azas teknik k imia
TRANSCRIPT
MODUL AJAR
PENGANTAR PERHITUNGAN DALAM
TEKNIK KIMIA
Oleh :
FARIDAH, ST, M.Sc
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA INDUSTRIJURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI LHOKSEUMAWETAHUN 2012
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 1
HALAMAN PENGESAHAN
PENGANTAR PERHITUNGAN DALAM TEKNIK KIMIA
Kegiatan Pembuatan modul ajar ini dibiayai dengan sumber dana DIPA
Politeknik Negeri Lhokseumawe Tahun Anggaran 2012.
Menyetujui Penyusun,Ketua Jurusan Teknik Kimia,
Ir. M. Yunus, MT Faridah, ST, M.ScNIP. 19651231 199303 1 020 NIP. 19770306 2002 12 2 003
Mengetahui/mengesahkan Pembantu Direktur I,
(Dr. T. Rihayat, ST, MT) NIP. 19690710 1997 02 1 001
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 2
HALAMAN PENGESAHAN REVIEWER
Penulisan Modul Ajar Pengantar Perhitungan Teknik Kimia yang dibuat oleh :
Nama : Faridah, ST, M.Sc
NIP : 19770306 200212 2 003
Jurusan : Teknik Kimia
Telah memenuhi syarat-syarat Modul Ajar yang dibiayai dengan Sumber Dana DIPA Politeknik Negeri Lhokseumawe Tahun Anggaran 2012.
Telah diperiksa oleh :
Reviewer:
1. Ir. Sariadi, MT
NIP. 19631222 199303 1 001 ………………………
2. Dr. T. Rihayat, ST, MT
NIP. 1960710 199702 1 001 ………………………
3. Ir. Harunsyah, M.Eng.Sc
NIP. 19650330 199303 1 001 ………………………
Menyetujui,Ka. Unit P2AI
Ir. Hanafiah HZ, MT NIP. 195608151989021001
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 3
DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN INSTITUSI..................................................................iiHALAMAN PENGESAHAN REVIEWER....................................................iiiDAFTAR ISI..................................................................................................................ivKATA PENGANTAR...................................................................................................viPRAKATA.........................................................................................................vii
TOPIK 1. PERSAMAAN KIMIA................................................................................ 1 1.1 Pendahuluan.............................................................................................. 1 1.2 Tujuan Khusus Topik................................................................................ 1 1.3 Prasyarat Topik.......................................................................................... 2 1.4 Hukum Kekekalan Massa............................................................... ..........3 1.5 Reaksi Kimia............................................................................................. 4 1.6 Jenis-Jenis Reaksi Kimia........................................................................... 7 1.7 Persamaan Reaksi Kimia........................................................................... 7 1.8 Beberapa Hubungan dalam Penyelesaian Persamaan Kimia.......... .........9 1.9 Rangkuman................................................................................................ 13 1.10 Pertanyaan................................................................................................. 14 1.11 Model Jawaban.......................................................................................... 15 1.12 Tugas......................................................................................................... 15 1.13 Tindak Lanjut............................................................................................ 16 1.14 Daftar Titik Penampilan............................................................................ 17 1.15 Cek Kemampuan....................................................................................... 17
TOPIK II. STOIKIOMETRI........................................................................................ 18 2.1 Pendahuluan.............................................................................................. 18 2.2 Tujuan Khusus Topik................................................................................ 18 2.3 Prasyarat Topik.......................................................................................... 19 2.4 Pengertian Stoikiometri............................................................................. 19 2.5 Hubungan Stoikiometri Dengan Koeffesien Reaksi................................. 21 2.6 Hubungan Stoikiometri Dengan Massa..................................................... 22 2.7 Reaktan Pembatas...................................................................................... 23 2.8 Rangkuman ............................................................................................... 27 2.9 Pertanyaan................................................................................................. 28 2.10 Model Jawaban..........................................................................................29 2.11 Tugas......................................................................................................... 29 2.12 Tindak Lanjut............................................................................................ 30 2.13 Daftar Titik Penampilan............................................................................ 31
TOPIK III. REAKSI KIMIA DI INDUSTRI.............................................................. 323.1 Pendahuluan................................................................................................ 323.2 Tujuan Khusus Topik.................................................................................. 323.3 Prasyarat Topik........................................................................................... 333.4 Reaksi Kimia Dalam Industri Kimia.......................................................... 333.5 Memilih Pereaksi Sebagai Pembatas dan Berlebih .................................... 443.6 Rangkuman................................................................................................ 50
3.7 Pertanyaan................................................................................................... 51 3.8 Model Jawaban............................................................................................52Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 4
3.9 Tugas........................................................................................................... 53 3.10 Tindak Lanjut............................................................................................55 2.11 Daftar Titik Penampilan............................................................................56
DAFTAR PUSTAKA.....................................................................................................57LAMPIRAN
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 5
KATA PENGANTAR
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia merupakan bagian dari
materi mata kuliah Azas Teknik Kimia yang di jadwalkan pada semester I di Prodi
Teknik Kimia Industri Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe. Modul
ajar ini dikembangkan untuk mahasisiwa semester I yang merupakan mata kuliah dasar
bagi mahasisiwa. Modul ajar ini memiliki tiga bab yang terdiri dari bab 1 tentang
persamaan reaksi, bab II tentang stoikiometri dan bab III tentang reaksi kimia di Industri.
Semua bab yang ada di modul ajar ini menjelaskan tentang perhitungan-perhitungan
dasar dalam menyelesaikan soal-soal reaksi yang terdapat di industri kimia.
Modul ajar di buat memiliki tujuan instruksional adalah untuk membantu
mahasiswa dalam proses belajar mengajar dan selain itu untuk mempermudah mahasiswa
memahami mata kuliah perhitungan Teknik Kimia Industri, dimana modul pengantar
perhitungan teknik kimia merupakan bagaian dari silabus mata kuliah Azas Teknik
Kimia. Disini mahasiswa yang akan mengambil mata kuliah harus sudah memahami
tentang ilmu dasar seperti, matematika, kimia dasar, kimia organik dan kimia fisika.
Dengan adanya modul ajar pengantar perhitungan Teknik Kimia diharapkan
mempermudah bagi mahasiswa dalam memahami mata kuliah Azas Teknik Kimia.
Modul ajar ini masih banyak kekurangan yang harus diperbaiki di kemudian hari.
Oleh karena itu adanya saran-saran dan petunjuk yang mendukung untuk perbaikan
modul ajar sangat diharapkan.
Lhokseumawe, 1 Desember 2012Ka. Prodi Teknik Kimia Industri
Alfian Putra, ST, M.Agric19730315 200212 1 001
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 6
PRAKATA
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Teknik Kimia adalah bagian sub topik dari
mata kuliah Azas Teknik Kimia yang akan diikuti oleh mahasiswa Prodi Teknik Kimia
Industri pada Jurusan Teknik Kimia. Pada topik modul ajar pengantar perhitungan dalam
teknik kimia mempunyai waktu pertemuan 4 jam/minggu. Topik ini akan diselesaikan
selama 16 jam. Modul ajar pengantar dalam perhitungan teknik kimiai merupakan suatu
acuan yang dipergunakan oleh staf pengajar dan mahasiswa dalam melaksanakan proses
belajar mengajar.
Setelah mempelajari pengantar perhitungan teknik kimia mahasiswa Prodi Teknik
Kimia Industri pada Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe akan mampu
menjelaskan dan menerapkan penggunaan perhitungan-perhitungan dasar di dalam
industri kimia.
Lhokseumawe, 1 Desember 2012
Penulis
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 7
TOPIK 1
PERSAMAAN KIMIA
1.1PendahuluanDalam industri kimia sering ditemukan sebuah reaksi yang memerlukan
sebuah perhitungan. Perhitungan-perhitungan yang berasal dari suatu reaksi kimia
dalam menghasilkan suatu produk. Reaksi kimia yang terjadi ditampilkan dalam
suatu persamaan reaksi yang mengambarkan jumlah kuantitatif dan kualitatif dari
suatu reaksi kimia. Persamaan kimia mengambarkan berapa banyak reaktan/bahan
baku/pereaksi digunakan dan mengambarkan berapa banyak produk yang didapat
dari reaktan/bahan baku/pereaksi yang digunakan, sehingga persamaan kimia
diperlukan untuk menjabarkan reaksi kimia yang terjadi. Oleh karena itu dalam
topik ini akan menjelaskan persamaan kimia yang terjadi dari suatu reaksi kimia
dengan mengkaji reaksi kimia yang terjadi pada bidang teknik khususnya teknki
kimia.
Topik ini akan ditampilkan secara sistematis dan disesuaikan dengan
kebutuhan materi dalam matakuliah Azas Teknik Kimi berdasarkan silabus
program studi Teknik Kimia Industri Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri
Lhokseumawe. Untuk mempermudah memahami materi persamaan reaksi ini,
maka topik persamaan reaksi akan menjelaskan beberapa sub pokok bahasan,
meliputi:
1. Reaksi Kimia
2. Reaktan/perekasi
3. Hasil reaksi/produk
4. Persamaan reaksi
5. Koefesien reaksi
1.2Tujuan Khusus TopikSetelah mempelajari topik persamaa kimia diharapkan mahasiswa
mempunyai kemampuan:Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 8
1. Menjelaskan hukum kekekalan massa
2. Menjelaskan defenisi reaksi kimia dan persamaan kimia
3. Menjelaskan yang dimaksud dengan reaktan, pereaksi, hasil reaksi dan
produk
4. Menjelaskan dan mampu membuat persamaan kimia
5. Menjelaskan mampu menyetarakan persamaan kimia
6. Menjelaskan fungsi koefesien reaksi dalam persamaan kimia
1.3Prasyarat Topik
1.3.1 Prasyarat tenaga pengajarPrasyarat yang harus dipenuhi oleh tenaga pengajar dalam memberikan
topik ini adalah:
1. Tenaga pengajar harus mempunyai Satuan Acara Perkuliahan
(SAP) dan Garis Besar Program Pengajaran (GBPP) sesuai dengan
tatap muka di kelas yang terdapat pada silabus Program Studi
Teknik Kimia Industri untuk mahasiswa semester I.
2. Dalam memberikan materi pembelajaran tenaga pengajar harus
menggunakan referensi yang sesuai dengan topik bahasan yang
diajarkan dengan mudah serta dapat di akses oleh mahasiswa
3. Tenaga pengajar harus memiliki pengetahuan tentang kimia dasar,
kimia fisika, dan matematika
1.3.2 Prasyarat mahasiswaPrasyarat yang harus dipenuhi oleh mahasiswa yang mengikuti
perkuliahan pada topik persamaan kimia adalah:
1. Mahasiswa mengetahui ilmu dasar untuk kimia dasar, kimia fisika, dan
matematika
2. Mahasiswa pada semester 1 pada Program Studi Teknik Kimia Industri
Jururusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
3. Mahasiswa harus memiliki kehadiran dikelas minimal 80%
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 9
1.4 Hukum Kekekalan MassaSalah satu sifat kimia yang dapat dilihat
pada kayu yang terbakar. Misalkan pada
pembakaran sebatang kayu pada api unggun hingga
yang tertinggalhanya seonggok abu. Selama
pembakaran, asap, panas dan cahayadilepaskan.
