Stoikiometri dan Titrasi

1.     Reaksi Redoks dalam larutan : membuat setimbang

Reaksi kesetimbangan adalah reaksi bolak-balik (reversibel) yang menunjukan reaktan bereaksi membentuk produk dan produk dapat bereaksi balik membentuk reaktan.

Arah panah persamaan reaksinya dua arah, yaitu ke arah kanan (ke produk) dan ke arah kiri (ke reaktan). Pada reaksi kesetimbangan, keadaan reaksinya secara mikroskopis berlangsung dinamis/terus-menerus/tidak berhenti (namun secara makroskopis reaksi diam/berhenti) dan laju reaksi ke arah kanannya akan sama dengan laju reaksi ke arah kirinya.
Karena laju reaksi ke arah kanannya sama dengan laju reaksi ke arah kirinya, maka jumlah zat-zat pada saat kesetimbangnya itu akan tetap.

Berikut adalah faktor-faktor menyebabkan pergeseran kesetimbangan:
1. Perubahan konsentrasi (dM)
Jika konsentrasi zat ditambah, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser menjauhi zat yang ditambah. Jika konsentrasi zat dikurangi, maka reaksi kesetimbangan akan  bergeser mendekati zat yang dikurang.
2. Perubahan tekanan (dP) dan volume (dV)
Jika tekanan diperbesar, berarti volume mengecil, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah koefisien kecil. Jika tekanan diperkecil, berarti volumenya betambah,maka reaksi kesetimbangan akan begeser ke arah koefisien besar.
3. Perubahan suhu (dT)
Jika suhu dinaikan, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah endoterm (dH=+). Jika suhu diturunkan, maka reaksi kesetimbangan akan bergeser ke arah eksoterm (dH=-).

2.     Persamaan Reaksi dengan ion-elektron

·        Reaksi dipecah menjadi dua persamaan setengah reaksi, lalu masing-masing disetarakan melalui urutan sebagai berikut:

(a) Setarakan jumlah atom selain atom O dan H, dengan menambahkan koefisien.

(b) Setarakan jumlah atom O dengan menambahkan H₂O secukupnya di ruas yang kekurangan O.

(c) Setarakan jumlah atom H, dengan menambahkan H⁺ secukupnya di ruas yang berlawanan

(d) setarakan jumlah muatan dengan menambahkan elektron seruas dengan H⁺

Jika suasana asam penyetaraan selesai. Jika suasana basa H⁺ harus diganti dengan OH^–dengan cara sebagai berikut:

(e) Tambahkan OH^– pada kedua ruas sebanyak H⁺

(f) gabungkan H⁺ dan OH^– menjadi H₂O

(g) kurangilah kelebihan H₂O

·        Setarakan jumlah elektron pada dua buah setengah reaksi dengan menambahkan koefisien

·        Akhirnya, jumlahkanlah kedua buah setengah reaksi tersebut

Contoh 1:

Reaksi redoks pada suasana asam

Cr₂O₇^2- + SO₂ → Cr³⁺ + HSO₄–

Cr₂O₇^2- → Cr³⁺

Cr₂O₇^2- + 14H + 6e^– → 2Cr³⁺ + 7H₂O …………………..(1)

SO₂ → HSO₄^–

SO₂ + 2H₂O → HSO₄^– + 3H⁺ + 2e^– ………………(2)

Reaksi (1) tetap sementara reaksi (2) dikalikan 3

Cr₂O₇^2- + 14H + 6e^– → 2Cr³⁺ + 7H₂O

3SO₂ + 6H₂O  → 3HSO₄^– + 9H⁺ + 6e^–

_______________________________________ +

Cr₂O₇^2- + 3SO₂ + 5H⁺ → 2Cr³⁺ + HSO₄^– + H₂O

Contoh 2:

Reaksi redoks pada suasana basa

Al + NO₃^– → AlO₂^– + NH₃

Al + 2H₂O → AlO₂^– + 4H⁺ + 3e^–

Al + 2H₂O + 4OH- → AlO₂^– + 4H⁺ + 4OH^– + 3e^–

Al + 2H₂O + 4OH- → AlO₂^– + 4H₂O + 3e^–

Al + 4OH^– → AlO₂^– + 2H₂O + 3e^–……………………….(1)

