olimpiade.psma.kemdikbud.go.idolimpiade.psma.kemdikbud.go.id/index/soal/soal olimpiade... · web...

NAMA :Nomor Peserta :Kota/Provinsi :SMA :

OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2009JAKARTA 3-9 Agustus 2009

TEORI

JAWABAN(DOKUMEN NEGARA)

UjianTeoriWaktu: 3 Jam

Departemen Pendidikan Nasional

Direktorat Jenderal

Managemen Pendidikan Dasar dan Menengah

Direktorat Pendidikan Menengah

2009

TeoriOSN2009

1


Tetapan dan rumus berguna

Tetapan Avogadro NA = 6,022∙1023 partikel.mol–1

Tetapan gas universal, R

R= 8,314 J.K-1.mol-1 = 8,314 x107 erg. Mol-1.K-1

=1,987 cal.mol-1.K-1 = 0,082054 L.atm.mol-1.K-1

Tekanan gas 1 atmosfir =760 mmHg =760 torr

Persamaan gas Ideal PV= nRT

Tekanan Osmosa pada larutan p =c RT

Persamaan Arrhenius atau, k = A.e-Ea/RT

Energi Gibbs untuk fasa terkondensasi pada tekanan p G = pV + konstanta

Reaksi: aA + bB cC + dD

maka

maka

dan Hubungan antara tetapan kesetimbangan dan energi Gibbs Go = -RT ln K=-nFEo

Energi Gibbs pada temperatur konstan Isotherm reaksi kimia G = G + RT∙ln Q

Persamaan Clausius Clayperon

Persamaan Nernst pada 298K,

Tetapan Faraday 1 F = 96450 C/mol e-

Muatan elektron 1,6022 x 10-19 C

TeoriOSN2009

2


TeoriOSN2009

3


Petunjuk :

1. Isilah Biodata anda dengan lengkap (di lembar Jawaban) Tulis dengan huruf cetak dan jangan disingkat !

2. Ujian ini terdiri dari 8 nomor Soal Teori dengan Total jumlah poin = poin =

100%

3. Waktu yang disediakan: 3 jam.

4.Semua jawaban harus ditulis di lembar jawaban yang tersedia

5. Diperkenankan menggunakan kalkulator yang tidak diprogram.

6. Diberikan Tabel periodik Unsur.

7. Anda dapat mulai bekerja bila sudah ada tanda mulai dari pengawas.

8. Anda harus segera berhenti bekerja bila ada tanda berhenti dari Pengawas.

9. Letakkan jawaban anda di meja sebelah kanan dan segera meninggalkan

ruangan.

10. Anda dapat membawa pulang soal ujian !!!.

TeoriOSN2009

4


Soal 1. Asal mula dari Atmosphere

Pada awal mula kehidupan dimuka bumi, komposisi atmosfir sangat berbeda dengan keadaan sekarang ini. Pada saat itu, gas А, metana, ammonia, dan gas gas lain kandungannya sangat tinggi, sedangkan gas sederhana B keberadaannya dapat diabaikan, hampir tidak ada sama sekali. Karena proses kimia didalam organisme, jumlah gas A mulai berkurang sedangkan gas B jumlahnya mulai meningkat.

Sekarang ini, keberadaan dan kandungan gas B di atmosfir bumi dihasilkan melalui proses fotosintesis (nA + nH2O nB + (CH2O)n). Pada mulanya, B mulai terakumulasi (terkumpul) di atmosfir bila kandungan Fe2+ yang terdapat didalam air laut dioksidasi menjadi Fe3+. Lapisan gas di atmosfir yang melindungi Bumi dari radiasi sinar ultra violet (UV) terbuat dari C, yang merupakan allotropi dari B. Semua perubahan ini membantu meningkatkan keanekaragaman hayati dipermukaan Bumi. Dibawah kondisi tertentu, senyawa D dapat terbentuk di atmosfir dan di organism hidup. Radikal, yang pada akhirnya menimbulkan penuaan, diemisikan dari degradasi (penguraian) D. Zat D hanya mengandung hydrogen dan oxygen serta mempunyai sifat mereduksi ataupun mengoksidasi.

a) Tuliskan formula A-D, dan sebutkan nama zat tersebut.