Mudah dilihat bahwa terjadi suatu perubahan kimia.
Mula-mula anda mungkin berfikir bahwa terjadi
kehilangan zat selamaperubahan tersebut karena
onggokan abunya terlihat begitu
sedikitdibandingkan kayunya.
Namun misalkan selama pembakaran anda dapat mengumpulkan semua
oksigen di udara yang bercampur dengan kayu.Dan misalkan anda dapat
mengumpulkan asap dan gas yang terlepas darikayu yang terbakar, serta
mengukur massanya. Barulah anda akan dapatibahwa tidak ada massa yang hilang
selama pembakaran. Tidak saja pada proses pembakaran, pada semua perubahan
kimiatidak ada massa yang hilang atau terbentuk. Dengan kata lain, zat
tidakterbentuk atau hilang selama suatu perubahan kimia.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 10
Hukum Kekekalan Massa olehAntoine Laurent Lavoiser (1789)
Tidak ada penambahan atau pengurangan massa zat dalam reaksi (massa zat kekal/tetap), Sehingga massa zat-zat hasil reaksi sama dengan massa zat-
zat yang bereaksi
Gambar 1. Api unggun
Contoh 1.1:
1. 56 g besi (Fe) bereaksi dengan 32 g belerang (S) menghasilkan 88 g
senyawa besi sulfida (FeS).
2. C2H5OH + O2 → CO2 + H2O
massa C2H5OH + massa O2 = massa CO2 + massa H2O
3. CaCO3 → CaO + CO2
massa CaCO3 = massa CaO + massa CO2
4. Fe + 2 S → FeS2
massa Fe + massa S = massa FeS2
1.5Reaksi KimiaSebelum membahsa lebih lanjut tentang reaksi kimia, terlebih dahulu
penulis menjelaskan perubahan-perubahan yang terjadi pada zat-zat yang ada di
alam ini.
Pada zat/materi mengalami dua perubahan yaitu:
1. Perubahan fisika adalah perubahan materi yang tidak menghasilkan materi
baru dan hanya bersifat sementara.
Perubahan fisika à campuran
air + gula + pewarna merah --à sirup
Sifat air = cair, tak beracun
Gula = padatan manis
Pewarna merah = warna merah
Sirup = cairan merah rasa manis
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 11
2. Perubahan Kimia
Perubahan kimia adalah perubahan materi yang menghasilkan materi baru dan
tidak dapat kembali menjadi materi asal.Materi baru adalah materi yang sifat-
sifatnya berlainan dengan materi asal dan sifat tersebut tidak dapat kembali ke
sifat asalnya.
Perubahan kimia / reaksi kimia à senyawa
Logam Na + gas Cl2 ---à NaCl (garam dapur)
Logam Na = logam reaktif, warna putih,
dapat diiris dengan pisau, dengan air terbakar/ meledak.
Gas Cl2 = gas warna hijau, beracun
NaCl = padatan putih, rasa asin, tidak beracun.
Contoh 1.2: (Perubahan Fisika) :
Air membeku menjadi es, gula larut dalam air, pembuatan garam, logam
dipanaskan, kayu atau kertas dipotong-potong.
Contoh 1.3: (Perubahan Kimia) :
Proses fotosintesis, besi berkarat, meledaknya bom/petasan, proses peragian,
makanan membusuk, perubahan warna, proses pernafasan.
Untuk selanjutnya perubahan kimia disebut reaksi kimia. Berdasarkan
hasil eksperimen, dapat disimpulkan gejala-gejala yang menyertai reaksi kimia
yaitu:
1. Terbentuknya endapan
2. Terbentuknya gelembung-gelembung gas
3. Terjadinya perubahan warna
4. Terjadinya perubahan suhu / kalor
Reaksi kimia merupakan contoh yang paling sesuai untuk perubahankimia.
Pada reaksi kimia, satu zat atau lebih diubah menjadi zat baru. Zat-zatyang
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 12
bereaksi disebutpereaksi (reaktan).Zat baru yang dihasilkandisebut hasil reaksi
(produk). Hubungan ini dapat ditulis sebagai berikut.
Pereaksi Hasil reaksi
atau
Reaktan Produk
Gambar 2. Jika larutan timbal (II) nitrat dan kalium iodida dicampur, terbentuk padatan berwarna kuning menyala . Padatan kuning tersebut, timbal (II) iodida, terdapat di dasar gelas kimia, dan cairan dalam gelas kimia adalah larutan kalium nitrat
Oleh karena itu, reaksi kimia adalah perubahan yang terjadi saat satu atau
lebih zat terkonversimenjadi zat lain, dinyatakan dengan persamaan reaksi yang
menunjukkanhubungan molar antara reaktan dan produk.
Contoh 1.4.:
Jika kita meniup menggunakan sedotan ke dalam larutan yang
mengandungCa(OH)2, terjadi reaksi berikut:
Ca2+ + H2O + CO2 CaCO3 + 2H+
Persamaan di atas menunjukkan bahwa satu mol Ca2+ membutuhkan satu molCO2
untuk bereaksi yang menghasilkan produk satu mol padatan CaCO3 dan 2mol ion
H+. Jika diketahui larutan mengandung 0,10 gram ion Ca2+, maka jumlah CO2
yangdibutuhkan dapat dihitung dengan cara berikut:
Ca2+ + H2O + CO2 CaCO3 + 2H+
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 13
0, 1 X
1 mol Ca2+ = 1 mol CO2
Jadi CO2 yang dibutuhkan:
¿ 0,1 gr
40 grmol
x 44 grmol
¿0,11 gr CO2
1.6Jenis-Jenis Reaksi Kimia1. Reaksi penggabungan: dua reaktan bergabung membentuk senyawa baru.
H2 + Cl2 2HCl
2. Reaksi pertukaran: dua rekatan saling mempertukarkan ionnya.
NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3
5. Reaksi pembakaran: reaksi yang melibatkan oksigen atau udara sebagai
reaktan.
C2H5OH + O2 2CO2 + 3H2O
4. Reaksi oksidasi dan reduksi (redoks): reaksi yang mengoksidasi dan
ataumereduksi suatu zat. Contoh: reaksi pembakaran.
5. Reaksi penggantian: reaksi dimana suatu komponen menggantikan
komponen lainnya. Contoh: reaksi redoks berikut:
2Al + Fe2O3 → 2Fe + Al2O3
dimana Al menggantikan Fe di dalam oksida.
1.7 Persamaan Reaksi KimiaPersamaan kimia dalam suatu reaksi kimia dapat memberikan informasi
kwalitatif dan kwantitatif yang sangat penting pada perhitungan-perhitungan
massa dan volume bahan yang terlibat dalam proses kimia. Dimana persamaan
kimia digunakan untuk menjabarkan reaksi kimia yang ada di dalam proses kimia.
Persamaan reaksi kimia adalah suatu pernyataan yang menggambarkan reaksi
kimia menggunakan rumus kimia dan lambang lambang lain. Beberapa lambang
yang digunakan pada persamaan reaksi kimia terdiri dari :
1. : menghasilkan
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 14
2. + : ditambah
3. (s) : padatan (s = solid)
4. (g) : gas (g = gas)
5. (l) : cairan atau leburan (l = liquid)
6. (aq) : terlarut dalam air (aq = aquous)
Persamaan kimia merupakan suatu gambaran atau data yang memuat data
kualitatif dan kuantitatif dalam suatu reaksi kimia. Gambaran kualitatif dapat
berupa :
o zat pereaksi (reaktan)
o zat hasil reaksi (produk)
o efek panas (endoterm/eksoterm)
sedangkan gambaran kuantitatif dapat berupa :
o komposisi
o hubungan kuantitatif
o jumlah
Suatu persamaan reaksi :
a A + b B c C + d D
Reaksi di atas mempunyai arti:
1. Kualitatif, yaitu bahan apa yang direaksikan dan yang dihasilkan. Dimana
bahan A dan B merupakan reaktan atau pereaksi, sedangkan bahan C dan D
merupakan produk atau hasil reaksi.
2. Kuantitatif, yaitu perbandingan mol-mol sebelum dan sesudah reaksi. Jika 1
mol A bereaksi maka (b/a) mol B yang bereaksi.
Contoh 1.5.:Pernyataan yang mengaplikasikan persamaan rekasi yang terjadi
pada sebuah persamaan kimia diantaranya:Logam kalsium akan bereaksi dengan cairan air
1. Reaksi logam kalsium yang bereaksi dengan cairan air membentuk padatan
kalsium hidroksida dan gas hidrogen.Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 15
2. Ca(sCa(s) + 2 H2O(l) Ca(OH) 2(s) + H2(g)
Reatan Produk
2. Persamaan reaksi dapat menjabarkan reaksi yang terjadi dan menjabarkan
lambang-lambang di sebelah kanan rumus-rumus tersebut adalah (s) untuk
padatan, dan (aq) untuk larutan, yang berarti “terlarut dalam air”.
Pb(NO3)2(aq) + 2Kl(aq) Pbl2(s) + 2KNO3(aq).
3. Dengan persamaan reaksi yang lengkap, dapat digambarkan adanya efek
panas pada reaksi dan reaksi dapat balik atau reaksi searah.
N2 + 3H2 2NH3 ▲Hf= -1230 kj
Kualitatif:Reaktan N2 dan H2 serta produk NH3 yang merupakan reaksi bolak
balik yang eksoterm dengan menghasilkan panas yang dinyatakan dengan
▲Hf.
Kuantitatif :
- 1 molekul N2 berekasi dengan 3 molekul H2 untuk menghasilkan 2
molekul NH3
- N molekul N2 berekasi dengan 3 N molekul H2 untuk menghasilkan 2N
molekul NH3 (N=bilangan avogadro/ 6,023 x 1023)
- 1 mol N2 berekasi dengan 3 mol H2 untuk menghasilkan 2 mol NH3
1.8 Beberapa Hubungan Dalam Penyelesaian
Persamaan KimiaPenyelesaian persamaan kimia dapat dilakukan berbagai cara dalam suatu
persamaan kimia. Dibawah ini ada beberapa cara dalam menyelesaikan persamaan
kimia.