NO₃^– → NH₃

NO₃^– + 9H⁺ + 8e^– → NH₃ + 3H₂O

NO₃^– + 9H⁺ + 9OH^– + 8e^– → NH₃ + 3H₂O + 9OH^–

NO₃^– + 9H₂O + 8e^– → NH₃ + 3H₂O + 9OH^–

NO₃^– + 6H₂O + 8e^– → NH₃ + 9OH^–………………………(2)

Reaksi (1) dikali 8, dan reaksi (2) dikalikan 3:

8Al + 32OH^– → 8AlO₂^– + 16H₂O + 24e^–……………………….(1)

3NO₃^– + 18H₂O + 24e^– → 3NH₃ + 27OH^–………………………(2)

___________________________________________________ +

8Al + 3NO₃^– + 5OH^– + 2H₂O → 8AlO₂^– + 3NH₃

3.     Stoikiometri dari Reaksi Ion

Stoikiometri berasal dari dua suku kata bahasa Yunani yaitu Stoicheion yang berarti “unsur” dan Metron yang berarti “pengukuran”.

Stoikiometri adalah suatu pokok bahasan dalam kimia yang melibatkan keterkaitan reaktan dan produk dalam sebuah reaksi kimia untuk menentukan kuantitas dari setiap zat yang bereaksi.Stoikiometri merupakan pokok bahasan dalam ilmu kimia yang mempelajari tentang kuantitas zat  dalam suatu reaksi kimia.

Contoh Soal yang Melibatkan Perhitungan Stoikiometri Kimia

Propana terbakar dengan persamaan reaksi:

C3H8+O2→H2O+CO2

Jika 200 g propana yang terbakar, maka berapakah jumlah H2O yang terbentuk?
Jawab:
Pertama: Setarakan persamaan reaksinya!

C3H8+5O2→4H2O+3CO2

Kedua: Hitung mol C3H8!
mol=m/Mr -> mol= 200 g/ 44 g/mol ->mol= 4.54 mol
Ketiga: Hitung rasio H2O : C3H8 -> 4:1 (*berdasar perbandingan koefisien pada persamaan reaksinya)
Kempat: Hitung mol H2O dengan perbandingan
mol H2O : 4 = mol C3H8 : 1
-> mol H2O : 4  = 4.54 mol : 1
-> mol H2O = 4.54 x 4= 18.18 mol
Kelima : Konversi dari mol ke gram.
mol= m/Mr -> m= mol x Mr -> m= 18.18 mol x 18 = 327.27 gram.

4.     Analisis Kimia dan Titrasi

Titrasi adalah prosedur menetapkan kadar suatu larutan dengan mereaksikan sejumlah larutan tersebut yang volumenya terukur dengan suatu larutan lain yang telah diketahui kadarnya (larutan standar) secara bertahap. Berdasarkan jenis reaksi yang terjadi, titrasi dibedakan menjadi titrasi asam basa, titrasi pengendapan, dan titrasi redoks. Titrasi asam basa adalah penentuan kadar suatu larutan basa dengan larutan asam yang diketahui kadarnya atau sebaliknya, kadar suatu larutan asam dengan larutan basa yang diketahui, dengan didasarkan pada reaksi netralisasi. Titrasi harus dilakukan hingga mencapai titik ekivalen, yaitu keadaan di mana asam dan basa tepat habis bereaksi secara stoikiometri. Titik ekivalen umumnya dapat ditandai dengan perubahan warna dari indikator. Keadaan di mana titrasi harus dihentikan tepat pada saat indikator menunjukkan perubahan warna disebut titik akhir titrasi. Jadi, untuk memperoleh hasil titrasi yang tepat, maka selisih antara titik akhir titrasi dengan titik ekivalen harus diusahakan seminimal mungkin. Hal ini dapat diupayakan dengan memilih indikator yang tepat pada saat titrasi, yakni indikator yang mengalami perubahan warna di sekitar titik ekivalen.

Titrasi asam kuat dengan basa kuat

Sebagai contoh, 40 mL larutan HCl 0,1 M ditetesi dengan larutan NaOH 0,1 M sedikit demi sedikit. Berikut kurva titrasi yang menggambarkan perubahan pH selama titrasi tersebut.

