IDN-1 - 49th INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD · PDF fileWalaupun tipe reaksi ini masih dalam...

Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 1

IDN-1

Membaca Buklet Ujian: Siswa diberi waktu 15 menit untuk membaca

buklet ujian ini sebelum ujian dimulai. Jangan menulis atau

menghitung selama periode ini, jika dilanggar maka ANDA akan

didiskualifikasi! Versi Bahasa Inggris dari soal ujian ini dapat diminta

hanya untuk klarifikasi saja.


IDN-1

Ujian Teori

"Bonding the World with Chemistry"

49th INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD

Nakhon Pathom, THAILAND


IDN-1

Instruksi umum

Halaman: Buklet ujian ini terdiri dari 54 halaman. Terdapat total 11 Soal.

Membaca Buklet Ujian: Siswa diberi waktu 15 menit untuk membaca buklet ujian

sebelum ujian dimulai. Jangan menulis atau menghitung selama periode ini, jika

dilanggar maka ANDA akan didiskualifikasi! Versi Bahasa Inggris dari soal ujian

ini dapat diminta hanya untuk klarifikasi saja.

Waktu Ujian: Siswa mempunyai waktu total 5 jam untuk menyelesaikan ujian.

Start/Stop: Siswa dapat mulai segera setelah perintah “Start” diberikan dan segera

berhenti bila perintah “Stop” diberikan.

• Bila tidak berhenti bekerja setelah 1 menit atau lebih sesudah perintah “Stop”

diberikan, akan mengakibatkan anda didiskualifikasi.

• Sesudah perintah “Stop” diberikan, masukkan kembali buklet ujian ke dalam

amplop ujian dan tunggu di tempat duduk anda. Pengawas Ujian akan

mengumpulkan kertas ujian anda.

Lembar Jawaban: Semua hasil dan jawaban harus ditulis dengan jelas di tempat yang

telah disediakan pada buklet ujian untuk penilaian. Hanya jawaban yang ditulis dengan

pena yang akan dinilai.

• Gunakan hanya pena yang disediakan untuk anda.

• Gunakan bagian belakang berkas ujian sebagai kertas buram.

Kalkulator: Untuk setiap perhitungan, gunakan hanya kalkulator yang disediakan oleh

panitia 49th IChO.

Butuh Bantuan: Bila anda membutuhkan bantuan (e.g. tambahan makanan ringan atau

minuman atau hendak ke toilet), angkat bendera IChO berwarna jingga yang tersedia

di meja anda.


IDN-1

Daftar Isi

Soal No. Judul Halaman % Total

Nilai

1 Produksi propene menggunakan katalis heterogen 5 6%

2 Kinetic isotope effect (KIE) dan zero-point

vibrational energy (ZPE) 9 6%

3 Termodinamika reaksi kimia 15 6%

4 Elektrokimia 19 5%

5 Phosphate dan silicate dalam tanah 25 5%

6 Besi 30 6%

7 Teka-Teki Struktur Kimia 35 6%

8 Permukaan Silica 41 5%

9 Mengungkap Senyawa Tak-Dikenal 45 6%

10 Sintesis Total Alkaloid 48 7%

11 Twist & Kiralitas 53 2%


IDN-1

Soal 1 A B C

Total A1 A2 A3

Total 4 1 2 7 6 20

Nilai

Soal 1: Produksi propene menggunakan katalis heterogen

Propene atau propylene adalah satu dari berbagai bahan kimia yang penting untuk

industri petrokimia, baik di Thailand juga di seluruh dunia. Salah satu contoh penggunaan

komersial propene adalah untuk membuat polypropylene (PP).

Bagian A.

Propene dapat disintesis melalui dehidrogenasi langsung propane dengan adanya

katalis heterogen. Tetapi reaksi tersebut secara ekonomi tidak menguntungkan karena

karakteristik reaksi tersebut. Beri penjelasan lengkap terhadap pertanyaan-pertanyaan di

bawah ini. Informasi tambahan yang tersedia: Hbond(C=C) = 1.77*Hbond(C-C), Hbond(H-H) =

1.05*Hbond(C-H), dan Hbond(C-H) = 1.19*Hbond(C-C), dengan Hbond adalah entalpi ikatan rata-

rata dari ikatan kimia tertentu.

1-A1) Berapa perubahan entalpi dehidrogenasi langsung untuk propane? Uraikan cara

perhitungan dan tuliskan jawabanmu untuk Hbond(C-C).

Perhitungan:

Soal 1

6% dari total


IDN-1

1-A2) Sukar sekali meningkatkan jumlah propene dengan cara menaikkan tekanan pada

temperatur konstan. Pilih hukum atau prinsip apa yang paling tepat untuk menjelaskan

fenomena tersebut. Beri tanda “✓” dalam salah satu lingkaran berikut.

⃝ Hukum Boyle

⃝ Hukum Charles

⃝ Hukum Dalton

⃝ Hukum Raoult

⃝ Prinsip Le Chatelier

1-A3) Awalnya, sistem berada dalam kesetimbangan. Konsisten dengan pertanyaan 1-A1),

tunjukkan serangkaian tanda yang benar untuk data termodinamika sistem dehidrogenasi

langsung propane. Pilih jawaban-jawaban dengan memberi tanda “✓” pada beberapa lingkaran

berikut.

H S G T*

⃝ - + + lower

⃝ - + - higher

⃝ - - + lower ⃝ - - - higher

⃝ + + + lower

⃝ + + - higher

⃝ + - + lower

⃝ + - - higher ⃝ tidak ada yang benar

* Relatif terhadap temperatur awal pada tekanan parsial yang sama.


IDN-1

Bagian B.

Reaksi yang lebih baik untuk menghasilkan propene dalam jumlah besar adalah

oxidative dehydrogenation (ODH) menggunakan katalis padat, seperti vanadium oxides, dalam

kondisi adanya gas oksigen molekular. Walaupun tipe reaksi ini masih dalam pengembangan

riset, reaksi ini menjanjikan produksi propene skala industri dibandingkan dehidrogenasi

langsung.