1.8.1 Menulis Persamaan Kimia Yang Balans
Angka yang terdapat didalam persamaan kimia yang terletak didepan
unsur atau senyawa dari suatu reaksi kimia disebut dengan koefesien reaksi. Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 16
Koeffesien reaksi ini diperlukan untuk menyamaan jumlah atom/unsur yang
terdapat dalam persamaan reaksi. Jumlah atom/unsur di reaktan dan di produk
harus sama, ini sesuai dengan hukum kekekalan massa.
Contoh 1.6:
_Al + _HCl → →_AlCl3 + _H2Reaktan Produk
Penyelesaian:
1. Beri tanda untuk diisi dengan koefisien setiap reaktan dan produk
2. Beri koefisien 1 pada AlCl3kemudian koefisien 3 pada HCl dan 3/2 pada H2
1Al + 3HCl → →1AlCl3 + 3/2H2
Reaktan Produk
Contoh 1.7:
Amonia adalah bahan dasar dalampembuatan pupuk urea. Di industri, amonia
dihasilkan melalui proses Haber yang menggunakan gas nitrogendan hidrogen
sebagai reaktan. Tuliskan persamaankimia yang balans untuk proses ini.
Penyelesaian :
_N2 + H2_NH3
Mulailah dengan koefisien 1 untuk NH3, sebab spesies paling rumit, Jadi
koefisien N2 = 1/2, koefisien H2 = 1 ½,
kemudian semua koefisien dikalikan dua menjadi:
N2 + 3 H2 2 NH3
Contoh 1.8:
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 17
Koefesien reaksi reaktan = koefesien reaksi produk
Proses Hargreaves ialah proses industri untuk membuat Na2SO4 yang
digunakan dalam pembuatan kertas. Bahan awalnya ialah NaCl, SO2, H2O, dan
O2.HCl dihasilkan sebagai hasil sampingan. Tuliskan persamaan kimia
yang balans untuk proses ini.
Penyelesaian:
_NaCl + _SO2 + H2O + _O2_Na2SO4 + _HCl
Mulailah dengan koefisien 1 untuk Na2SO4, sebab spesies paling rumit, Jadi
koefisien NaCl = 2, koefisien SO2 = 1
2 NaCl + SO2 + _H2O + _O2Na2SO4 + _HCl
Berikutnya koefisien HCl = 2 dan koefisien H2O = 1.
2 NaCl + SO2 + H2O + _O2Na2SO4 + 2 HCl
Akhirnya, atom oksigen harus disetarakan. Ada 4 atomO di kanan, tetapi di kiri
hanya terdapat 2 atom O dariSO2 dan 1 atom O dari H2O; jadi, koefisien O2 = ½ :
2 NaCl + SO2 + H2O + ½O2Na2SO4 + 2 HCl
Kalikan semua koefisien dengan 2 :
4 NaCl + 2 SO2 + 2 H2O + O22 Na2SO4 + 4 HCl
1.8.2 Hubungan Massa Dalam Persamaan Reaksi Kimia
Pada persamaan reaksi kimia terdapat hubungan antara massa reaktan dan
produknya yang sering disebut dengan disebut stoikiometri (Yunani: stoicheion =
unsur + metron = ukuran). Penjelasan tentang stoikiometri akan dijabarkan lebih
lanjut pada topik II. Pada bab ini hanya menjelaskan bagaimana hubungan massa
dengan reaksi kimia yang terjadi. Stoikiometri dapat dilihat pada persamaan
dibawah ini.
2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O
Artinya :
2 mol C4H10 + 13 mol O2→ 8 mol CO2 + 10 mol H2O
116,3 g C4H10 + 416,0g O2 → 352,1 g CO2 + 180,2 g H2O
Contoh 1.9:
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 18
Kalsium hipoklorit, Ca(OCl)2, digunakan sebagai bahan pemutih. Senyawa ini
dihasilkan dari NaOH, Ca(OH)2,dan Cl2 menurut persamaan :
2 NaOH + Ca(OH)2 + 2 Cl2Ca(OCl)2 + 2 NaCl + 2 H2O
Berapa gram Cl2 dan NaOH yang bereaksi dengan 1067 gCa(OH)2, dan berapa
gram Ca(OCl)2 yang dihasilkan?
Penyelesaian:
Jumlah mol Ca(OH)2 yang dikonsumsi ialah
1067 g Ca(OH)2
------------------------ = 14,40 mol Ca (OH)2
74,09 g mol-1
2 NaOH + Ca(OH)2 + 2 Cl2Ca(OCl)2 + 2 NaCl + 2 H2O
Jika 14,40 mol Ca(OH)2 bereaksi maka:
mol NaOH = 28,80 mol NaOH
mol Cl2 = 28,80 mol Cl2
mol Ca(OCl)2 = 14,40 mol Ca(OCl)2
Dari jumlah mol dan massa molar reaktan serta produknya, massa yang
dicari ialah :
massa NaOH = (28,80 mol)(40,00 g mol-1) =1152 g
massa Cl2 = (28,80 mol)(70,91 g mol-1) =2042 g
massa Ca(OCl)2= (14,40 mol)(142,98 g mol-1) =2059 g
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 19
1.9 RangkumanDari penjabaran teori yang dijelaskan pada topik ini, maka dapat dibuat
suatu rangkuman sebagai berikut:
1. Hukum kekekalan massa menyatakan bahwa massa zat sebelum reaksisama
dengan setelah reaksi.
2. Pada persamaan reaksi ruas kiri adalah reaktan (zat yang direaksikan)dan ruas
kanan adalah produk (zat yang dihasilkan).
3. Persamaan reaksi kimia adalah suatu pernyataan yangmenggambarkan reaksi
kimia menggunakan rumus kimia dan lambang-lambang lain. Lambang yang
digunakan adalah: = menghasilkan, += ditambah, (s) = padatan, (g) = gas, (l)
= cairan atau leburan, dan (aq) = terlarut dalam air.
4. Koefisien adalah angka di depan zat dalam persamaan reaksi yang
menunjukkan jumlah unit masing-masing zat.
5. Persamaan reaksi kimia yang setara mempunyai jumlah atom masing-masing
unsur yang sama pada kedua ruas persamaan tersebut.
6. Langkah-langkah menyetarakan reaksi:
a. Gambarkan reaksi dalam kata-kata, letakkan pereaksi disisi kiri danhasil
reaksi di sebelah kanan.
b. Tulis persamaan reaksi kimia untuk reaksi tersebut menggunakanrumus-
rumus dan lambang-lambang.
c. Setarakan atom dalam persamaan.
d. Hitunglah koefisien yang menyetarakan persamaan tersebut.
7. Persamaan reaksi kimia memiliki hubungan dengan massa suatu zat yang
bereaksi.Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 20
8. Hubungan massa dalam persamaan reaksi kimia dapat dilakukan perhitungan
dengan menggunakan stoikiometri.
1.10 Pertanyaan1. Apakah massa sebelum reaksi sama dengan massa sesudah reaksi?
2. Jelaskan dan berikan contoh perubahan yang terjadi pada materi.
3. Pada reaksi kimia perubahan apa yang terjadi?
4. Setarakan persamaan reaksi berikut.
1. KOH + H3AsO4K2HAsO4 + H2O
2. Si2H6 + H2OSi(OH)4 + H2
3. Al +NH4ClO4Al2O3 + AlClO3 + NO + H2O
4. K2MnF6 + SbF5KSbF6 + MnF3 + F2
5. K2MnO4 + CO2 + H2OKMnO4 + KHCO3 + MnO2
5. Fermentasi gula menghasilkan etanol dinyatakan
denganpersamaan reaksi: C6H12O6(s)C2H5OH (l) + CO2(g)
1. Setarakan persamaan reaksi tersebut
2. Berapa massa etanol dalam gram yang dihasilkan dari 90 gram
gula.
3. Berapa massa (g) gula yang diperlukan untuk menghasilkan 56 g
CO2
4. Berapa massa (g) gula yang diperlukan untuk menhasilkan 4,50
x 1022 molekul etanol.
6. Gas nitrogen dapat dibuat dengan melewatkan amonia di atas
tembaga (II) oksida panas sesuai dengan persamaan reaksi:
CuO (s) + NH3 (g)N2 (g) + Cu (s) + H2O (g)
Jika 17 gram NH3 dan 200 gram CuO dicampur:
a. Setarakan persamaan reaksi diatas
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 21
b. Tentukan jumlah mol NH3 dan CuO yangdireaksikan
c. Hitung satuan jumlah pereaksi (sjr) masing-masing pereaksi.
1.11 Model Jawaban1. Pelajari materi pada Sub Topik 1.4 (halaman 3)
2. Pelajari materi pada Sub Topik 1.5 (halaman 4)
3. Pelajari materi pada Sub Topik 1.5 (halaman 4)
4. Pelajari materi pada Sub Topik 1.7 (halaman 9)
5. Pelajari materi pada Sub Topik 1.7 (halamn 10)
6. Pelajari materi contoh soal 1.9 (halaman 11)
1.12 Tugas1. Carilah reaksi fotosintesis dan setarakan reaksi tersebut.
2. Carilah reaksi pembakaran gas karbit, dan setarakan reaksi tersebut
3. Tuliskan reaksi berikut dan setarakan:
a. Logam tembaga direaksikan dengan padatan belerang
menghasilkantembaga (I) sulfida, Cu2S
b. Logam natrium direaksikan dengan air menghasilkan larutannatrium
hidroksida (NaOH) dan gas hidrogen.
4. Sebutkan reaktan dan produk dari reaksi berikut
2B(s) + 3I2(g) 2BI(s)
5. Setarakan reaksi berikut
a. N2(g) + H2(g) NH(g)
b. N2O5(g) + H2O(l) HNO
c. C3H8(g) + O2(g) CO2 (g)+ H2O(l).
6. Besi cair dibuat dari bijih besi (Fe2O3) dengan tigalangkah dalam tanur sembur
sebagai berikut:Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 22
Fe2O3 (s) + CO (g)Fe3O4 (s) + CO2 (g)
Fe3O4 (s) + CO (g)FeO (s) + CO2 (g)
FeO (s) + CO (g)Fe (l) + CO2 (g)
Berapa massa (g) besi yang dihasilkan dari 125gram Fe2O3 ?
