Bedah soal OSN

Soal 2. NIKEL dan Mineralnya (26 poin) (OSN-2008)

Di web site PT INCO (http://www.pt-inco.co.id/) tertulis antara lain:

Endapan nikel laterit di Soroako terbentuk karena proses pelapukan dari batuan ultramafik yang terbentang dalam suatu singkapan tunggal terbesar di dunia seluas lebih dari 120 km x 60 km. Sejumlah endapan lainnya tersebar di provinsi Sulawesi Tengah dan Tenggara. Pabrik pengolahan PT Inco di Soroako mempunyai kapasitas produksi 72.500 ton nikel setahun. Proses pengolahan dilakukan untuk menghasilkan nikel matte yaitu produk dengan kadar nikel di atas 75 persen.

Tahap-tahap utama dalam proses pengolahan adalah sebagai berikut:

Pengeringan di Tanur Pengeringbertujuan untuk menurunkan kadar air bijih laterit yang dipasok dari bagian Tambang dan memisahkan bijih yang berukuran +25 mm dan – 25 mm.

Kalsinasi dan Reduksi di Tanur Pereduksi untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi.

Peleburan di Tanur Listrik untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk fasa lelehan matte dan terak.

Pengkayaan di Tanur Pemurni untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen menjadi di atas 75 persen.

Granulasi dan Pengemasan untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas.

a. Mineral laterit kandungan utamanya adalah besi, sedangkan nikel hanyalah minor saja. Namun dengan proses pelapukan mineral laterit, akan dapat terbentuk garnierit, suatu mineral yang kaya akan kandungan nikel. Bila Mr garnierit 691,8 dan kandungan Ni, Mg, Si dan O berturut-turut adalah 33,94 %; 7,026%; 16,23%; 41,62%; sisanya adalah H. Bila diketahui ada 8 H per rumus ‘molekul’ garnierit, tentukan rumus kimia mineral garnielit.

(6 poin)b. Jika Nikel matte dianggap terdiri atas nikel dan nikel oksida, dan kadar nikel pada nikel

matte adalah 80%, tentukan persen nikel oksida pada nikel matte tersebut. (3 poin)

Untuk berbagai aplikasi, diperlukan nikel yang lebih murni. Walaupun, tidak dilakukan di INCO, proses pemurnian ini dapat dilakukan dengan proses karbon monoksida (Mond). Dalam proses ini, nikel dipanaskan dalam aliran karbon monoksida untuk membentuk senyawa kompleks mudah menguap Ni(CO)4 pada suhu 50 C. Uap Ni(CO)4 kemudian didekomposisikan pada suhu 200 C menghasilkan nikel murni.

c. Tuliskan reaksi pembentukan dan dekomposisi Ni(CO)4 lengkap dengan wujud pereaksi dan hasil reaksinya. (3 poin)

d. Tentukan bilangan koordinasi, geometri dan hibridisasi atom pusat dalam kompleks Ni(CO)4. (3 poin)

Kespontanan reaksi dan posisi kesetimbangan dapat ditentukan dengan menggunakan besaran energi bebas (G), yang untuk suatu reaksi tertentu perubahan energi bebasnya

1

dinyatakan dengan persamaan: G=H-TS; dan G= -RT ln K (reaksi spontan ditandai penurunan energi bebas). Dari data-data termodinamika Ni, CO dan Ni(CO)4 pada suhu 50 C

e. Tentukan G dan K untuk reaksi pembentukan Ni(CO)4. Dengan demikian tunjukkan bahwa memang pada 50 C terbentuk Ni(CO)4.

(4 poin) Ni(s) CO(g) Ni(CO)4(g)

Hf°(kJ/mol) 0 -110,52 -602,9S298°(J/K/mol) 29,87 197,56 410,6

f. Perkirakan nilai G dan K pembentukan Ni(CO)4 pada 473 K. (2 poin)g. Apa efek CO pada pernafasan. (2 poin)

Gas Karbon monoksida (CO), dapat diperoleh melalui reduksi gas karbon dioksida (CO2) dengan grafit (C) berlebih :

CO2(g) + C(s) 2CO(g)

Untuk reaksi pada 700C, nilai tetapan kesetimbangan dengan tekanan total 1,0 atm adalah Kp = 1,0.

h. Hitunglah tekanan parsial CO dalam keadaan kesetimbangan (3 poin)