1-B) Laju total konsumsi propane dalam reaksi adalah

283

83

1rC

OoxHCred

H

pk

p

pk

p , dengan

kred dan kox masing-masing adalah tetapan laju untuk reduksi katalis metal oxide oleh propane

dan oksidasi katalis oleh molekul oksigen, dan p adalah tekanan standar 1 bar. Banyak

percobaan menunjukkan bahwa laju oksidasi katalis 100,000 kali lebih cepat daripada oksidasi

propane. Laju reaksi percobaan adalah p

pkr

HC

obsHC3

3

8

8 pada 600 K, dengan kobs adalah

tetapan laju yang diamati (0.062 mol s-1). Jika reaktor berisi katalis terus menerus dialiri

propane dan oksigen pada tekanan total 1 bar, hitung nilai kred dan kox ketika tekanan parsial

propane sebesar 0.10 bar. Asumsikan tekanan parsial propene dapat diabaikan.

Perhitungan:


IDN-1

Bagian C.

Katalis metal oxide mengandung atom-atom oksigen di permukaannya yang

membentuk sisi-sisi aktif untuk ODH. Tanda red* menunjukkan sisi reduksi dan O(s) sebagai

atom oksigen pada permukaan katalis. Salah satu usulan mekanisme ODH dengan adanya

katalis adalah sebagai berikut:

C3H8(g) + O(s) 1k C3H6(g) + H2O(g) + red* (1)

C3H6(g) + 9O(s) 2k 3CO2(g) + 3H2O(g) + 9red* (2)

O2(g) + 2red* 3k 2O(s) (3)

Diketahui sites)(active aktif sisitotal jumlah

sites)(reduced tereduksi sisijumlah , hukum-hukum laju untuk 3 tahap

di atas adalah:

)1(8311 HCpkr ,

)1(6322 HCpkr ,

dan 233 Opkr .

1-C) Asumsikan bahwa jumlah atom oksigen pada permukaan adalah konstan pada setiap

waktu reaksi. Hitung sebagai fungsi dari k1, k2, k3, 83HCp ,

63HCp , dan 2Op .

Perhitungan:


IDN-1

Soal 2 A

Total A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

Total 2 2 7 3 3 1 5 1 24

Nilai

Soal 2: Kinetic isotope effect (KIE) dan zero-point vibrational energy (ZPE)

Perhitungan ZPE dan KIE

Kinetic isotope effect (KIE) adalah suatu fenomena terkait dengan perubahan tetapan

laju reaksi ketika satu atom diganti oleh isotopnya. KIE dapat digunakan untuk konfirmasi

apakah ikatan dengan hidrogen putus dalam suatu reaksi. Model Harmonic oscillator

digunakan untuk memperkirakan perbedaan laju antara aktivasi ikatan C-H dan C-D (D = H12 ).

Frekuensi vibrasi () dalam model harmonic oscillator ditunjukkan sebagai

k

2

1 ,

dengan k adalah tetapan gaya dan adalah massa tereduksi.

Energi vibrasi molekul dinyatakan sebagai

2

1hnEn

,

dengan n adalah bilangan kuantum vibrasi dengan nilai yang mungkin adalah 0, 1, 2, ... Energi

vibrasi terendah (En pada n= 0) disebut sebagai zero-point vibrational energy (ZPE).

2-A1) Hitung massa terseduksi dari C-H (CH) dan C-D (CD) dengan satuan massa atom.

Asumsikan massa deuterium adalah dua kali massa hidrogen.

Perhitungan:

[Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai CH dan CD dalam soal 2-A1), gunakan nilai CH

= 1.008 dan CD = 2.016 untuk menjawab pertanyaan berikutnya. Catatan: nilai yang diberikan

tidak selalu harus mendekati nilai yang sebenarnya.]

Soal 2

6% dari total


IDN-1

2-A2) Diketahui bahwa tetapan gaya (k) untuk C-H stretching (ulur) adalah sama seperti nilai

C-D stretching, serta besarnya frekuensi C-H stretching adalah 2900 cm-1, hitung frekuensi C-

D stretching (dengan satuan cm-1).

Perhitungan:


IDN-1

2-A3) Berdasarkan nilai frekuensi C-H dan C-D stretching dalam soal 2-A2), hitung zero-

point vibrational energies (ZPE) untuk C-H dan C-D stretching dalam satuan kJ mol-1.

Perhitungan:

[jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai ZPE pada soal 2-A3), gunakan nilai ZPECH = 7.23

kJ/mol dan ZPECD = 2.15 kJ/mol untuk menyelesaikan soal berikutnya. Catatan: nilai yang

diberikan tidak harus mendekati nilai yang sebenarnya.]

Kinetic isotope effect (KIE)

Karena ada perbedaan dalam zero-point vibrational energies, senyawa terprotonasi dan

senyawa terdeuteuriasi (deuteriated) yang terkait diharapkan bereaksi dengan laju yang

berbeda.

Untuk reaksi disosiasi ikatan C-H dan C-D, energi dari kedua keadaan transisi maupun

kedua produk adalah identik, karena itu efek isotop dikontrol oleh perbedaan ZPE untuk ikatan

C-H dan C-D.


IDN-1

2-A4) Hitung selisih energi disosiasi ikatan (Bond Dissociation Energy, BDE) antara ikatan

C-D dan ikatan C-H ( CHCD BDEBDE ) dalam satuan kJ mol-1.

Perhitungan:

2-A5) Asumsikan bahwa besarnya energi aktivasi (Ea) untuk pemutusan ikatan C-H/C-D kira-

kira sama dengan besarnya energi disosiasi ikatan dan besarnya faktor Arrhenius untuk

pemutusan ikatan C-H sama dengan pemutusan ikatan C-D. Hitung tetapan laju relatif untuk

pemutusan ikatan C-H/C-D (kCH/kCD) pada 25 oC.

Perhitungan:


IDN-1

Penggunaan KIE untuk mempelajari mekanisme reaksi

Oksidasi non-deuterated diphenylmethanol dan deuterated (terdeuteriasi)

diphenylmethanol menggunakan chromic acid berlebih telah dipelajari.

2-A6) Jika C0 adalah konsentrasi awal dari non-deuterated diphenylmethanol atau deuterated

diphenylmethanol dan Ct adalah konsentrasinya pada saat t. Hasil eksperimen diplotkan pada

grafik yang tertera pada Gambar 2a dan Gambar 2b, dari kedua gambar tersebut dapat

ditentukan tetapan laju reaksi orde pertama.

