai Hr

konstan, maka:

a. Tentukan reaksi termolisis garam amonium chlorida

b. Hitunglah nilai konstanta kesetimbangan termodinamika dari reaksi tersebut pada

temperatur 437oC dan 462oC!

c. Tentukan Entalpi reaksi standar Hr !

Jawab:

a. NH4Cl(s) ⇄ NH3(g) + HCl(g)

b. NH4Cl(s) ⇄ NH3(g) + HCl(g)

Kp1 = (p NH3 / po) x (p HCl / po)

Pada temperatur 437oC

= p NH3+ p HCl = p

= p NH3 = p HCl = p/2

= 610 kPa/2 = 305 kPa

= 3,05x105 Pa

K1 = (p NH3 / po) x (p HCl / po)

= (3,05x105/105)x(3,05x105/105)

= 9,3025

Pada temperatur 462oC

= p NH3+ p HCl = p

= p NH3 = p HCl = p/2

= 1120 kPa/2 = 560 kPa

= 5,60x105 Pa

K1 = (p NH3 / po) x (p HCl / po)

= (5,60x105 /105)x(5,60x105 /105)

= 31,36

c. ln(K2/K1) = - (Hr/ R)x(1/T2 - 1/T1)

- Hr = [ln(K2/K1)xR]/ [(1/T2 - 1/T1)]

= [(ln 31,36/9,3025)x8,314]/(1/735 -1/710)

= 1,2152 x 8,314 / (-4,79x10-5)

Hr = 2,1092x105 K.mol-1

3. Nitrosyl bromida terurai pada temperatur tertentu sesuai dengan reaksi:

2NOBr (g) 2NO(g) + Br2 (g) H = +16,1 kJ

Bila dalam suatu wadah tertutup rapat pada awalnya terdapat NOBr dengan tekanan 0,8 atm,

setelah didiamkan dan mencapai kesetimbangan ternyata NOBr telah terurai sebanyak 20% .

Dari data tersebut, hitunglah:

a. Berapa tekanan parsial gas NOBr, NO, dan Br2 setelah tercapai kesetimbangan

keadaan kesetimbangan

b. Berapa tekanan total sesudah tercapai kesetimbangan dan berapa nilai tetapan

kesetimbangan Kp pada temperatur trersebut?

c. Bagaimana pengaruh perubahan kondisi sistem berikut ini terhadap kesetimbangan

tersebut jika

i. Gas Br2 dikeluarkan sebagian

ii. Ditambahkan gas NOBr

iii. Temperatur dinaikkan

iv. Volume wadah diperkecil

jawab

a. Tekanan parsial gas NOBr, NO, dan Br2 setelah tercapai kesetimbangan

pNOBr=100−20100

×0,8 atm=0 ,64 atm

pNO=20100

×0,8atm=0 ,16 atm

pBr2=

202

100¿0,8atm=0 ,08 atm

b. Tetapan kesetimbangan Kp

K p=[ pNO ]

2[ pBr2]

[ pNOBr ]2

Maka nilai tetapan kesetimbangan Kp pada temperatur trersebut adalah

Kp = [0,16 atm]2[0,08 atm] / [0,64 atm]2

= 5x10-3

Tekanan total sesudah tercapai kesetimbangan

= P NOBr + P NO + P Br2

= 0,64 atm + 0,16 atm + 0,08 atm

= 0,88 atm

c. Pengaruh kondisi sistem terhadap kesetimbangan

i. Gas Br2 ditambahkan

Q>Kp maka kesetimbangan bergeser ke kiri (reaktan)

ii. Gas NOBr dikeluarkan sebagian

Q>Kp maka kesetimbangan bergeser ke kiri (reaktan)

iii. Temperatur dinaikkan

Rekasi endoterm, temperatur naik maka Kp bertambah dan reaksi bergeser ke

arah endoterm ke arah produk

iv. Volume wadah diperbesar

Q>Kp maka kesetimbangan bergeser ke kanan (produk)

4. Reaksi penguraian dimetil eter mengikuti persamaan berikut :

(CH3)2O(g) CH4(g) + H2(g) + CO(g)

