Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

13
1 OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2009 SELEKSI Tingkat PROVINSI JAWABAN (DOKUMEN NEGARA) UjianTeori Waktu 2 Jam Departemen Pendidikan Nasional Direktorat Jenderal Managemen Pendidikan Dasar dan Menengah Direktorat Pendidikan Menengah 2009

description

Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

Transcript of Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

Page 1: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

1

OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2009

SELEKSI Tingkat PROVINSI

JAWABAN (DOKUMEN NEGARA)

UjianTeori

Waktu 2 Jam

Departemen Pendidikan Nasional

Direktorat Jenderal

Managemen Pendidikan Dasar dan Menengah

Direktorat Pendidikan Menengah

2009

Page 2: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

2

Page 3: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

3

Petunjuk :

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

2. Soal Teori ini terdiri dari 10 Nomor soal.

TOTAL Poin = 133 poin

3. Waktu yang disediakan: 150 menit.

4. Semua jawaban harus ditulis di lembar jawaban yang tersedia

5. Diperkenankan menggunakan kalkulator.

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 !!

Page 4: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

4

Soal 1. Gas Nitrogen dan Senyawanya

Lengkapi isian berikut dengan jawaban yang paling tepat. (15 poin)

(jawaban ditulis di lembar jawab).

Nitrogen adalah unsur yang paling banyak terdapat di udara. Pada tekanan udara 1 atm dan tempertatur 25oC, nitrogen berbentuk gas dengan rumus kimia (a)………...

Di atmosfer, kadar gas nitrogen terdapat kurang lebih sebanyak (b)………% v/v.

Struktur Lewis gas nitrogen digambarkan sebagai (c)……………..

Gas nitrogen bereaksi dengan gas hidrogen pada temperatur dan tekanan tinggi membentuk senyawa berupa gas berbau menusuk, dengan rumus kimia (d)……….. Produksi senyawa gas bau menusuk tersebut disebut proses (e)……….. dimana unsur (f)………digunakan sebagai katalis. Senyawa gas (d) tersebut mudah larut dalam air menghasilkan larutan dengan (g) pH………….. Senyawa (d) tersebut juga bereaksi dengan asam nitrat membentuk padatan putih dengan rumus kimia (h)……………. yang merupakan bahan peledak. Senyawa (d) tersebut juga bereaksi dengan asam sulfat membentuk padatan putih dengan rumus kimia (i)………………yang digunakan sebagai pupuk. Gas nitrogen bereaksi dengan oksigen pada temperatur tinggi dalam mesin-motor/ mobil membentuk senyawa dengan rumus kimia (j)……….. yang berbahaya bagi lingkungan. Dalam rangka mengurangi polusi gas buang kendaraan bermotor, diperlukan katalis (k)…………..untuk mengubah gas-gas berbahaya seperti (l)…….. dan (m)…………. menjadi gas tidak berbahaya yaitu (n)………….dan (o)…………………..

Jawaban:

(a)…N2…. (b)…79 (80)…% v/v. (c)…N=N…………..

(d)…NH3 (e)…Haber…….. (f)…Besi (Fe) (g) pH>7 (h)…NH4NO3 (i)…(NH4)2SO4………. (j)…NOx (NO , NO2) (k)…Pt…… (l)…NO….. (m)…CO……. (n)…N2……. (o)…CO2…

Soal 2. Orbital atom. (12 poin) Orbital adalah suatu ruang yang menggambarkan kebolehjadian menemukan elektron.

Orbital diperoleh dari bilangan kuantum ke dua (azimuth). Pada gambar berikut, ditampilkan

bentuk orbital atom yang berada di perioda dua pada sistim Periodik modern.

Page 5: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

5

a. Tuliskan nama orbital apa yang digambarkan pada A, B, C , D dan E tersebut? (5 poin)

b. Atom Berilium terletak pada golongan 2 dan periode-2 Sistim Periodik Modern.

Orbital apa saja yang tidak terisi elektron pada atom berilium tersebut? (nyatakan dengan A,B,C,D,E) (3 poin)

c. Pada suatu unsur X, orbital A dan C terisi electron secara penuh, tetapi orbital B dan E terisi setengah penuh, sedangkan orbital D tidak terisi elektron. Tentukan jumlah proton pada atom X dan perkirakan massa unsur X (2 poin)

d. Berapa bilangan oksidasi ion karbon yang memiliki elektron pada orbital A dan C secara penuh? (2 poin)

Jawab:

a. A = 2s, B = 2px, C = 1s, D = 2pz E = 2 py b. B, D dan E c. Jumlah proton = 6, massa unsur ~2*6 = 12 d. bilangan oksidasi +2

Soal 3. Mineral Erevanite (15 poin)

Erevanite adalah mineral alkali karbonat silikat yang formula umumnya adalah M2CO3.xSiO2. Mineral ini dapat digunakan sebagai bahan dasar pembuatan gelas transparan. Bila sejumlah erevanite dengan berat yang sama dipanaskan, ternyata akan menghasilkan jenis dan jumlah gas yang sama bila erevanite direaksikan dengan larutan asam (HCl dan HF). Dari pengamatan, diperoleh data sbb:

Perlakuan terhadap erevanit (a gram)

Berat endapan yang diperoleh

Berat Residu

Volume gas (STP)

Penguraian dengan pemanasan (900oC)

- 7,32 g 1,35 L

Penambahan larutan HCl 3,61 g - 1,35 L

Penambahan larutan HF 10,6 g - 1,35 L

Diketahui, volume 1 mol gas (STP) = 22,4 L

Bila mineral erevanite hanya mengandung satu jenis logam alkali, maka:

Page 6: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

6

a. Tentukanlah jenis dan jumlah gas yang dibebaskan pada proses perlakuan diatas (2 poin)

b. Tentukanlah logam M dan x dalam komposisi erevanite (dengan perhitungan). (7 poin)

c. Tuliskanlah persamaan reaksi dengan proses perlakuan diatas (lengkap dengan fasanya). (6 poin)

Jawab: a. Gas CO2. (2 poin)

Pada pemanasan (900oC) mineral karbonat silikat akan terdekomposisi, menghasilkan garam silikat (M2SiO3) dan membebaskan gas CO2 Hasil reaksi dengan asam (non-oksidator, HCl dan HF), juga akan membebaskan gas CO2

. Jumlah mol, nCO2 = (1,350)/(22,4) = 0,06 mol (1 poin)

b. Karena mengandung silikat, maka penambahan larutan HCl menghasilkan

komponen endapan (tak larut) adalah silikon dioksida (SiO2, 60 g/mol) nSiO2 = (3,61)/(60) =0,06 mol (2 poin) Berat molekul M2SiO3 = (2m + 76) Silikat residu hasil pemanasan = 7,32 g Mol MSiO3 = mol CO2 = mol SiO2= 0,06 mol Sehingga x = 1 (2 poin) 7,32 = 0,06(2m+76) 7,32 = 0,12x + 4,56 m = (7,32-4,56)/0,12 = 23 Berat atom M = m =23. (3 poin) Unsur M dalam mineral tersebut adalah Na (massa atom =23) Kemungkinan komposisi erevanite adalah: Na2CO3.SiO2 (1 poin)

c. Reaksi yang terjadi: (masing masing 2 poin) lengkap fasanya , Na2CO3.SiO2 � Na2SiO3 + CO2 (g)

900oC

Na2CO3.SiO2 (s)+ 2 HCl (aq) � 2 NaCl + H2O (l) +SiO2 (s) +CO2 (g)

Na2CO3.SiO2 + 6 HF � Na2SiF6 (s) + 3 H2O (l) + CO2 (g)

Page 7: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

7

Soal 4. Bahan Pemutih (14 poin)

Natrium hipoklorit, NaOCl banyak digunakan sebagai bahan pemutih dan zat antiseptik. Suatu larutan antiseptik dibuat dengan melarutkan 0,745 g NaOCl di dalam air sampai volume tepat 100 mL.

Diketahui: Ar O =16, Na =23, Cl = 35,5. Tetapan ionisasi (Ka) asam hipoklorit, HOCl = 10 -8.

a. Tuliskan reaksi pengionan NaOCl dan reaksi hidrolisis yang terjadi. (2 poin) b. Tuliskan pasangan asam–basa konjugasi yang terlibat (2 poin) c. Hitung konsentrasi Na+, OCl-, HOCl, dan OH- di dalam larutan tersebut setelah

tercapai kesetimbangan, nyatakan dengan Mol/L. (4 poin)

Larutan antiseptik dengan pH tertentu dapat dihasilkan dengan mencampurkan larutan HOCl dengan larutan NaOH.

d. Hitung pH larutan antiseptik yang dihasilkan dari pencampuran 100 mL larutan HOCl 0,1 M dengan 50 mL larutan NaOH 0,1 M. (3 poin)

e. Larutan d ditambahkan 1 mmol HCl dengan meneteskan beberapa tetes larutan HCl pekat (volume larutan HCl dapat diabaikan). Hitung pH larutan setelah penambahan HCl. (3 poin)

Jawaban:

a. reaksi pengionan NaOCl + H2O → Na+(aq) + OCl-(aq)

reaksi hidrolisis OCl- + H2O � HOCl(aq) + OH-(aq)

b. pasangan asam-basa konjugasi OCl- dan HOCl

c. [Na+] = 0,1M [OCl-] = 0,1M [HOCl]=[OH-] = 3,1 x 10-4M

d. pH = 8

e. pH = 7,83

Soal 5. Reaksi Redoks (15 poin)

Senyawa K3[Mn(C2O4)3]·xH2O dapat berfungsi sebagai oksidator. Sebanyak 200 mg

sampel K3[Mn(C2O4)3]·xH2O dilarutkan dengan 25 mL air dalam Erlenmeyer 250 mL,

kemudian di tambahkan 1 g KI dan 10 mL HCl 4M, dan iodium yang dihasilkan bereaksi

sempurna dengan larutan natrium tiosulfat, (Na2S2O3) 0,025 M sebanyak 16,32 mL.

a. Tuliskan bilangan oksidasi ion logam dalam senyawa K3[Mn(C2O4)3]·xH2O

(2 poin)

b. Ion mana pada K3[Mn(C2O4)3]·xH2O yang bertindak sebagai oksidator?, tuliskan setengah reaksi reduksinya. (3 poin)

c. Tuliskan setengah reaksi oksidasi KI menjadi iodium (2 poin)

d. Tuliskan persamaan reaksi iodium dengan ion tiosulfat. (3 poin)

e. Berapa mili-ekivalen ion tiosulfat yang bereaksi dengan iodium? (2 poin)

f. Hitung nilai x (3 poin)

Page 8: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

8

Jawaban:

a. K = +1, Mn = +3

b. Mn3+ setengah reaksi reduksi: Mn3++ e → Mn2+

c. 2I-→I2 + 2e

d. I2 + 2S2O32-→2 I-+ S4O6

2-

e. 0,025 x 16,32 = 0,408 mek

f. Mr K3[Mn(C2O4)3]·xH2O = 436 + 18x,

Massa K3[Mn(C2O4)3]·xH2O = [(436 + 18x) 0,408 ] mgram = 200 mgram

Jadi : x = 3

Soal 6: Gas pencemar dan beracun CO (9 poin)

Gas karbon monoksida CO adalah gas beracun yang sangat berbahaya karena dapat bereaksi dengan hemoglobin (Hb) menggantikan O2. Laju reaksi antara hemoglobin (Hb) dan karbon monoksida (CO) dipelajari pada 20°C. Dari hasil observasi,diperoleh data berikut ini:

Ekperimen [Hb]0 (µµµµmol/L)

[CO]0 (µµµµmol/L)

Laju awal (µµµµmol/L·s)

1 2,21 1,00 0,619

2 4,42 1,00 1,24

3 4,42 3,00 3,71

Semua unit konsentrasi dalam µmol/L. Konsentrasi hemoglobin 2,21µmol/L setara dengan 2,21 x 10-6 mol/L.

a. Tentukan order reaksi terhadap Hb dan CO. (3 poin) b. Tentukanlah hukum laju reaksinya (1 poin) c. Hitunglah nilai konstanta laju reaksinya. (2 poin) d. Berapa laju awal untuk eksperimen dengan [Hb]0 = 3,36 µmol/L dan [CO]0 = 2,40

µmol/L? (3 poin)

Dalam gas buang dari knalpot kendaraan bermotor, gas beracun karbon monoksida dapat

terbentuk melalui reaksi antar karbon (jelaga) dengan karbon dioksida:

C(s) +CO2(g) � 2CO(g)

Bila tekanan total pada kesetimbangan tersebut adalah 1,0 atm dan tetapan kesetimbangan

Kp untuk reaksi di atas pada 900°C adalah 1,0.

e. Hitunglah tekanan parsial CO pada kesetimbangan

Page 9: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

9

Jawab:

a. Eksperimen 1 dan 2 : [CO] sama dan beda [Hb].

r 2 = k[Hb]0x[CO]0

y

r 1 k[Hb]0x[CO]0

y

1,24 = k(4,42)x(1,00)y

0,619 k(2,21)x(1,00)y

2 = (4,42/2,21)x = (2)x

x = 1 = order reaksi terhadap Hb

Ekperimen 2 dan 3 [Hb] tetapi [CO] beda

r 3 = 3,71 = k(4,42)x(3,00)y

r 2 1,24 k(4,42)x(1,00)y

3 = (3,00/1,00)y = (3)y

y = 1 = order reaksi terhadap CO

b. Hukum laju: r = k[Hb][CO]

Reaksi order pertama terhadap masing masing reaktan, dan order kedua secara keseluruhan

c. Dari Eksperimen 1 : r = k[Hb][CO]

k = r/[Hb][CO] = (0,619 µmol/L·s)/(2,21 µmol/L)(1,00 µmol/L) = 0,280 L/µmol·s

d. r = k[Hb][CO] = (0,280 L/µmol·s)(3,36 µmol/L)(2,40 µmol/L) = 2,26 µmol/L·s

e. CO2(g) + C(s) � 2CO(g)

1 - α 2α jumlah kesetimbangan zat

(1-α)/(1+α) 2α/(1+α) kesetimbangban perbandingan molar

((1-α)/(1+α))x1 (2α/(1+α))x1 tekanan parsial

Kp = p2(CO)/p(CO2) = 4α

2/(1-α2) ⇒ α = (Kp/(Kp + 4))1/2, α = 0,45

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

Page 10: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

10

Soal 7. Kelarutan garam perak asetat. (14 poin)

Perak asetat, Ag(O2-CCH3), adalah garam yang sedikit larut dalam air. Pada temperatur 20

°C, 100 g air air dapat melarutkan 1,04 gram kristal perak asetat, dan densitas larutan yang

diperoleh adalah 1,01 g/cm3. Diketahui Ka CH3COOH = 1,75x10-5 ; Ag(O2-CCH3) =167 g/mol

a. Hitunglah konsentrasi molar larutan jenuh perak asetat pada 20 °C, jika densitas larutan adalah 1,01 g/cm3. (3 poin)

b. Hitunglah tetapan hasil kali kelarutan untuk perak asetat. (2 poin)

c. Bila dibandingkan dalam air murni, bagaimana kelarutan perak asetat dalam :

i. larutan yang mengandung asam asetat? (2 poin) ii. larutan asam nitrat 0,1 M (2 poin)

Berikan alasannya

d. Ion Ag+ dalam air mengalami hidrolisis dan tetapan hidrolisis, Kh = 2,0 x 10-12

i. Tuliskan reaksi hidrolisis ion Ag+ (2 poin) ii. Bagaimana pH larutan jenuh Ag(O2-CCH3), asam atau basa? Jelaskan (3 poin)

Jawab:

a. Volume larutan jenuh perak asetat jenuh dalam 100 gram air :

Ag(O2-CCH3)] terlarut =

Ag(O2-CCH3)(s) � Ag+(aq) + CH3COO-(aq)

[Ag+] = [CH3COO-] = Ag(O2-CCH3)] terlarut =0,0623M

b. Ksp Ag(O2-CCH3)] = [Ag+][CH3COO

-]=(0,0623)2 =3,875x 10-3

c. i. Kelarutan Ag(O2-CCH3)] dalam asam asetat berkurang (lebih kecil) dibandingkan

dalam air murni (efek ion sejenis, CH3COO-(aq))

Ag(O2-CCH3)(s) � Ag+(aq) + CH3COO-(aq)

H3C-COOH(aq) � H+(aq) + CH3COO

-(aq)

ii. Kelarutan Ag(O2-CCH3)] dalam asam nitrat lebih besar dibandingkan dalam air

murni (efek penambahan ion H+dari HNO3 , karena CH3COO-(aq) berasal dari asam

lemah)

Ag(O2-CCH3)(s) � Ag+(aq) + CH3COO-(aq)

HNO3(aq) � H+(aq) +NO3

-(aq)