Gambar 2a Gambar 2b

Tentukan Gambar mana yang sesuai untuk oksidasi non-deuterated diphenylmethanol dan

mana yang sesuai untuk oksidasi deuterated diphenylmethanol?

Untuk setiap pernyataan di bawah ini, pilih jawaban anda dengan memberi tanda “✓” dalam

salah satu lingkaran berikut.

Oksidasi non-deuterated diphenylmethanol: ⃝ Gambar 2a ⃝ Gambar 2b

Oksidasi deuterated diphenylmethanol: ⃝ Gambar 2a ⃝ Gambar 2b

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0 100 200 300 400 500

ln (

C0/C

t)

Time / min

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0 15 30 45 60 75 90

ln (

C0/C

t)

Time / min


IDN-1

2-A7) Hitung kCH, kCD (dalam min-1), dan kCH/kCD untuk reaksi berdasarkan hasil plot data pada

soal 2-A6).

Perhitungan:

2-A8) Mekanisme reaksi yang diusulkan adalah sebagai berikut:

Berdasarkan informasi pada soal 2-A6) dan 2-A7), tahap mana yang merupakan tahap penentu

laju?

Pilih jawabn anda dengan memberi tanda “✓” dalam salah satu lingkaran berikut.

⃝ Tahap (1)

⃝ Tahap (2)

⃝ Tahap (3)


IDN-1

Soal 3 A B Total

A1 A2 A3

Total 7 3 8 6 24

Nilai

Soal 3: Termodinamika reaksi kimia

Bagian A.

Methanol diproduksi secara komersial menggunakan campuran carbon monoxide dan

hidrogen dengan katalis zinc oxide/copper oxide.

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g).

Entalpi pembentukan standar (Hfo) dan entropi absolut (So) untuk masing-masing gas pada

suhu ruang (298 K) dan tekanan standar 1 bar, dirangkum sebagai berikut:

Gas Hfo (kJ mol-1) So (J K-1 mol-1)

CO(g) -111 198

H2(g) 0 131

CH3OH(g) -201 240

3-A1) Hitung Ho, So, Go, dan Kp untuk reaksi pada 298 K.

Perhitungan:

Ho = ………..……… kJ

So = ………….…….. J K-1

Go = ………..………. kJ

Kp = ….…………….

Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai Kp pada 298 K dalam soal 3-A1), gunakan nilai Kp

= 9 × 105 untuk menyelesaikan soal berikutnya.

Soal 3

6% dari total


IDN-1

3-A2) Suatu reaktor komersial dioperasikan pada temperatur 600 K. Hitung nilai Kp pada

temperatur ini, asumsikan bahwa Ho dan So tidak bergantung pada temperatur.

Perhitungan:

Kp = ………………………..

Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai Kp pada 600 K dalam soal 3-A2), gunakan nilai Kp

= 1.0×10-2 untuk menyelesaikan soal selanjutnya.


IDN-1

3-A3) Produksi methanol di industri berdasarkan pada aliran gas yang mengandung 2.00 moles

H2 untuk setiap mol CO ke dalam reaktor. Fraksi mol methanol dalam gas buang dari reaktor

tersebut ditemukan sebesar 0.18. Dengan asumsi bahwa kesetimbangan telah tercapai,

berapakah tekanan total dalam reaktor pada temperatur tinggi 600 K?

Perhitungan:

Tekanan total = ………………………. bar.


IDN-1

Bagian B.

3-B) Anggap sistem tertutup berikut ada pada 300 K. Sistem tersebut terdiri dari dua ruang

yang dipisahkan oleh kran dengan anggapan volumenya dapat diabaikan. Pada tekanan P yang

sama, ruang A dan ruang B masing-masing berisi 0.100 mol gas argon dan 0.200 mol gas

nitrogen. Volume kedua ruang, VA dan VB, dipilih sedemikian sehingga gas berperilaku sebagai

gas ideal.

Ketika kran dibuka perlahan, sistem dibiarkan sehingga tercapai kesetimbangan.

Diasumsikan bahwa kedua gas bercampur membentuk campuran gas ideal. Hitung perubahan

energi bebas Gibbs G pada 300 K.

Perhitungan:

G = ………..………. J


IDN-1

Soal 4

(5%)

A Total

A1 A2 A3 A4

Total 4 1 5 6 16

Nilai

Soal 4: Elektrokimia

Bagian A. Sel Galvani

Eksperimen dilakukan pada 30.00ºC. Sel elektrokimia ini terdiri dari setengah sel hidrogen

[Pt(s)│H2(g)│H+(aq)] yaitu elektroda logam platinum yang direndam dalam larutan buffer

dengan adanya tekanan gas hidrogen. Setengah sel hidrogen ini disambungkan dengan

setengah sel logam (M) yang direndam dalam larutan M2+(aq) yang belum diketahui

konsentrasinya. Kedua setengah sel tersebut dihubungkan dengan jembatan garam seperti

nampak pada Gambar 1.

Catatan: Potensial reduksi standar diberikan pada Tabel 1.

Gambar 1 Sel galvani

Soal 4

5% dari total


IDN-1

Tabel 1. Potensial reduksi standar (range 298-308 K)

Setengah-reaksi E๐ (V)