A – CO2, karbon dioksida

B – O2, oksigen

C – O3, ozon

D – H2O2, hidrogen peroksida

b) Tuliskan persamaan reaksi setara dari perubahan berikut ini:

i) nA + nH2O nB + (CH2O)n,ii) D B, iii) Fe(OH)2 + B + H2O iv) B C.

i) nCO2 + nH2O nO2 + (CH2O)n

ii) 2H2O2 O2(g) + 2H2O

iii) 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3

iv) 3O2 2O3

c) Berdasarkan sifat reduksi-oksidasi dari D, tuliskan reaksi setengah-elektron dan persamaan reaksi keseluruhan, tunjukkan reduktor dan oksidator :

TeoriOSN2009

5

NAMA :Nomor Peserta :Kota/Provinsi :SMA : i) D + KI + H2SO4

ii) D + K2Cr2O7 + H2SO4

i) H2O2 + 2KI + H2SO4 I2 + K2SO4 + 2H2O

2O- + 2e− 2O-2 Oksidator

2I- I2 + 2e− Reduktor

ii) 3H2O2 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 3O2 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

2CrVI + 6e− 2CrIII Oksidator

2O− O2 + 2e− x3 Reduktor

Soal 2. Struktur molekul

Penentuan struktur molekul bermanfaat untuk mengetahui berbagai sifat fisik maupun kimia suatu senyawa. Misalnya sifat kepolaran suatu senyawa ditentukan oleh konfigurasi electron dan orientasi atom-atom penyusunnya dalam ruang.

Berikut ini adalah contoh senyawa yang menunjukkan hubungan antara struktur molekul dengan sifat fisik dan kimianya, yaitu: SO2 , HBF2, CH2Cl2 , NF3.

a. Tentukan atom-atom pusat (beri tanda garis dibawahnya) dari keempat senyawa tersebut.

b. Tentukan jumlah total elektron valensi dalam masing-masing senyawa tersebut

c. Gambarkan struktur Lewis keempat senyawa tersebut

d. Perkirakan sudut ikatan pada tiap senyawa

e. Tentukan jenis hibridisasi pada atom pusat dari tiap senyawa

f. Tentukan apakah senyawa tersebut polar atau non-polar

TeoriOSN2009

6


JAWAB

Atom Pusat Molekul

SO2 HBF2 CH2Cl2 NF3

a) Jumlah elektron valensi -

18 18 2026

b) Struktur Lewis

c) Approksimasi sudut ikatan

<120o

120o 109.5o <109.5o

d) Hibridisasi

atom pusatsp2 sp2 sp3 sp3

e) Molekul Polar atau non-polar?

Polar polar polar polar

f) Nama Geometri Bent trigonal

planar tetrahedral trigonal pyramidal

Soal 3. Gas NOCl

Nitrosyl chlorida, NOCl, adalah gas yang berwarna kuning yang sangat beracun dan dapat mengiritasi paru paru, mata dan kulit. Gas ini sering digunakan untuk sintesis produk farmasi dan dapat dihasilkan campuran asam chlorida dan asam nitrat pekat. Senyawa NOCl dapat mengurai menjadi radikal NO dan Cl melalui proses fotolisis, dan pembentukan radikal ini berbahaya bagi lingkungan.

TeoriOSN2009

7


a. Tuliskan persamaan reaksi pembentukan nitrosil klorida sesuai wacana di atas

Jawab: HNO3 + 3 HCl → Cl2 + 2 H2O + NOCl

b. Tuliskan reaksi fotolisis NOCl tersebut

NOCl → NO + Cl

c. Tuliskan reaksi kesetimbangan tersebut

2NOCl(g) ⇌ 2NO(g) + Cl2(g)

Sejumlah gas NOCl murni dimasukkan ke dalam suatu wadah yang volumenya 1,00 L dan kemudian dipanaskan hingga 240 °C, sehingga membentuk produk berupa gas NO dan gas klor hingga tercapai kesetimbangan.