JAWAB:Nikel

a. Ni: Mg: Si: O:H = 33,91:7,026:16,23:41,62;1,165 = 4:2:4:18:8Rumus molekul : Ni4Mg2Si4O18H8

b. Misalkan ada 100 gram nikel mattemassa Ni = a gram, maka massa NiO= 100-a grammassa Ni dalam NiO = (100-a)/74,7 x 58, 7Kadar Ni 80% , sehingga total Ni dalam 100 gram = 80 gram80 = a + (100-a)/74,7 x 58, 7Diperoleh nilai a = 6,625 , jadi massa Ni = 6,625 gram dan NiO = 93,375Kadar NiO= 93,375 %

c. Pembentukan Ni(s) + CO(g) Ni(CO)4 (g) Dekomposisi Ni(CO)4 (g) Ni(s) + CO(g)

d. Bilangan koordinasi = 4 Geometri : tetrahedralHibridisasi : sp3

e. Perubahan entalpi H = -602,9-4(-110,52) = -160,82 kj/mol Perubahan entropy S = 410,6-29,87 – 4(197,56) = - 409,51J/KPerubahan energi bebas Gibbs = H –323S/1000 = -28,546 kJ -RT lnK = G0 diperoleh K = 4,135 X 10 4

Karena perubahan energi gibbs negatif maka reaksi pembentukan komplek spontan.f. Karena Ni(CO)4 didekomposisi pada 473K maka G pembentukan kompleks > dan K

<1 Secara matematis G = G0 + RT ln K = -28546 + ( 8,314 x 473 ) ln 4,135 X 10 4 = 13, 25 kJ

2

K = exp (-G/RT) = 3, 43 x 10-2

g. CO akan berikatan lebih kuat dengan Hb sehingga mengganggu kemampuan Hb dalam mengikat Oksigen

h. CO2(g) + C(s) 2CO(g)

1 - 2 jumlah zat dalam kesetimbangan

(1-)/(1+) 2/(1+) perbandingan dalam kesetimbangan

((1-)/(1+))x1atm (2/(1+))x1atm tekanan parsial

Kp = p2(CO)/p(CO2) = 42/(1-2) = (Kp/(Kp + 4))1/2, = 0,45

p(CO) = (2x0,45/1,45)x1 = 0,62 atm

atau misalkan dalam ketimbangan :

x = tekanan parsial CO

y = tekanan parsial CO2

maka Kp= x2/y 1= x2/y sehingga diperoleh y= x2

tekanan total 1 = x + y, dengan substitusi y= x2 diperoleh 1= x + x2

atau persamaan kuadrat : x2 + x -1 =0 dengan solusi (rumus ABC) x= 0,618

Jadi tekanan parsial CO =0,618 atm

Soal 8. Kimia Organik (Nilai total: 25)

Makassar sebagai Ibu Kota Propinsi Sulawesi Selatan terkenal dengan “Pantai Losarinya” serta berbagai potensi pariwisata, perikanan, pertanian dan perkebunan. Produksi perikanan di Makassar mengalami peningkatan sekitar 4,43 % pertahun yang diperoleh dari penangkapan di laut, dan perairan umum, budidaya tambak, kolam dan mina padi. Sedangkan perdagangan hasil perikanan ke luar negeri adalah udang beku, teripang, rumput laut dan telur-telur ikan terbang. Apabila potensi perikanan ini dikembangkan lebih lanjut, maka nilai tambah terhadap perekonomian Makassar akan lebih meningkat. Salah satu cara untuk meningkatkan nilai tambah perekonomian dari produksi perikatan atau kelautan adalah dengan memanfaatkan senyawa yang terkandung dalam berbagai macam organisme laut. Serangkaian soal berikut berkaitan dengan senyawa-senyawa potensial yang terkandung dalam organisme perairan laut.

1. Suatu senyawa dengan rumus molekul C19H38 telah berhasil diisolasi dari minyak ikan dan plankton. Reaksi hidrogenasi terhadap senyawa ini menghasilkan senyawa 2,6,10,14-tetrametilpentadekana. Reaksi ozonolisis C19H38 menghasilkan (CH3)2C=O dan suatu aldehid berantai karbon-16.

a. Tuliskan reaksi hidrogenasi C19H38 menjadi 2,6,10,14-tetrametilpentadekana dengan menggambarkan strukturnya! 2)

b. Tuliskan reaksi ozonolisis C19H38 menghasilkan (CH3)2C=O dan suatu aldehid beratom karbon-16 dengan menggambarkan strukturnya! (2)

c. Berdasarkan kedua reaksi di atas, gambarkan struktur senyawa C19H38 dan berikan nama IUPAC-nya! (2)

d. Tuliskan dua reaksi yang dapat membedakan senyawa-senyawa produk ozonolisis C19H38 pada soal (b)! (4)