Ba2+(aq) + 2e- Ba(s) -2.912

Sr2+(aq) + 2e- Sr(s) -2.899

Ca2+(aq) + 2e- Ca(s) -2.868

Er2+(aq) + 2e- Er(s) -2.000

Ti2+(aq) + 2e- Ti(s) -1.630

Mn2+(aq) + 2e- Mn(s) -1.185

V2+(aq) + 2e- V(s) -1.175

Cr2+(aq) + 2e- Cr(s) -0.913

Fe2+(aq) + 2e- Fe(s) -0.447

Cd2+(aq) + 2e- Cd(s) -0.403

Co2+(aq) + 2e- Co(s) -0.280

Ni2+(aq) + 2e- Ni(s) -0.257

Sn2+(aq) + 2e- Sn(s) -0.138

Pb2+(aq) + 2e- Pb(s) -0.126

2H+(aq) + 2e- H2(g) 0.000

Sn4+(aq) + 2e- Sn2+(aq) +0.151

Cu2+(aq) + e- Cu+(aq) +0.153

Ge2+(aq) +2e- Ge(s) +0.240

VO2+(aq) + 2H+(aq) +e- V3+(aq) + H2O(l) +0.337

Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) +0.340

Tc2+(aq) + 2e- Tc(s) +0.400

Ru2+(aq) + 2e- Ru(s) +0.455

I2(s) + 2e- 2I-(aq) +0.535

UO22+(aq) + 4H+(aq)+ 2e- U4+(aq) + 2H2O(l) +0.612

PtCl42-(aq) + 2e- Pt(s) + 4Cl-(aq) +0.755

Fe3+(aq) + e- Fe2+(aq) +0.770

Hg22+(aq) + 2e- 2Hg(l) +0.797

Hg2+(aq) + 2e- Hg(l) +0.851

2Hg2+(aq) + 2e- Hg22+(aq) +0.920

Pt2+(aq) + 2e- Pt(s) +1.180

MnO2(s) + 4H+(aq) + 2e- Mn2+(aq) + 2H2O(l) +1.224

Cr2O72-(aq)+ 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+ (aq) + 7H2O (l) +1.360

Co3+(aq) + e- Co2+(aq) +1.920

S2O82-(aq) + 2e- 2SO4

2-(aq) +2.010


IDN-1

4-A1) Jika kuosien reaksi (Q) dari seluruh sel Galvani sama dengan 2.18 x 10-4 pada 30.00๐C,

dan electromotive force (emf) adalah +0.450 V. Hitung nilai potensial reduksi standar (E๐)

logam M dan tentukan lambang logam “M” yang sebenarnya.

Catatan: QRTGG o ln

Perhitungan

Potensial reduksi standar untuk M adalah ……....………..………V

(jawaban dengan 3 angka di belakang koma)

Jadi, lambang logam “M” adalah …………..………

4-A2) Tuliskan persamaan reaksi redoks spontan dan setara untuk sel galvani tersebut.


IDN-1

4-A3) Konsentrasi larutan M2+(aq) unkown dalam sel (Gambar 1), dapat ditentukan dengan

titrasi iodometri. Sebanyak 25.00 cm3 aliquot larutan M2+(aq) dimasukkan ke dalam labu

titrasi dan ditambahkan KI berlebih. Untuk mencapai titik akhir titrasi, diperlukan 25.05 cm3

sodium thiosulfate 0.800 mol dm-3. Tuliskan semua reaksi redoks yang terkait dengan titrasi

ini dan hitung konsentrasi larutan M2+(aq).

Perhitungan

Konsentrasi larutan M2+(aq) adalah……….………mol dm-3

(Jawaban dengan 3 angka di belakang koma)

Jika anda tidak berhasil mendapatkan jawaban pada soal ini, gunakan konsentrasi larutan M2+

0.950 mol dm-3 untuk menyelesaikan soal selanjutnya.


IDN-1

4-A4) Pada Gambar 1, jika pada setengah sel hidrogen, tekanan gas hidrogen sebesar 0.360 bar

dan elektroda platinum terendam dalam 500 cm3 larutan buffer yang mengandung 0.050 mol

lactic acid (HC3H5O3) dan 0.025 mol sodium lactate (C3H5O3Na), maka nilai emf

(electromotive force) terukur untuk sel galvani tsb adalah +0.534 V. Hitung pH larutan buffer

dan tetapan disosiasi asam (Ka) untuk lactic acid pada 30.00๐C.

Perhitungan pH larutan buffer

pH larutan buffer adalah ……………………………………


Jika anda tidak berhasil mendapatkan jawaban, gunakan nilai 3.46 sebagai nilai pH buffer

untuk menyelesaikan soal selanjutnya.


IDN-1

Perhitungan tetapan disosiasi asam (Ka) untuk lactic acid

Tetapan disosiasi asam untuk lactic acid adalah ……………………………………


IDN-1

Soal 5 A

B C

D Total

A1 A2 C1 C2

Total 1 1 3 1 2 2 10

Nilai

Soal 5: Phosphate dan silicate dalam tanah

Distribusi dan mobilitas phosphorus dalam tanah biasanya dipelajari melalui ekstraksi

bertahap. Ekstraksi bertahap ini dilakukan dengan menggunakan reagen asam atau basa untuk

fraksinasi inorganic phosphorus dalam tanah. Sampel tanah diekstrak dan dianalisis sebagai

berikut:

Bagian A. Penentuan total phosphate (PO43) dan silicate (SiO4

4)

Sampel tanah sebanyak 5.00 g diekstrak sehingga menghasilkan volume akhir 50.0 cm3

larutan yang mengandung total phosphorus dan silicon terlarut. Ektrak ini dianalisis untuk

mendapatkan konsentrasi phosphorus dan silicon. Konsentrasi phosphorus dan silicon yang

diperoleh masing-masing adalah 5.16 mg dm3 dan 5.35 mg dm3.

5-A1) Tentukan massa PO43 (dalam mg) per 1.00 g tanah.

Perhitungan

1 g tanah mengandung PO43 =_________mg (jawaban dengan 3 angka di belakang koma)

5-A2) Hitung massa SiO44 dalam mg per 1.00 g tanah.

Perhitungan

1 g tanah mengandung SiO44- =___________mg (jawaban dengan 3 angka di belakang koma)

Soal 5

5% dari total


IDN-1

Bagian B. Penentuan kandungan PO43- dalam ekstrak asam

Phosphate dapat dianalisis menggunakan metoda molybdenum blue. Satu mol

phosphate dikonversi menjadi satu mol senyawa molybdenum blue. Metode ini digunakan

untuk penentuan phosphate dalam ekstrak asam. Absorbance (A) dan transmittance (T) diukur

pada 800 nm. Absortivitas molar senyawa molybdenum blue adalah 6720 dm3 mol-1 cm-1 dan

semua pengukuran dilakukan dengan menggunakan kuvet 1.00-cm.