Dalam keadaan kesetimbangan ternyata tekanan totalnya adalah 1,00 atm dan tekanan parsial NOCl adalah 0,70 atm.

d. Tuliskanlah pernyataan Kp untuk kesetimbangan tersebut.

e. Hitunglah tekanan parsial gas NO dan gas klor pada kesetimbangan.

pCl2 = (0,30)/3= 0,10 atm

pNO = 2(0,10) =0,20 atm

TeoriOSN2009

8


f. Hitunglah nilai Kp untuk proses tersebut pada 240 °C

g. Diketahui entalpi pembentukan standar, H°f(NOCl (g)) = 51,7 kJ mol–1 dan H°f(NO (g)) = 90,4 kJ mol–1, tunjukkan dengan perhitungan apakah reaksi kesetimbangan di atas eksoterm atau endoterm.

2NOCl(g) ⇌ 2NO(g) + Cl2(g)

Hr = Hproduk - Hreaktan = {(2xH°f(NOCl (g)) +H°f(Cl2 (g))}

= {(2x90,4)+ 0} -(2x51,7)= 77,4 kJ

Reaksi endotermis, Hr> 0

TeoriOSN2009

9


Soal 4. Garam Natrium dan larutannya

Garam natrium adalah termasuk garam yang paling banyak ditemukan dalam mineral di bumi. Berbagai variasi anion dapat bergabung dengan kation natrium menghasilkan garam dengan keasaman yang berbeda bila larut dalam air. Beberapa garam natrium adalah NaCN, CH3COONa, NaF, NaCl, dan NaOCl. Jika konsentrasi setiap larutan garam natrium tersebut dalam air adalah 0,1 M dan diketahui Ka HCN = 6,2 10–10, Ka CH3COOH = 1,8 10–5, Ka HF = 7,2 10–4, dan Ka HOCl = 4,0 10–8, maka:

a. Susunlah urutan mulai dari yang paling asam hingga yang paling basa dari larutan 0,1 M garam tersebut. Berikan alasannya berdasarkan teori asam-basa Bronsted-Lowry.

Jawab:Karena HCl adalah asam kuat, dan Ka dari basa konyugasi asam lemah : Ka HF > Ka CH3COOH > HOCl > Ka HCN adalah asam kuat maka urutan keasaman:

NaCl > NaF> CH3COONa > NaOCl >NaCN

Suatu garam natrium tak dikenal, kemungkinannya adalah salah satu dari kelima garam di atas. Bila 0,100 mol garam tersebut dilarutkan dalam air hingga volumenya 1,00 L, diperoleh larutan yang pH-nya 8,07.

b. Tentukan rumus kimia garam tersebut dan buktikan dengan perhitunganJawab:

A–(aq) H2O(l) HA(aq) + OH–(aq)Awal (M) 0,100/1,00L=0,100 M 0 0

perubahan (M) – x + x + xKesetimbangan (M) 0,100 – x x x

10Teori

OSN2009


Garam natriumhypochlorit (NaOCl) adalah bahan aktif dalam cairan pemutih pakaian.

NaOCl adalah garam yang digunakan sebagai pemutih, umumnya konsentrasinya sebagai bahan aktif adalah 5.0%

c. Hitung konsentrasi garam NaOCl dalam pemutih dengan satuan molaritas0,67 M

d. Hitunglah pH bila 100,0 mL larutan pemutih ini dititrasi dengan 50,0 mL larutan 0.67 M HNO3 (aq).

