Stoikiometri Larutan

Berbagai reaksi kimia berlangsung dalam medium larutan. Ketika larutan BaCl₂ dicampurkan dengan larutan H₂SO₄, maka akan terjadi reaksi pembentukan endapan BaSO₄. Untuk mengetahui massa endapan BaSO₄ yang terbentuk, kita perlu memahami stoikiometri larutan.

Stoikiometri larutan adalah perhitungan kimia yang mengaitkan rumus kimia dengan persamaan reaksi kimia dalam larutan. Sebelum kita membahas stoikiometri larutan lebih lanjut, kita perlu mengetahui berbagai macam reaksi yang mungkin terjadi dalam larutan dan juga bagaimana cara menuliskan persamaan ion untuk reaksi larutan elektrolit terlebih dahulu.

Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:
Pemisahan Campuran
Ilmu Kimia
Konfigurasi Elektron

Persamaan Ion

Dalam memerikan reaksi kimia yang melibatkan larutan elektrolit diperlukan persamaan ion. Persamaan ion lengkap menampilkan semua senyawa ionik yang larut dalam bentuk ion-ion yang terdisosiasi dalam larutan. Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh penulisan reaksi pengendapan berikut.

Pb(NO₃)₂(aq) + 2KI(aq) → PbI₂(s) + 2KNO₃(aq)

Persamaan ion lengkap: Pb²⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + 2K⁺(aq) + 2I⁻(aq) → PbI₂(s) + 2K⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq)

Pada persamaan tersebut terlihat adanya ion yang tidak mengalami perubahan pada kedua sisi persamaan ion, yaitu ion K⁺ dan ion NO₃⁻. Ion-ion seperti itu disebut ion penonton. Jika ion-ion penonton tersebut dihilangkan, maka akan didapatkan persamaan ion bersih. Persamaan ion bersih hanya menunjukkan spesi-spesi yang terlibat dalam reaksi saja.

Persamaan ion bersih: Pb²⁺(aq) + 2I⁻(aq) → PbI₂(s)

Beberapa hal khusus yang perlu diperhatikan dalam menuliskan persamaan ion, antara lain:

Bila setiap ion dalam persamaan ion lengkap adalah ion penonton, maka tidak terjadi reaksi kimia.
Hanya elektrolit kuat yang larut dapat dituliskan sebagai ion-ion yang terpisah dalam larutan.

Reaksi dalam Larutan

Secara umum, reaksi dalam larutan diklasifikasikan menjadi 3 jenis, yaitu netralisasi asam-basa, pengendapan, dan redoks.

A. Reaksi Asam-Basa

Reaksi antara asam dengan basa akan menetralisasi sifat masing-masing satu sama lain dan menghasilkan garam. Beberapa jenis reaksi asam-basa yang umum, antara lain:

asam + basa → garam + air
Contoh: CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)

asam + oksida basa → garam + air
Contoh: 2HCl(aq) + CaO(s) → CaCl₂(aq) + H₂O(l)

asam + amonia → garam amonium
Contoh: H₂SO₄(aq) + 2NH₃(g) → (NH₄)₂SO₄(aq)

oksida asam + basa → garam + air
Contoh: SO₃(g) + 2KOH(aq) → K₂SO₄(aq) + H₂O(l)

B. Reaksi Pengendapan

Reaksi pengendapan terjadi ketika kation dan anion tertentu bergabung membentuk suatu padatan ionik sukar larut yang disebut sebagai endapan. Untuk memprediksikan apakah endapan terbentuk setelah mencampurkan dua larutan senyawa ionik, kita perlu mengikuti petunjuk kelarutan senyawa ionik dalam air berikut.

petunjuk kelarutan senyawa ionik

Untuk lebih detil mengenai reaksi pengendapan, dapat dilihat pada artikel “Kelarutan Garam”.