1.13 Tindak LanjutPada bagian 1.9, 1. 11 dan 1.14 diwajibkan kepada mahasiswa untuk
menyelesaikan beberapa pertanyaan. Pada topik pertaman ini mahasiswa sebelum
mempelajarinya diberikan dahulu tes kemampuan untuk melihat kemampuan
mahasiswa dalam memahami topik 1 dengan memberikan soal-soal yang ada pada
bagian 1.14. Kemudian mahasiswa diberikan skor penilaian dalam menyelesaikan
soal latihan dan soal tugas, dimana bobot nilai setiap soal adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Bobot nilai untuk soal latihan dan tugas
No. Soal Bobot Nilai Skor1 10 102 10 103 10 104 20 205 25 256 25 25
Total Nilai 100 100
Berdasarkan skor nilai yang diperoleh dalam menyelesaikan soal pada latihan dan
tugas maka kemampuan mahasiwa dapat diukur berdasarkan kelompok nilai
sebagai berikut:
1. Jika nilai = 100 (sangat baik)
2. Jika nilai = 80 (baik)
3. Jika nilai = 60 (kurang baik)
4. Jika nilai = 40 (tidak baik)
5. Jika nilai = 20 (sangat tidak baik)
6. Jika nilai = 0 ( sangat tidak memahami dan mengerti materi)
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 23
1. 14 Daftar Titik PenampilanTabel 2. Daftar titik penampilan dari sub topik 1
No. Penguasaan MateriPenilaian
A B C D E
1 Hukum kekekalan massa
2 Reaksi Kimia
3 Persamaan Reaksi
4 Stoikiometri
Skala Nilai:
A = Amat Baik
B = BaiK
C = Cukup
D = Kurang
E = Tidak ada
1.15 Cek Kemampuan1. Tuliskan lambang unsur
a. karbon b. belerang c. nitrogen d. besi
e. tembaga f. nikel g. hidrogen h. emas
2. Tuliskan nama unsur dengan lambang unsur sebagai berikut:
a. Al b. Au c. Cr d. Fe
e. P f. Pb g. Sn h. Na
3. Apa yang dimaksud dengan rumus kimia?
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 24
4. Setarakan reaksi berikut:
a. Na + H2O NaOH + H
b. Zn + HCl ZnCl2 + H
c. CH4 + O2CO2 + H2O
5. Berapakan massa NaOH yang dihasilkan pada persamaan a soal no. 4 dengan
mengetahui massa dari Na adalah 2 gr.
TOPIK II
STOKIOMETRI
2.1 Pendahuluan Berdasarkan uraian pada Topik 1 dapat diketahui bahwa persamaan reaksi
setara merupakan dasar dalam stoikiometri reaksi. Persamaan reaksi tidak hanya
memberikan informasi kualitatif mengenai zat-zat yang terlibat dalam reaksi,
tetapi juga informasi kuantitatif mengenai banyaknya pereaksi dan hasil reaksi
yang terlibat dalam reaksi. Stoikiometri adalah materi kimia yang mempelajari
hubungan kuantitatif antarunsur dalam suatu senyawa dan antarzat dalam suatu
reaksi. Pengetahuan stoikiometri sangat penting dalam merencanakan suatu
eksperimen maupun dalam industri, yang selalu harus memperhitungkan
banyaknya pereaksi yang diperlukan untuk menghasilkan sejumlah produk yang
dikehendaki.
Kajian terhadap topik ini disusun secara sistematis dan disesuaikan dengan
kurikulum yang terdapat pada mata kuliah Azas Teknik Kimia pada Prodi Teknik
Kimia Industri Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe. Untuk
memahami materi perkuliahan, maka topik soikiometri dalam Teknik Kimia
Industri akan mengkaji beberapa sub pokok bahasan, terdiri dari:
1. Pengertian Stoikiometri
2. Perhitungan Stoikiometri
3. Hubungan Stoikiometri dengan persamaan reaksi
4. Reaktan Pembatas
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 25
Setiap sub pokok bahasan akan dijabarkan satu persatu secara sistematis
dan dilengkapi dengan contoh soal dan penyelesaiannya.
2.2Tujuan Khusus TopikSetelah mempelajari topik bahasan stoikiometri ini diharapkan mahasiswa
mempunyai kemampuan untuk :
1. Menjelaskan pengertian dan tujuan pengunaan tentang stoikiometri pada
persamaan reaksi
2. Menjelaskan dan menghitung jumlah massa, dan mol pada reaktan dan
produk secara stoikiometri
3. Menjelaskan dan mampu untuk mengetahui dalam perhitungan reaktan
pembatas
4. Menjelaskan dan mampu memecahkan persoalan perhitungan dalam
persamaan kimia
2.3Persyarat TopikPrasyarat yang harus dipenuhi oleh mahasiswa yang mengikuti
perkuliahan pada topik persamaan kimia adalah:
1. Mahasiswa mengetahui ilmu dasar untuk kimia dasar, kimia fisika, dan
matematika
2. Mahasiswa pada semester 1 pada Program Studi Teknik Kimia Industri
Jururusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
3. Mahasiswa harus memiliki kehadiran dikelas minimal 80%
2.4Pengertian StoikiometriStoikiometri kimia: hubungan kuantitatif antara reaktan dan produk,
didasarkanpada kenyataan bahwa materi tersusun atas atom dan molekul. Karena
atomdari berbagai unsur dan molekul-molekul dari berbagai zat mempunyai
beratberbeda, hubungan kuantitas yang digunakan dinyatakan dalam mol.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 26
Stoikhiometri merupakan perhitungan yang berhubungan dengan reaksi
kimiadan proporsional dengan koefisien reaksi kimia. Stoikiometri juga
menyangkut perbandingn jumlah unsur-unsur/senyawa-senyawa yang bereaksi
dengan jumlah yang tepat sesuai dengan persamaan reaksi.
Contoh 2.1:
2H2 + O2→ 2H2O
Artinya 2 mol hidrogen bereaksi dengan 1 mol oksigen menghasilkan 2 mol air.
Sehingga kemampuan yang harus dipelajari dalam stoikiometri:
1. Kemampuan mengubah banyaknya zat dari satuan massa ke dalam mol,atau
sebaliknya.
2. Kemampuan untuk mengerti perubahan atau reaksi kimia (mengetahui
reaktan dan produk yang dihasilkan, serta .menuliskan persamaan
reaksi(balance)
Contoh 2.2:
Dalam pembakaran pentana ingin dihasilkan 440 kg gas CO2, berapa kg
kahpentana yang harus digunakan untuk reaksi tersebut jika 50% CO2
menyublimmenjadi dry ice?
Penyelesaian:
Basis : 440 kg gas CO2 berarti CO2 yang harus dihasilkan dalam proses
pembakaran :
440 kg / 0,5 = 880 kg
mol CO2 = 880 kg/ 44 gram/mol
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 27
Untuk mempermudah perhitungan dalam stoikhiometri kita sering menggunakan basis. Basis adalah acuan yang dipilih
sebagai dasar perhitungan
= 20 kmol
reaksi yang terjadi (stoikhiometri):
C5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O
4 kmol 20 kmol
berat pentana yang harus dibakar : 4 kmol × 72 gram/mol = 288 kg.
2.5 Hubungan Stoikiometri Dengan Koefesien Reaksi
a. Perbandingan koefisien pada persamaan reaksi sebanding dengan volume gas
(T, P sama)
Contoh 2.3:
N2(g) + 3H2(g) à 2NH3(g)
3 liter ? ?
Penyelesaian:
Perbandingan volum à 3 lt : 3/1 x 3 lt : 2/1 x 3 lt
3 lt: 9 lt : 6 lt
1 : 3 : 2
b. Perbandingan koefisien pada persamaan reaksi sebanding dengan
perbandingan mol
Contoh 2.4
N2(g) + 3H2(g) à 2NH3(g)
2,8 g ? ?
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 28
Perbandingan Stoikiometri = Perbandingan koefesien-koefesien yang diperoleh dari
persamaan kimia
Penyelesaian:
mol N2 = 2,8 / 28 = 0,1 mol
mol H2 = 3/1 x 0,1 mol = 0,3 mol
àmassa H2 = 0,3 x 2 = 0,6 g
mol NH3 = 2/1 x 0,1 = 0,2 mol
àmassa NH3 = 0,2 x 17 = 3,4 g
c. Perbandingan koefisien pada persamaan reaksi sebanding dengan
perbandingan jumlah partikel
Contoh 2.5:
N2(g) + 3H2(g) à 2NH3(g)
6,022x1023Molekul ?Molekul ?
Penyelesaian:
perbandingan koef à 1 : 3 : 2
1. Jumlah molekul H2 = 3 x 6,022x1023 = 18,07x1023
2. Jumlah molekul NH3 = 2 x 6,022x1023 = 12,04x1023
2.6 Hubungan Stoikiometri Dengan MassaBanKeseimbangan persamaan kimia menunjukkan hubungan jumlah mol dari
setiap reaktan dan produk,BUKAN hubungan massa. Untuk menghitung massa
reaktan yang dibutuhkan atau massaproduk yang terbentuk dalam suatu reaksi
kimia, perhitungan harus dilakukan dengan berdasarkan rasio mol.
x A + y B
Contoh 2.6:
Oksigen dan hidrogen dapat terbentuk dari dekomposisielektrolitik dari air.
Jikaidiawali dari 250 g air, berapa gram oksigen yang dapat dihasilkan dari
elektrolisis air tersebut ?
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 29
ho w many grams of
Gambar 2.1 Elektrolisis Air
Penyelesaian:
1. Tuliskan reaksi seimbang.2.
2. Konversikan jumlah air dari gram ke mol3.
3. Gambaran rasio stoikiometri untuk menghitung mol oksigen yang terbentuk
4. Konversi jumlah mol oksigen menjadi gram oksigen
.
2.7 Reaktan Pembatas•
Reaksi kimia seringkali dilakukan dengan salah satu reaktandalamjjumlah yang
berlebihan. Reaktan pembatas merupakan pereaksi yang habis terlebih dahulu
dalam suatu reaksi kimia
Cara menentukan pereaksi pembatas:
(N(NH4)2PtCl4(s) + 2 NH3(aq) 2 NH4Cl(aq) + Pt(NH3)2Cl2(s)
Reaktan pembatas
Reaktan pembatas :
- Reaktan yang memiliki kuantitas yang membatasi jumlah produk yang
mungkin terbentuk dari suatu reaksi.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 30
membagi jumlah mol masing-masing pereaksi dengan koefisiennya, kemudian hasil terkecil itulah yang merupakan
pereaksi pembatas
- Reaktan yang habis pertama kali ialah reaktan pembatas, reaktan lain dalam
keadaan berlebih.
- Produk yang diperoleh berdasarkan padareaktan pembatas
- Reaktan pembatas dapat dihitung secara stoikiometri dengan satuan jumlah
reaktan (sjr)yang diperoleh dari jumlah mol dibagi koefisiennya.
- Reaktan yang mempunyai sjr terkecil merupakan reaktan pembatas.
Dibawah ini contoh reaktan pembatas yang diilustrasikan dalm pembuatan kue
apel.