H+ (aq) + OCl– (aq) HOCl (aq)

Awal (mol) (0,050L)(0,67M) = 0,0335 mol

(0,100L)(0,67M) = 0,0670 mol 0

Perubahan (mol) – x = – 0,0335 mol – x = – 0,0335 mol + x = + 0,0335 molAkhir(mol) 0 0,0335 mol 0,0335 mol

ATAU : pH = pKa = 7,40

Anda mempunyai senyawa padatan FA1, larutan FA2, larutan FA3 serta larutan FA4. Padatan FA1 merupakan campuran natrium klorida dan natrium hidrogen karbonat. Larutan FA2 mengandung FA1 sebanyak 20,00 g per liter. Larutan FA3 mengandung asam klorida sebanyak 0,20 mol per liter. Larutan FA4 mengandung natrium hidroksida sebanyak 5,00 g per liter. Pada suatu eksperimen, sebanyak 25,00 mL larutan FA2 direaksikan dengan 50,00 mL larutan FA3. Kemudian, kelebihan asam dititrasi dengan larutan FA4 sebanyak 48,00 mL.

e. Tuliskan persamaan reaksi larutan FA2 dengan larutan FA3

e. NaHCO3 + HCl NaCl + CO2 + H2O

11Teori

OSN2009

Karena Ka untuk basa konyugasi dari garam asam lemah adalah 7,1 10–4, maka kemungkinan yang paling besar dan sesuai dengan Ka dari HF maka garam yang terlarut tersebut adalah tersebut adalah NaF .


f. Tuliskan pula persamaan reaksi larutan FA3 dengan larutan FA4

HCl + NaOH NaCl + H2O

g. Hitung konsentrasi FA4, nyatakan dalam M(mol/L)

Konsentrasi FA4 = 5/40 = 0,125M

h. Hitung volume FA3 yang bereaksi dengan FA4 sebanyak 48,00 mL

Volume FA3 = 48*0,125/0,2 = 30 mL

i. Hitung volume FA3 yang bereaksi dengan FA2 sebanyak 25,00 mL

Volume FA3 = 48*0,125/0,2 = 30 mL

j. Hitung persen natrium hidrogen karbonat dalam FA1

Kadar NaHCO3 = 20*0,2*84*1000*100%/25*20 = 67,2%

Soal 5. Hidrolisis Sukrosa dalam larutan asam

Didalam larutan asam chloride, sukrosa (C12H22O11) bereaksi membentuk gula sederhana sesuai reaksi:

Sukrosa glukosa +fruktosa.

Pada 23C, dalam larutan HCl 0,5 M serta sukrosa dengan konsentrasi awal 0,316 M, diamati laju hillangnya sukrosa dan dikumpulkan data yang kemudian diplot dan

12Teori

OSN2009


diperoleh grafik seperti pada Gambar 1. Selanjutnya data ini ditransformasi dan diperoleh grafik seperti Gambar 2.

Gambar 1

Gambar 2

Berdasarkan grafik yang diperoleh, jawablah pertanyaan berikut ini.

a) Bila reaksi terhadap HCl adalah order nol, tentukan hukum laju reaksinya.

Laju = r = k[sukrosa]

b) Berapa nilai konstanta laju reaksinya (k)?

13Teori

OSN2009


Kemiringan = slope = –k = +0,00370 min–1

c) Hitunglah waktu paruhnya.

d) Berapa konsentrasi sukrosa yang tersisa setelah 255 menit?

e) Bila konsentrasi HCl yang digunakan adalah 1M, bagaimana laju reaksinya?