Transmitans dan absorbansi dinyatakan dalam persamaan berikut:

T = I / Io

A = log (Io / I)

dengan I adalah intensitas cahaya yang ditransmisikan dan Io adalah intensitas cahaya

awal.

5-B1) Ketika sampel yang dianalisis mengandung konsentrasi phosphate yang tinggi,

digunakan referensi larutan molybdenum blue 7.5 x 10-5 mol dm-3 untuk mengatur titik nol

absorbansi. Transmitans sampel yang terukur adalah 0.55. Hitung konsentrasi phosphate (mol

dm-3) dalam larutan sampel.

Perhitungan

Konsentrasi phosphate dalam larutan sampel = _____________ mol dm-3


IDN-1

Bagian C. Penentuan PO43- dan SiO4

4- dalam ekstrak alkali

Ion phosphate dan ion silicate keduanya dapat bereaksi dengan molybdate dalam larutan alkali

menghasilkan yellow molybdophosphate dan molybdatosilicate. Reduksi selanjutnya dengan

asam askorbat menghasilkan senyawa molybdenum blue dengan intensitas warna yang tinggi.

Kedua kompleks memiliki serapan maksimum pada 800 nm. Penambahan tartaric acid dapat

membantu mencegah gangguan silikat pada penentuan phosphate.

Dua seri standar phosphate diperlakukan dengan penambahan dan tanpa penambahan tartaric

acid, sedangkan satu seri standar silicate tidak diperlakukan dengan penambahan tartaric acid.

Persamaan linier yang didapat dari kalibrasi kurva adalah:

Kondisi Persamaan linier

Phosphate dengan dan tanpa penambahan tartaric acid y = 6720x1

Silicate tanpa penambahan tartaric acid y = 868x2

y adalah absorbansi pada 800 nm,

x1 adalah konsentrasi phosphate dalam mol dm-3,

x2 adalah konsentrasi silicate dalam mol dm-3

Absorbansi pada 800 nm untuk fraksi alkali dari ektrak tanah setelah penambahan dan tanpa

penambahan tartaric acid masing-masing adalah 0.267 dan 0.510.

5-C1) Hitung konsentrasi phosphate dalam ekstrak tanah alkali dalam mol dm-3 dan hitung

konsentrasi phosphorous dalam mg dm-3.

Perhitungan

Konsentrasi PO43- = _______________ mol dm-3

Konsentrasi P = _______________ mg dm-3



IDN-1

5-C2) Hitung konsentrasi silicate dalam sampel tanah fraksi alkali, nyatakan dalam mol dm-3

dan hitung pula konsentrasi silicon dalam mg dm-3.

Perhitungan

Konsentrasi SiO44- = _____________________ mol dm-3


Konsentrasi Si = ___________________ mg dm-3



IDN-1

Bagian D. Pra-konsentrasi ammonium phosphomolybdate

Sampel larutan ammonium phosphomolybdate ((NH4)3PMo12O40) sebanyak 100 cm3

diekstrak dengan 5.0 cm3 pelarut organik. Koefisien partisi organic-water (Kow) didefinisikan

sebagai rasio konsentrasi senyawa tersebut dalam fasa organic (co) terhadap konsentrasi

senyawa yang sama dalam fasa air (cw). Kow senyawa ammonium phosphomolybdate adalah

5.0. Molar absorptivitas ammonium phosphomolybdate dalam fasa organic adalah 5000 dm3

mol-1 cm-1.

5-D) Jika absorbance dalam fasa organic adalah 0.200, hitung massa total phosphorus (dalam

satuan mg) yang terkandung dalam larutan sampel semula. Tebal cuvette adalah 1.00 cm.

Perhitungan

Jumlah total P dalam sampel larutan semula (original) =_____________ mg


IDN-1

Soal 6

(6%)

A B C Total

A1 A2 B1 B2 B3 C1 C2

Total 3 8 4 3.5 5 2 4 29.5

Nilai

Soal 6: Besi

Besi (Fe) adalah unsur terbanyak keempat yang terkandung dalam kerak Bumi dan telah

digunakan selama lebih dari 5000 tahun.

Bagian A.

Besi murni sangat mudah teroksidasi sehingga membatasi penggunaannya. Unsur X

merupakan salah satu unsur yang ditambahkan untuk membentuk paduan logam (alloy) dengan

tujuan meningkatkan sifat ketahanan besi terhadap okidasi.

6-A1) Berikut adalah beberapa informasi mengenai unsur X:

(1) Pada ionisasi pertama, dilepaskan satu selektron dengan bilangan kuantum

n1 = 4 – l1.

(2) Pada ionisasi kedua, dilepaskan satu selektron dengan bilangan kuantum n2 = 5 – l2.

(3) Massa atom X lebih kecil daripada Fe.

Apakah lambang unsur X?

(Jawablah dengan menuliskan lambang unsur yang tepat sesuai dengan tabel periodik

unsur)

Soal 6

6% dari total


IDN-1

6-A2) Baik Fe maupun X mengkristal dengan struktur kubus berpusat badan. Melalui

pendekatan bahwa atom Fe berbentuk bola-pejal, volume atom Fe di dalam sel satuan adalah

1.59x10-23 cm3. Volume sel satuan atom X adalah 0.0252 nm3. Larutan padatan yang dapat

saling menggantikan sempurna biasanya terjadi ketika nilai R = (|𝑅𝑋−𝑅𝐹𝑒|

𝑅𝐹𝑒)×100 lebih kecil

atau sama dengan 15, dengan RX dan RFe secara berturut-turut adalah jari-jari atom X dan Fe.

Dapatkah X dan Fe membentuk larutan padatan yang saling menggantikan sempurna? Uraikan

perhitungan anda. Jika tidak ada uraian perhitungan, maka tidak akan dinilai. Diketahui

volume bola adalah 4/3r3.

Jawab (Beri tanda ✓ pada kotak yang sesuai.)

Ya (R 15) Tidak (R > 15)

Perhitungan

RFe = ...…………...…..nm RX = ………………….nm R = ……………..…..


IDN-1

Bagian B.

Besi di dalam air alami berada dalam bentuk Fe(HCO3)2, yang mengalami ionisasi menjadi

Fe2+ dan HCO3-. Untuk menghilangkan besi dari air, Fe(HCO3)2 dioksidasi menjadi Fe(OH)3

yang tak larut, yang dapat dipisahkan dengan cara penyaringan.