+
5 buah apel 1 roti dasar 1 Kue apel
Gambar 2.2 Membuat kue apel buat lebaran
1. Berapa jumlah roti apel yang dapat dibuat dari 150 apel dan 33 roti dasar ?
2. Apakah yang masih tersisa, kue dasar atau buah apel ? Berapa banyak?
Contoh 2.7:
Sebanyak 1 mol KIO3 direaksikan dengan 4 mol KI dan 6 molHCl, reaksi :
KIO3 + 5KI + 6HCl → 6 KCl + 3I2 + 3H2O
Apakah semua reaktan akan habis? Tentukan reaktan pembatasnya dan berapa
gram I2 akan terbentuk? (Ar I = 254 g/mol)
Penyelesaian:
nisbah mol tidak sama dengan nisbah koefisien, jadi reaktan tidak habis semuanya
sjr KIO3 = 1 mol/1 = 1,Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 31
sjr KI = 4 mol/5 = 0,8
sjr HCl = 6 mol/6 = 1
Reaktan pembatas = KI (sjr KI paling kecil)
mol I2 = 3/5 x 4 mol = 2,4 mol
gram I2 = 2,4 mol x 254 g mol-1 = 609,6 g
Contoh 2.8:
Sebanyak 10 g CaCO3 direaksikan dengan 1 liter HCl 2 M menurut reaksi
dibawah ini.Tentukan gram CO2 yang terbentuk (Ar Ca = 40, C= 12, O = 16,Cl =
35.5, H = 1)
CaCO3 (p) + 2 HCl (aq) → CaCl2 (aq) + H2O (aq) + CO2 (g)
Penyelesaian:
mol CaCO3 = 10 g/100 g mol-1 = 0,1 mol
mol HCl = 2 M x 1 liter = 2 mol
sjr CaCO3 = 0,1
sjr HCl = 2 mol/2 = 1
Reaktan pembatas = CaCO3 (sjr CaCO3< sjr HCl)
mol CO2 = 1/1 x 0,1 mol = 0,1 mol
gram CO2 = 0,1 mol x 44 g mol-1 = 4,4 g
Contoh 2.9:
Sebanyak 500 ml HCl 2,5 M direaksikan dengan 2 liter Ba(OH)20,2 M. Tentukan
massa BaCl2 yang terbentuk dan massa reaktan yang tersisa.
Penyelesaian:
mol HCl = 2,5 M x 0,5 liter = 1,25 mol
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 32
mol Ba(OH)2 = 0,2 M x 2 liter = 0,4 mol
Reaksi : 2HCl + Ba(OH)2 → BaCl2 + 2H2O
Reaktan pembatas = Ba(OH)2
mol BaCl2 = 0,4 mol
Reaktan tersisa = HCl
mol HCl tersisa = 1,25 mol – 0,8 mol = 0,45 mol
massa HCl tersisa = 0,45 mol x 36,5 g /mol = 16,425 g
sjr HCl = 0,625 sjr Ba(OH)2 = 0,4
Contoh 2.10:
Sebanyak 1,8 g Mg bereaksi dengan 1,4 g gas N2 membentuk magnesium nitrida
(Mg3N2). Tentukan persamaan reaksinya dan massa zat setelah reaksi! (Ar Mg =
24 g/mol; Ar N= 14 g/mol)
Penyelesaian:
Mol Mg = 1,8/24 = 0,075 mol
Mol N2 = 1,4/28 = 0,050 mol
3 Mg + N2à Mg3N2
Mula-mula : 0,075 mol 0,050 mol
Bereaksi : 0,075 mol 0,025 mol 0,025 mol
Sisa / setelah : - 0,025 mol 0,025 mol
Massa N2 setelah bereaksi = n x Mr = 0,025 x 28 = 0,7 g
Massa Mg3N2 = n x Mr = 0,025 x 100 = 2,5 g
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 33
2.8Rangkuman
1. Hitung jumlah mol setiap spesies reaktan dan hitung rasio aktuan dari reaktan A + b B
a A + b B c C
2. Bandingkan rasio mol aktual terhadap rasio stoikiometri sesuai persamaan
kimia seimbang.
mol aktual Amol aktual B
=amol Ab mol B
3. Rasio mol actual < rasio mol stoichiometric, sehingga numeratorpeadalah
reaktan pembatas.
4. Rasio mol actual > rasio mol stoichiometric, sehingga numeratoradalah
reaktan berlebihan.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 34
2.9Pertanyaan1. Etilena, C2H4 terbakar di udara membentuk CO2 dan H2O sesuai dengan
reaksi berikut:
C2H4 + O2àCO2 + H2O
Tentukan:
a. Penyetaraan reaksinya!
b. Massa CO2 yang terbentuk jika campuran ini mengandung 1,93 g C2H4
dan 5,92 g O2 yang terbakar!
2. Sebanyak 38,8 g senyawa ZnS dibakar dengan 30 liter gas oksigen (pada 0oC,
1 atm) dengan reaksi:
ZnS + O2à ZnO + SO2
Tentukan:
- penyetaraan reaksinya!
- volume SO2 setelah reaksi berlangsung
3. Aluminum khlorida, AlCl3 dibuat dengan perlakuan serat
logamaluminumdengan gas khlor jika proses dimulai dengan 2.70 g Al dan
4.05 g Cl
3Al(s) + 3 Cl2(g) 2 Al2 AlCl3,
a. Manakah yang termasuk reaktan pembatas?
b. Berapa massa AlCl3(s) yang apat dihasilkan?
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 35
c.Berapa kelebihan massa reaktan ekses setelah reaksi berlangsung
sempurna?
4. Sebanyak 600 ml HCl 2,5 M direaksikan dengan 2 liter Ba(OH)20,3 M.
Tentukan massa BaCl2 yang terbentuk dan massareaktan yang tersisa
2.10 Model Jawaban1. Pelajari materi pada Sub Topik 2.4 (halaman 20)
2. Pelajari materi pada Sub Topik 2.5 (halaman 21)
3. Pelajari materi pada Sub Topik 2.6 (halaman 22)
4. Pelajari materi pada Sub Topik 2.7 (halaman 23)
2.11 Tugas1. Setarakan persamaan reaksi berikut:
N2 + H2à NH3
SO2 + O2à SO3
KClO3à KCl + KClO4 + O2
NaOH + HCl à NaCl + H2O
CaCO3 + H2O à CaOH + H2O + CO2
2. Gas nitrogen dapat dibuat dengan melewatkanamonia di atas tembaga
(II) oksida panas sesuaidengan persamaan reaksi:
CuO (s) + NH3(g)
N2(g) + Cu (s) + H2O (g)
Jika 17 gram NH3 dan 200 gram CuO dicampur:
a. Setarakan persamaan reaksi diatas
b. Tentukan jumlah mol NH3 dan CuO yang direaksikan
c. Hitung satuan jumlah pereaksi (sjr) masing- masing pereaksi.
3. Sebanyak 10 g CaCO3 direaksikan dengan 1 liter HCl 2 M,
CaCO3 (p) + 2 HCl (aq) → CaCl2 (aq) + H2O (aq) + CO2 (g)
Tentukan gram CO2 yang terbentuk (Ar Ca = 40, C= 12, O = 16,Cl = 35.5,
H = 1)
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 36
4. Jika 68,5 g karbon di dalam udara. Berapakah hasil teoritis CO2 yang
dihasilkan.
2.12 Tindak LanjutPada bagian 2.9 dan 2.11 diwajibkan kepada mahasiswa untuk
menyelesaikan beberapa pertanyaan yang diberikan. Kemudian mahasiswa
diberikan skor penilaian dalam menyelesaikan soal latihan dan soal tugas, dimana
bobot nilai setiap soal adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Bobot nilai untuk soal latihan dan tugas
No. Soal Bobot Nilai Skor1 25 252 25 253 30 304 20 20
Total Nilai 100 100
Berdasarkan skor nilai yang diperoleh dalam menyelesaikan soal pada latihan dan
tugas maka kemampuan mahasiwa dapat diukur berdasarkan kelompok nilai
sebagai berikut:
1. Jika nilai = 100 (sangat baik)
2. Jika nilai = 80 (baik)
3. Jika nilai = 60 (kurang baik)
4. Jika nilai = 40 (tidak baik)
5. Jika nilai = 20 (sangat tidak baik)
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 37
6. Jika nilai = 0 ( sangat tidak memahami dan mengerti materi)
2. 13 Daftar Titi PenampilanTabel 2. Daftar titik penampilan dari sub topik II
No. Penguasaan Materi PenilaianA B C D E
1 Stoikiometri2 Hubungan stokiometri dengan koefesien
reaksi3 Hubungan stokiometri dengan massa4 Reaktan pembatas
Skala Nilai:
A = Amat Baik
B = BaiK
C = Cukup
D = Kurang
E = Tidak ada
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 38
TOPIK III
REAKSI KIMIA DI INDUSTRI
3.1 PendahuluanPada topik III ini membahas tentang perhitungan kimia yang ada di
industri, dimana reaksi kimia terjadi. Perhitungan yang dilakukan dengan
menggunakan penyelesaian secara stoikiometri. Dimana reaksi-rewaksi kimia
yang terjadi di industri hasil dari bahan baku yang digunakan untuk menghasilkan
suatu prodak. Untuk menyelesaikan permasalahan perhitungan di industri kimia
digunakanlah perbandingan perhitungan secara stoikiometri.
Kajian terhadap topik ini disusun secara sistematis dan disesuaikan dengan
kurikulum yang terdapat pada mata kuliah Azas Teknik Kimia pada Prodi Teknik
Kimia Industri Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe. Untuk
memahami materi perkuliahan, maka topik soikiometri dalam Teknik Kimia
Industri akan mengkaji beberapa sub pokok bahasan, terdiri dari:
1. Reaktan Pembatas
2. Reaktan berlebih
3. Konversi
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 39
4. Keselektifitasan
5. Yield
6. Persen hasil
Setiap sub pokok bahasan akan dijabarkan satu persatu secara sistematis
dan dilengkapi dengan contoh soal dan penyelesaiannya.