TETAP, tidak berpengaruh karena order reaksi terhadap HCl=0

Pada pengukuran laju reaksi pada temperatur yang berbeda, ternyata pada 35 oC laju reaksinya 4,1 kali lebih cepat dibandingkan pada 25 oC.

f) Hitunglah berapa energi aktifasi reaksi hidrolisis tersebut.

k25 = A.e-Ea/R.298,15K

k35 =A.e-Ea/R.308.15K = 4,1. k25 = 4.1 ( A.e-Ea/R.298,15K)

Ea = 107,8 kJ/mol

14Teori

OSN2009


Soal 6. Sel Edison

Sel sekunder adalah suatu baterai yang dapat diisi ulang. Baterai timbal dalam asam sulfat

yang sering dipakai di kendaraan bermotor adalah salah satu contoh sel sekunder. Mirip

dengan baterai timbal, baterai yang menggunakan besi dan nikel dalam suasana basa dinamakan sel Edison. Dalam sel Edison ketika sel bekerja, di anoda terjadi oksidasi besi

menjadi FeO dan di katoda terjadi reduksi Ni2O3 (s) menjadi NiO(s).

a) Tuliskan setengah reaksi di anoda dan katoda, serta reaksi sel-nya. (2)

Anoda: Fe + 2OH- FeO + H2O + 2e-

Katoda: Ni2O3 + H2O + 2 e- 2 NiO + 2OH-

Reaksi Total: Fe + Ni2O3 FeO + 2NiO

b) Bila suatu sel Edison berukuran x cm3, memberikan potensial 1,2 V dan energi sebesar

115,8 kJ. Bila ukuran sel dilipatkan dua (massa katoda dan anodanya dilipatkan dua),

maka:

15Teori

OSN2009


(i) Potensial sel akan:

Menjadi dua kalinya

Menjadi setengahnya

Tetap

(ii) Energi yang dihasilkan sel:

Menjadi dua kalinya

Menjadi setengahnya

Tetap

c) Energi yang dihasilkan oleh suatu baterai dapat merupakan hasil kali jumlah mol elektron

yang diserah terimakan, muatan 1 mol elektron dan potensial baterai.

(i) tentukan muatan satu mol elektron dalam Coulomb (C )

(i) Muatan elektron x bilangan Avogadro = 96500 C

ii) tentukan jumlah mol elektron yang diserah terimakan dalam sel berukuran x cm3

seperti dinyatakan pada soal di atas (3poin)

(ii) n = E/(96500 x 1,2) = 1 mol

iii) Bila dari baterei ditarik sebanyak 0,05 C/detik, berapa lama waktu yang dibutuhkan

untuk mereduksi 0,5 mol Ni2O3 (s) (3 poin)

16Teori

OSN2009


(iii)

d) Tetapan kesetimbangan reaksi yang berlangsung dalam sel dapat dihitung dengan

persamaan K = e(nFE/RT). Hitung tetapan kesetimbangan reaksi yang berlangsung dalam

sel Edison, pada suhu ruang (298 K) . (2)

K = e (nFE/RT) = 2,0 1020

e) Tuliskan reaksi yang akan berlangsung saat sel Edison diisi ulang (1)

FeO + 2NiOFe + Ni2O3

f) Berapa potensial minimal yang harus diberikan pada sel saat pengisian ulang? (1)

1,5 V???

17Teori

OSN2009


Soal 7. Asam Benzoat Asam benzoat C6H5COOH, dipakai sebagai pengawet dalam makanan dan beberapa produk buah-buahan dalam kaleng. Asam benzoat tidak terlalu berbahaya bagi manusia jika dikonsumsi dalam jumlah sedikit, sebab dapat disekresi melalui urina sebagai asam hipurat (D).

a) Sebutkan gugus fungsi apa saja yang terdapat pada senyawa (D). (2 poin)

Gugus fungsi asam karboksilat dan amida ( 2 poin )

Asam hipurat tidak mempunyai gugus amino atau karbonil, sebab ikatan antara C=O dan NH2 adalah merupakan gugus amida. ( 2 poin )

b) Tentukan dua rumus senyawa yang dapat bereaksi dalam laboratorium untuk menghasilkan (D). (4 poin)

18Teori

OSN2009


c) Sebutkan pereaksi dan kondisi yang dibutuhkan untuk membuat asam benzoat dari senyawa (D). (4 poin)

Pemanasan NaOH diikuti dengan penambahan asam klorida pekat. ( 4 poin )

d) Jika senyawa (D) direaksikan dengan gas klor dengan katalis FeCl3, gambarkan struktur produk yang terbentuk.