6-B1) Fe2+ dapat dioksidasi oleh KMnO4 dalam larutan basa menghasilkan endapan Fe(OH)3

dan MnO2. Tuliskan persamaan reaksi ion yang setara untuk reaksi tersebut di dalam larutan

basa.

Pada kondisi tersebut, ion HCO3 diubah menjadi CO3

2. Tuliskan persamaan reaksi ion yang

setara untuk reaksi tersebut dalam larutan basa.

6-B2) Senyawa kovalen A yang mengandung lebih dari 2 atom dan merupakan suatu oksidator,

dapat dibuat dengan cara mereaksikan molekul halogen diatomik (Q2) dengan NaQO2. 1Q2 + xNaQO2 yA + zNaQ dengan x + y + z ≤ 7

dengan x, y dan z adalah koefisien dari persamaan reaksi yang setara. Di antara senyawa biner

antara hidrogen dan halogen, HQ memiliki titik didih paling rendah. Tentukan identitas Q,

dan jika A memiliki satu elektron tak berpasangan, gambarkan struktur Lewis senyawa A yang

memiliki muatan formal nol pada semua atomnya.

(Jawablah dengan menuliskan lambang unsur yang tepat sesuai dengan tabel periodik

unsur.)

Q = ……………........

Struktur Lewis senyawa A

Bagaimana bentuk geometri molekul senyawa A? (Beri tanda ✓ pada kotak yang sesuai.)

linier bengkok siklik tetrahedral trigonal planar lainnya


IDN-1

6-B3) Senyawa D merupakan oksidator tak stabil yang dapat digunakan untuk menghilangkan

Fe(HCO3)2 dari air alami. Senyawa tersebut mengandung unsur G, Z dan hidrogen, serta

bilangan oksidasi Z adalah +1. Dalam senyawa ini, hidrogen terikat langsung dengan unsur

yang memiliki keelektronegatifan paling tinggi di antara ketiganya. Berikut adalah beberapa

informasi mengenai unsur G dan Z:

(1) G berada dalam keadaan normalnya sebagai molekul diatomik, G2.

(2) Z memiliki satu proton lebih sedikit daripada unsur E. E berwujud gas pada

kondisi standar. Z2 merupakan padatan yang volatil (mudah menguap).

(3) Senyawa EG3 memiliki bentuk piramidal.

Tentukan identitas G dan Z serta gambarkan struktur molekul senyawa D.

(Jawablah dengan menuliskan lambang unsur yang tepat sesuai tabel periodik unsur.)

G = …….………….…… Z = ……………….…..

Struktur molekul senyawa D


IDN-1

Bagian C. 59Fe adalah suatu isotop radiofarmasi yang digunakan untuk mempelajari metabolisme besi di

dalam limpa. Isotop ini meluruh menjadi 59Co sesuai reaksi peluruhan berikut:

𝐹𝑒2659 𝐶𝑜27

59 + a + b (1)

6-C1) Apakah a dan b pada persamaan (1)? (Beri tanda ✓ pada kotak yang sesuai.)

proton neutron beta positron alpha Gamma

6-C2) Perhatikan persamaan (1), jika isotop 59Fe dibiarkan selama 178 hari, yaitu n kali lipat

dari waktu paruhnya (t1/2), maka rasio mol 59Co terhadap 59Fe adalah 15:1. Jika n merupakan

bilangan bulat, berapakah waktu paruh 59Fe dalam satuan hari? Uraikan perhitungan anda.

Perhitungan:

Waktu paruh 59Fe = …………………….hari (1 angka di belakang koma)


IDN-1

Soal 7

(6%)

A Total

A1 A2 A3 A4 A5

Total 4.5 1.5 6 6 2 20

Nilai

Soal 7: Teka-teki Struktur Kimia

Kompleks titanium telah dipelajari aktivitas antitumornya. Banyak faktor termasuk isomerisasi

dan ukuran yang telah menunjukkan dapat mempengaruhi potensi kompleks tersebut. Soal ini

berhubungan dengan sintesis dan karakterisasi beberapa kompleks titanium.

7-A1) Reaksi antara 2 ekivalen 2-tert-butylphenol, 2 ekivalen formaldehyde, dan N,N'-

dimethylethylene-1,2-diamine dalam kondisi asam pada 75 C menghasilkan tiga produk

utama yang memiliki rumus molekul yang sama, yaitu C26H40N2O2, seperti ditampilkan pada

persamaan reaksi berikut. Gambarkan struktur masing-masing produk.

Produk 1:

Produk 2:

Soal 7

6% dari total


IDN-1

Produk 3:

7-A2) Jika 2,4-di-tert-butylphenol digunakan sebagai substrat menggantikan 2-tert-

butylphenol dengan stoikiometri yang sama seperti pada soal 7-A1), ternyata hanya produk X

yang terbentuk. Gambarkan struktur X.


IDN-1

Reaksi antara X dari soal 7-A2) dengan Ti(OiPr)4 [iPr = isopropyl] dalam diethyl ether dengan

atmosfer inert menghasilkan kompleks Ti berbilangan koordinasi-enam Y yang berwujud

padatan kristal kuning, dan isopropanol pada temperatur kamar.

(persamaan 1)

Spektra UV-Vis X, Ti(OiPr)4, dan Y menunjukkan bahwa hanya produk Y saja yang memiliki

absorbansi pada = 370 nm. Dengan cara memvariasikan volume X dan Ti(OiPr)4, dengan

masing-masing konsentrasi sebesar 0.50 mol dm-3, serta menggunakan benzena sebagai

pelarut, maka dihasilkan data absorbansi pada = 370 nm sebagai berikut:

Volume X

(cm3)

Volume Ti(OiPr)4

(cm3)

Volume benzena

(cm3)

Absorbansi

0 1.20 1.80 0.05

0.20 1.00 1.80 0.25

0.30 0.90 1.80 0.38

0.50 0.70 1.80 0.59

0.78 0.42 1.80 0.48

0.90 0.30 1.80 0.38

1.10 0.10 1.80 0.17

1.20 0 1.80 0.02

7-A3) Isilah tabel berikut dengan nilai yang tepat.

4

i Pr)Ti(O mol + mol

mol

X

X Absorbansi

0.05

0.25

0.38

0.59

0.48

0.38

0.17

0.02

(2 angka di belakang koma)


IDN-1

Alurkan grafik yang menunjukkan hubungan antara 4

i Pr)Ti(O mol + mol

mol

X

X dengan

absorbansi pada grafik kosong di bawah ini.

Nilai 4

i Pr)Ti(O mol + mol

mol

X

X yang memaksimalkan jumlah produk Y menunjukkan

stoikiometri X dalam rumus molekul Y. Berdasarkan grafik di atas, berapakah rasio molar

antara Ti:X dalam kompleks Y?

rasio molar antara Ti:X dalam kompleks Y adalah ................................................

Ab

sorb

ansi

mol X mol X + mol Ti(OiPr)4


IDN-1

7-A4) Kompleks Ti Y memiliki bilangan koordinasi-enam. Spektrum IR Y tidak menunjukkan

pita serapan lebar di daerah 3200–3600 cm-1. Y terdapat dalam bentuk tiga diastereomer.

Dengan mengabaikan stereokimia pada atom N, gambarkan dengan tepat dan jelas struktur

ketiga diastereomer tersebut.

Perhatikan bahwa anda tidak perlu menggambarkan struktur ligan secara lengkap. Identifikasi

hanya atom-atom donor apa saja yang terlibat dalam koordinasi dengan titanium dan kerangka

ligan dengan atom-atom donornya dapat digambarkan sebagai berikut:

Contoh: dapat digambarkan menjadi:

**Jika anda tidak dapat memperoleh struktur X dari soal 7-A2), maka gunakanlah simbol ligan

berikut untuk mewakili ligan X (A dan Z adalah atom donor):

Diastereomer 1:

Diastereomer 2:


IDN-1

Diastereomer 3:

7-A5) Pada kondisi tertentu, reaksi pada persamaan 1 hanya menghasilkan satu diastereomer

dari Y. Diketahui bahwa struktur Y dalam kondisi "fixed" (tak ada pergerakan intramolekul),

spektrum 1H NMR Y dalam CDCl3 menunjukkan empat sinyal singlet yang beresonanasi pada

1.25, 1.30, 1.66, dan 1.72 yang bersesuaian dengan gugus tert-butyl. Puncak-puncak ini

dapat diinterpretasikan sebagai bagian dari molekul organik. Gambarkan struktur satu-satunya

diastereomer yang mungkin untuk Y.

(Anda tidak perlu menggambarkan struktur ligan secara lengkap. Identifikasi hanya atom-atom

donor yang terlibat dalam koordinasi dan kerangka ligan antara atom-atom donornya dapat

digambarkan seperti pada soal 7-A4))


IDN-1

Soal 8 A Total

(5%) A1 A2 A3 A4 A5

Total 6 5.5 3 4 1.5 20

Nilai

Soal 8: Permukaan Silica

Silica dapat ditemukan dalam berbagai bentuk, mulai dari amorf hingga kristalin. Silica dapat

disintesis via proses sol-gel menggunakan silicon alkoxides seperti tetramethoxysilane

(TMOS) dan tetraethoxysilane (TEOS) yang ditunjukkan pada skema berikut:

a. Hidrolisis

b. Kondensasi air

c. Kondensasi alkohol

Soal 8

5% dari total


IDN-1

Ketika silica dalam bentuk ruahnya (bulk), semua atom silicon terikat secara tetrahedral dengan

empat atom oksigen menghasilkan jejaring padatan tiga-dimensi. Lingkungan silicon yang

ditemukan di dalam silica adalah sebagai berikut:

8-A1) Tiga lingkungan atom silicon (mirip dengan contoh di atas) biasanya umum teramati

pada permukaan silica. Gambarkan tiga struktur lingkungan silicon tersebut pada kotak di

bawah ini.

Silica dapat digunakan sebagai adsorben ion logam dalam air yang efektif. Usulan struktur

kompleks logam-silika adalah sebagai berikut:

I

II

8-A2) Setelah Cu2+ diserap, warna silica berubah dari putih menjadi biru pucat. Spektrum

visible menunjukkan pita serapan yang lebar (disertai adanya suatu bahu/shoulder), pada max

= 550 nm. Jika Cu2+ dapat terikat pada silica dan mengadopsi struktur yang mirip dengan II,

gambarkan diagram pemisahan orbital-d ion Cu2+ beserta nama-nama orbital-d dalam

kompleks tersebut serta tentukan transisi elektron yang terkait dengan serapan di daerah

visible.

Diagram Pemisahan:

Transisi elektron yang terkait (tentukan mana orbital-d dengan energi lebih rendah dan mana

orbital-d dengan energi lebih tinggi)

x

y

z


IDN-1

8-A3) Jika ion-ion logam transisi deret pertama membentuk kompleks dengan silica analog

seperti yang terjadi dengan Cu2+, ion(-ion) logam manakah yang analog dengan transisi

electron pada Cu2+? Ion(-ion) logam tersebut harus memiliki bilangan oksidasi +2 atau +3.

Perhatikan bahwa gugus silanol (Si-OH) dan air adalah ligan medan lemah.

Silica secara acak terikat pada berbagai jenis ion logam. Untuk meningkatkan selektivitas,

modifikasi permukaan silica telah dilakukan dengan cara proses pencangkokan (grafting)

menggunakan berbagai molekul organik seperti 3-aminopropyltrimethoxysilane dan 3-

mercaptopropyltrimethoxysilane.

8-A4) Jika Hg2+ hanya terikat pada sisi pengikatan dengan sulfur dalam silica-SH, maka

terbentuk kompleks [Hg(silica-SH)2]2+ symmetric. Gambarkan struktur [Hg(silica-SH)2]

2+,

tentukan arah orientasi spesifik sumbu ikatan, dan gambarkan diagram pemisahan orbital-d

yang bersesuaian. (Anda boleh menggunakan R-SH untuk mewakili penggambaran struktur

silica-SH)

Struktur: Diagram pemisahan orbital-d:


IDN-1

8-A5) Tentukan apakah pernyataan-pernyataan berikut True atau False:

a) Transisi d-d ditemukan dalam [(Hg(silica-SH)x)]2+

True False

b) [(Cu(silica-NH2)x]2+ yang memiliki geometri serupa, diharapkan memiliki warna

yang serupa dengan kompleks copper(II) amine lainnya.