3

2. Senyawa Ectocarpene (A) adalah suatu senyawa yang mudah menguap, yang merupakan suatu senyawa penarik sel sperma yang dilepaskan oleh telur-telur rumput laut Ectocarpus siliculosus. Sedangkan senyawa Multifidene (B) adalah senyawa penarik sel sperma yang dilepaskan oleh alga coklat (Cutleria multifida). Struktur kedua senyawa dapat dilihat di bawah ini.

a. Tentukan konfigurasi absolut pusat-pusat stereogenik (diberi tanda *) pada senyawa A dan B. (3)

b. Tentukan konfigurasi ikatan rangkap gugus samping butenil pada senyawa B. (1)

c. Senyawa A diubah menjadi senyawa C dengan cara reaksi hidrogenasi selektif pada ikatan rangkap dalam cincin lingkar tujuh pada struktur senyawa A dan hanya menyisakan satu ikatan rangkap pada gugus sampingnya, yaitu gugus butenil. Jika gugus samping butenil pada senyawa C direaksikan dengan H2SO4/H2O, gambarkan struktur senyawa C dan produk yang terbentuk, serta jelaskan apakah regiokimianya mengikuti Markovnikov atau anti Markovnikov!

(4)

d. Senyawa B diubah menjadi senyawa D dengan reaksi hidrogenasi selektif iaktan rangkap dalam cincin lingkar lima dan gugus samping butenilnya yang menyisakan hanya satu ikatan rangkap yang tidak terhidrogenasi. Jika gugus samping etenil (atau vinil) pada senyawa D direaksikan dengan HBr/peroksida, gambarkan struktur senyawa D dan produk yang terbentuk dan jelaskan apakah regiokimianya mengikuti Markovnikov atau anti Markovnikov! (4)e. Tuliskan reaksi yang dapat mengidentifikasi keberadaan senyawa B dalam

suatu campuran! (1)f. Gambarkan struktur produk senyawa yang terbentuk ketika senyawa A

direaksikan dengan KMnO4 dalam larutan asam! (2)

Jawab :1. Untuk senyawa C19H38

a.

b.

c.

d.

4

a.

b.c.

5

6

d.

e.

f.

OSN-06

Soal 3 (12 poin): ASAM SULFAT

Pada label botol asam sulfat pekat tertera data: Konsentrasi 95-98%, 1 L = 1,84 Kg. Mr=98.

7

Untuk mendapatkan konsentrasi yang tepat, seorang siswa mengambil 5,00 mL larutan pekat ini dan kemudian diencerkan dengan air sampai tepat 500,00 mL. Setelah itu, dia mengambil 2 sampel asam sulfat yang telah diencerkan ini, masing-masing sebanyak 10,00 mL dan dititrasi dengan larutan Natrium hidroksida dengan konsentrasi b M. Diperoleh data pemakaian larutan Natrium hidroksida terdekat sbb:

Sampel 1 2Volume Natrium hidroksida (mL) a1 a2

a. Tuliskan persamaan reaksi setara antara larutan asam sulfat dengan natrium hidroksida.

(1 poin)b. Berapa konsentrasi asam sulfat yang telah diencerkan tersebut? Nyatakan jawaban

anda dalam a1, a2 dan b dalam satuan M. (3 poin)

c. Hitung persen massa asam sulfat pekat yang dinyatakan dalam a1, a2 dan b. (2 poin)

d. Hitung fraksi mol asam sulfat pekat jika b(a1+a2)= 7,1702. (2 poin)

Kemudian, larutan asam sulfat tersebut diencerkan terus dilakukan sampai diperoleh larutan dengan konsentrasi 1,0 x10-7 M. Bila diketahui tetapan ionisasi kedua asam sulfat K2 = 1,2x10-

2, maka:

e. Tuliskan perbandingan konsentrasi spesi spesi kimia yang setara dengan K2. (1 poin)

f. Tuliskan persamaan konsentrasi spesi spesi kimia selain [H+] dan [OH-] yang jumlahnya setara dengan 1,0 x10-7M

(2 poin)g. Hitung pH larutan asam sulfat encer tersebut. (1

poin)

Jawaban Soal 3 (12 poin): ASAM SULFAT

a. 2NaOH + H2SO4 2 Na+ + SO42- + 2 H2O (1 poin)

b. NaOH rata2 = [(a1 +a2)/2]mL; konsentrasi NaOH = b M ; NaOH = b(a1+a2)/2 mmol.