Dari kurva tersebut dapat disimpulkan:

• Mula-mula pH larutan naik sedikit demi sedikit
• Perubahan pH drastis terjadi sekitar titik ekivalen
• pH titik ekivalen = 7 (netral)
• Indikator yang dapat digunakan: metil merah, bromtimol biru, atau fenolftalein. Namun, yang lebih sering digunakan adalah fenolftalein karena perubahan warna fenolftalein yang lebih mudah diamati.

Titrasi asam lemah dengan basa kuat

Sebagai contoh, 40 mL larutan CH₃COOH 0,1 M ditetesi dengan larutan NaOH 0,1 M sedikit demi sedikit. Berikut kurva titrasi berwarna biru yang menggambarkan perubahan pH selama titrasi tersebut dibandingkan dengan kurva titrasi HCl dengan NaOH yang berwarna merah.

Dari kurva tersebut dapat disimpulkan:

• Titik ekivalen berada di atas pH 7, yaitu antara 8 – 9
• Lonjakan perubahan pH pada sekitar titik ekivalen lebih kecil, hanya sekitar 3 satuan, yaitu dari pH ±7 hingga pH ±10
• Indikator yang digunakan: fenolftalein. Metil merah tidak dapat digunakan karena perubahan warnanya terjadi jauh sebelum tercapai titik ekivalen.

Titrasi basa lemah dengan asam kuat

Sebagai contoh, 40 mL larutan NH₃ 0,1 M ditetesi dengan larutan HCl 0,1 M sedikit demi sedikit. Berikut ditampilkan kurva titrasi yang menggambarkan perubahan pH selama titrasi tersebut

Dari kurva tersebut dapat disimpulkan:

• Titik ekivalen berada di bawah pH 7, yaitu antara 5 – 6
• Lonjakan perubahan pH pada sekitar titik ekivalen hanya sedikit, sekitar 3 satuan, yaitu dari pH ±7 hingga pH ±4
• Indikator yang digunakan: metil merah. Fenolftalein tidak dapat digunakan karena perubahan warnanya terjadi jauh sebelum tercapai titik ekivalen.

Contoh soal :

Berapa konsentrasi dari larutan asam asetat CH₃COOH jika diketahui untuk titrasi 25 mL larutan CH₃COOH tersebut diperlukan 15 mL larutan NaOH 0,05 M agar mencapai titik ekivalen?

Jawab:

Persamaan reaksi netralisasi CH₃COOH dengan NaOH:

CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)

Dari persamaan reaksi, diperoleh: 1 mol CH₃COOH  1 mol NaOH

Sebanyak 40 mL larutan asam sulfat 0,25 M dititrasi dengan suatu basa bervalensi satu, dan ternyata dibutuhkan 57 mL basa tersebut. Berapakah kemolaran basa yang digunakan tersebut?

Jawab:

Reaksi netralisasi terjadi antara asam sulfat H₂SO₄ (asam kuat bervalensi dua) dengan suatu basa bervalensi satu.

5.     Berat Ekivalen dan Normalitas

Normalitas adalah satuan konsentrasi yang sudah memperhitungkan kation atau anion yang dikandung sebuah larutan. dan yang berbeda dari Normalitas ini, ialah adanya perhitungan BE atau Berat Ekivalen.  Oleh karena itu ada definisi tambahan untuk Normalitas. Normalitas didefinisikan banyaknya zat dalam gram ekivalen dalam satu liter larutan dengan satuan N

Berikut ialah rumus Normalitas (N) :

BE ini sebenernya ialah Mr yang telah di pengaruhi oleh reaksi berdasarkan lepas / diterimanya atom H.

Rumus BE adalah :

BE = Mr / Banyaknya atom H yang di lepas atau di terima.

Selain itu, Normalitas masih memiliki perhitungan cara pengenceran yang sama seperti pengenceran untuk Molaritas yaitu dengan V1.N1 = V2.N2

misalnya : bagaimana cara membuat larutan HCl 1N dari 10 mL HCl 5N ?

10 x 5 = V2 x 1 maka V2 = 50 ml

Contoh Soal

1.     Berapa Normalitas untuk H2SO4 1M ?

Jawab  :

H2SO4 =>  2H+  +  SO42-

H2SO4 1M = 1 mol / L

Rumus

BE = Mr / Banyaknya atom H yang di lepas atau di terima

BE = 98 / 2 = 49

massa = mol x Mr = 1 x 98 = 98 gr

N = 98/49 x 1 = 2