True False

c) Pada spektra serapan visible, max [(Cu(silica-NH2)x]2+ lebih besar daripada

[(Cu(silica-OH)x]2+.

True False


IDN-1

Soal 9 A

Total A1 A2 A3

Total 6 6 11 23

Nilai

Soal 9: Mengungkap Senyawa Tak-Dikenal

9-A1) Senyawa organik A merupakan senyawa kiral dan hanya terdiri dari tiga unsur dengan

massa molekul (MW) 149 (dibulatkan).

Spektrum 1H NMR senyawa A menunjukkan ada tiga tipe proton aromatik, dan

spektrum 13C NMR menunjukkan delapan sinyal, dengan empat di antaranya berada di daerah

120-140 ppm.

Senyawa A dapat dibuat dengan mereaksikan senyawa karbonil dengan methylamine,

yang direaksikan lebih lanjut dengan NaBH3CN. Gambarkan semua struktur senyawa A yang

mungkin terbentuk. Tidak perlu menggambarkan stereokimianya, dan jangan masukkan

struktur stereoisomer sebagai bagian dari jawaban yang harus digambarkan.

Soal 9

6% dari total


IDN-1

9-A2) Salah satu dari isomer posisi dari senyawa A (struktur A1, A2 atau A3) dapat disintesis

dari reaksi antara senyawa B atau C dengan D seperti ditunjukkan pada bagan reaksi di bawah

ini. Gambarkan struktur senyawa B-F dan isomer posisi dari senyawa A.


IDN-1

9-A3) Senyawa A merupakan bentuk-(R) dari salah satu struktur A1-A3. Senyawa ini dapat

disintesis mulai dari senyawa diol vicinal X maupun Y seperti ditampilkan pada diagram

berikut. Kedua senyawa diol tersebut merupakan isomer srtuktural, dan setiap struktur

memiliki satu karbon lebih sedikit daripada senyawa A. Gambarkan struktur G-N, X, Y dan

bentuk-(R) dari senyawa A. Anda harus menggambarkan semua stereokimia pada senyawa

yang digambarkan.


IDN-1

Soal 10

(6%)

A B Total

A1 B1 B2

Total 20.5 4 5.5 30

Nilai

Soal 10: Sintesis Total Alkaloid

Alkaloid adalah kelompok senyawa bahan alam yang mengandung nitrogen. Kerumitan

struktur dan potensi aktivitas biologisnya sangat menarik untuk dipelajari. Dua contoh

senyawa alkaloid – sauristolactam dan pancratistatin dibahas dalam soal berikut.

Bagian A

Sauristolactam memiliki sitotoksisitas sangat baik terhadap berbagai galur sel kanker.

Senyawa ini dapat disintesis menggunakan jalur tahapan sintesis berikut. (Spektra 1H-NMR

diukur dalam CDCl3 pada 300 MHz.)

Soal 10

7% dari total


IDN-1

10-A1) Gambarkan struktur A-G dalam tahapan sintesis berikut. Tuliskan semua uraian

jawaban anda di kotak-kotak kosong di bawah.


IDN-1

Struktur A-G:

A B

C D

E F

G


IDN-1

Bagian B

Pancratistatin, diisolasi dari tumbuhan asli Hawaiian, spider lily, menunjukkan potensi

aktivitas inhibitor terhadap pertumbuhan sel kanker baik secra in vitro maupun in vivo, di

samping memiliki aktivitas antivirus yang sangat baik.

Pancratistatin dapat disintesis dari senyawa antara (intermediet) X1 dan X2. Sintesis kedua

intermediet ini ditunjukkan pada skema reaksi berikut.

10-B1) Gambarkan struktur A dan B.


IDN-1

10-B2) Intermediet X1 (suatu enantiomer tunggal dengan stereokimia ditunjukkan pada skema

reaksi) dilabeli dengan deuterium yang memiliki konfigurasi seperti ditampilkan pada skema

di bawah, gambarkan pada kotak-kotak dalam skema reaksi berikut struktur kursi 3-D senyawa

E dan struktur senyawa F lengkap dengan stereokimianya. Apakah Y proton (1H) atau

deuterium (2H)?


IDN-1

Soal 11 A

Total A1 A2

Total 10 2 12

Nilai

Soal 11: Twist & Kiralitas

trans-Cyclooctene memiliki sebuah bidang kiral dan halangan yang tinggi untuk mengalami

rasemisasi. Akibatnya ikatan rangkap pada trans-cyclooctene dapat terpilin (twisted), sehingga

molekul tersebut menunjukkan kereaktifan yang unik dalam reaksi sikloadisi.

Pada tahun 2011, Fox dan rekan mengembangkan sintesis fotokimia terhadap berbagai

senyawa turunan trans-cyclooctene. Proses tersebut bersifat non-stereocontrolled (tidak dapat

dikrontrol stereokimianya) dan skema sintesis ditunjukkan sebagai berikut.

Soal 11

2% dari total


IDN-1

11-A1) Gambarkan semua kemungkinan struktur stereoisomer dari senyawa 3 yang dapat

diperoleh dari reaksi reduksi senyawa 2. Tidak perlu menuliskan konfigurasi R,S pada

strukturnya.

11-A2) Jika salah satu dari stereoisomer senyawa 3 diubah menjadi senyawa 4, berapa banyak

kemungkinan bentuk stereoisomer dari senyawa 4 yang dapat dihasilkan?

Jumlah kemungkinan bentuk stereoisomer dari senyawa 4 =

Jika terdapat lebih dari satu stereoisomer, apakah mungkin memisahkan stereoisomer-

stereoisomer dari senyawa 4 tersebut menggunakan kromatografi akiral (achiral

chromatography)?

Ya Tidak

IDN-1 - 49th INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD · PDF fileWalaupun tipe reaksi ini masih dalam...

Documents

Transcript of IDN-1 - 49th INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD · PDF fileWalaupun tipe reaksi ini masih dalam...