Jadi 10 mL asam sulfat =[0.5* b(a1+a2)/2] mmol,

Konsentrasi asam sulfat yang telah diencerkan = 0.5 b(a1+a2)/2/10=. [b(a1+a2)/40] M (3

poin)c. Konsentrasi asam sulfat pekat = 100 b(a1+a2)/40 M= 2,5 b(a1+a2) M,

massa asam sulfat dalam 1 L = 98*2,5* b(a1+a2) gram =245 b(a1+a2) gram,

Jadi persen massa asam sulfat = 100%* 245 b(a1+a2)/1840=13,31 b(a1+a2)% (2 poin)d. air = [1840-245 b(a1+a2)] gram = [1840-245 b(a1+a2)]/18 mol = 4,6273

asam sulfat =2,5 b(a1+a2) mol = 17,9256

fraksi mol asam sulfat =17,9256/22,5529= 0,795 ( 2 poin)

e. K2 = [H+][SO42-]/[HSO4

-] (1 poin)

8

f. [H2SO4]+[HSO4-]+[SO4

2-] = 1,0 x10-7 (2 poin)g pH = -log [H+] = -log 2,4 x10-7 ~ 6,7 (1 poin)

Soal 6 (11 poin): Kinetika Reaksi

Reaksi penguraian dimetil eter mengikuti persamaan berikut :

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

Pada temperatur 450 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. Tentukanlah persamaan laju berkurangnya dimetil eter berdasarkan hukum laju terintegrasi. (1 poin)

Pada saat awal reaksi hanya terdapat dimetil eter yang tekanannya 0,35 atm. Setelah reaksi berlangsung selama 8 menit,

b. Hitung tekanan parsial dimetil eter setelah 8 menit. (3 poin)c. Hitunglah tekanan di dalam wadah tersebut setelah 8 menit. (2 poin)

Bila waktu paruh (t1/2) reaksi orde pertama tersebut pada temperatur 500 0C adalah 25 menit,

d. Tentukanlah nilai tetapan laju reaksi, k, pada temperatur 500 oC. (2 poin)e. Tentukanlah energi aktifasi, Ea, reaksi tersebut (3 poin)

Jawaban Soal 6 (11 poin): KINETIKA REAKSI

a. (1 poin)

atau

b. dan (1 poin)

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

atau

(1 poin)

P= e-1,2034, P= 0,30 atm

Tekanan dimetil eter, (CH3)2O, setelah 8 menit = 0,30 atm (2 poin)c. Tekanan total setelah 8 menit:

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

=0,30 + 3(0,35-0,30)= 0,45 atm (2 poin)

9

d. Reaksi order 1 : t1/2 =

(2 poin)

e.

(3 poin)

Soal 10. (18 poin) Sifat dan reaksi senyawa Organik

a). Terangkan mana yang lebih besar sifat basanya. ( 4 poin)

b). Bagaimana caranya membedakan :

(1). 1-propilamin dengan etil metil amina. (3 poin)

(2). 1-propanol dengan etanol (3 poin)

c). Tuliskan produk (A, B dan C)

Masing masing langkah reaksi (2poin)

i.

ii. Jelaskan perbedaan reaksi SN1 dan SN2, berikan contoh masing masing. (6 poin)

10

Soal 10 . Jawaban (a)

Karena gugus sikloheksil mendorong elektron sehingga pasangan elektron pada NH2

bebas lebih mudah diserang, sedangkan gugus fenil sifatnya menarik elektron, sehingga

pasangan elektron pada NH2 lebih dekat ke atom N, sehingga tidak mudah diserang

(5)

b). Reaksi SN1: adalah reaksi substitusi nuklefilik order 1, yang hanya tergantung dari

substrat (senyawa yang direaksikan) dan reaksinya melalui intermediet ion karbonium.

Produk yang dihasilkan merupakan campuran rasemat (2 poin)

Reaksi SN2 adalah reaksi substitusi nukleofilik orde 2, yang tergantung oleh substrat

dan pereaksinya. Reaksinya melalui ”Transition State” (keadaan transisi), sedangkan

produk yang dihasilkan adalah invers (kebalikan). (2 poin)

c)

11

Soal 11. (10 poin) Identifikasi senyawa organik

Suatu senyawa organik mempunyai rumus molekul C5H8O2 (A). Untuk menentukan struktur

A, dfilakukan reaksi sbb:

a. Bila A direduksi akan menghasilkan n-pentana (2 poin)

b. dan bila direaksikan dengan NH2OH.membentuk oksim. (3 poin)

c. A memberikan reaksi positif terhadap reaksi Tollen’s (3poin)

d. dan A juga dapat membentuk iodoform. (3poin)

Tulis semua reaksi yang dipakai untuk menentukan rumus bangun A. (4 poin)

JAWABAN Soal 11

12

13