3.2Tujuan Khusus TopikSetelah mempelajari topik bahasan stoikiometri ini diharapkan mahasiswa
mempunyai kemampuan untuk :
1. Menjelaskan reaktan pembatas di industri kimia
2. Menjelaskan dan menghitung reaktan berlebih
3. Menjelaskan dan menghitung konversi
4. Menjelaskan dan menghitung keselektivitasan, yield dan persen
hasil
3.3Persyarat TopikPrasyarat yang harus dipenuhi oleh mahasiswa yang mengikuti
perkuliahan pada topik persamaan kimia adalah:
1. Mahasiswa mengetahui ilmu dasar untuk kimia dasar, kimia fisika, dan
matematika
2. Mahasiswa pada semester 1 pada Program Studi Teknik Kimia Industri
Jururusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe
3. Mahasiswa harus memiliki kehadiran dikelas minimal 80%
3.4Reaksi Kimia Dalam Industri KimiaSuatu persamaan kimia menampilkan beberapa informasi penting baik
kuantitatif maupun kualitatif yang berguna dalam perhitungan berat (massa) bahan
yang terlibat dalam proses kimia. Sebagai contoh, pembakaran heptana sebagai
berikut:
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 40
C7H16 + 11O2 ---------> 7CO2 + 8H2O
Jika persamaan sudah seimbang (koefisien sudah setara) maka dapat dilihat bahwa
1 mol (bukan lbm atau kg) heptana akan bereaksi dengan 11 mol oksigen untuk
menghasilkan 7 mol CO2 dan 8 mol air. Jumlah mol (atau g mol) pada reaktan
maupun produk dari reaksi tersebut dapat dinyatakan dalam beberapa satuan
seperti: lb mol, kg mol, ton mol dan tipe lain yang sejenis.
Koefisien dari tiap komponen dalam persamaan kimia di atas disebut
koefisien stoikhiometri: 1 untuk C7H16, 11 untuk O2 dan sebagainya.
Dengan menggunakan rumuh dibawah ini dapat diketahui mol atau massa
yang ingin diketahui:
Mol Ditanya= Koefisien DitanyaKoefesien Diketahui
x mol Diketahui
Pertanyaannya, apakah suatu reaksi kimia selalu terjadi seperti yang
tertulis dalam reaksi kimia? Jawabannya: tidak. Reaktan tidak selalu habis
bereaksi atau 100% berubah menjadi produk.Dalam industri jarang dijumpai
bahan yang jumlahnya tepat (sama) secara stoikhiometrik. Untuk mencapai reaksi
seperti yang diinginkan atau untuk menghemat reaktan yang berharga hampir
selalu digunakan reaktan ekses (berlebih).
Pada kenyataannya di dalam industri meskipun reaktan yang dipakai tepat
stoikiometris tetapi reaksi yang terjadi tidak sempurna, yang dimaksud
tidaksempurna disini adalah ada reaktan yang tidak terpakai atau bersisa.Karena
ketidaksempurnaan inilah maka ada beberapa pengertian yangberhubungan
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 41
Koefisien stoikhiometri dapat digunakan untuk menghitung massa reaktan maupun produk setelah dikalikan dengan berat molekulnya masing-masing
dengan reaksi kimia. Beberapa pengertian yang berhubungan dengan reaksi kimia
yaitu:
a. Reaktan pembatas (limitting reactant)
Reaktan pembatas telah dipelajari sekilas pada Topik II. Pada Topik III ini
akan dibahas lebih lanjut tentang reaktan pembatas yang terjadi pada sebuah
industri kimia.
Dengan kata lain, jika dua atau lebih reaktan dicampur maka reaktan yang habis
lebih dulu disebut reaktan pembatas, entah reaksinya sempurna atau tidak.
Sebagai contoh, jika 1 g mol C7H16 dan 12 g mol O2 dicampur, maka C7H16
merupakan reaktan pembatas.
Jika ada lebih dari dua reaktan, Anda harus menggunakan salah satu
reaktan sebagai zat referensi (patokan), hitung perbandingan mol reaktan lain
dalam umpan terhadap referensi, buat pasangan perbandingan dan bandingkan
dengan perbandingan dalam persamaan kimia lalu urutkan tiap-tiap senyawa.
Sebagai contoh, diberikan persamaan sebagai berikut:
A + 3B + 2C ---------> produk
Jika 1,1 mol A, 3,2 mol B, dan 2,4 mol C diumpankan sebagai reaktan ke
dalam reaktor, kita pilih A sebagai referensi zat dan referensi hitung.Jika dibuat
perbandingannya kita dapatkan bahwa B reaktan pembatas terhadap A, dan A
reaktan pembatas terhadap C, sehingga B reaktan pembatas dari ketiga reaktan.
Dalam simbol dapat ditulis B < A, C > A (atau A < C) sehingga B < A < C. (b).
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 42
Reaktan pembatas adalah Reaktan yang perbandingan
stoikiometriknya paling kecil/ sedikit
Contoh 3.1:
Reaksi di bawah ini
2CO (g) + O2(g) 2CO2(g)
Berapa molekul CO2 yang dapat dihasilkan dari empat molekul CO dan tiga
molekul O2?
Gambar 3.1 Molekul bahan kimia
Penyelesaian:
CO adalah reaktan pembatas dan O2 adalah reaktan yang berlebihan.
Contoh 3.2:
Reaksi dibawah ini:
H2(g) + O2(g) H2O(l)
Penyelesaian:
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 43
Gambar 3.2 Jumlah molekul dari reaksi
b. Reaktan berlebih (excess reactan):
Reaktan yang melebihi reaktan pembatas.Reaktan ekses (berlebih) adalah
reaktan yang berada dalam jumlah berlebih terhadap reaktan pembatas. Persen
ekses reaktan dihitung berdasar jumlah reaktan yang berlebih terhadap kebutuhan
untuk bereaksi dengan reaktan pembatas.
%kelebihan (excess )= mol kelebihanmol yang stoikiometri
dengan reaktan pembatas
x100 %
Meskipun hanya sebagian dari reaktan pembatas yang secara aktual
bereaksi, jumlah yang dibutuhkan atau ekses selalu dihitung berdasar pada seluruh
jumlah reaktan pembatas sebagaimana jika reaksinya berlangsung
sempurna.Misalnya kelebihan udara (excess air): udara berlebih terhadap
kebutuhan teoritis untuk pembakaran sempurna pada proses pembakaran .
c. Konversi (tingkat kesempurnaan reaksi)
Konversi adalah bagian dari umpan/reaktan atau beberapa bahan yang
diumpankan yang terkonversi (berubah) menjadi produk. Konversi berhubungan
dengan tingkat kensempurnaan reaksi. Biasanya dinyatakan dengan % atau bagian
yang didasrkan pada yang teoritis dapat bereaksi.
Bagian dari umpan/reaktan yang berubah menjadi hasil/produk.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 44
Reaktan dalam umpan yang digunakan sebagai basis perhitungan dan berubah
menjadi produk harus dinyatakan secara jelas agar tidak menimbulkan
kebingungan. Konversi berhubungan dengan derajat kesempurnaan reaksi yang
didefinisikan sebagai persen atau fraksi reaktan pembatas yang terkonversi
menjadi produk.
%Konversi= Jumlah mol zat yangbereaksiJumlah mol zat mula−mula
x 100%
d. Selektivitas (selectivity)
Keselektifan menyatakan jumlah hasil yang diinginkan yang dinyatakan
sebagai bagian (%) jumlah umpan yang teoritis mungkin diubah. Biasanya
disebut dengan effesiensi dan efesiensi konversi.
Perbandingan (%) mol produk tertentu (biasanya yang
diinginkan) dengan mol produk lainnya (biasanya
sampingan) yang dihasilkan
e. Yield
Untuk reaktan dan produk tunggal adalah berat/mol produk akhir dibagi dengan
berat/mol reaktan awal, sedangkan untuk reaktan & produk yang lebih dari satu
harus dijelaskan reaktan yang menjadi dasar yield.
Yield didasarkan atas zat yang sama:
- Atas dasar yang diumpan
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 45
- Atas dasar yang dikonversikan
A --------> B --------> C
Jika B diinginkan dan C tidak diinginkan, maka yield B adalah mol (atau massa)
B yang dihasilkan dibagi dengan mol (atau massa) A diumpankan atau
dikonsumsi. Selektifitas B adalah mol B dibagi dengan mol C yang dihasilkan.
%Yield= berat atoumol produkberat ataumol reaktanawal
x 100 %
f. Persen Hasil
Hasil persentase (% hasil) suatu reaksi adalahnisbah jumlah produk
sesungguhnya yangdiperoleh (eksperimental) atau hasil nyataterhadap hasil
teoritis dari persamaan reaksidikali seratus persen.
%Hasil=Hasil Nyata(actual)Hasil Teoritis
x100 %
Hasil nyata biasanya lebih kecil dari hasil teoritis
Hasil teoritis adalah jumlah maksimum produk yang dapat
dihasilkan dari suatu reaksi kimia
Hasil actual /nyata adalah jumlah actual yang dihasilkan dari
reaksi di laboratorium
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 46
Panas
20 biji jagung
Hasil teoritis
20 butir popcron
Persen Hasil=16 butir popcron20 butir popcron
x100 %=80 %
Hasil nyata
16 butir popcron
Contoh 3.3 :
Antimon dibuat dengan cara memanaskan stibnit (Sb2S3) dengan serpihan
besi,lelehan antimon dikeluarkan dari bawah reaktor. Sebanyak 0,6 kg stibnit
dan0,25 kg serpihan besi dipanaskan bersama-sama ternyata dihasilkan 0,2
kgantimon.
Reaksi: Sb2S3 + 3Fe → 2 Sb + 3 FeS
Hitunglah:
a. reaktan pembatas
b. reaktan berlebih
c. tingkat kesempurnaan reaksi dan % konversi
d. selektivitas
e. Yield
Penyelesaian:
Zat BM Massa (g) Mol
Reaktan Sb2S3 339,7 600 1,77
Fe 55,8 250 4,48
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 47
Produk Sb 121,8 200 1,64
FeS 87,9 ? ?
a. Untuk menetapkan reaktan pembatas lihatlah pada persamaan reaksi.
Sb2S3 + 3Fe → 2 Sb + 3 FeS
Dengan menggunakan persamaan koefesien yang mol ditanya maka:
Mol ditanya= koefisien ditanyakoefisien diketahui
xmoldiketahui
Mol Fe= koefisien Fekoefisien Sb 2 S 3
xmol Sb 2S 3
mol Fe=31
x1,77 mol Sb 2S 3
¿5,31 mol Fe
Sedangkan :Mol Sb 2 S 3= koefisien Sb 2S 3koefisien Fe
xmol Fe
mol Sb 2S3=13
x 4,48 mol Fe
¿1,49 mol Sb 2 S3
Kesimpulan : 1,77 mol Sb2S3 membutuhkan 5,31 mol Fe sedangkan Fe yang
tersedia hanyalah 4,48 mol Fe bereaksi dengan 1,49 mol Sb2S3.