Metilbenzen jauh kurang bersifat racun dibandingkan dengan benzena, sebab tubuh dapat merubah metilbenzena menjadi asam benzoat.

e) Termasuk jenis reaksi apa perubahan dari metilbenzena menjadi asam benzoat dan tuliskan pereaksi untuk menghasilkan asam benzoat tersebut? (2 poin)

Reaksi oksidasi ( 2 poin )

f) Sarankan skema reaksi pembuatan asam benzoat di laboratorium .

Keterangan:

Umumnya jika alkil benzena dipanaskan dengan oksidator kuat MnO4- / H+ . Semua

rantai karbon akan lepas kecuali atom karbon yang berdekatan dengan cincin benzena. Namun jika dipakai medium basa (bukan asam) akan menjadi garam benzoat

g) Berapa berat maksimum asam hipurat, jika 1,0 g metilbenzena tertelan ke dalam tubuh? (4 poin)

19Teori

OSN2009

NAMA :Nomor Peserta :Kota/Provinsi :SMA : Massa molar Metilbenzena adalah= 7 x 12 + 8 x 1 = 92 ( 4 poin )

Jumlah metilbenzena adalah 1/92 mol. 1 mol metilbenzena menghasilkan 1 mol asambenzoat berarti disini juga ada 1/92 mol asam hipurat.

Massa molar asam hipurat adalah = 179

Jadi massa maksimum asam hipurat yang diproduksi adalah 179 x 1/92 = 1,95 g.

20Teori

OSN2009


Soal 8. Tripeptida

Tripeptida adalah suatu senyawa yang tersusun atas tiga jenis asam amino. Biasanya tripeptida dan oligomer peptida rantai pendek terkandung dalam makhluk hidup famili Mollusca yang fungsinya untuk penyangga bagian vital tubuh makhluk tersebut. Pada reaksi hidrolisis suatu tripeptida dihasilkan asam amino dengan jumlah yang sama sebagai berikut:

a) Tandailah dan beri nama gugus-gugus fungsi yang terdapat pada ketiga asam amino tersebut!

Ada 6 kemungkinan terbentuknya ikatan peptida dari ketiga asam amino ( 3 poin )

b) Ada berapa kemungkinan ketiga asam amino tersebut berikatan menjadi suatu tripeptida? (3 poin)

c) Gambarkan salah satu struktur molekul dari tripeptida tersebut.

d) Tunjukkan apa yang terjadi jika tripeptida tersebut direaksikan dengan pereaksi di bawah ini tetapi tidak terjadi hidrolisis.

(i). Ditambahkan dengan NaOH

(i). Dengan NaOH

21Teori

OSN2009


(ii). Ditambahkan dengan asam HCl

(ii). Dengan HCl

(6 poin)

e) Tunjukkan manakah diantara ketiga asam amino tersebut yang paling bersifat basa (3 poin)

Asam amino yang bersifat paling basa adalah ( B ).

f) Jika asam amino C direaksikan dengan asam nitrat pekat dalam suasana asam sulfat pekat, gambarkan produk reaksi tersebut.

22Teori

OSN2009


g) Jika asam amino B dioksidasi dengan suatu oksidator kuat, gambarkan produk yang terbentuk!

h) Jika asam amino D bereaksi dengan tionil klorida (SOCl2), kemudian produk yang terbentuk direaksikan dengan etil amina, gambarkan produk yang terbentuk.

Jawab:

(a).

(b). ( 6 poin )

Ikatan peptida biasanya digambarkan dengan N-termial sebelah kiri dan C-terminal sebelah kanan.

e)

23Teori

OSN2009

olimpiade.psma.kemdikbud.go.idolimpiade.psma.kemdikbud.go.id/index/soal/soal olimpiade... · web...

Documents