H+(aq)+ CH3COO

-(aq) � CH3COOH(aq)

d. i. Ag++ H2O � Ag(OH) + H+

ii. Ag++ H2O � Ag(OH) + H+ Kh= 2,0 x 10-12

Page 11: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

11

CH3-COO- + H2O � H3C-COOH Kh =Kw/Ka = 10

-14/1,75.10-5 =5,7 x 10-10

Karena Kh CH3COO- > Kh Ag

+ maka larutan bersifat basa

Soal 8. Proses pelapisan logam (elektroplating) ( 11 poin)

Proses elektroplating (pelapisan logam) adalah salah satu cara untuk melindungi besi dari korosi (pembentukan karat). Benda dari besi dilapisi dengan logam yang permukaannya relatif kurang reaktif dibandingkan besi, misalnya zinc (Zn). Selembar lempeng besi hendak dilapisi dengan zinc dengan cara elektrolisis (proses electroplating).

Sebagai sumber listrik untuk elektrolisis, digunakan baterei.

a. Identifikasi (tunjukkan) elektroda mana yang dihubungkan dengan kutub negatif dan mana dihubungkan dengan kutub positif baterei, dan jelaskan. (3 poin)

b. i. Identifikasi apa yang akan bertindak sebagai elektroda dalam proses tersebut (1 poin)

ii. setengah reaksi pada setiap elektroda, serta reaksi keseluruhan (3 poin)

c. i. Elektrolit yang digunakan untuk proses elektrolisis (2 poin)

ii. konsentrasi elektrolit sesudah proses elektrolisis (2 poin)

JAWAB:

a. Kutub negatif: Katoda (reduksi) Kutub positif: anoda (oksidasi)

b. i. Katoda: -lempeng Besi, yang akan dilapisi Zn. Anoda: logam/lempeng Zn

Katoda (-): Zn2+ + 2e � Zn(s) Anoda (+): Zn(s) � Zn2+ + 2e

NOTE: Besi tidak mengalami reaksi kimia

c. i. Elektrolit: larutan garam Zn2+ [larutan garam (Zn(NO3)2; Zn SO4] ii. Konsentrasi Zn2+ selama proses dan akhir proses tetap tak berubah Zn2+ berasal dari larutan elektrolitik, akan mengendap sebagai Zn melapisi lempeng besi, (Reduksi): Zn2+ + 2e � Zn(s) Seiring mengendapnya Zn di katoda, maka perlu tambahan ion Zn2+ untuk menjaga konsentrasi Zn2+ supaya tetap (oksidasi):

Zn(s) � Zn2+

(aq) + 2e-

Page 12: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

12

Soal 9. Reaksi Gas Isobutilena (12 poin)

Gas isobutilena dilarutkan dalam H2SO4 63% menghasilkan suatu padatan berwarna putih A. Ketika dipanaskan dalam air, padatan A berubah menjadi zat cair B dengan titik didih 83oC.

a. Gambarkan struktur A dan B. (6 poin)) b. Tuliskan skema reaksi yang terjadi dan nama senyawa A dan B. (6 poin)

Jawab:

a.

b.

Soal 10. Pemanis buatan (16 poin) Sakarin adalah pemanis buatan yang banyak dipakai dalam minuma ringan (soft-drink). Di industry, sakarin dibuat dengan menggunakan bahan dasar metilbenzena melalui tahapan reaksi seperti berikut:

CH3 CH3

SO2Cl

CH3

SONH2

COOH

SONH2

C

SO2

-H2OO

N

H

Sakarin

ClSO3H

I II III

Page 13: Soal Dan Pembahasan OSP Kimia 2009

13

a. i. Reaksi tahap 1 , II dan III termasuk jenis reaksi apa ? (6 poin)

ii. Reagen apa yang dipakai pada tahap reaksi II dan III ? (4 poin)

Jika metilbenzen dinitrasi dengan campuran asam nitrat dan asam sulfat pekat, produknya merupakan isomer dengan rumus molekul C7H7NO2.

b. Tentukan struktur isomer dari C7H7NO2. (4 poin)

JAWAB:

i. Reaksi tahap 1 adalah reaksi SE2 (substitusi elektrofilik) Reaksi tahap II adalah reaksi SN (substitusi nukleofilik) dan reaksi tahap III adalah reaksi oksidasi. ii.

b. Isomer yang terbentuk adalah:

CH3

SO2Cl

CH3

SONH2

COOH

SONH2

III

NH3/CH3OHpemanasan

II

KMnO4, Al3+

ref lukb).

CH3

NO2

CH3

NO2

dan