Pada temperatur 420 oC nilai tetapan laju reaksi (k) orde pertama sebesar 3,2104 s1. Reaksi

ini dilakukan dalam wadah tertutup dengan volume tetap. Asumsikan semua gas yang terlibat

adalah gas ideal.

a. Pada awal reaksi terdapat dimetil eter yang mempunyai tekanan 0,30 atm. Setelah reaksi

berlangsung selama 6 menit, berapa tekanan parsial dimetil eter setelah 6 menit dan

hitunglah tekanan di dalam wadah tersebut setelah 6 menit.

b. Bila waktu paruh (t1/2) reaksi orde pertama tersebut pada temperatur 500 0C adalah 15

menit, tentukanlah nilai tetapan laju reaksi, k, pada temperatur 500 oC dan berapa besar

energi aktivasi reaksi tersebut?

Formula dan konstanta yang dapat digunakan

R= tetapan gas ideal= 8,3145J/K.mol =0,082 L.Atm/K.mol

1/λ= Z2Rh(1/n12 – 1/n2

2)

Tetapan Rydberg = Rh= 1,0974x107m-1

Go= -RT ln K

G = H -TS

Go= - nFEo

Persamaan Nerst: E=Eo−( RT

nF) lnQ

Pada 25oC: E=Eo−( 0 ,0257 V

n) lnQ=Eo−( 0 ,0592 V

n) logQ

F= konstanta Faraday=9,648x104 C= 9,648x104 J/V

Persamaan Arrhenius, tetapan laju reaksi, k = A.e-Ea/RT

k1

k2

=eEa /R (1/T 2−1/T 1)

lnk1

k2

=Ea

R( 1T 2

− 1T 1

)

Persamaan van Hoff: ln (

K2

K1

)=− ΔH o

R[ 1T 2

− 1T1

]

Jawab

a.

−dPdt

=kPdan

−dPP

=k dt

integrasi dari tekanan awal Po pada saat t=0 ke tekanan P pada saat t, diperoleh:

lnPPo

=−kt

atau ln P−ln Po=−kt

ln P−ln 0 ,30=−3,2×10−4 s−1×6×60 s=ln P−(−1 ,2039 )=−0 ,1152ln P=−1,3191P=0 ,267 atm

Tekanan dimetil eter, (CH3)2O, setelah 6 menit = 0,267 atm

c. Tekanan total setelah 6 menit:

Ptotal= P(CH3)2O + PCH4+ PH2+ PCO

=0,267 + 3(0,30-0,267)= 0,366 atm (2 poin)

d. Reaksi order 1 : t1/2 =

t 1/2=ln 2k

= 0 ,69315×60 s

=7,7×10−4 s−1

(2 poin)

e.

lnk1

k2

=Ea

R( 1T 2

− 1T 1

)

ln3,2×10−4

7,7×10−4=

Ea8 ,3145

( 1773

− 1693

)

ln 0 ,4155=Ea

8 ,3145( 1773

− 1693

)

Ea=4 ,889×104 J /mol=48 ,89 kJ /mol=49 kJ /mol

5. Reaksi penguraian gas NO2 menjadi gas NO dan gas O2 diamati dengan cara

mengukur tekanan total (Pt) pada berbagai waktu. Pada saat awal reaksi hanya terdapat

gas NO2. Data pengamatan yang diperoleh disusun dalam Tabel berikut:

Dari data tersebut tentukanlah :

a. Berapa tekana awal (Po) gas NO2 dan bila tekanan gas NO pada saat t dianggap sebagai x

atm, maka turunkan persamaan yang menyatakan hubungan p total terhadap x!

b. Tuliskan hubungan tekanan gas NO2 sisa pada saat t terhadap tekanan gas total!

c. Hitung tekaanan gas NO2 sisa setelah 12 menit, 36 menit, dan 84 menit!

d. Dari perhitungan, tentukan orde reaksi penguraian gas NO2 dan berikan penjelasan

mengenai jawaban anda!

Jawab

t (menit) 0 12 36 84

tekanan total (atm) 2,500 3,000 3,250 3,350

a. tekanan gas NO2 = 2,5 atm

pada saat NO2 NO + 0,5O2

po–x x 0,5x

Maka pt = po–x + x + 0,5x = po + 0,5x

pt = po + 0,5x

b. hubungan tekanan gas NO2 sisa pada saat t terhadap tekanan gas total

= po–x = po– (2 pt –2 po )= 3po–2pt

c. Tekanan gas NO2 sisa setelah 12 menit = 3(2,5)-2(3,0) = 1,5 atm

Tekanan gas NO2 sisa setelah 36 menit = 3(2,5)-2(3,25) = 1 atm

Tekanan gas NO2 sisa setelah 84 menit = 3(2,5)-2(3,35) = 0,8 atm

d. Orde reaksi = dua karena waktu paruh

1. t1/2 = 12 menit

2. t1/2(36-12) = 24 menit

3. t1/2 (84-36) =48 menit

Karena: t½ berbanding lurus dengan 1/[Ao] atau A0-1 .

t1/2 semakin lama bila konsentrasi semakin kecil

Reaksi Orde 2:

1A t

− 1A0

=k t

11

2A0

− 1A0

=k t12

6. Bila padatan CaCO3 dipanaskan akan membentuk kesetimbangan dan dilakukan dalam

ruang tertutup:

CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g) Hor = +179 kJ/mol

Ke dalam ruang hampa yang volumenya 8 L dimasukkan padatan CaCO3 (100 g/mol) dan

CaO (56 g/mol) masing masing sebanyak 0,1 mol, dan kemudian dipanaskan pada 117oC.

Sesudah tercapai kesetimbangan ternyata diperoleh tekanan, PCO2 = 0,30 atm.

Dari data tersebut tentukan

a. Nilai Kp dan Kc pada suhu 117oC dan berapa berat CaCO3 dan CaO sesudah tercapai

kesetimbangan pada suhu 117oC

b. Jika ke dalam wadah tersebut dipompakan gas CO2 sehingga tekanannya bertambah

sebesar 0,300 atm. Berdasarkan pertambahan tekanan CO2 ini maka berapa gram

bertambahnya berat CaCO3 setelah tercapai kesetimbangan di dalam wadah tersebut

pada temperatur 117oC?

c. Bila suhu diturunkan menjadi 25 oC, dan diketahui Tetapan gas universal, R = 0,0821

L.atm/mol.K = 8,3145 Pa.dm3/mol.K, maka bagaimana nilai Kp pada 298 K

dibandingkan dengan 117oC

jawab

a. Kesetimbangan pada 117oC = 390 K : PCO2 = 0,300 atm

Kp= PCO2 = 0,300 atm

Kc= Kp(RT)-n = Kp(RT)-1

Kc=K p

(RT )= 0 ,300 atm( 0 ,0821 L .atm/mol .K )×390K

=9 ,3694×10−3M

b. Jumlah mol CO2 (nCO2): PCO2 = 0,300 dalam 15 L

PV = nRT

n=PVRT

= 0 ,300 atm×8 L(0 ,0821 L.atm /mol .K )×390K

=0 ,0749mol=0 ,0750mol

Kesetimbangan:

nCO2 = nCaCO3 yang terurai = ncaO yang terbentuk= 0,0750 mol

Berat CaCO3 = (0,100 -0,0750)mol x 100 g/mol

= 2,5 g CaCO3

Berat CaO = (0,1000+0,0750) mol x 56 g/mol

= 9,8 g CaO

Dipompa CO2: PCO2= 0,300 + 0,300 = 0,600 atm

Dicapai kesetimbangan kembali: PCO2 = Kp = 0,300 atm

Terbentuk kembali CaCO3 seperti semula:

Berat CaCO3= (0,100 mol -0) x100 g/mol =10 g

Pertambahan berat CaCO3 = 10-2,5= 7,5 g

c. Pada temperatur 298 K nilai Kp < 0,300 karena penguraian CaCO3 adalah reaksi

endoterm (Hor >0, positif)