Reaksi pengendapan dan beberapa reaksi asam-basa termasuk reaksi pergantian rangkap (reaksi metatesis). Pada reaksi pergantian rangkap terjadi pertukaran kation dan anion antara dua senyawa. Reaksi hanya dapat berlangsung apabila terbentuk produk reaksi berwujud padat (s), cair (l), atau gas (g). Produk hasil reaksi yang merupakan senyawa tidak stabil akan mengalami peruraian. Berikut beberapa senyawa tidak stabil dan peruraiannya.

asam

H₂CO₃ → H₂O(l) + CO₂(g)
H₂SO₃ → H₂O(l) + SO₂(g)
H₂S₂O₃ → H₂O(l) + SO₂(g) + S(s)

basa

NH₄OH → NH₃(g) + H₂O(l)
2AgOH → Ag₂O(s) + H₂O(l)
Hg(OH)₂ → HgO(s) + H₂O(l)

garam

2FeI₃ → 2FeI₂(aq) + I₂(s)
2CuI₂ → 2CuI(s) + I₂(s)

C. Reaksi Redoks

Reaksi redoks adalah reaksi kimia yang disertai perubahan bilangan oksidasi. Jenis reaksi redoks yang akan dibahas berikut hanya reaksi pergantian tunggal, khususnya reaksi pendesakan logam. Reaksi pergantian tunggal adalah reaksi pertukaran atom suatu unsur dengan atom (atau ion) unsur lain dari suatu senyawa. Pada reaksi pendesakan logam, unsur logam mendesak kation logam lain atau hidrogen dari suatu senyawa.

logam + asam nonoksidator → garam + gas hidrogen

Asam nonoksidator yaitu asam encer selain HNO₃ dan H₂SO₄ pekat. Logam Cu, Hg, Ag, Pt, dan Au tidak bereaksi dengan asam nonoksidator.

Contoh: Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)

logam L + garam MX → garam LX + logam M

Reaksi ini hanya dapat berlangsung apabila logam L di sebelah kiri logam M dalam deret kereaktifan logam (deret Volta). Dengan kata lain, logam L harus lebih reaktif (mudah teroksidasi) dibanding logam M.

Deret kereaktifan logam:

Li – K – Ba – Ca – Na – Mg – Al – Mn – Zn – Cr – Fe – Cd – Co – Ni – Sn – Pb – (H) – Cu – Hg – Ag – Pt – Au

Contoh 1: Zn(s) + CuSO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + Cu(s)

Contoh 2: Mg(s) + KBr(aq) → tidak bereaksi

Stoikiometri Reaksi dalam Larutan

Prinsip utama stoikiometri reaksi dalam larutan sama dengan stoikiometri reaksi kimia pada umumnya, yaitu bahwa perbandingan jumlah mol zat-zat yang terlibat dalam reaksi sama dengan perbandingan koefisien reaksinya.

Berikut langkah-langkah menyelesaikan soal perhitungan stoikiometri.

menuliskan persamaan reaksi setara dengan koefisien reaksi yang sesuai,
menentukan jumlah mol (n) zat-zat yang diketahui,

- bila diketahui massa zat, $n = \frac{m}{M_r}$
- bila diketahui volum dan konsentrasi larutan, $n = M \times V$
- bila diketahui volum gas (STP), $n = \frac{V}{22,4 L/mol}$
- bila diketahui volum gas dan gas lain pada (P, T) sama, $\frac{n_1}{n_2} = \frac{V_1}{V_2}$

membandingkan jumlah mol masing-masing zat dengan koefisien reaksinya, sehingga diketahui pengali yang digunakan,
menganalisis “Mula-mula−Reaksi−Sisa” dari persamaan reaksi dengan menentukan pereaksi pembatas yang memiliki hasil bagi pengalinya terkecil,
menentukan jumlah zat yang ditanyakan di soal berdasarkan analisis “Mula-mula−Reaksi−Sisa”,
- bila ditanya massa zat, $m = n \times M_r$
- bila ditanya volum atau konsentrasi larutan, $M = \frac{n}{V}$
- bila ditanya volum gas (STP), $V = n \times 22,4 L/mol$
- bila ditanya volum gas dan diketahui gas lain pada (P, T) sama, $\frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2}$
- bila ditanya volum gas pada (P, T) tertentu, $V = \frac{nRT}{P}$

