5.5 Stoikiometri Gas

Dalam Bab 3 telah dipelajari hubungan antara jumlah zat (dalam mol) dan massa (dalam gram) reaktan dan produk untuk memecahkan masalah stoikiometri larutan. Jika reaktan dan/atau produk adalah gas, dapat juga digunakan hubungan antara jumlah zat (mol, n) dan volume (V) untuk menyelesaikan masalah tersebut (Gambar 5.13). Contoh 5.11, 5.12, dan 5.13 menunjukkan bagaimana hukum gas digunakan dalam perhitungan ini.

Gambar 5.13 Perhitungan stoikiometri yang melibatkan gas.

Contoh 5.11 

Hitung volume O₂ (dalam liter) yang dibutuhkan untuk pembakaran total 7,64 L asetilena (C₂H₂) yang diukur pada suhu dan tekanan yang sama.

2C₂H₂(g) + 5O₂(g) → 4CO₂(g) + 2H₂O(l)

                      2 mol         5 mol

Strategi 

Perhatikan bahwa suhu dan tekanan O₂ dan C₂H₂ adalah sama. Hukum gas mana yang diperlukan untuk menghubungkan volume gas dengan mol gas?

Penyelesaian

Menurut hukum Avogadro, pada suhu dan tekanan yang sama, jumlah mol gas secara langsung berkaitan dengan volumenya. Dari persamaan, ada 5 mol O₂ ∞ 2 mol C₂H₂; oleh karena itu, dapat ditulis 5 L O₂ ∞ 2 L C₂H₂. Volume O₂ yang akan bereaksi dengan 7,64 L C₂H₂ diberikan oleh

Latihan

Dengan asumsi tidak ada perubahan suhu dan tekanan, hitung volume O₂ (dalam liter) yang diperlukan untuk pembakaran total 14,9 L butana (C₄H₁₀):

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

Contoh 5.12

Natrium azida (NaN₃) digunakan dalam kantong udara (air bag) mobil. Dampak tabrakan memicu reaksi penguraian NaN₃ sebagai berikut:

2NaN₃(s) → 2Na(s) + 3N₂(g)

Gas nitrogen yang diproduksi dengan cepat meningkatkan volume kantong antara pengemudi dan kaca depan dan dashboard. Hitung volume N₂ yang dihasilkan pada 80°C dan 823 mmHg dari penguraian 60,0 g NaN₃.

Strategi 

Dari persamaan setara dapat dilihat bahwa 2 mol NaN₃ ∞ 3 mol N₂ sehingga faktor konversi antara NaN₃ dan N₂ adalah

Karena massa NaN₃ diketahui, dapat dihitung jumlah mol NaN₃ dan jumlah mol N₂ yang dihasilkan. Akhirnya, dapat dihitung volume N₂ menggunakan persamaan gas ideal.

Penyelesaian

Pertama, hitung jumlah mol N₂ yang dihasilkan oleh 60,0 g NaN₃ menggunakan urutan konversi berikut

gram NaN₃ → mol NaN₃ → mol N₂

sehingga

Volume 1,38 mol N₂ dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan gas ideal:

Latihan

Persamaan untuk pemecahan metabolisme glukosa (C₆H₁₂O₆) adalah sama dengan persamaan untuk pembakaran glukosa di udara:

C₆H₁₂O₆(s) + 6O₂(g) → 6CO₂(g) + 6H₂O(l )

Hitung volume CO₂ yang dihasilkan pada 37°C dan 1,00 atm jika 5,60 g glukosa digunakan dalam reaksi.

Contoh 5.13

Larutan litium hidroksida dalam air digunakan untuk memurnikan udara dalam pesawat antariksa dan kapal selam karena larutan ini menyerap karbon dioksida, yang merupakan produk akhir dari metabolisme, menurut persamaan

2LiOH(aq) + CO₂(g) → Li₂CO₃(aq) + H₂O(l)

Tekanan karbon dioksida di dalam kabin kapal selam yang memiliki volume 2,4 x 10⁵ L adalah 7,9 x 10⁻³ atm pada 312 K. Larutan litium hidroksida (LiOH) dengan volume yang dapat diabaikan dimasukkan ke dalam kabin. Akhirnya tekanan CO₂ turun menjadi 1,2 x 10⁻⁴ atm. Berapa gram litium karbonat yang terbentuk oleh proses ini?

Strategi 

Bagaimana menghitung jumlah mol CO₂ yang bereaksi dari penurunan tekanan CO₂? Dari persamaan gas ideal dapat dituliskan

Pada T dan V tetap, perubahan tekanan CO₂ (ΔP) sesuai dengan perubahan jumlah mol CO₂ (Δn). Demikian,

Apa faktor konversi antara CO₂ dan Li₂CO₃?

Penyelesaian

Penurunan tekanan CO₂ adalah (7,9 x 10⁻³ atm) - (1,2 x 10⁻⁴ atm) atau 7,8 x 10⁻³ atm. Oleh karena itu, jumlah mol CO₂ yang bereaksi diberikan oleh

Dari persamaan kimia, bahwa 1 mol CO₂ ∞ 1 mol Li₂CO₃, sehingga jumlah Li₂CO₃ yang terbentuk juga 73 mol. Kemudian, dengan massa molar Li₂CO₃ (73,89 g), dapat dihitung massanya:

Latihan

Sampel 2,14 L gas hidrogen klorida (HCl) pada 2,61 atm dan 28°C sepenuhnya dilarutkan dalam 668 mL air membentuk larutan asam klorida. Hitung molaritas larutan asam. Asumsikan tidak ada perubahan volume.