Disini terlihat bahwa Fe stiokiometrik terkecil jumlahnya maka
Fe merupakan reaktan pembatas, danSb2S3 adalah reaktan
berlebih.
b. Persen reaktan berlebih
%kelebihan (excess )= mol kelebihanmol yangstoikiometri
denganreaktan pembatas
x100 %
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 48
% Kelebihan Sb 2S 3=1,77−1,491,49
x100=18,8 %
c. Tingkat kesempurnaan reaksi
Walaupun Fe adalah reaktan pembatas tetapi tidak semua Fe habis bereaksi, jika
dilihat dari produk Sb yang dihasilkan hanya 1,64 mol ini berarti Fe yang bereaksi
sebanyak:
3 mol Fe2 mol Sb
x1,64 mol Sb=2,46 mol Fe
maka tingkat kesempurnaan reaksi Fe menjadi Fes:
Fes=2,464,48
x100 %=49 %
sedangkan % konversi dapat didasarkan untuk 1.64 mol Sb maka Sb2S3 yang
bereaksi sebanyak:
1mol Sb 2 S32mol Sb
x1,64 mol Sb=0,82 Sb2 S 3
maka tingkat kesempurnaan reaksi Sb2S3 menjadi Sb:
Sb 2S3=0,821,77
x100 %=46,3 %
d. Selektivitas didasarkan pada Sb2S3 yang seharusnya dapat dikonversikan
dengan Fe yang ada :
Selektivitas=0,821,49
x100 %=55 %
e. Yield= kg Sb terbentukKg Sb 2 S3 mula−mula
= 0,2 kg0,6 k g
x100 %=33,5 % Sb/ SbS 3 atau
0,200 kg Sb0,600 kgSb 2 S3
= 1kgsb3kg Sb 2 S 3
Contoh 3.4:
Alumunium sulfat dapat dibuat dengan mereaksikan pecahan biji bauksit dengan
asam sulfat menurut reaksi : Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 49
Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O
Biji bauksit mengandung 55,4% alumuniumoksida dan sisanya
pengotor.Sedangkan asam sulfat berkadar 77,7% H2SO4 (sisanya air).Untuk
menghasilkan 800 kg alumunium sulfat dipergunakan 480 kg biji bauksit dan
1200 kg asam sulfat.
Pertanyaan:
a. zat manakah yang berlebih dan berapa %
b. berapa % reaktan berlebih yang terpakai
c. Berapa tingkat kesempurnaan reaksi
d. Berapa yield alumunium sulfat
Penyelesaian:
55,4% Al2O3 H2O
77,7 % H2SO4 Al2(SO4)3
Zat BM Massa (Kg) K Mol
Reaktan Al2O3 101,9 0,554 x 480 0,554 x 480101,9
=2,610
H2SO4 98,1 0,777 x 1200 0,777 x120098,1
=9,505
Produk Al2(SO4)3 342,1 800 800342,1
=2,338
Reaksi: Al2O3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2O
a. Menentukan reaktan berlebih :
Untuk bereaksi dengan 2,61kgmol Al2O3membutuhkan 3 x 2,61 = 7,83
kgmolH2SO4 sedangkan H2SO4 yang tersedia 9,505 kgmol. Jadi H2SO4 lebih
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 50
Reaktor
makarekatan berlebihnya adalah H2SO4 sedangkan reaktan pembatasnya
adalahAl2O3
% H 2 SO 4 berlebih=9,505−7,837,83
x100 %=21,39 %
b. Menghitung reaktan berlebih yang terpakai :
Produk Al2(SO4)3 2,338 kgmol ini memerlukan:
H 2 SO 4 terpakai= 3kmol H 2 SO 41 kmol Al 2 ( SO 4 )3
x 2,338 kmol Al2 (SO 4 )3
¿7,014 kmol H 2SO 4
% H 2 SO 4 terpakai=7,0149,505
x100 %=73,79 %
c. Tingkat kesempunaan reaksi (dipandang atas dasar Al2O3 yang bereaksi):
¿ 2,3382,610
x100 %=89%
d. Yield=kg Al 2(SO 4)3
kg Al2O 3=
800 kg Al2(SO 4)3480 kg Al 2O 3
=1,66 kg Al 2 ( SO 4 )3kg
Al 2O 3
Dalam hal ini yield lebih dari satu karena perhitungan dalam berat padahal BM
produk jauh lebih besar dari pada reaktan.
Contoh 3.5 Persen Hasil
Jika 68,5 g karbon di dalam udara
a. Berapa hasil teoritis CO2 yang dihasilkan.
b. Jika CO2 hasil eksperimen menghasilkan 237 g CO2berapakah % hasil?
Penyelesaian:
a. Reaksi: C(p) + O2(g) CO2(g)
mol C = 68,5 g/12 g mol-1 = 5,7 mol
mol CO2 = 5,7 mol
massa CO2 = 5,7 mol x 44 g gr/mol = 250,8 g
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 51
b. Persen Hasil= Hasil Nyata /actualHasilTeoritis /stokiometri
x100 %
Persenhasil= 237 g CO 2250,8 g CO2
x100 %=94,5 %
3.5 Memilih Pereaksi Yang Digunakan Sebagai Pembatas dan
Berlebih.Penyelesaian persamaan reaksi dapat dilakukan dengan cara dibawah ini untuk
mengetahui reaktan/pereaksi pembatas dan berlebih:
Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia
Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia
Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol dari reaktan
dalam reaksi kimia
Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan
untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio mol
Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar habis digunakan.
Akan ada beberapa mol reaktan yang tersisa setelah reaksi selesa, yang
disebut pereaksi berlebih.
Contoh 3.6: Jika diketahui mol reaktan
Cari pereaksi pembatas dan pereaksi berlebih ketika 0,5 mol Zn bereaksi dengan
0,4 mol HCl
Penyelesaian:
1. Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia
Zn + 2HCl -----> ZnCl2 + H2
2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia mol Zn=0,5
dan mol HCl=0,4
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 52
3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan
dalam reaksi kimia
Zn: HCl Atau HCl: Zn
1: 2 1: ½
4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap pereaksi ke mol yang diperlukan
untuk reaksi lengkap dengan menggunakan rasio mol. Jika digunakan 0,5
mol Zn, reaksi itu akan membutuhkan
2 x 0,5 = 1,0 mol HCl untuk reaksi.
Hanya ada 0,4 mol HCl yang tersedia yang kurang dari 1,0 mol
dibutuhkan. Jika digunakan 0,4 mol HCl, reaksi itu akan membutuhkan
½ x 0,4 = 0,2 mol Zn. Ada 0,5 mol Zn yang tersedia, sedangkan yang
dibutuhkan 0,2 mol.
5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar habis digunakan
selama reaksi kimia.
Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah reaksi
selesai. Pereaksi pembatas adalah HCl. 0,4 mol HCl akan digunakan
ketika reaksi ini berlangsung sampai selesai. Pereaksi berlebih adalah Zn,
ketika reaksi selesai akan masih ada 0,5-0,2 = 0,3 mol Zn .
Contoh 3.7: Jika diketahui massa reaktan
Cari pereaksi pembatas dan pereaksi berlebih ketika 1.5 g CaCO 3 bereaksi
dengan 0.73 g HCl (BM CaCO3= 100,09 g/mol, BM HCl = 36,458 g/mol
Penyelesaian:
1. Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia
CaCO3 + 2HCl -----> CaCl2 + CO2 + H 2O
2. Hitung mol yang tersedia dari tiap pereaksi
Mol CaCO 3= massaberat molekul ( BM )
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 53
Mol CaCO 3= 1,5 g100,09 g /mol
=0,015 molCaCO 3
Mol HCl= 0,73 g36,458 g /mol
=0,02mol HCl
3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan dalam
reaksi kimia
CaCO 3: HCl Atau HCl: CaCO 3
1: 2 1: ½
4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan untuk
reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 0,015 mol
CaCO 3 yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan
2 x 0,015 = 0,03 mol HCl untuk reaksi sampai selesai.
Ada hanya 0,02 mol HCl yang tersedia yang kurang dari 0,03 mol
dibutuhkan. Jika semua 0,02 mol HCl yang akan digunakan dalam reaksi itu
akan membutuhkan ½ x 0,02 = 0,01 mol CaCO 3.
Ada 0,015 mol CaCO 3 yang tersedia yang lebih dari 0,01 mol dibutuhkan.
5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar digunakan selama
reaksi kimia. Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah
reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah HCl,
semua 0,02 mol HCl akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai
selesai. Reaktan lebih adalah CaCO3, ketika reaksi telah sampai selesai akan
ada 0,015-0,01 = 0,005 mol CaCO 3 tersisa.
Contoh 3.8Jika diketahui volume dan konsentrasi larutan
Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimiaCari reagen pembatas dan
reaktan lebih ketika 100 ml NaOH 0,2 bereaksi sepenuhnya dengan 50ml dari
0.5MH 2 SO 4
Penyelesaian:
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 54
1. 2NaOH + H 2SO4 -----> Na 2SO4 + 2H2O
2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia
Mol NaOH= molVolume
m ol NaOH =Mol NaoH xVolume
mol NaoH=0,2 M x 100 mL x0,001 L=0,02 mol
mol H 2SO 4=0,5 M x 50 mL x0,001 L=0,025 mol
3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan dalam
reaksi kimia
NaOH: H2SO4 Atau H2SO4: NaOH
1: ½ 1: 2
4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan untuk
reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 0,02 mol NaOH
yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan ½ x 0,02 = 0,01
mol H 2 SO 4 untuk reaksi sampai selesai.
Ada 0,025 mol H 2 SO 4 tersedia yang merupakan lebih dari 0,01 mol
dibutuhkan. Jika semua 0,025 mol H 2 SO 4 yang akan digunakan dalam
reaksi itu akan membutuhkan 2 x 0,025 = 0,05 mol NaOH.
Ada hanya 0,02 mol NaOH tersedia yang kurang dari 0,05 mol dibutuhkan.
5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar digunakan selama
reaksi kimia. Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah
reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah NaOH,
semua 0,02 mol NaOH akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai
selesai. Reaktan lebih adalah H2SO4,
ketika reaksi telah sampai selesai akan ada
0,025-0,01 = 0,015 mol H 2 SO 4 tersisa.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 55
Contoh 3.9Jika diketahui volume gas
Cari reagen pembatas dan reaktan lebih ketika 44.82L CO (g) bereaksi
sepenuhnya dengan 11.205L O 2 (g) pada STP (0 o C atau 273K dan 1ATM atau
101.3kPa)
Penyelesaian:
1. Tuliskan persamaan reaksi setara untuk reaksi kimia
2CO (g) + O 2 (g) -----> 2CO 2 (g)
2. Hitung mol yang tersedia dari tiap reaktan dalam reaksi kimia
mol CO = V ÷ 22.41
Pada STP 1 mol gas
memiliki volume 22.41Lmol CO
= 44,82 ÷ 22.41
= 2mol
mol O 2 = V ÷ 22.41
Pada STP 1 mol gas
memiliki volume 22.41Lmol O 2
= 11,205 ÷ 22.41
= 0.5mol
3. Gunakan persamaan reaksi setara untuk menentukan rasio mol reaktan dalam
reaksi kimia
CO: O 2 Atau O 2: CO
1: ½ 1: 2
4. Bandingkan mol yang tersedia dari tiap reaktan ke mol yang diperlukan untuk
reaksi lengkap dengan menggunakan rasio molJika semua 2 mol CO yang
akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan
½ x 2 = 1 mol O 2 untuk reaksi sampai selesai.
Ada 0,5 mol O 2 yang tersedia yang kurang dari 1 mol dibutuhkan. Jika semua
0,5 mol O 2 yang akan digunakan dalam reaksi itu akan membutuhkan
2 x 0,5 = 1 mol CO
Ada 2 mol CO yang tersedia yang lebih dari 1 mol dibutuhkan.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 56
5. Reagen pembatas adalah reaktan yang akan benar-benar digunakan selama
reaksi kimia. Akan ada beberapa mol reaktan yang melebihi tersisa setelah
reaksi telah sampai selesai.Reagen pembatas adalah O 2,
semua 0,5 mol O 2 akan digunakan ketika reaksi ini berlangsung sampai
selesai. Reaktan dalam kelebihan CO,
ketika reaksi telah sampai selesai akan ada
2 - 1 = 1 mol CO tersisa.
3.6Rangkuman1. Stoikiometri diperlukan di industri kimia untuk mengetahui bahan yang
akan digunakan dan berapa banyak produk yang dihasilkan serta berapa
yang sisa atou tidak bereaksi
2. Pada industri kimia memiliki istilah seperti reaktan pembatas, reaktan
berlebih, selektivitas, % konversi, yield dan persen hasil
3. Pereaksi (reaktan) pembatas adalah pereaksi yang benar-benar habis
digunakan selama reaksi kimia.
4. Pereaksi yang berlebih adalah reaktan yang tidak sepenuhnya habis
digunakan selama reaksi kimia, dengan kata lain ada beberapa dari reaktan
yang tersisa setelah reaksi.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 57
3.7Pertanyaan1. Reaksi metana dan air adalah sa;ah satu cara produksi hidrogen untuk
digunakan sebagai bahan bakar :
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)
Jika reaksi diawali dengan 995 g CH4 dan 1020 g H2O.
a. Reaktan mana yang terbatas?
b. Berapa massa H2 yang dapat dihasilkan?
c. Berapa massa reaktan yang berlebih dan tersisa setelah reaksi
berjalan sempurna?
2. Alumunium khlorida (AlCl3) dibuat dengan perlakuan serat logam
alumunium dengan gas khlor>
2Al(s) + 3Cl2(g) 2 AlCl3(s)Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 58
Jika proses dimulai dengan 2,7 g Al dan 4,5 g Cl2.
a. Manakah yang termasuk reaktan pembatas?
b. Berapa massa AlCl3 yang dapat dihasilkan?
c. Berapa kelebihan massa reaktan ekses setelah reaksi berlangsung
sempurna?
3. Gypsum (CaSO4.2H2O) dihasilkan dengan mereaksikan kalsium karbonatdan
asam sulfat. Analisa dari batu kapur adalah: CaCO3 96,89%; MgCO3 1,14%;
inert 1,7%. Untuk mereaksikan seluruh batu kapur seberat 5 ton tentukan
a. berat gypsum anhidrat (CaSO4) yang dihasilkan
b. berat larutan asam sulfat (98% berat) yang dibutuhkan
c. Berat Karbondioksida yang dihasilkan
(BM: CaCO3 100; MgCO3 84,32; H2SO4 98; CaSO4136; MgSO4120; H2O 18;
CO2 44)
4. Sintesis amonia menggunakan reaksi berikut:
N2 + 3 H2 → 2 NH3
Pada sebuah pabrik, 4202 lb nitrogen dan 1406 lb hidrogen
diumpankankedalam reaktor perjam. Produk amonia murni yang dihasilkan
oleh reaktor ini sebanyak 3060 lb per jam
a. tentukan reaktan pembatasreaktor ini sebanyak 3060 lb per jam
b. tentukan reaktan pembatas
c. berapa % excess reaktan
d.berapa % konversi yang didapatkan berdasarkan pada
reaktanpembatas
5. 5 lb bismut (BM=209) dipanaskan bersama dengan 1 lb sulfur
untukmembentuk Bi2S3 (BM= 514). Pada akhir reaksi, zat yang
dihasilkanmengandung 5% sulfur bebas. Tentukan:
Rx : 2 Bi + 3 S → Bi2S3
a. reaktan pembatas
b. % excess reaktan
c. % konversi dari sulfur menjadi Bi2S3
6. Gas amonia dapat disiapkan dari reaksi berikut:
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 59
CaO(sCaO(s) + 2 NH4Cl 2 NH3(g) + H2O(g) + CaCl2(s)
JikaJika112 g CaO dan 224 g NH4Cl dicampur, persen hasil NH3adalah68.0 g.
Jika hanya16.3 gNH3 yang aktual dihasilkan, berapa persen hasil ?
7.
3.8 Model Jawaban1. Pelajari materi pada Sub Topik 3.6 (halaman 46)
2. Pelajari materi pada Sub Topik 3.6 (halaman 47)
3. Pelajari materi pada Sub Topik 3.5 (halaman 40)
4. Pelajari materi pada Sub Topik 3.5 (halaman 42)
5. Pelajari materi pada Sub Topik 3.5 (halamn 42)
6. Pelajari materi contoh soal 3.5 (halaman 44)
3.9Tugas1. Akrilonitril diproduksi dengan mereaksikan propilen, amonia dan oksigen,
seperti reaksi:
C3H6 + NH3 + 1,5 O2 C3 H3N + 3 H2O
Umpan reaktor berisi 15% propilen, 7% amonia, dan 78% udara.
Tentukan:
a. limiting reactant.
b. % excess reactant.
c. Jika konversi limiting reactant hanya 30%, berapa rasio (mol
akrilonitril/molNH umpan).
d. Komposisi di arus keluar reaktor.
2. Sintesa amonia mengikuti reaksi ebagai berikut:Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 60
N2 + 3 H2 2 NH3
Suatu pabrik mengumpankan 4202 lb amonia dan 1046 lb hidrogen kedalam
reaktor setiap jam, diproduksi amonia murni 3060 lb / jam.
a. tentukan limiting reactant.
b. % excess reactant.
c. Konversi.
3. Gipsum (plaster Paris ; CaSO4.2H2O) diproduksi dengan
mereaksikanCaCO3dengan asam sulfat. Batu kapur digunakan sebagai sumber
CaCO. Batu kapur mempunyai komposisi : CaCO380%; MgCO 15%
daninert 5%. Sedangkan asam sulfat yang digunakan larutan asam sulfat98%.
Jika 5 ton batu kapur bereaksi sempurna, tentukan:
a. Kg gipsum anhidros yang dihasilkan.
b. Kg larutan asam sulfat yang dibutuhkan.
c. Kg CO yang dihasilkan.
4. 10 lb bismuth ( BM = 209) dipanaskan bersama satu lb sulfur
sehinggamembentuk Bi2S3. Pada akhir reaksi massa hasil masih mengandung
sulfur adalah 5% dari total hasil.
Tentukan:
a. limiting reactant.
b. % excess reactant.
c. % konversi.
5. Berapa gram kromat sulfit yang akan dibentuk dari 0,718 gram kromatoksit
sesuai reaksi :
2Cr2O3 + 3 CS2 2Cr2 S3 + 3CO2
6.Batu barit berisi 100% BaSO4. Barit direaksikan dengan karbon dalam
bentuk coke yang berisi 6% abu. Komposisi hasil :BaSO4 = 11,1%; BaS =
72,8%; C= 13,9%; dan abu 2,2 %. Reaksi:
BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO
Tentukan:
a. excess reactant
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 61
b. Persen excess
c. konversi.
3.10 Tindak LanjutPada bagian 3.7 dan 3.9 diwajibkan kepada mahasiswa untuk
menyelesaikan beberapa pertanyaan. Pada topik pertaman ini mahasiswa sebelum
mempelajarinya diberikan dahulu tes kemampuan untuk melihat kemampuan
mahasiswa dalam memahami topik 1 dengan memberikan soal-soal yang ada pada
bagian 1.14. Kemudian mahasiswa diberikan skor penilaian dalam menyelesaikan
soal latihan dan soal tugas, dimana bobot nilai setiap soal adalah sebagai berikut:
Tabel 1. Bobot nilai untuk soal latihan dan tugas
No. Soal Bobot Nilai Skor1 25 252 25 253 10 10
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 62
4 20 205 10 106 10 10
Total Nilai 100 100
Berdasarkan skor nilai yang diperoleh dalam menyelesaikan soal pada latihan dan
tugas maka kemampuan mahasiwa dapat diukur berdasarkan kelompok nilai
sebagai berikut:
1. Jika nilai = 100 (sangat baik)
2. Jika nilai = 80 (baik)
3. Jika nilai = 60 (kurang baik)
4. Jika nilai = 40 (tidak baik)
5. Jika nilai = 20 (sangat tidak baik)
6. Jika nilai = 0 ( sangat tidak memahami dan mengerti materi)
3.11 Daftar Titi PenampilanTabel 2. Daftar titik penampilan dari sub topik 1
No. Penguasaan MateriPenilaian
A B C D E
1 Reaktan pembatas
2 Reaktan berlebih
3 Excess reaktan
4 Persen konversi
5 Selektivitas
6 Yield
7 Persen hasil
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 63
Skala Nilai:
A = Amat Baik
B = BaiK
C = Cukup
D = Kurang
E = Tidak ada
DAFTAR PUSTAKA
------------------, 2004, Lambangunsur dan persamaan kimia, Bagian Proyek Pengembangan Kurikulum, Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional.
Geankoplish, C.J, 1999, Transport Process and Separation Process Principles, 4th edition, Prentice hall Inc, Singapore
Gebelein, Charles G. , 1997. Chemistry and our world. Wm. C. BrownPublisher.
Himmelblau, D.M, 1999, Basic Principles and Calculations In Chemical Engineering, 16th edition, Prentice hall Inc, Singapore
Philips,John S. , Strozak. Victor S. , Wistrom Cheryl. , 2000. Chemistry Consepts and Aplications. New York: Glencoe McGraw-Hill.
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 64
Smoot,R. C. , Smith, R. G. and Price Jack. , 1999. Merril Chemistry. NewYork: Glencoe McGraw-Hill.
WWW. Ilmukimia.org
WWW. Chemical-eng.com
TAKARIR
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 65
Modul Ajar Pengantar Perhitungan Dalam Teknik Kimia (Persamaan Kimia, Stokiometri, Reaksi Kimia di Industri) 66