Keterangan:

m = massa (gram)
M_r = massa molekul (atau atom) relatif (gram/mol)
V = volum (L)
P = tekanan gas (atm)
T = suhu gas (K)
R = tetapan gas ideal (0,082 L atm mol⁻¹ K⁻¹)

Contoh Soal dan Pembahasan

Contoh Soal 1

Tuliskan reaksi rumus dan reaksi ion bersih untuk masing-masing reaksi berikut.

padatan magnesium oksida dengan larutan asam nitrat
larutan amonium klorida dengan larutan kalsium hidroksida
logam aluminium dengan larutan tembaga(II) sulfat

Jawab:

reaksi rumus: MgO(s) + 2HNO₃(aq) → Mg(NO₃)₂(aq) + H₂O(l)

reaksi ion lengkap: MgO(s) + 2H⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) → Mg²⁺(aq) + 2NO₃⁻(aq) + H₂O(l)

reaksi ion bersih: MgO(s) + 2H⁺(aq) → Mg²⁺(aq) + H₂O(l)

reaksi rumus: 2NH₄Cl(aq) + Ca(OH)₂(aq) → CaCl₂(aq) + 2NH₃(g) + 2H₂O(l)

reaksi ion lengkap: 2NH₄⁺(aq) + 2Cl⁻(aq) + Ca²⁺(aq) + 2OH⁻(aq) → Ca²⁺(aq) + 2Cl⁻(aq) + 2NH₃(g) + 2H₂O(l)

reaksi ion bersih: NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq) → NH₃(g) + H₂O(l)

reaksi rumus: 2Al(s) + 3CuSO₄(aq) → Al₂(SO₄)₃(aq) + 3Cu(s)

reaksi ion lengkap: 2Al(s) + 3Cu²⁺(aq) + 3SO₄²⁻(aq) → 2Al³⁺(aq) + 3SO₄²⁻(aq) + 3Cu(s)

reaksi ion bersih: 2Al(s) + 3Cu²⁺(aq) → 2Al³⁺(aq) + 3Cu(s)

Contoh Soal 2

Sebanyak 50 mL larutan Na₂CO₃ 0,05 M direaksikan dengan 20 mL larutan HCl 0,1 M. Hitunglah massa garam yang terbentuk dan volum gas CO₂ yang dihasilkan jika diukur pada STP. (A_r H = 1; C = 12; O =16; Na = 23; Cl = 35,5)

Jawab:

Persamaan reaksi setara: Na₂CO₃(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

Zat-zat yang diketahui jumlahnya: Na₂CO₃ dan HCl

n Na₂CO₃ = (0,05 M)(0,050 L) = 0,0025 mol

n HCl = (0,1 M)(0,020 L) = 0,002 mol

penyelesaian soal stoikiometri larutan

Garam yang terbentuk adalah NaCl sebanyak 0,002 mol.

m NaCl = (0,002 mol)(58,5 g/mol) = 0,117 g

Gas CO₂ yang dihasilkan sebanyak 0,001 mol.

V CO₂ (STP) = (0,001 mol)(22,4 L/mol) = 0,0224 L

Jadi, massa garam NaCl yang terbentuk adalah 0,117 gram dan volum CO₂ yang dihasilkan jika diukur pada STP adalah 0,0224 liter.

Referensi

Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.
Chang, Raymond & Goldsby, Kenneth A. 2016. Chemistry (12^th edition). New York: McGraw-Hill Education
Johari, J.M.C. & Rachmawati, M. 2009. Kimia SMA dan MA untuk Kelas XI Jilid 2. Jakarta: Esis
Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.
Purba, Michael. 2006. Kimia 2B untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga
Retnowati, Priscilla. 2005. SeribuPena Kimia SMA Kelas XI Jilid 2. Jakarta: Erlangga
Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Materi: Stoikiometri Larutan
Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.
Alumni Kimia FMIPA UI

Materi Kimia lainnya di StudioBelajar.com: