Diktat UTS Semester 3.pdf

DIKTAT Semester 3 ~ Departemen Teknik Kimia

Nomor 2

Reaksi :

→

3C2H5OH + 2Na2Cr 2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr 2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2O Skema: Basis : 100 mol F1

F2 H2SO4

P C2H5OH H2SO4 Na2Cr 2O7 CH3COOH Cr 2(SO4)3 Na2SO4 H2O

F3 C2H5OH H2SO4 Na2Cr 2O

Mixe

Reaktor

F1 C2H5OH R C2H5OH H2SO4

D CH3COOH S E P A R A T O R

W C2H5OH H2SO4 Na2Cr 2O7 Cr 2(SO4)3 Na2SO4 H2 O

Dari informasi soal diketahui : -

Konversi overall sebesar 90%

-

Aliran recycle

= umpan segar C2H5OH = 100 mol

-

H2SO4 (R)

= 94% (R)

-

C2H5OH(R) = 6% (R)

-

Laju umpan segar F2 untuk H2SO4 excess 20% dan untuk Na2Cr 2O7excess 10%

= 94 mol

= 6 mol

stoikiometrik C2H5OH -

H2SO4

= 8/3 (F1)

= 8/3 (100 mol) = 266,6 mol, karena excess 20%

- Na2Cr 2O7

= 2/3 (F1)

= 2/3 (100 mol) = 66,6 mol, karena excess 10%

-

= 320 mol

Pada D hanya ada CH3COOH, di W tidak terdapat CH3COOH.

31

= 73,3 mol


-

Untuk mencari komposisi limbah mula-mula dibutuhkan reaksi overall, yaitu reaksi yang hanya menyangkut sistem keseluruhan dengan input berupa F1 dan F2 kemudian output berupa D dan W. Pada reaksi overall dengan konversi 90%, didapat data sebagai berikut: F2 H2SO4 D Na2Cr 2O7 CH COOH 3

W C2H5OH H2SO4 Na2Cr 2O7 Cr 2(SO4)3 Na2SO4 H2O

Overall sistem 90% Konversi F1 C2H5OH

→

3C2H5OH + 2Na2Cr 2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr 2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2O Awal 100 mol

73,3 mol

320 mol

-

-

Reaksi 90 mol

60 mol

240 mol

90 mol

60 mol

60 mol

330 mol

13,3 mol

80 mol

90 mol

60 mol

60 mol

330 mol

Sisa

10 mol

-

-

Sehingga: pada D karena hanya berupaCH3COOH maka hanya terdapat CH3COOH sebanyak 90 mol. Dan pada W terdapat : C2H5OH w = 10 mol

Cr 2(SO4)3w = 60 mol

Na2Cr 2O7w = 13,3 mol

Na2SO4w

= 60 mol

H2SO4w

Air w

= 330 mol

= 80 mol

Kemudian untuk menentukan konversi sekali jalan reaktor dibutuhkan neraca reaksi input dan output yaitu F3 dan P. Diketahui bahwa komposisi produk reaktor yaitu CH3COOH, Cr 2(SO4)3, Na2SO4dan air tidak berubah pada P karena tidak keempat komponen tersebut tidak mengalami reaksi lagi sejak P hingga ke D dan W. F3 C2H5OH H2SO4 Na2Cr 2O7

Reaktor X% konversi

32

P C2H5OH H2SO4 Na2Cr 2O7 CH3COOH Cr 2(SO4)3 Na2SO4 H2O


Komposisi P: CH3COOH p = 90 mol

Na2SO4 p

= 60 mol

Cr 2(SO4)3 p

Air p

= 330 mol

= 60 mol

Kemudian pada F3 merupakan reaktan berupa campuran aliran dari F1, F2 dan R sehingga komposisi pada F3: C2H5OH F3

= C2H5OH F1 + C2H5OH R = 100 mol + 6 mol

H2SO4F3

= H2SO4F2 + H2SO4R = 320 mol + 94 mol

Na2Cr 2O7F3

= Na2Cr 2O7F2

= 106 mol

= 414 mol

= 73,3 mol

Sehingga persamaan reaksinya:

→

3C2H5OH + 2Na2Cr 2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr 2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2O Awal 106 mol

73,3 mol

414 mol

-

-

Reaksi 90 mol

60 mol

240 mol

90 mol

60 mol

60 mol

330 mol

13,3 mol

174 mol

90 mol

60 mol

60 mol

330 mol

Sisa

16 mol

-

Sehingga pada P terdapat komposisi: C2H5OH p

= 16 mol

Cr 2(SO4)3 p

= 60 mol

Na2Cr 2O7 p

= 13,3 mol

Na2SO4 p

= 60 mol

H2SO4 p

= 174 mol

Air p

= 330 mol

CH3COOH p = 90 mol

Sehingga konversi C2H5OH pada reaktor adalah

O −O p =  −  = 0,85 = 85% O   

33

-


Ringkasan hasil hitungan: F1

F2

R

F3

P

D

W

(mol)

(mol)

(mol)

(mol)

(mol)

(mol)

(mol)

C2H5OH

100

-

6

106

16

-

10

H2SO4

-

320

94

414

174

-

80

Na2Cr2O7

-

73,3

-

73,3

13,3

-

13,3

CH3COOH

-

-

-

-

90

90

-

Cr2(SO4)3

-

-

-

-

60

-

60

Na2SO4

-

-

-

-

60

-

60

Air

-

-

-

-

330

-

330

Total

100

393,3

100

593,3

743,3

90

553,3

Komponen

34


Ujian Tengah Semester Ganjil 2009/2010 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler Neraca Massa dan Energi Sifat

: Open Book

Hari/Tanggal : Senin/19 Oktober 2009 Waktu

: 90 menit

Dosen

: Ir. Yuliusman M.Sc. Ir. Eva F. Karamah, MT.

1. Salah satu metode yang sudah sangat luas digunakan untuk pemurnian gas adalah dengan mengabsorpsi secara selektif komponen gas yang tidak diinginkan ke dalam medium liquid tertentu. Medium liquid selanjutnya diregenerasi dengan penanganan panas atau kimiawi untuk melepaskan material yang diabsorpsi. Pada suatu instalasi system pemurnian untuk menyisihkan senyawa sulfur yang dirancang untuk beroperasi pada laju hingga 820 mol/jam, secara temporer dimasukkan umpan dengan laju 1000 mol/jam umpan. Karena hanya 82% dari umpan yang dapat diolah, diusulkan utnuk mem-by-pass aliran sehingga konsentrasi H2S keluaran harus dikurangi secara signifikan supaya aliran keluaran campuran hanya mengandung 1% H2S dan 0,3% COS (basis mol). Sistem dapat mengabsorpsi semua COS dan satu mol CO2 per mol H2S terabsorpsi. Hitunglah semua aliran dalam system jika umpan mengandung 15% ( mol) CO2, 5% H2S, dan 14,1% COS, sisanya CH4.

2. Dalam suatu proses hidrasi katalitik etilena menjadi etil alcohol, hanya sebagian dari etilena terkonversi. Produk kondensasi dan diambil setiap siklus melalui converter dan gas yang tidak terkonversi di-daur ulang. Kondensor diasumsikan dapt menyisihkan semua alcohol dan gas-gas daur ulang mengandung 6,5% (mol) uap. Konversi etilena per pass melalui converter adalah 4,5% . Rasio molar air terhadap etilena pada aliran umpan menuju converter, setelah pencampuran aliran gas daur ulang dengan umpan segar adalah 0,55. a.

Buatlah skema proses yang terjadi (Gunakan notasi berikut: F=umpan segar; F’=umpan ke converter; K=umpan ke condensor; P=produk alcohol; R=daur ulang)

b.

Hitunglah laju alir dan komposisi semua aliran dalam proses

c.

Hitunglah rasio aliran daur ualng terhadap aliran umpan segar

35



: Open Sheet

Hari/Tanggal : Kamis/28 Oktober 2010 Waktu

: Jam 10.00-12.30

Dosen

: Prof. Dr. Ir. M. Nasikin M.Eng. Ir. Eva F. Karamah, MT.

1. TiCl4dapat dibuat dengan mereaksikan titanium dioksida (TiO2) dengan asam klorida, dengan reaksi sebagai berikut: TiO2+ HCl

→TiCl + H O 4

2

TiO2tersedia dalam bentuk bijih yang mengandung 78% TiO2dan 22% inert. HCl tersedia dalam bentuk larutan 45% berat (sisanya air). Konversi TiO2sekali lewat reaktor adalah 75%. HCl yang digunakan berlebih 20%. TiO2murni yang tidak bereaksi didaur ulang untuk dicampur dengan TiO2umpan. Untuk setiap 1 kg TiCl4yang dihasilkan, tentukan: a. Skema sederhana dari proses yang terjadi b. Berat bijih TiO2yang diumpankan (kg) c. Berat larutan HCl yang diumpankan (kg) d. Rasio berat daur ulang terhadap umpan segar bijih TiO2 2. Mineral pyrite (senyawa yang diinginkan di dalam pyrite adalah FeS2) sering digunakan sebagai sumber SO2untuk memproduksi larutan bubur sulfit. Batuan pyrite yang mengandung 48% sulfur, 43% besi dan sisanya inert, dibakar sempurna melaui pembakaran singkat (flash combustion). Reaksi pembakaran yang terjadi adalah sebagai berikut:

→

FeS2+ O2 Fe3O4 + SO2 Semua Fe membentuk Fe3O4di dalam produk padatan. Gas keluaran burner dilewatkan ke dalam absorber yang menggunakan larutan batu kapur (CaO) sebagai penyerap SO2, untuk menghasilkan larutan bubur sulfit. Komposisi gas yang keluar dari absorber adalah SO2 0,7%; O2 2,9%; N2 96,4%. Hitunglah berat (kg) udara yang disuplai ke dalam burner per kg pyrite yang dibakar. (Ar Fe=56, S=32, N=14, O=16)

36



: Open Sheet

Hari/Tanggal : Selasa/26 Oktober 2010 Waktu

: Jam 10.00-12.30

Dosen

: Prof. Dr. Ir. M. Nasikin M.Eng. Ir. Eva F. Karamah, MT.

1. Reaksi etil-tetrabromida dengan bubuk seng berlangsung seperti diagram di bawah ini. Reaksi yang terjadi adalah: C2H2Br 4 + Zn

→ C H +ZnBr 2

2

2

Berdasarkan C2H2Br 4konversi sekali lewat reactor adalah 80% dan C2H2Br 4yang tidak bereaksi dikembalikan ke reactor. Dengan basis 1000 kg C2H2Br 4 yang diumpankan ke reactor per jam, hitunglah: a. Berapa C2H2yang diproduksi per jam b. Laju recycle dalam kg/jam c. Jumlah Zn yang harus ditambahkan per jam jika Zn yang digunakan 20% berlebih d. Rasio mol ZnBr2 terhadapC2H2 pada produk (Ar: Br=80; Zn=65,5)

2. Mineral pyrite (senyawa yang diinginkan di dalam pyrite adalah FeS2) sering digunakan sebagai sumber SO2untuk memproduksi larutan bubur sulfit. Batuan pyrite yang mengandung 48% sulfur, 43% besi dan sisanya inert, dibakar sempurna melaui pembakaran singkat (flash combustion). Reaksi pembakaran yang terjadi adalah sebagai berikut:

→

FeS2+ O2 Fe3O4 + SO2 Semua Fe membentuk Fe3O4di dalam produk padatan. Gas keluaran burner dilewatkan ke dalam absorber yang menggunakan larutan batu kapur (CaO) sebagai penyerap SO2, untuk menghasilkan larutan bubur sulfit. Komposisi gas yang keluar dari absorber adalah SO2 0,7%; O2 2,9%; N2 96,4%. Hitunglah berat (kg) udara yang disuplai ke dalam burner per kg pyrite yang dibakar.

37


KOMPUTASI NUMERIK UJIAN TENGAH SEMESTER GENAP 2006-2007 METODE NUMRIK Durasi: 30 menit Sifat ujian: Buku terbuka

1. BATCH – 1

Formula DERET TAYLOR dari sin(x) dan cos(x), adalah (INGAT : X DALAM RADIAN!):

 +    (1) (1) sin() ()   (21)! ; cos()   (2)! ()  cos() = = ∞

∞

Pembuatan program untuk menghitung tan(x) dengan formula diatas sebenarnya merupakan kombinasi dan sedikit rekayasa teknik pemrogaman sin(x) dan cos(x), sedimikian rupa sehingga dapat ditulis sebagai berikut: SUM1 : = X; SUM2 : = 1.0; KOEF : = 1.0; FOR I : = 1 TO K DO BEGIN NUM : = 1.0; DEN : = 1.0; KOEF : = -1*koef; FOR J : = 1 TO (2*I+1) DO BEGIN NUM : = NUM*X ; DEN : = DEN*J; END; SUM1 : = SUM1 + KOEF*NUM/DEN; SUM2 : = SUM2 + KOEF* ( NUM/X ) / ( DEN/J ) END; WRITELN (‘TAN (X) secara numeris :’, SUM1 / SUM2 : 14 : 12 ); ‘ ’

Persoalan :

Lengkapi atau tulis kembali program di atas sehingga merupakan program utuh yang dapat dieksekusi, lengkapi dengan perbandingannya terhadap hasil secara analitis! 2. BATCH-2

Formula DERET TAYLOR dari sin(x) dan cos(x), adalah (INGAT : X DALAM RADIAN!): 38


  +        (1)  ()   (21)!    3!  5!  7!  9!  11!  ⋯ =           (1)  cos()   (2)!    2!  4!  6!  8!  10!  ⋯ = ∞

∞

Dalam formula-formula di atas, yang harus diperhatikan adalah kemiripan dari

trend

‘pangkat’ dari x dan pembagi (denumerator) dari keduanya. Persoalan :

Dengan menggunakan program sin(x) yang telah saudara dapatkan dalam kuliah dan latihan program kmputernya, buatlah program cos(x) yang dimasukan, lengkap dengan perbandingannya terhadap hasil secara analitis! 3. BATCH-3

  ()  ∑= (−)(+)! cos()  ∑= (−)()!(INGAT : X DALAM ∞

∞

RADIAN!):

Perhatikan bahwa formula di atas memiliki KEMIRIPAN dalam penulisan deret Taylor yang sesuai. Dalam hal ini, yang harus diperhatikan adalah ‘pangkat’ dari x dan pembagi

(denumerator) dari formula-formula di atas Persoalan :

Dengan menggunakan program sin(x) yang telah saudara dapatkan dalam kuliah dan latihan program kmputernya, buatlah program cos(x) yang dimasukan, lengkap dengan perbandingannya terhadap hasil secara analitis!

39


Jawaban 1. BATCH-1 Program tangen; Uses winert;

Var

Sum1,sum2,num,den,x:extended; Koef,I,J,K:integer;

Begin

Write(‘masukkan nilai sudut x=’); readln(x); Write(‘jumlah suku=’); readln(K);

SUM1 : = X; SUM2 : = 1.0; KOEF : = 1.0;

FOR I : = 1 TO K DO BEGIN

NUM : = 1.0; DEN : = 1.0; KOEF : = (-1)*koef; FOR J : = 1 TO (2*I+1) DO BEGIN

NUM : = NUM*X ; DEN : = DEN*J; END;

SUM1 : = SUM1 + KOEF*NUM/DEN; SUM2 : = SUM2 + KOEF* ( NUM/X ) / ( DEN/J ) END;

WRITELN (‘nilai numeris =’, SUM1 / SUM2 : 14 : 12); 40


WRITELN (‘nilai analitis =’, SIN(X) / COS(X) : 14 : 12); END.

2. BATCH-2

Program cosinus; Uses winert; Var

Sum,num,denum,x:extended; pengali,I,J,ig,N:integer; Begin

Write(‘masukkan nilai sudut x=’); readln(x); Write(‘jumlah suku=’); readln(N);

SUM : = 1; Pengali : = 1.0; FOR I : = 1 TO N DO BEGIN

Ig : = 2*i; Num := 1; Denum : = 1; Pengali : = (-1)*pengali; FOR J : = 1 TO ig DO BEGIN

NUM : = NUM*X ; Denum : = Denum*J; END;

SUM : = SUM + pengali*(NUM/Denum); END;

WRITELN (‘nilai numeris =’, SUM); WRITELN (‘nilai analitis = ‘,COS(X) ); END.

41


3. BATCH-3 Program cosinus; Uses winert; Var

Sum,num,denum,x:extended; pengali,I,J,ig,N:integer; Begin

Write(‘masukkan nilai sudut x=’); readln(x); Write(‘jumlah suku=’); readln(N);

SUM : = 1; Pengali : = 1.0; FOR I : = 1 TO N DO BEGIN

Ig : = 2*i; Num := 1; Denum : = 1; Pengali : = (-1)*pengali; FOR J : = 1 TO ig DO BEGIN

NUM : = NUM*X ; Denum : = Denum*J; END;

SUM : = SUM + pengali*(NUM/Denum); END;

WRITELN (‘nilai numeris =’, SUM); WRITELN (‘nilai analitis = ‘,COS(X) ); END.

42


Prediksi sifat – sifat tekanan uap murni suatu fluida hidrokarbon sebagai fungsi dari

°

suhu (T , dalam C) menggunakan model Persamaan Antoine berikut ini :

 ) =(− 

Untuk menghitung tetapan-tetapan A,B,C, dan D , jika diinginkan untuk memprediksi tekanan uap dari fluida “propionaldehyde” , maka penulis terlebih dahulu harus melakukan “regresi-linier” dari pasangan data percobaan pada tabel berikut ini : n

T ( C)

°

y

1

-23,4500

4,184869

2

-12,5609

5,551657

3

-1,6718

7,168120

4

9,2173

9,041533

5

20,1064

11,175412

6

30,9955

13,569919

7

41,8846

16,222309

8

52,7737

19,127386

9

63,6628

22,277937

10

74,5519

25,665137

(sumber : http://www.eng.auburn.edu/users/drmills/mans486/Diffusion%20Tube/Antoine_coefficient_table.PDF)

Dengan menggunakan pengetahuan kuliah penulis tentang regresi-linier beserta pemrogramannya, baik menggunakan FORTRAN-77 ( Silverfrost atau Force 3.xx) maupun PASCAL (Ezy-Pascal atau pun Dev-Pascal), maka penulis diminta untuk menghitung harga-

harga konstanta A,B,C, dan D menggunakan metode Eliminasi Gauss yang diprogram dalam file *.for/*f atau pun *.pas/*.epas Penulis juga diminta membuat TABEL (dalam kesatuan pengerjaan proyek ini) dan program-program FORTRAN-77 dan PASCAL-nya yang diperlukan untuk penyelesaian tersebut.

43


Jawaban

Model Persamaan Antoine yang digunakan untuk menentukan tekanan uap murni hidrokarbon (dalam kasus ini berupa propionaldehyde ) sebagai fungsi dari suhu adalah :

= − + 

...(1)

Dengan menggunakan sifat – sifat logaritma natural (ln) persamaan di atas dapat diubah ke dalam bentuk linier dengan langkah – langkah sebagai berikut :

 ) lny=ln(−  lny=− +  ...(2)

Kedua ruas pada persamaan (2) dikalikan dengan (B T +A) sehingga menghasilkan persamaan :

BAlny= BA −C B.ln yA.lny = D.BDA−C B . .lny = DA−C D.B.−A.lny y

x1

...(3)

x2

Persamaan (3) merupakan bentuk persamaan linier dari persamaan Antoine. Dalam persamaan linear tersebut terdapat dua variabel bebas, yaitu x1 dan x2. Berdasarkan berbagai literatur yang digunakan oleh penulis, diketahui bahwa tetapan B selalu memiliki nilai sebesar 1 (satu) dalam persamaan Antoine. Oleh karena itu, persamaan dapat dituliskan kembali menjadi :

atau

.lny= DA−CB.−A.lny = 2

...(4)

...(5)

dengan niai a setara dengan (DA-C), nilai b setara dengan B, dan nilai c setara dengan – A. Penyelesaian dengan sistem regresi-linier dapat dilakukan dengan menggunakan konsep matriks A.x = b, di mana x merupakan matriks yang mengandung nilai – nilai yang dicari. Matriks x mengandung nilai intercept , koefisien dari x1, dan koefisien dari x 2. Matriks A yang digunakan merupakan matriks yang berukuran 3x3 sedangkan matriks x dan b merupakan matriks berukuran 3x1. Elemen matriks A,b, dan x dapat ditentukan

44


dengan menentukan simpangan baku dari persamaan (5). Cara menentukan simpangan baku tersebut adalah sebagai berikut :

 = ∑−− − 22

...(6)

Untuk memperoleh nilai a, maka persamaan (6) diturunkan terhadap a dengan hasil turunan sebesar 0. Langkah tersebut dapat dituliskan dalam persamaan matematis sebagai berikut :

 = ∑−− − 2−1 = 0... 

(7)

Nilai b dan c dapat ditentukan dengan menggunakan prinsip yang sama seperti di atas, yaitu penurunan simpangan baku terhadap b dan c sehingga diperoleh persamaan berikut :

 = ∑−− − 2− = 0...   = ∑−− − 2−2 = 0... 

(8)

(9)

Persamaan (7),(8), dan (9) dapat diubah ke persamaan ekuivalen sebagai berikut :

 ∑   ∑ 2 = ∑   ∑   ∑ 2  ∑ .2 = ∑ .  ∑ 2  ∑ .2  ∑ 22 = ∑ 2. ...(10)

...(11) ...(12)

Ketiga persamaan tersebut dapat diubah kembali ke dalam bentuk matriks ekuivalen (perkalian matriks A.x=b) sebagai berikut :

  2    2 .2 . = . [2 .2 22 ] [2.] Setelah memperoleh persamaan matriks di atas, penulis membuat tabel yang berisi data – data serta pengolahan dari data tersebut (sesuai yang dibutuhkan dalam matriks) untuk membantu proses perhitungan tetapan A,B,C, dan D . Tabel tersebut adalah sebagai berikut :

°

n

( C) / x1 T

ln y / x2

(x1)2

(x2)2

x1.x2 / y

x1.y

x2.y

1

-23,4500

1,4315

549,9025

2,0491

-33,5681

787,1719

-48,0519

2

-12,5609

1,7141

157,7762

2,9381

-21,5306

270,4436

-36,9055

3

-1,6718

1,9696

2,7949

3,8795

-3,2928

5,5050

-6,4857

4

9,2173

2,2018

84,9586

4,8480

20,2949

187,0643

44,6859

5

20,1064

2,4137

404,2673

5,8260

48,5311

975,7865

117,1404

6

30,9955

2,6079

960,7210

6,8009

80,8318

2505,4216

210,7976

7

41,8846

2,7864

1754,3197

7,7640

116,7067

4888,2143

325,1901

8

52,7737

2,9511

2785,0634

8,7091

155,7416

8219,0595

459,6123

45


9

63,6628

3,1036

4052,9521

9,6323

197,5837

12578,7292

613,2200

10

74,5519

3,2451

5557,9858

10,5309

241,9309

18036,4061

785,0980

255,5095

24,4248

16310,7415

62,9779

803,2292

48453,802

2464,3012

Σ

Setelah memperoleh matriks yang akan digunakan dalam regresi linier serta memperoleh data – data yang dibutuhkan dalam proses perhitungan, penulis dapat menyusun sebuah program yang dapat melakukan proses regresi-linier untuk menentukan koefisien dari berbagi senyawa hidrokarbon dalam persamaan Antoine. Aplikasi yang digunakan penulis untuk menyusun program ini adalah Silverfrost Plato dengan bahasa pemrograman FORTRAN. Program yang disusun penulis adalah sebagai berikut :

46


47


Untuk memperoleh output dari program, penulis harus menyiapkan sebuah file input yang berisi nilai – nilai data, yaitu jumlah data; data x1; data x2; dan data y. File input tersebut dibuat dengan menggunakan aplikasi Notepad dan disimpan dengan format .DAT. Proses ini dilakukan agar file input dapat dibaca oleh program persamaan Antoine yang dibuat serta menghasilkan nilai – nilai tetapan A,B,C, dan D yang diharapkan. Format file input tersebut adalah sebagai berikut :

48


Jumlah Data (N)

x1

x2

y

Setelah membuat file rancangan program dalam aplikasi Silverfrost Plato dan menyiapkan file data input dalam format .DAT, penulis dapat menjalankan program yang telah dibuat dan memperoleh output berupa tetapan A,B,C, dan D untuk persamaan Antoine sebagai berikut :

Berdasarkan literatur yang diperoleh, penulis mengetahui besar tetapan A,B,C, dan D untuk propionaldehyde adalah sebagai berikut : A = 229,010 B=1 C = 1154,800 D = 7,04930

Apabila dibandingkan, nilai yang diperoleh dari penggunaan program persamaan Antoine telah mendekati nilai yang diperoleh berdasarkan literatur.

49


UJIAN TENGAH SEMESTER GENAP 2008-2009 METODE NUMRIK Tanggal 2 april 2008 Waktu 75 menit Sifat buku terbuka

8(4 42 2 46)= 4625 24 24 52 4 2734

1. Hitung dan susunlah suatu matriks diagonal atas dari spal dibawah ini :

Dengan ‘Teknik Eliminasi’ dari metode Eliminasi Gauss dan kemudian diikuti dengan langkah

‘substitusi Balik’,

hitunglah VEKTOR JAWABnya {x 1, x2 x3,x4}

Perhatian : ada kemungkinan, perlu dilakukan penyusunan/ pemilihan PIVOT terbesar!

= 1,04ln1,26cos0,0303  

2. Cari akar persamaan berikut dengan menggunakan Metode Secant.

Gunakan x1 = 5 dan x2 = 4,9 sebagai taksiran awal, criteria konvergensi, Є = 10 -5 dan buat jawaban Anda dalam table sistematis Perhatian : besaran sudut dalam satuan radian

50


Jawaban 1. Metode Eliminasi Gauss : bentuk persamaan diubah ke dalam bentuk matriks

kemudian matriks dieliminasi menjdi matriks segitiga atas. Jalannya adalah sebagai

1 2 8[4 42 21 64 42 65] 3 1211 →[80 40 20 61 462 ] 24 24 52 14 23 74 441 1 00 12 9/21 1/21 31/211 2 8 4 2 6 46 8 4 2 6 46 1 2 ↔4 →[000 102 9/210 1/211 31/2112 ]3 2 2 →000 102 104 111 1 1102 80 42 21 61 ⌈⌉= 4611 00 00 40 11  102

berikut:

Sehingga diperoleh



X4 = 2



4x3 – x4 = 10



2x2 + x3 + x4 = 11 X2 = 3

X3 = 3



8x1 + 4x2+ 2x3 + 6x4 = 46 X1 = 2

Jadi akar-akarnya x 1 = 2, x2 = 3, x3 = 3, dan x4 = 2

=1=51,04ln1,26cos0,0303   ∈ =10−

2. Metode Secant

X2 = 4,9

k

xk

Xk+1

f(xk )

0

5

4,9

2,525054202

1

4,9

4,129796266

2,234886038

2

4,129796266

3,346645711

2,234886038

3

3,346645771

0,947915288

0,849430065

4

0,947915288

1,941087368

-0,60021001

51


5

1,941087368

1,975206929

-0,019934847

6

1,975206929

1,964457031

0,009169905

7

1,962257031

1,964455516

-0,000001292

∈ =10− |+ | ≤1,515 . 10− Oleh karena

, maka iterasi berhenti apabila

|+ | ≤10−

Pada iterasi ke-7 : x k = 1,964457031 ; x k+1 = 1,964455516

Jadi hasil akarnya adalah 1,964455516

52


UJIAN TENGAH SEMESTER 2005-2006 METODE NUMRIK Senin, 28 maret 2005 Durasi: 70 menit Sifat ujian: Buku terbuka

Diberikan listing (print out) suatu PEMOGRAMAN DASAR “Turbo Pascal” sebagai berikut :

Uses Dos; Var K : Integer; Begin For K : = 2 to 99 do Begin M : = 3*Sqr(K) + 2*K – 7; Writeln (‘K = “, K,’  M=’, M);

End; Readln; End.

Perhatikan dengan baik-baik dan seksama, kemudian jawablah dengan ringkas dan dengan sistematika yang tepat, soal-soal dibawah ini! A. Pengetahuan pemrograman dasar (Bobot 30%)

A.1. Variebel-variabel apa saja yang belum dideklarasikan dari program diatas? A.2. Jika program diatas harus dijalankan dalam WINDOWS, deklarasi apa yangdiperlukan ? A.3. Menurut saudar, apa tujuan/maksud dari program diatas ? B. Pemrograman pascal dan pengetahuan numeric (Bobot 35%)

B.1. jika diisyarakatkan

hanya mengeksekusi hasilnya pada saat K sebagai

bilangankelipatan dari Z, Apakah program diatas dapat di jadikan kerangkan programnya? Jelaskan jawaban saudara! B.2. tuliskan dalam Turbo Pascal (for windows) yang saudara maksudkan!

53


C. Keterampilan Pemrograman Pascal (Bobot 35%) C.1. Bagaimana penulisan program dan atau modifikasinya, jika program diatas harus

digunakan

Untuk mencetak harga-harga K dan fungsinya {M=f(K)} jika dan hanya I merupakan BILANGAN PRIMA? C.2 Jika rentang bilangan yang dimaksud dari program di atastidak melalui spesifik untuk bilanganK = 2 … 99, melainkan untuk rentang angka 2 sampai NP, bagaimanan penulisan program lengkapnya?

54

jika


Jawaban A.1 Variable M A.2 Uses win crt; A.3 program di atas bertujuan untuk menghitung harga-harga M untuk setiap nilai-nilai K ( K

= 2 sampai 99 ), berdasarkan fungsi M=f(k). B.1 program tersebut dapat dijadikan sebagai kerangka dimana program tersebut berfungsi

sebagai fungsi perhitungan nilai M untuk tiap nilai K yang berkelipatan & saja, dan untuk lebih jelasnya dapat dilihat dari program yang ditulis pada no B.2 B.2

Uses win crt; Var x : boolean ; k,a,m,s : integer; begin clrscr; for k : = 2 to 99 do begin if k = 7 then begin m : = 3*sqr(k) + 2*k-7; writeln(‘k=’,k, ‘-- >m=’ m); end else begin x : = false; begin s : = k mod 7; if s = 0 then x : = true; end; if x then begin m: = 3*sqr(k) +2*k- 7; writeln (‘k = ’,k,’-- > m=’, m); end; end; end; readln; end. C.1.

55


Usescrt; Var x : boolean ; k,a,m,s : integer; begin clrscr; for k : = 2 to 99 do begin if k = 2 then begin m : = 3*sqr(k) + 2*k-7; writeln(‘k=’,k, ‘-- >m=’ m); end else begin x : = true; for a : = 2 to (k – 1) do begin s : = k mod a; if s = 0 then x : = false; end; if x then begin m: = 3*sqr(k) +2*k- 7; writeln (‘k = ’,k,’-- > m=’, m); end; end; end; readln; end. C.2. Uses crt; Var

x : boolean ; k,a,m,s,np : integer; begin clrscr; write (‘rentang data dari 2 sampai ’) ; readln (np); for k : = 2 to np do begin if k = 2 then begin

56


m : = 3*sqr(k) 3*sqr(k) + 2*k-7; writeln(‘k=’,k, ‘-‘-- >m=’ m); end else begin x : = true; for a : = 2 to (k – (k – 1) 1) do begin s : = k mod a; if s = 0 then x : = false; end; if x then begin m: = 3*sqr(k) +2*k- 7; writeln (‘k = ’,k,’-’,k,’-- > m=’, m); end; end; end; readln; end.

57


PERISTIWA PERPINDAHAN Ujian Tengah Semester Mata Kuliah : Peristiwa Perpindahan

Hari /tgl : Jumat, 31 Oktober 2008 Waktu : 90 menit Sifat Ujian : Buka Buku Petunjuk : data-data yang diperlukan ada dalam buku, tuliskan sumber setiap data yang Anda gunakan. 1.

Suatu sistem seperti gambar 17.2-1, tabung berisi CH 3Cl dengan mengalirkan udara

pada permukaan tabung. Kalau dibiarkan, maka cairan akan menguap ke udara pada kondisi suhu 25 0 C dan tekanan 1 atm. Hitunglah : a.

Koefisien difusivitas CH3Cl ke udara dengan dengan metode :

i.

Slattery dan grafik

ii.

Chapman-Enskog dan grafik

b.

Jumlah CH3Cl yang menguap selama 3 jam (dalam kg).

Diketahui : Tekanan total : 780 mmHg Tekanan uap CH 3Cl : 35 mmHg Jarak permukaaan liquid ke bagian atas tabung : 12 cm Densitas CH3Cl : 1,75 gr/cm 3 Diameter tabung : 0,5 cm

2.

Pada suatu restoran digunakan gas LPG sebagai bahan bakar dengan komposisi C 3H8

65% dan C 2H6 35%. Jika 10 mol gas LPG dibakar sempurna menggunakan udara, reaksi diasumsikan stoikiometri (perbandingan mol N 2 : O2 = 79:21) a.

Tuliskan reaksi dan gas-gas yang terdapat dalam gas buang

b.

Tentukan fraksi mol pada gas buang (tidak termasuk H 2O)

c.

Tentukan konduktivitas masing-masing gas tersebut pada kondisi 1 atm, 25 0 C

(tidak termasuk H2O) d.

Tentukan konduktivitas campuran pada kondisi tersebut (tidak termasuk H 2O)

58


UTS PERISTIWA PERPINDAHAN Kelas S1 Reguler 24 Oktober 2013

No 1 Persamaan Navier-Stokes



Cairan Newtonia dengan densitas dan viskositas konstan diletakan dalam bejana silinder yang



dindingnya berputar dengan kecepatan putar koordinat silinder z, r tentukan a. besarnya kecepatan V r dan V z b. besarnya percepatan gravitasi g z,gr, dan



radian/detik. Kondisi tunak (steady-state). (steady-state). Dengan

(perhatikan arah koordinat)

c. Neraca momentum pada arah r dengan bantuan persamaan Navier-Stokes



d. Neraca momentum pada arah dengan bantuan persamaan Navier-Stokes e. Neraca momentum pada arah z dengan bantuan persamaan Navier-Stokes f. Dua kondisi batas



g. Distribusi kecepatan h. besarnya





sebagai fungsi r, dan besarnya



i. Distribusi tekanan p sebagai fungsi r dan z j. bentuk permukaan cairan (z sebagai fungsi r)

R P = Patm pada permukaan P = p (r,z) Z0 z r

 59


No 2 Energy Balance

Uap air jenuh pada temperatur 130,6

℃

mengalir di dalam pipa baja yang mempunyai diameter

dalam (I.D) 20,9 mm dan diameter luar (O.D) 26,7 mm. Konduktivitas termal k baja 42,9 W/mK Koefisien perpindahan panas konveksi permukaan dalam dan luar pipa masing-masing 5680 W/m 2K dan 22, 7 W/m2K . Temperatur lingkungan 294 K. Tentukan a. gambarkan penampang pipa dan tunjukan jari-jari dinding pipa dan dinidng luar pipa serta besarnya masing-masing jari-jari tersebut b. panas yang hilang per meter pipa (Watt/m) c. Temperatur dinding luar pipa (

℃

d. sebelum mengerjakan nomer e dan f, gambarkan penampang pipa dan insulasi dan tunjukkan jari jari dinding dalam pipa, dinding luar pipa dan dinding luar insulasi serta besarnya masing-masing jari jari tersebut e. panas yang hilang per meter pipa (Watt/m) jika pipa diinsulasi dengan magnesia 85% dengan ketebalan 38 mm (nilai k untuk magnesia 85% adalah 0,0675 W/(mK) f. Temperatur dinding luar pipa diinsulasi dengan magnesia 85%

60

℃


NOMER 1 Asumsi = 

Cairan newtonian ( viskositas hanya dipengaruhi perubahan suhu dan tekanan, tidak diperngaruhi gradien kecepatan )



Densitas tetap



Viskositas konstan



Steady state



Koordinat silinder

a.

*fluida hanya bergerak pada sumbu θ

* perbedaan kecepatan terjadi pada sumbu r * fluida tidak mengalir (pada soal disebutkan bahwa cairan diletakkan dalam bejana *asumsi bahwa keadaan steady state maka tidak ada akumulasi dan tidak ada aliran masuk

61


Oleh karena hal diatas, maka :   

Vz = 0 Vr = 0 Vθ = V(r)

b. gr , gz , gθ gr merupakan gravitasi di sepanjang sumbu r. Oleh karena sumbu r horizontal, maka gravitasi tidak memiliki pengaruh di sepanjang sumbu r. gr =0

r

gθmerupakan gravitasi di sepanjang sumbu θ. Oleh karena sumbu θ horizontal, maka gravitasi tidak memiliki pengaruh di sepanjang sumbu θ. gθ=0 θ

gzmerupakan gravitasi di sepanjang sumbu z. Oleh karena sumbunya yag vertikal, maka gravitasi mempengaruhi di sepanjang sumbu z. Namun, perlu diperhatikan arah sumbunya

z gz = -g (berlawanan arah)

                                [ (   )        ]  neraca momentum arah r

  

62


neraca momentum arah θ

                          [ (   )        ]  0   1    neraca momentum arah z

             [(    )     ]   0     

distribusi kecepatan pada sumbu θ

 1   0  1   0    

63


1       0  1          1     2    1     2   Kondisi batas B.C 1 r=0 B.C 2 r=R

Vθ = 0 Vθ = ωR

B.C 1 maka

1    2   0  0  0 1   2 

Jika nilai C2 adalah suatu angka maka persamaan menjadi tidak terdefinisi. Untuk itu agar persamaannya terdefinisi. sehingga

64


1   21  2            1    22 B.C 2 maka

2

Maka



h. Persamaan Navier-Stokes arah r sebagai fungsi r

                           Dimana ρ dan ω adalah sebuah konstanta

i. Distribusi tekanansebagai fungsi r dan z

65


Nomer 2 Uap air jenuh T = 130,6

° r z

K = 42,9 W/ mK h1 = 5680 W/m2K h2 = 22,7 W/m2K T lingkungan = 294 K Asumsi -panas yang mengalir steady state - T = T(r)

66


A.

Jari-jari luar

26,7 mm Jari-jari dalam r 20,9 mm z

B. q = ...?

T3 Konveksi

T2 Konduksi T1 Konveksi T0

q = h01 (T 0 – T 1 )

Konveksi

q = h23 (T 2 – T 3 )

(T 0 – T 1 ) = (T 0 – T 1 ) =

ℎ  ℎ 

konduksi persamaan aliran panas silinder

in – out + generate = 0

|= |= |=36

|+∆ | L

67

|=


  ∆   ∆    ∆ |  = |  +∆ |=36 ∆  ∆  | − |∆∆ +∆ −  0  ∆→  | − |∆∆ +∆ −  0 (qr|r 2 rL + qz|z=0 2 r +

- (

2 (r+

) = 0

Semua dibagi dengan 2 r +

+

 

= 0

  0  −    ∫   ∫      = C 1 = konstan

r(

1

dr

T=

Saat r = r 1 maka T = T 1

ln r + C 2 ..(1)

T 1 =

ln r 1 + C 2

C 2 = T 1 +



ln r 1 ..(2)

Memasukan pers (2) ke (1) T=

 



ln r + T 1 + ln r 1

T – T 1 = T – T 1 = T 1 – T 2 =

      ln

ln

ln

T0 – T1 + ( T – T2) + (T2 – T3) = T0 – T3

68

 ∆

L + qz|z=L 2 r + +


ℎ      ℎ    ℎ    ℎ    +T – T3 +     , 8 + ,43, 6−,,947 + ,7 ,7  T0 – T3

+

+

) = T0 – T3

=

=

  

Q=2 L



C.

= 2

T2? T 1 – T 2 =

 

ℎ     

ln

T0 – T1 + (T 1 – T 2 )

D (Gambar sendiri) E. T1

T2

T3

T – T 1 = T 1 – T 2 =

T0

r1

 

ln

 

ln

r3

r2

Kmagnesia = 0,0675 W/mK

−T  +         +    +T   =

dan

69

2


Dosen : Dr.Ir. Slamet dan Ir.Yuliusman, MSc Hari/tgl : Rabu, 16 Desember 2009 Waktu : 150 menit Sifat : open book 1. Nanofluida adalah campuran antara suatu fluida cair dengan nanopartikel tertentu (partikel padatan dengan ukuran < 100 nm). Hasil riset terkini di DTK menunjukkan bahwa nanofluida yang disintesis dari air (ρ = 1000 kg/m3 dan µ = 10 -3 kg.m-1.det-1) dan partikel TiO2 (ρ = 3.8 g/cm 3) akan mengendap dengan waktu pengendapan yang berbeda beda, tergantung merode sintesisnya. Jika nanofluida tersebut dibuat (dalam beaker glass setinggi 10 cm) dengan metode pengadukan mekanik, baru sekitar 2 jam sudah terjadi pengendapan partikel TiO2. Namun jika pengadukan dilakukan secara ultrasonik (yang dapat memecah agregat partikel) partikel TiO2tersebut dapat bertahan tanpa mengendap sekitar 5 hari. Dengan didukung dengan perhitungan seperlunya, buatlah analisis terhadap hasil riset tersebut. 2. Dalam keadaan darurat, kebutuhan air di Departemen Teknik Kimia harus dapat disuplai sendiri. Untuk keperluan tersebut, Anda diminta untuk merancang sistem perpipaan yang dapat mengalirkan air tanah (dengan kedalaman 25 m) ke dalam tangki air DTK yang ketinggiannya 50 m. jarak antara sumber air tanah dengan tangki air DTK sekitar 50 m. jika Anda diberi kebebasan untuk menentukan spesifikasi pompa, pipa, dan berbagai aksesorisnya,

buatlah

rancangan

sistem

perpipaan

tersebut

(sketsa

beserta

perhitungannya) yang dapat mengalirkan air dengan debit minimal 100 liter/ menit. Tuliskan berbagai asumsi yang digunakan beserta alasannya. 3. Cerobong asap suatu industri kimia mengeluarkan gas buang yang terkontaminasi oleh amoniak (NH3) dengan konsentrasi 2.5 % volum. Untuk memenuhi baku mutu emisi gas buang industri, maka gas dari cerobong asap tersebut harus diolah hingga konsentrasi maksimum NH3 sebesar 200 ppm. Air murni dengan debit 100 ft 3/jam digunakan sebagai pelarut untuk menyerap gas amoniak dalam sebuah kolom absorber. Bila campuran gas buang amoniak tersebut masuk ke dalam kolom absorber dengan debit 1000 ft 3/menit (T= 700 F dan P= 1,5 atm), tentukan kolom absorber yang harus dirancang ( diameter D dan tinggi L) jika rasio L/D =5. Diketahui keseimbangan fasa amoniak dalam fasa cair dan

gas mengikuti persamaan : y Ao = (1.07).x Ao dan koefisien transfer massa k xa dan k ya masing-masing 2.31 dan 4.63 lbmol/(jam.ft 3)

70


MID TEST PERISTIWA PERPINDAHAN

Hari/tgl : Senin, 25 Oktober 2010 Waktu : 90 menit Sifat : open book 1. Jelaskan apa yang disebut dengan aliran TURBULEN. Berikan beberapa contoh (beserta analisisnya) terhadap kejadian/aktivitas sehari-hari yang terkait dengan fenomena perpindahan (momentum,energi, atau massa) pada aliran turbulen. Bagaimana pengaruh bilangan tak berdimensi Re, Pr, Sc terhadap contoh-contoh fenomena di atas.

2. Limbah cair dari suatu industri kimia yang memiliki densitas 1,5 gr/cm 3 dan viskositas 1,3 x 10 -2 poise akan dipindahkan dari unit pengolah limbah menuju sebuah sungai yang berjarak 3 km melalui sebuah pipa dengan diameter dalam 16 inch. Jika pompa yang digunakan dapat menghasilkan gradien tekanan (ΔP/L) sebesar 3 p si/ft dan limbah cair tersebut dianggap homogen, jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut :

a. Apa jenis aliran dalam pipa tersebut? b. Hitung debit limbah cair yang mengalir dalam pipa tersebut. c. Jika limbah tersebut dipindahkan melalui selokan persegi terbuka dengan luas penampang yang mirip dengan pipa (lebar 20 inch, kedalaman 10 inch), hitunglah debit limbah cair yang mengalir melalui selokan tersebut. d. Bandingkan jawaban poin b dan c, berikan analisis secukupnya.

71


Mid Semester Examination Transport Phenomena

Date : October 21th ,2009 1. Nitrogen gas is delivered through a pipeline of 72.5 km length and 0.9 meter diameter. The mass flowrate is 1.36 kg.mole/sec. Isothermal condition exists at 18.3 0C. Viscosity at 18.3 0C = 1.735 kg /(m.sec), molecular weight of N 2 = 28. If the exit pressure is P2 = 1.77 atm = 179000 N/m 2, a. Estimate density of gas based on the value of P 2 (in kg/m 3). Use ideal gas formula and gas constant = 8314,41 J/ (kg.mol.K) b. Calculate the average velocity of gas in the pipe (m/sec) c. Determine Reynolds number and f (friction factor) if the inside pipe is assumed smooth d. Determine inlet pressure (P1) in N/m2. e. Using average pressure, how much is the new density of gas? f. How much is deviation of new density from the estimated density? g. What is your suggested calculation in principle to consider the gas density right from the start of the calculation?

2. Consider two horizontal concentric cylinders. A steady state tangential laminar flow occurs between the two cylinders. If the outer cylinder rotates with an angular velocity ω and velocity vθ = ω.r 2 and the inner cylinder is at rest with r 1 and r 2 are respectively radius of inner and outer cylinder, a. Write down all terms= 0 and develop a momentum balance. b. Write down the boundary conditions in the system. c. Develop vθ= function (r) , r = radius from the center of cylinders, from the momentum balance (Note : the flow is driven by rotation of outer cylinder , not by pressure drop)

R1 R2 ω

72


3. The initial uniform temperature of a long aluminium rod 0.203 m diameter is 38 0 C. the rod is suddenly immersed, at time t = 0, in a medium at temperature 538 0 C. the value of thermal diffusivity α of aluminium = k / ( ρ .Cp) = 0.196 m 2/hr and (h.rm)/k = Biot number = 2. a. Determine the value of abscissa of the graph. b. Determine the temperature at the center line after 10 minutes of its immersion (0C). c. Determine the temperature at surface after 10 minutes of its immersion (0C).

73


MID TEST PERISTIWA PERPINDAHAN Hari/tgl : Kamis, 28 Oktober 2010 Waktu : 90 menit Sifat : open book

1. Jelaskan apa yang disebut dengan aliran TURBULEN. Berikan beberapa contoh (beserta analisisnya) terhadap kejadian/aktivitas sehari-hari yang terkait dengan fenomena perpindahan (momentum,energi, atau massa) pada aliran turbulen. Bagaimana pengaruh bilangan tak berdimensi Re, Pr, Sc terhadap contoh-contoh fenomena di atas.

2. Letusan gunung Merapi Sleman yang terjadi beberapa waktu lalu mengakibatkan adanya hujan abu di sekitar lokasi dengan ketinggian hingga hingga mencapai sekitar 500 m. diketahui densitas dan viskositas udara masing-masing 1,265 kg/m 3 dan 1,983 x 10 -5 kg/(m.s). jika partikulat abu tersebut diasumsikan berbentuk bola dengan diameter partikel rata-rata 0,1 mm dan densitas 50 kg/m3.

a. Hitunglah dalam waktu berapa lama (jam) kira-kira hujan abu tersebut akan betul betul selesai (semua partikulat abu telah mengendap atau turun di permukaan tanah)? b. Jika ternyata hujan abu tersebut baru betul-betul berakhir setelah 24 jam, berapa kirakira ukuran partikel debu yang terkecil? c. Tuliskan beberapa asumsi lain yang Anda gunakan dalam perhitungan di atas.

74


Mid Semester Exam : TRANSPORT PHENOMENA Date : October 27 th 2010 Duration : 120 minutes 1. Fluid flows between 2 parallel vertical plates (see left figure). Assume the flow is laminar. Therefore, the fluid flow follows Navier-Stokes equation. Boundary conditions : at x = and x = l vy = 0. Values of v x and vz are respectively zero. a. Obtain velocity profile as a function of x b. Obtain the average velocity as a function of x using the result at point a (use integral over half side of the flow for calculation) c. Obtain maximum velocity.

2. Two reservoirs open at atmosphere are connected by a pipe 800 m long (see right figure). The pipe goes over hill whose height is 6 m above the level of water in the upper reservoir. The pipe diameter is 300 m and friction factor = 0.032. the difference in water levels in the 2 reservoirs is 12.5 m. one atmosphere = 760 mmHg = 760 x 13.6/1000 = 10.34 m of water. Density of water = 1000 kg/m 3. If the absolute pressure of water at the highest position in the pipe is 1.2 m of water in order to prevent vapor formation, and the loss in pipe bend is neglected. a. Calculate the velocity inside the pipe (m/s) b. Calculate volumetric rate of the fluid in the pipe (m 3/s) c. Calculate frictional heating from A to C (m) d. Calculate pipe length from A to C, L 1 (m)

Hint : apply Bernoulli’s equation with F h first : points A and B ; second : ponts A and C.

75


KIMIA ANALITIK UJIAN TENGAH SEMESTER III – KIMIA KIMIA ANALISIS 2006/2007 HARI:Senin, 18 Desember 2006; JAM : 11.00-12.30 (90 MENIT) Pengajar : Elsa Krisanti Mulia, Ph.D, Ir. Dianursanti, MT dan Dr. Heri H., Meng Sifat Ujian : OPEN BOOK Soal no. 1 (bobot 50%)

A. Suatu senyawa aromatik dianalisis menggunakan teknik spektroskopi. Hasil spektroskopi massa diketahui bahwa rumus molekul senyawa tersebut adalah C 8H8O. Hasil dari spektrum infra merah menunjukkan bahwa senyawa tersebut adalah senyawa aromatik yang tidak memiliki gugus OH, memiliki gugus karbonil (C=O) dan aldehid – C(=O)-H. C(=O)-H. Spektrum NMR dari senyawa tersebut adalah seperti berikut ini. Perbandingan luas kelompok puncak dari kiri ke kanan adalah 1:4:3.

Tentukan struktur molekul yang tepat beserta argumentasinya.

B. Apa kelebihan dan kelemahan spektroskopi NMR dibandingkan dengan spektroskopi IR dan spektroskopi massa.

76


Soal no. 2 (bobot 50%)

Bila dalam suatu percobaan anda menggunakan gas chromatograph untuk menguji kandungan senyawa hidrokarbon terkhlorinasi dalam air minum yang tercemar.Sampel standar anda terdiri dari campuran hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene. Sampel diinjeksikan pada gas chromatograph (GC) yang dilengkai dengan electron capture detector capture detector (EC). Data berupa luas area puncak akan digunakan sebagai kuantitas senyawa yang terdeteksi, yang juga terdapat dalam sampel. Spesifikasi GC yang digunakan : 

Flow rate : 50 mL/min; use Argon or helium carrier gas



Filament current : 180mA.



Column temperature : 90 degrees C.



Column packing : 10% DC-200 on Chromosorb P



Column size:25 m, 0.25 mm ID, 0.25 mm film thickness



Attenuation : 7



Sample size: 5 microliters



Suggested column : DC-200, 10% or Carbowax 20M, 10% on 60-80 mesh Chromosorb P

Hasil yang diperoleh : 

Dari 5 μL larutan standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene masing-masing masing -masing menunjukkan puncak pada 3.4 dan 7.8 menit



#

Sebanyak 5μL dari campuran sampel standar menghasilkan data sbb:

Hexachlorobenzene

Pentachlorobenzene (mL)

(mL)

Luas area puncak hexachlorobenzene (Unit luas)

1

0.1

1.9

125.5

2

0.2

1.8

251.0

3

0.3

1.7

376.5

4

0.4

1.6

502.5

5

0.5

1.5

627.5



Dengan cara yang sama seperti sampel standar, dari hasil injeksi 5 μL sampel air minum diperoleh puncak pada 3.4 menit dengan luas puncak senilai 309.56 unit luas 77




Pada salah satu campuran standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene yang digunakan menunjukkan data sbb: lebar dasar puncak pada hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene berturut-turut adalah 2.45 menit dan 3.85 menit.

Bagaimana anda menentukan :

1. konsentrasi senyawa hexachlorobenzene dalam sampel air minum 2. Resolusi kolom (Rs) [tanpa satuan] 3. Jumlah piringan rata-rata (N rata-rata) 4. tinggi piringan (H) dalam m 5. panjang kolom pada resolusi kolom yang optimal untuk pemisahan puncak (resolusi terbaik) 6. waktu elusi yang diperlukan untuk mengelusi semua senyawa hidrokarbon terkhlorinasi pada nilai resolusi terbaik di atas. 7. Apa yang terjadi pada efisiensi kolom bila hal berikut terj adi : a. meningkatkan laju alir fasa gerak b. mengurangi ukuran ukuran partikel isi kolom

78


Jawaban

1. A. Rumus molekul C8H8O  dari spektroskopi massa. Senyawa tersebut adalah senyawa aromatik yang tidak memiliki gugus OH, memiliki gugus karbonil (C=O) dan aldehid – C(=O)-H, data tersebut diperoleh dari spektrum IR. Perbandingan luas kelompok puncak dari kiri ke kanan 1:4:3

Dari spektrum NMR a singlet diperoleh

R – CO- H(δ=9,4-10,4 ppm)

Dari spektrum NMR b kwartet diperoleh Ar-H (δ= 6,0-8,0 ppm) Dari spektrum NMR c singlet diperoleh Ar-CH3 (δ=2,2-2,5 ppm)

a: 1  singlet

: tidak dipengaruhi oleh proton tetangga manapun karena tidak ada

yang berdekatan (sebuah proton yang tak memiliki proton tetangga). b:4  kwartet

: memiliki 3 proton tetangga dari lingkungan C.

c:3  singlet

: tidak dipengaruhi oleh proton tetangga manapun karena tidak ada

yang berdekatan. Jadi, senyawa yang mungkin adalah :

79


Karena senyawa tersebut cocok dengan rumus molekulnya (C 8H8O) yang diperoleh dari MS, karena senyawa tersebut cocok dengan data yang diperoleh dari spektrum IR dan sesuai dengan data yang diperoleh dari pembacaan spektrum NMR. B. 

Kelebihan NMR dibanding IR dan MS: -

Spektroskopi NMR dapat mempelajari struktur molekul dari suatu senyawa, sedangkan spektroskopi IR hanya dapat mengetahui gugus fungsionalnya, untuk spektroskopi massa kita hanya dapat mengetahui data bobot molekul & perumusan tentang tatanan gugus spesifik dalam molekul.

-

Pada spektroskopi NMR kita dapat mengetahui jumlah, sifat dan lingkungan hidrogen dalam molekul.

-

Pada spektroskopi NMR juga dapat mempelajari proses dinamik & laju proses mempelajari reaksi balik yang tidak dapat diikuti dengan metode kinetika klasik.

-

Pada spektrum NMR suatu senyawa dapat dibuat secara langsung dari senyawa bentuk cairan murni.



Kekurangan NMR dibandingkan IR dan MS: -

Pada spektroskopi NMR dipengaruhi suhu karena sawar rotasi sekitar ikatan karbonil nitrogen yang memiliki karakter sebagai ikatan rangkap dua.

-

Untuk melakukan spektroskopi NMR/ didukung data-data dari spektroskopi IR dan spektroskopi massa sehingga sebelum melakukan spektroskopi NMR dilakukan spektroskopi IR dan spektroskopi massa.

-

Spektrum NMR hanya dapat digunakan untuk menentukan struktur senyawa yang telah diketahui.

2.a. Diket : Volume

Volume

Luas Puncak

Hexacholorobenzene (ml)

Pentachlorobenzene (ml)

Hexachlorobenzene (unit luas)

0.1

1.9

125.5

0.2

1.8

251.0

80


0.3

1.7

376.5

0.4

1.6

502.5

0.5

1.5

627.5

Dibuat kurva kalibrasi antara % volume antara hexachlorobenzene dengan luas puncak. % volume hexachlorobenene

Luas Puncak

5

125.5

10

251.0

15

376.5

20

502.5

25

627.5

Untuk mengetahui kandungan senyawa hexachlorobenzene dalam sampel yang mempunyai puncak 3,4 menit dengan luas 309,56 unit luas, maka : y= 25,1 x 309,56=25,1 x x=12,33

81


Sehingga diperoleh untuk kandungan senyawa hexachlorobenzene dalam sampel adalah 12,33% volume dari 5 μL atau sama dengan 0,617 μL dalam 5 μL. b. Diketahui : 1:Hexachlorobenzene

2: Pentachlorobenzene

TR1 : 3,4 menit

TR2: 7,8 menit

W1 : 2,45 menit.

W2: 3,85 menit

  27.83.4 1.4   2   2.453.85

c. Jumlah piringan rata-rata (Nrata-rata) Diketahui : 1: Hexachlorobenzene

2: Pentachlorobenzene

TR1 : 3,4 menit

TR2: 7,8 menit

W1 : 2,45 menit.

W2: 3,85 menit; persamaan menghitung N:

   16      3. 4  16   162.45 30.8138    7. 8  16   163.85 6567166   3166  485.149  ̅    2 2 Dapat diperoleh Nrata-rata

d. Tinggi piringan (H) dalam meter. Jawab : Diketahui :

    2549  0,51 

L(pjg kolom)=25 m N= 49 piringan.

e. Panjang kolom pada resolusi kolom yang optimal untuk pemisahan puncak (resolusi terbaik) = Rs = 1,5. Rs1 = 1,4 R S2 = 1,5 N1 = 49

82


Dari persamaan :

′ 1 1    4 √    1 √         1.4  7 1.5   0.93  7   56.6 57 

Kita dapat mengetahui hubungan antara Rs dengan  Rs ≈ Sehingga,

Untuk memperoleh nilai panjang kolom, menggunakan rumus : H=L/N L2 = H.N2= 0,51.57= 29,07 m f. waktu elusi yang diperlukan : Diketahui : A: kondisi awal

B : setelah terkhlorinasi

TRA : 3,4 menit

  1′  16     1 ′        √ ,      77 66  7,8 77   8,4  g. Hal yang terjadi pada efisiensi kolom bila : a. meningkatkan laju alir fasa gerak:  Apabila

laju alir fasa gerak ditingkatkan maka efisiensi kolom akan meningkat, hal ini

dikarenakan kepolaran akan semakin kecil. Dengan fasa diam, maka rantai hidrokarbon semakin panjang dan waktu retensi semakin kecil. b. mengurangi ukuran partikel isi kolom :  Dengan mengurangi ukuran partikel isi kolom, efisiensi kolom akan ikut meningkat pula dikarenakan laju alir fasa meningkat.

83


UJIAN TENGAH SEMESTER I-KIMIA ANALITIK 2006/2007 HARI : RABU 11 OKTOBER 2006 ; JAM : 10.00-11.40 (100 MENIT)

Pengajar : Elsa Krisanti Mulia, Ph.D , dan Ir. Dia nursanti, MT 1.

Anda mendapat tugas untuk merancang suatu sel elektrokimia. Di lab anda menggunakan satu gelas kimia, voltmeter yang dihubungkan ke elektroda perak, elektrode platina dengan kawat tembaga. Gelas kimia anda isi dengan larutan HCl dan garam AgCl berlebih, sehingga terdapat sejumlah padatan AgCl yang tidak terlarut di dasar gelas, serta dialiri dengan gas Hidrogen. Pada keadaan awal anda menggunakan konsentrasi HCl sebesar 1 M dan hidrogen bertekanan 1 atm. Anda memastikan bahwa larutan elektrolit HCl telah jenuh oleh AgCl dengan melihat adanya endapan AgCl di dasar gelas. Bagaimana anda menentukan : a. Bagaimana anda menjelaskan kedua reaksi setengah yang terjadi pada masingmasing elektroda di sel tersebut? (karena konsentrasi ion Ag dalam larutan kecil, reaksi hidrogen dengan ion Ag dianggap tidak signifikan). Diketahui Ksp AgCl adalah 1.82 x 10 -10 b. Karena sel ini adalah sel galvanik, elektroda mana yang menjadi anoda dan katoda? Berapa besarnya potensial sel yang akan terukur pada voltmeter pada kondisi awal ini? c. Pada kondisi berikutnya, anda mengganti larutan dalam gelas kimia dengan larutan HCl 0.25 M dan tekanan hidrogen yang dialirkan menjadi 1.25 atm. Dapatkah anda memperkirakan besarnya potensial sel yang akan terbaca pada voltmeter?

2. Untuk suatu sel elektrokimia dengan menggunakan penulisan sebagai berikut : Pt| H2O2 (0.025 M) | H+ (?M) || Ag+(0.010 M) |Ag Bagaimana Anda menjelaskan hal berikut: a. Elektroda mana yang berfungsi sebagai katoda dan anoda serta bagaimana anda menentukan potensial sel standar pada suhu 298 K? b. Bila anda gunakan konsentrasi ion H + sebesar 0.01 M, berapa potensial selnya? Jenis sel elektrokimia apa bila dilihat dari besaran potensial selnya? c. Berapa nilai potensial sel pada saat tercapai kesetimbangan kimia? Dapatkah anda menentukan nilai tetapan kesetimbangan pada kondisi tersebut?

84


3. Anda mendapat tugas menganalisis kandungan ion nitrat dari sampel air sungai. Anda melakukan analisis potensiometri langsung menggunakan larutan standar nitrat dengan berbagai konsentrasi dari 50-300ppm, sehingga diperoleh kurva kalibrasi dengan kemiringan sebesar -59.4 mV. Agar memperoleh hasil yang lebih teliti, anda melakukan teknik adisi standar. Sewaktu 100 mL larutan sampel anda ukur potensialnya terbaca nilai sebesar 80.3 mV. Kemudian pada sel yang sama anda masukkan larutan standar sebanyak 0.9 mL dengan konsentrasi 300 ppm dan terukur potensial sebesar 59.7 mV. a. Bagaimana anda menetapkan kandungan nitrat dalam sampel air tersebut dengan teknik adisi standar? b. Menurut anda apakah air sungai tersebut telah tercemar nitrat dan apakah masih layak untuk diminum? c. Jelaskan mengapa perlu dilakukan pengukuran larutan standar untuk membuat kurva kalibrasi? d. Mengapa pada analisis ion nitrat dengan potensiometri langsung digunakan larutan (NH4)2SO4 sebagai larutan TISAB? e. Apa keuntungan penggunaan elektroda indikator ISE berbentuk membran untuk pengukuran ion?

85


Jawaban

1. Diket

: elektrode inert : Pt Ksp AgCl : 1,82 x 10 -10 Padatan yang tersisa : AgCl Konsentrasi HCl : 1M Tekanan H+ : 1 atm

a. Tanya asisten b. Karena merupakan sel galvanik, dimana reaksi harus berlangsung spontan tanpa sumber tenaga dari luar maka E sel harus postif. Untuk mendapatkan E sel yang positif, reaksi Ag + Cl- ↔AgCl + e- haris dinalik menjadi realsi reduksi sehingga E sel menjadi +0,22. Alasan mengapa yang mengalami reduksi AgCl sebab potensial reduksi standar dari H+ adalah nol sehingga arah reaksi tidak memberikan pengaruh terhadap perhitungan potensial sel. Karena AgCl yang mengalami reduksi, maka AgCl merupakan katode dan H + sebagai anode. Katode : AgCl + e- ↔ Ag + Cl - E0 = +0,22V

x2

↔ 2H+ + 2e- E0 = 0

Anode : H2

Katode :

2AgCl + 2e- ↔ 2Ag + 2Cl -

Anode :

H2

x1

E0 = +0,22V

↔ 2H+ + 2e-

E0 = 0

2AgCl (s) + H2(g) ↔ 2Ag(s) + 2H+(aq) + 2Cl-(aq)

c. HCl 0,25M

↔

H+

+

0,25 M

Cl0,25M

    0,0592 log +][−] 0, 0 592 [      2 log [] [0,25] 0, 0 592 [0, 2 5]   0,22 2 log 1,25

E sel = 0,294V

2. Tanya asisten 86

E0 = +0,22V

x2 +


UJIAN TENGAH SEMESTER I-KIMIA ANALITIK 2007/2008 HARI: Rabu, 24 Oktober 2007; JAM: 08.00-09.30 (100 MENIT) Sifat Ujian: Buka Buku Pengajar: Ir. Dianursanti, MT dan Ir. Eva Fathul Karamah, MT

1.

Untuk suatu reaksi kimia ini:

2Ag++Cu== 2Ag+Cu2+ Bagaimana anda menjelaskan hal berikut: a. Bagaimana anda menentukan besarnya konstanta kesetimbangan reaksi bila diketahui besarnya potensial standar Ag dan Cu masing-masing sebesar 0.799 V dan 0.337 V?(15%) b. Berdasarkan nilai kesetimbangan tersebut, dapatkah anda menentukan nilai molar Cu2+ dan Ag2+ dalam kesetimbangan bila diketahui jumlah awal konsentrasi AgNO 3 adalah 0.05 M.(15%)

2.

Anda mendapat tugas untuk menganalisis kandungan ion Cu dari sampel air sungai. Anda melakukan analisis potensiometri langsung menggunakan elktroda selektif ion tembaga dengan berbagai konsentrasi dari 50-300 ppm, sehingga diperoleh kurva kalibrasi dengan kemiringan sebesar -59.4 mV. Agar memperoleh hasil yang lebih teliti, anda melakukan teknik adisi standar. Sewaktu 100 mL larutan sampel anda ukur potensialnya terbaca nilai sebesar 80.3 mV. Kemudian pada sel yang sama anda masukkan larutan standar sebanyak 0.9 mL dengan konsentrasi 300 ppm dan terukur potensial sebesar 59.7 mV. a. Bagaimana anda menetapkan kandungan ion Cu dalam sampel air tersebut dengan teknik adisi standar?(15%) b. Menurut anda apakah air sungai tersebut telah tercemar ion Cu dan apakah masih layak untuk diminum?(5%) c. Jelaskan mengapa perlu dilakukan pengukuran larutan standar untuk membuat kurva kalibrasi?(12%) d. Mengapa pada analisis ion Cu dengan potensiometri langsung digunakan larutan Na2HPO4 dan KH2PO4 sebagai larutan TISAB?(10%)

87


3.

Anda sedang mendapat tugas untuk mempelajari pencegahan korosi menggunakan cara proteksi katodik. Anda tertarik dengan menggunakan batang magnesium sebagai anoda sehingga pipa besi yang diamati dapat dicegah mengalami korosi. a. Mengapa magnesium dapat digunakan sebagai lgam pencegahan korosi untuk logam besi?(10%) b. Bagaimana rancangan proteksi katodik besi dengan batang magnesium?(10%) c. Reaksi apakah yang terjadi pada anoda dan katoda?(5%)

88


Jawaban

 + +  .  []  .  []  + +2  [++ ] [  ] 0.0592 +] 20.7990.337 [ log [ +]  0.0592 log15.61 4.1×10 [+]  ([]−[]) +] 0.05[   + [ ]  2 +] [   + [ ]  0.025  2 1.

a.

b.

Dari harga K, dapat diasumsikan seluruh Ag + tereduksi menjadi Ag pada saat kesetimbangan, sehingga pada kesetimbangan dapat dikatakan bahwa konsentrasi [Ag +] mendekati NOL sehingga

[+]  0.025  +] [   [ +] 4.1×10  0.[ 025+] [ +] 2.5×10−

Karena [Ag+] mendekati NOL, maka asumsi benar

2.

a.

  .    300  +  . .    10        10 . .   +   2.22.22676 0.991 2.174 

89


b.

Air sungai masih masih layak diminum apabila konsentrasi Cu2+ di dalamnya masih

dalam ambang batas yang diperbolehkan oleh pihak berwenang (negara). Adapun ambang batas yang diperbolehkan bagi Cu 2+ adalah 5 ppm dalam air.Konsentrasi Cu 2+ dalam air sungai adalah 2.174 ppm sehingga masih layak diminum.

c.

Pembuatan kurva kalibrasi bertujuan untuk mendapatkan slope grafik linear yang kemudian dipakai dalam perhitungan konsentrasi sampel. Kurva kalibrasi dipakai dalam perhitungan konsentrasi sampel. Kurva kalibrasi dipakai untuk memudahkan mencari konsentrasi sampel yang jumlahnya sedikit. Data yang dipakai untuk membuat grafik tersebut ialah data konsentrasi, namun karena jumlahnya sedikit, pengukuran ion akan sulit dilakukan Maka perlu dibuat larutan yang kandungannya sama dengan larutan ion yang diuji. Larutan inilah yang disebut larutan standar. Dalam larutan standar itu, dimasukkan ion yang diuji dalam berbagai konsentrasi sehingga didapat data potensial sel. Data potensial sel dan log konsentrasi diplotkan untuk mendapatkan kurva kalibrasi. Pengubahan potensial sel menjadi konsentrasi ion beresiko karena tidak adanya hubungan linear antara keduanya. Maka disiapkan larutan standar yang ditambahkan sampel dengan konsentrasi bervariasi. Potensial sel terukur dapat diplotkan terhadap bermacam-macam konsentrasi larutan standar untuk menghasilkan data kurva kalibrasi. d. TISAB adalah reagen yang ditambahkan ke larutan standar dan sampel untuk menyamakan koefisien aktivitas antara standar dan sampel sehingga kekuatan ionnya konstan. Fungsi penambahan TISAB adalah menjaga ion Cu tidak berikatan dengan ion lain sehingga kekuatan ionnya konstan dan tidak terjadi perubahan pH yang signifikan yang dapat mengganggu pengamatan. Tujuan menjaga kekuatan ion konstan agar saat dibuat kurva kalibrasi pada metode potensial langsung, grafiknya cenderung linier sehingga kemiringannya dapat ditentukan.

3.

a. Dalam deret volta, Mg berada pada posisi kiri Fe sehingga potensial reduksi Mg lebih kecil

daripada potensial reduksi Fe. Hal ini mengakibatkan lebih mudahnya Mg teroksidasi daripada Fe.Karena lebih mudah teroksidasi, maka Mg digunakan untuk mencegah korosi pada Fe.Mg lebih mudah terkorosi dibandingkan dengan Fe.

90


Magnesium akan berfungsi sebagai pereduktor yang menyebabkan reduksi pada besi. Maka pada reaksi tersebut, yang mengalami oksidasi adalah Mg, bukan Fe.Magnesium pada hal ini harus diganti secara berkala. b.

Korosi terjadi saat arus listrik meninggalkan Mg. Mg bertindak sebagai anoda dan

pipa besi bertindak sebagai katoda. Pipa besi yang diproteksi, dialiri arus listrik melalui anoda. c.

Reaksi pada anoda:

Mg(s) Mg2+ + 2 eatau 2Mg(s) 2Mg2+ + 4e-

Reaksi pada katoda (Fe): 2 H2O(l)+O2+4e-4OH-(aq) Besi sebagai katoda tidak mengalami reaksi reduksi. Akibatnya besi sebagai katoda tidak ikut dalam reaksi redoks, melainkan air dan gas O 2 yang ikut dalam reaksi (mengalami reaksi reduksi). Bila digabungkan: Anoda:

2Mg(s) 2Mg2+ + 4e-

Katoda Fe(+):

2 H2O(l) + O2(g)+4e-4OH-(aq) 2Mg(s)+ 2 H2O(l)+ O2(g)2Mg2+(aq) + 4 OH-(aq)

91


UJIAN TENGAH SEMESTER II – KIMIA ANALISIS 2006/2007

HARI : Senin, 27 November 2006; JAM : 13.00-14.40 (100 MENIT) Pengajar : Elsa Krisanti Mulia, Ph.D, Ir. Dianursanti, MT dan Dr. Heri H.,Meng Sifat Ujian : OPEN BOOK Soal No. 1 (35 point)

Dua spektrum IR di bawah ini (A dan B) berasal dari dua senyawa yaitu etil etanoat dan etanol.Tentukan spektrum IR yang sesuai untuk masing-masing senyawa dengan memberikan penjelasan untuk setiap puncak absorpsi karakteristik dari senyawa tersebut. (A)

(B)

92


Soal No. 2 (35 point)

For Cu atoms, the first excited state is reached by absorption of light with λ=324.7 nm. The energy difference between the ground state and the excited state depends on the electronic structure of each different atom. Each energy difference can be observed when light is absorbed by an atom in its Ground State and formas an Excited State. a. How do you determine the energy difference in Cu when the Excited State relaxes by emitting light and reverts to the ground state? b. Why do you design your experiment with AAS instrument using internal standard addition method? c. Why do we use calibration curve in AAS analysis and how we develop a calibration curve? d. What is your explanation about reducing the atomic absorption signal?

Soal no. 3 (30 point)

Cuplikan petroleum sejumlah 4.97 g yang mengandung senyawa Co dilarutkan menjadi 500 ml. 35 ml larutan sampel cuplikan dicampur dengan senyawa ligan dan air sehingga dapat ditentukan absorbansinya dengan AAS. Pada pengamatan ini dilakukan metode adisi standar dengan 35 mL larutan sampel dengan perlakuan yang sama seperti pada sampel cuplikan. Komposisi kedua campuran tersebut adalah sbb: Campuran

Cuplikan Co, ml

Ligan+air, ml

Standar Co

Absorban

[3mg/L], ml 1

35

35

0

0.478

2

35

30

5

0.630

a. Bagaimana menentukan besarnya perubahan absorbansi karena penambahan 5 ml larutan standar Co b. Bagaimana menentukan berat Co (mg) di dalam larutan cuplikan pada campuran pertama dan prosentasi (% berat) kandungan Co di dalam cuplikan petroleum tersebut

93


Jawaban

1. Diket : Senyawa A & B = etil etanoat & etanol. Ditanya : Tentukan spektrum IR yang sesuai dan penjelasannya? Jawab :



Spektrum inframerah Gambar A

Pada daerah sekitar 3200-3600 merupakan gugus fungsional O-H.Ikatan O-H terdapat pada alkohol di mana dalam spektrum ini ikatan tersebut menyerap sinar dengan bilangan gelombang yang lebih besar. Penyerapan 1050-1150 merupakan ikatan C-O. Dari data spektrum IR kita peroleh : -

Ikatan O-H (sekitar 3500)

-

Ikatan C-O (sekitar 1100)

Sehingga dapat disimpulkan bahwa senyawa tersebut adalah etanol dengan bentuk senyawa CH3-CH2OH 

Spektrum inframerah Gambar B

-

Pada nomor gelombang 3000 terdapat ikatan C-H (2850-3000)

-

Pada nomor gelombang 1740 terdapat ikatan rangkap C=O dengan daerah nomor gelombang 1670-1820.

-

Pada nomor gelombang 1000-1300 menunjukkan adanya ikatan C-O. Dari data spektrum IR kita dapat data adanya :

94


o

Ikatan C-H

o

Ikatan C=O

o

Ikatan C-O

Sehingga dapat disimpulkan bahwa spektrum IR (B) merupakan spektrum IR senyawa etil etanoat dengan bentuk senyawa 2.

b. Metode Adisi standar dilakukan dengan menambahkan larutan standar dengan kosentrasi dan volume yang telah diketahui ke dalam sampel kemudian setiap larutan diukur absorbansinya. Metode adisi standar dilakukan pada larutan sampel yang mana masih terdapat zat-zat lain. Adanya zat-zat ini menyebabkan pengukuran konsentrasi zat analit oleh metode

spektroskopi

menjadi

kurang

akurat

untuk

memperkecil

kesalahan

maka

digunakanlah metode adisi standar yang dikombinasikan dengan metode spektroskopi.Dari metode adisi standar inilah kita dapat membuat kurva kalibrasi dalam menentukan konsentrasi dari cuplikan dalam sampel yang diujikan.

c. Kurva kalibrasi mengambil prinsip dari hukum lambert beer konsentrasi dari analit di dalam sampel dapat ditentukan dengan membandingkan larutan yang tidak diketahui 95


konsentrasinya (larutan sampel) dengan kurva kalibrasi, setelah mengkalibrasikan instrumen dengan larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya. Caranya : dengan menyiapkan beberapa larutan yang diketahui konsentrasinya lalu membuat kurva kalibrasinya. Untuk membuat kurva kalibrasi dapat dilakukan dengan cara sbb : -

Bergantung pada data apa yang diketahui (data yang keluar dari alat)

Data berupa intensitas radiasi/ absorbansi. Dapat dibuat persamaan :

Sehingga kita dapat memplot C vs I. Dari persamaan y = bx +a kita dapat mengetahui konsentrasi sampel dengan menggunakan kurva kalibrasi yang telah dibuat. Jika data berupa absorbansi,

Dari persamaan di atas, kita dapat mengetahui konsentrasi sampel setelah mengetahui nilai a & b.

96


d. Pada AAS atom mengabsorpsi cahaya (radiasi elektromagnetik) atom-atom menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu sehingga mempunyai energi untuk mengubah tingkat elektronik atom. Dengan mengabsorpsi energi, suatu atom pada keadaan dasar dinaikkan tingkat energinya ke tingkat eksitasi. Elektron yang pindah dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi akan menyerap energi (absorpsi). Gangguan pada AAS dapat dikurangi dengan menghilangkan efek matriks dan gangguan-gangguan berupa gangguan spektral, gangguan kimia, dll.

3. Diket : -cuplikan petroleum = 4.97 gr -Co (dalam cuplikan) -dilarutkan menjadi 500 ml -35 ml larutan sampel cuplikan + ligan + air -metode adisi standar 35 ml Ax= Absorbansi sampel As = Absorbansi standar.

Komposisi :

Campuran

Cuplikan Co (ml)

Ligan+air (ml)

Standar Co

Absorbans

[3mg/L], (ml) 1

35

35

0

0,478 (Ax)

2

35

30

5

0,630 (As)

Dit : a. Perubahan absorbansi? b. Berat Co? % berat?

Jawab : a. Besarnya perubahan absorbansi = As-Ax = 0,630-0,478 = 0,152

97


b.

Massa Co dalam 500 mL = (500/35) . 0,04178 mg = 0,674 mg % berat Co = (0,674. 10 -3 g/4,97). 100% = 0,136%

98


KIMIA FISIKA KIMIA FISIKA 1 2007/2008

1.

Suatu enzim berhasil diekstrak dari biji tanaman X. Enzim tersebut akan digunakan untuk menghidrolisis biomasa dalam penelitian pembuatan etanol. Beberapa cara dilakukan untuk mengidentifikasi enzim tersebut, salah satu caranya adalah menentukan massa molar rata-rata dari enzim tersebut dengan memanfaatkan teori tekanan osmosa. Cara yang dilakukan adalah dengan melarutkan enzim dalam air, dan kemudian diukur dengan tekanan osmosanya pada suhu 20 oC untuk tiap konsentrasi enzim. Data yang didapatkan dari percobaan tersebut adalah sbb : l.c/ (mg cm-3)

3,221

4,618

5,112

6,722

Π tekanan osmosa/ cm

5,746

8,238

9,119

11,990

Berdasarkan data tersebut di atas, tentukanlah massa molar enzim yang diekstrak dari biji tanaman X. Hasil analisis kromatografi gas memperlihatkan bahwa konsentrasi produk etanol yang diperoleh dari biomasa adalah 50% berat, dan sisanya diasumsikan sebagai air. Jika volume produk yang didapatkan adalah 100 cm 3, tentukanlah berat dari air dan etanol dalam campuran tersebut. Diberikan kurva hubungan fraksi mol etanol dengan volume molar parsial air dan etanol di halaman berikut.

C

a). Tekanan osmosa π = MRT = Keterangan

Mr

RT

π = tekanan osmosa (mmHg)

M = konsentrasi molar ( g.mol / cm3)

99


R = konsentrasi gas ideal (62360 cm 3 mmHg K-1 g.mol-1) T = temperature absolute (293 K) C = konsentrasi massa (g/ cm 3) Mr = massa molekul relative (g/mol) Satuan diseragamkan berdasarkan nilai R dalam mmHg karena tekanan osmosa diketahui dalam cmHg. Untuk permasalahan dengan eksperimen yang menghasilkan beberapa data, semua data harus digunakan agar memperoleh hasil yang akurat. Data diolah dengan regresi Linear sbb:

100


m

RT Mr RT

Mr 

Mr 

m cm 3 .mmHg 623,60 .293 K gmolK 17834 ,81

Mr  1024,48

mmHg .cm 3 g

g gmol

b). Fraksi massa air = fraksi massa etanol = 0,5 Volume campuran = 100 cm 3 M air = 18 g/gmol M etanol = 46 g/gmol *menentukan fraksi mol masing-masing komponen M a = M e = 0,5 m

         ,          ,  n total = na + ne n total =

        

dengan fraksi mol etanol 0,28 dan fraksi mol air 0,72, dilihat pada grafik maka didapatkan Vm air = 175 cm 3/mol Vm etanol = 56,2 cm 3/mol V campuran = na.Vma + ne.Vme

  17,5     56,2  36   92   100 0,486  0,612 1001,098   100 1,098  91,075  100 

101


Massa air= massa etanol = 0,5m = 0,5 x 91,075 gram = 45,538 gram

2.

Hukum pengenceran ostwald dirumuskan dengan persamaan berikut:

c( m m ) 2 1 - (  m m )

 K

Dengan K adalah konstanta kesetimbangan. Hasil dari suatu penelitian disosiasi (CH 3)4 SnCl dalam larutan etil alkohol pada 25 oC mendapatkan data hubungan antara konsentrasi dengan konduktivitas elektronik sebagai berikut :

c x 104 mol/L

1,566

2,600

6,219

10,441

K x 106 Ω-1 cm-1

1,788

2,418

4,009

5,336

Dengan memanfaatkan persamaan diatas dan berdasarkan data yang diberikan, tentukanlah konduktivitas molar pada pengeceran tak hingga dan konstanta kesetimbangan K . Jawab

c( m m ) 2 1 - (  m m )

 K

Persamaan di atas dapat disusun ulang menjadi

∞ 1  ∞ Plot data hubungan CΛm dengan 1/Λm

1/Λm

CΛm

559284

2,8 . 10 -16

413565

6,28. 10 -16

249439

2,49. 10 -15

187406

5,57. 10 -15

Dengan C dalam mol/cc

102


Λm dalam Ω-1cm-1

60 50 40 30

Series1

20

Linear (Series1)

10 0 -10

y = -12.793x + 67.504 R² = 0.7848 2 4

0

6

-KΛm∞ = 6,75 x 10-15 Λm∞ =

Λm∞ =

, −

, −−,   

∞  1,279 .10− 6,75.10− 1,279 .10− 4,556.1 0−  1,279 .10− − 4, 5 5610   1,27910−   3,562  10−

Λm∞ =1,895

103


UJIAN TENGAH SEMESTER GENAP 2003/2004 MATA KULIAH: KIMIA FISIKA 1 HARI/TANGGAL: JUM'AT/26 MARET 2004 WAKTU: 90 MENIT

1.

Suatu gas akan ditentukan berat molekulnya. Gas tersebut dimasukkan ke dalam suatu tabung pada suhu 23oC dan tekanan 741 torr, dan kemudian di timbang. Hasil penimbangan menunjukkan angka 65,3324 g. Ketika tabung tersebut diisi dengan air, hasil penimbangan menunjukkan angka 170,15 g. Berapakah berat molekul gas tersebut, jika diketahui berat tabung kosong adalah 65.2649 g. Diketahui :

T : 23oC

Gas

P : 741 torr = 741 mmHg M1 (massa gas dan tabung) : 65,3324 g M2 (massa air dan tabung) : 170,15 g M0 (massa tabung) : 65.2649 g Ditanya :

MR Gas…? Jawab

M air = (170,15 - 65,3324) g = 104,8851 g Vol air = Vol tabung = 104,8851 ml M gas = 65,3324 g – 65,2649 g = 0,0675 g PV = nRT

 0,0675  ml. mmHg  x 6230 x 296 K Mr gas mol. K  

741 mmHg x 04,8851 ml   Mr gas  16,03 2.

Untuk mempelajari bagaimana pengaruh tekanan terhadap kondisi kesetimbangan, dilakukan dengan cara mereaksikan

1 3 N 2 (g)  H 2 (g)  NH3 (g) , pada suhu 500oC, dengan perbandingan 2 2

reaktan 1:3. Fraksi mol NH 3 yang dihasilkan pada setiap tekanan dicatat. Data yang diperoleh adalah sebagai berikut:

104


P 100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,1

0,18

0,25

0,32

0,37

0,42

0,46

0,5

0,53

0,56

(bar)

x (NH3)

Buatlah persamaan yang menghubungkan Kp dengan P, dan hitunglah nilai Kp pada saat tekanan 100 bar. Diketahui :

1 3 N 2 (g)  H 2 (g)  NH3 (g) 2 2 Pada suhu 500oC

P 100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,1

0,18

0,25

0,32

0,37

0,42

0,46

0,5

0,53

0,56

(bar)

x (NH3)

Perb. Reaktan = 1 : 3

Ditanya :

Buat persamaan hubngan Kp dengan P? Jawab

1

3 N 2 (g)  H 2 (g)  NH 3 (g) 2 2 m: 1 3 b :

-a

s : 1- a

- 3a

2a

3 - 3a

2a

Mol total = 1-a + 3-3a +2a = 4-2a

105


2a

X 

4 - 2a 2a

0,1 

4 - 2a 0,4 - 0,2a  2a a

2 11 (P NH 3 )

Kp 

1

3

2

[(P N 2 ) (P H 2 ) 2 ]

[( Kp  [(

Kp 

1 a 4  2a

2a 4 - 2a 1 2

) P] [(

) P] 3 - 3a 4 - 2a

3

)P] 2

2a( 4 - 2a ) 1

3

2

(1 - a ) . (3 - 3a ) 2 P 2 2 2( ) . ( 4 - 2( )) 11 11 Kp  1 3 2 2 2 2 (1 - ( )) . (3 - 3( )) .100 11 11 Kp  3,801.10 3

106


UAS KIMIA FISIKA 1 Senin/ 18 mei 2009

1. Acetic acid evaporated in container of volume 21.45 cm 3 at 473 K and at an external pressure of 200 kPa, and the container was then sealed. The mass of acid present in the sealed container was 0,,0519 g. the experiment was repeated with the same container but at 471 K, and it was found that 0,0380 g of acetic acid was present. Calculate the equilibrium constant for the dimerization of the acid in the vapour and the enthalpy of vaporization. Jawab

Kondisi 1 Awal : V =21,45 cm 3 = 21,45 x 10 -6 m3 T = 47k P = 200 kPa Akhir : m = 0,0519 gr Asumsi : gas ideal

   21,45  10 −  200  10     8,314  .  437   1,18  10−  Terjadi reaksi dimerisasi (misal acetic acid dilambangkan A) A2 2A Awal 1,18mmol Reaksi -1,18αmmol 2,36αmmol setimbang (1-α)1,18 mmol 2,36αmmol saat kesetimbangan massa asam = 0,0519 gram

0519 0,288     0,180 

Mol A2 setimbang =

 0,288   0,,096   11,18  +

α = 0,9186 MolAsetimbang = 2,36α mmol = 2,168 mmol

 [ ]    [] 

 ,    ,  , ,

= 2,2799M

Kondisi 2 (pengerjaan seperti kondisi 1) T = 471 K

107


= =,   Saat kesetimbangan : nasam= 0,211 mmol nA2 = 0,0704mmol α = 0,9358 nA2 = 2,05mmol K2 = 2,7841 M Enthalpy of vaporization

   ∆     ,,   ∆,     ∆  10,057   2. The following table gives the mole fraction of methylbenzene (A) in liquid and gaseous mixture with butanone at equilibrium at 303,15 K and the total pressure P. P (kPa)

XA

YA

0

0

36,066

0,0898

0,0410

34,121

0,2476

0,1154

30,900

0,3577

0,1762

28,626

0,5194

0,2772

25,239

0,6036

0,3393

23,402

0,7188

0,4450

0,9019

0,5435

18,592

0,9105

0,7284

15,496

1

1

12,295

20,6984

Take the vapour to be perfect, calculate the partial pressures of the two components and find the Hendry’s Law constant for the two components. Jawab 108


HukumRoult : PA = XA PAo untuk pelarut murni PB = XB PBo untuk zat terlarut yang mudah menguap XB = 1- XA PA = YAPtot YB = 1- YA PB = YBPtot Dengan menggunakan Hukum Hendry diperoleh data-data berikut: PA YAPtot

= YB = 1- PB YA YBPtot

XA

XB

YA

Ptot (kPa)

0

1

0

36,066

0

1

36,066

0,0898

0,9102

0,0410

34,121

1,399

0,9590

32,722

0,2476

0,7524

0,1154

30,900

3,566

0,8846

27,334

0,3577

0,6423

0,1762

28,626

5,044

0,8238

23,582

0,5194

0,4805

0,2772

25,239

6,996

0,7228

18,243

0,6036

0,3964

0,3393

23,402

7,940

0,6607

15,462

0,7188

0,2812

0,4450

20,6984

9,211

0,5550

11,488

0,9019

0,1981

0,5435

18,592

10,105

0,4565

8,487

0,9105

0.0895

0,7284

15,496

11,287

0,2716

4,209

1

0

1

12,295

12,295

0

0

Dari grafik tersebut diketahui bahwa konstanta Henry adalah KA = 12,70 KB = 36,65

109

=


Karena tidak memungkinkan mengunakan data di atas dalam ujian, metode interpolasi dapat digunakan, yaitu pada dua data saja (utamakan 2 titik ujung)

  ∆∆  12,2950 12,295 10   ∆∆  036,066 01 36,066 UAS Kimia Fisika 2008/2009 1.

2.

3.

Pada 25oC tekanan uap kloroform CHCL 3 = 199,1 mmHg dan karbon tetraklorida = 114,5 mmHg. Kedua cairan membentuk larutan ideal. Jika 2 mol CHCl 3 dan 3 mol CCl4 dicampur, tentukan fraksi masing-masing dalam uap yang setimbang dengan cairannya dan tekanan uap campuran, dalam mmHg. Suatu zat mempunyai berat molekul = 100 gram/g-mol. Jika W gram zat tersebut dimasukkan ke dalam 50 gram kloroform, titik didih kloroform naik = 0,01 oC. Diketahui kalor penguapan kloroform = 7305,8 kal/gmol. Berapa w? Tabel di bawah ini menunjukkan nilai konduktansi ekuivalen untuk tiap konsentrasi larutan sodium laktat : c x 103, mol/L

0,1539

0,3472

0,6302

1,622

2,829

4,762

konduktansi

87,89

87,44

86,91

85,80

84,87

83,78

ekuivalen

tentukan nilai Λo dengan memanfaatkan data-data tersebut:

(a) secara grafik (b) dengan menggunakan persamaan Onsager

 /   √      ,/   ,

tentukan juga nilai Ao untuk asam laktat.

1. Dik :

pada suhu 25oC P CHCl3 = 199,1 mmHg P CCl4 = 114,5 mmHg n CHCl3 = 2 mol n CCl4 = 3 mol

Dit:

a) XCHCl3 dan XCCl4 dalam uap yang setimbang dengan cairannya b)

Tekanan uap campuran ?

Jawab 110


a)

    0,4     3         5   0,6

b) P campuran = XCHCl3 . PCHCl3 + XCCl4 . PCCl4 = 0,4 (199,1 mmHg) + 0,6 (114,5 mmHg) = (79,64 + 68,7)mmHg = 148,34 mmHg

2. Dik :

Mr zat = 100 g/g-mol M pelarut (kloroform) = 50 gram ΔTb = 0,01 oC

Titik didih kloroform (To) = 81,2 oC = 354,2 K Kalor penguapan kloroform = 7305,8 kal/g-mol = ΔHv Dit : m zat (w).? Jawab

. .    1000    1000 .   .     .354,2  .119,5  ; 1, 9 87  − .   . 1000 0,01  −1000  100 − 50  . 7305,8 −  0,01 0,8155    0,01226 

√ 

3. Λ = Λo - b

√ 

Λ=-b

+ Λo

Y = mx + c



√  12,4

87,89

18,6

87,44

111


25,1

86,91

40,3

85,80

53,2

84,87

69

83,78

Dengan interpolasi (x2, y2) = (69. 10-3 ; 83,78) (x1, y1) = (12,4 . 10-3 ; 87,89)

       87,89   12,4 .10−− 83,7887,89 6912,4.10 87,89  12,4.10−− 4,11 56,6.10 10− (56,6 .

)y – 4,9746 = -4,11x + 0,051

y = -72,615x + 88,792

√ 

Λ =-b

+ Λo

Jadi Λo = 88,793

−−

112


Ujian Tengah Semester Ganjil 2005/2006 Kimia Fisika 2

Tanggal

: 21 Oktober 2005

Waktu : 60 menit (08.00-09.00) Sifat

: Open book

1. Sulfuryl chloride (SO2Cl2) merupakan senyawa yang berbahaya bagi manusia dan bersi fat korosif. SO2Cl2

(g) dapat

terdekomposisi menjadi SO2

(g) dan

Cl2

(g).

untuk menentukan

persamaan laju reaksi dekomposisi ini, dilakukan penelitian pada suhu tinggi, dengan data yang diperoleh adalah tekanan total untuk setiap rentang waktu t, seperti pada tabel di bawah ini: t (jam)

0

3

6

9

12

15

Ptot (kPa) 11,07 14,79 17,26 18,90 19,99 20,71 Dari data yang diberikan, perkirakanlah metode apa yang paling tepat untuk menentukan orde reaksi dan persamaan laju reaksinya. Kemudian tentukanlah orde reaksi dekomposisi SO2Cl2 tersebut. 2. Reaksi pirolisis dari asetaldehid, untuk produksi metana,

∆   →  []  [] 

Merupakan reaksi orde 3/2, seperti pada perrsamaan laju reaksi di bawah ini:

Reaksi yang terjadi tidaklah sesederhana seperti yang digambarkan pada persamaan reaksi di atas. Reaksi tersebut merupakan reaksi rantai yang terdiri atas beberapa tahap reaksi. Mekanisme reaksi untuk pirolisis asetaldehid ini diusulkan oleh Rice-Herzfeld, yaitu:

        →    →        















Pada kenyataannya, mekaniksme reaksi yang terjadi jauh lebih rumit dibandigkan dengan yang diusulkan oleh Rice-Herzfeld. Buktikanlah bahwa persamaan laju reaksi pembentukan metana merupakan reaksi orde 3/2, seperti pada persamaan laju reaksi di atas.

113


Jawaban 1. Note: Jika tidak tahu persamaan turunannya uraikan sendiri. Asumsi: orde reaksi 1 Reaksi dekomposisi: SO2Cl2  SO2 + Cl2 m Po r x x x s Po – x x x Ptotal = PSO2Cl2 + PSO2 + PCl2 P = (Po – x) + x + x = P o + x x = P - Po Persamaan turunan umum:

  , .log

Dimana: Po = PSO2Cl2 saat t = 0 PA = PSO2Cl2 setelah terdekompresi PA = Po – x = Po – (P - P o) = 2 Po – P Sehingga:

  , .log−

Lalu masukkan data t dan P ke dalam rumus di atas sehingga diperoleh nilai k. Ternyata nilai k tetap untuk setiap variasi t. Maka reaksi tersebut berorde satu.

∆   →  []  [] []   [][ ] []  []  [][ ]  [ ] 2 [ ][ ]  0  [ ]   [][ ]  [ ]  0 

2. Reaksi pirolisis:

Persamaan laju reaksi:



(1)











(2)







(3)

Laju reaksi CH3 dan CH3CO adalah 0 (3)  (2)

[][][ ][ ] 2[ ]  0 []02[ ]   0 []  2[ ] [ ]    [] []  []  / []/  2  /     2 []/ [] []/  











(4)  (1)

 terbukti

Reaksi tersebut berorde 3/2 karena n = 3/2 v = k [A] n

114

(4)


Ujian Tengah Semester 2006/2007 Mata Ajaran : KIMIA FISIKA 2 Hari/Tanggal : Jumat/10 Nopember 2006 Waktu

: 60 menit (08.00 s/d 09.00)

Sifat Ujian

: Buku Terbuka

1. Suatu penelitian dilakukan untuk menentukan dekomposisi dari suatu senyawa. Ternyata, dibutuhkan waktu selama 8000 detik agar konsentrasi dari senyawa tersebut tinggal setengah dari konsentrasi awal. Dari pengolahan data konsentrasi sisa setiap interval waktu didapatkan dari eksperimen, diperoleh bahwa reaksi dekomposisi senyawa tersebut adalah reaksi orde satu. Penelitian diharapkan dapat memberikan hasil 70% dari senyawa tersebut harus terdekomposisi. Untuk itu harus dihitung waktu yang diperlukan oleh reaksi dekomposisi tersebut. Bantulah peneliti tersebut!!! 2. The reaction below; A + B

 C,

was performed at known concentration of A and

temperature of T = 35 oC. The activation energy for the reaction is Ea = 33 kJ mol -2, the rate was found to be 0.97 mols L -1 s -1 and the rate constant was determined as k = 2.76 x 10-2 L mol-1 s -1. Determine the rate of reaction at the same concentration of species, A, if the temperature is now raised to 427 oC. What is the order of the reaction? 3. Ada 5 tipe isothermal adsorpsi, yaitu tipe satu untuk monolayer dan tipe 2-5 untuk multilayer. Jelaskan dengan kalimat anda sendiri, kenapa bentuk kurva tipe 1 disebut isotherm adsorpsi monolayer dan kurva 3 disebut multilayer. 4. The following data were obtained for the adsorption of liquid on surface of the solid at 77.3 K: P (torr)

31.7 40.1 56.6 64.5 82.7 96.7 112.4 128.8 148.6 169.3

N (10-4 mol 8.31 8.53 8.90 9.03 9.53 9.85 10.15 10.45 10.81 11.81 s-1) If the vapor pressure (Po) of liquid is 759.0 torr at this temperature, show that the data can be described by the BET isotherm:

   [11(⁄)]

where c is a constant. Determine the values of c.

115


Jawaban 1. Dik

: t½ = 8000 s Reaksi orde 1

Dit

: Waktu saat 70% senyawa terdekompiosisi

Jawab : Gunakan metode paruh waktu untuk reaksi orde satu untuk mendapatkan nilai k Dimana t½ = 0,69/k k = 0,69/ t½ = 0,69/8000 = 8,625 x 10 -5 s-1 karena reaksi orde satu maka persamaan laju reaksinya 

-(d[C]/dt) = k[C]

Bila persamaan ini diintegrasikan maka akan menjadi 

ln [C] = ln [C] o – kt

karena yang ditanya adalah waktu saat 70% senyawa terdekomposisi, maka [C] = 0,3[C]o, jadi: 

ln [C] - ln[C]o = kt



t

= ln {[C]/ [C]o}/k = {ln (1/0,3)}/8,625 x 10 -5 s-1 = 13959,1 sekon

2. Dik :

Dit :

Reaksi A +B  C

V = 0,97 mol L -1 s-1

T1 = 35 oC = 308 K

k 1 = 2,76 x 10 -2 L mol-1 s-1

Ea = 33 kJ mol -2

T2 = 427 oC = 700 K

k 2 = ? ; orde reaksi = ?

Jawab : Gunakan persamaan Arrhenius

ln    

Atau persamaan tersebut dapat ditulis

k = A . e-E/RT Sehingga nilai k 2 dapat dicari dengan k 1 = A . e -E/RT1 k 2 = A . e -E/RT2 Sehingga

k 2 = k 1 x (e-E/RT2 / e-E/RT1) 116


= 2,76 x 10 -2 L mol -1 s-1 x [(3,4468 x 10 -3) / (2.5306 x 10 -6)] = 37,59 L mol -1 s-1 Untuk mencari orde reaksi dapat digunakan analisis satuan v = k [A] x Dimana satuan V adalah mol L -1 s-1 k = L mol -1 s-1 dan [A] = mol L -1 sehingga mol L-1 s-1 = L mol-1 s-1 [mol L-1]x [mol L-1]x = mol2 L-2 Sehingga didapat nilai x = 2 Jadi orde dari reaksi tersebut adalah 2 Persamaan laju reaksi: v = 37,59[A] 2

4. Dik:

Po = 759 torr T = 77,3 K

Dit:

c=?

Jawab: --asumsi gas ideal, PV = nRT sehingga V≈n Dari persamaan BET tersebut dapat dibuat menjadi P / {V(Po-P)} = {1/(Vmc)} + {(c-1)/(Vmc)} (P/Po) .................................................... (1) Dimana persamaan tersebut dapat dibuat menjadi sebuah persamaan garis y = bx + a, dimana y = P / {V(P o-P)} ,

x = (P/Po) ,

a = {1/(Vmc)} ,

dan b = {(c-1)/(Vmc)}

Y

data-data soal dapat diolah menjadi No.

P

V

1

31.7

8.31

0.041765 0.005245

2

40.1

8.53

0.052833 0.006539

3

56.6

8.9

0.074572 0.009054

4

64.5

9.03

0.08498

5

82.7

9.53

0.108959 0.012831

6

96.7

9.85

0.127404 0.014823

7

112.4

10.15

0.14809

8

128.8

10.45

0.169697 0.019558

9

148.6

10.81

0.195784 0.022521

117

x

0.010285

0.017126


10

169.3

11.81

0.223057 0.024309

grafik isoterm BET 0.03 0.025 0.02

grafik BET

) P o P (0.015 V / P

Linear (grafik BET)

0.01

0.005 0 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

P/Po

Dari grafik terlihat data-data tersebut mengikuti pola garis lurus sehingga terbukti data-data tersebut dapat digambarkan dalam persamaan BET Dengan menggunakan metode least square didapat nilai a dan b yaitu a = 0,001 b = 0,1077

Untuk mencari nilai c, nilai a dan b pada dimasukkan dalam persamaan: b = {(c-1)/(Vmc)} a = {1/(Vmc)} atau Vmc = 1/a

Sehingga dengan melakukan substitusi didapatkan c – 1

= b/a

c

= b/a + 1 = (0,1077 / 0,001) +1 = 108,7

118


Ujian Tengah Semester - Kimia Fisika 2 (75 menit)

1. Reaksi dalam fasa gas antara nitrogen oksida dengan hydrogen, mengikuti persamaan reaksi berikut: 2 NO + 2 H 2 N2 + 2 H2O Data yang diperoleh dari suatu penelitian yang dilakukan untuk reaksi tersebut dapat dilihat di tabel berikut: Tekanan awal, mm

354

288

243

202

Waktu paruh, detik

81

140

176

224

Tentukanlah persamaan laju reaksi berdasarkan data yang diberikan di atas. 2. Seorang peneliti mengamati dekomposisi dari suatu senyawa (A). ketika konsentrasi dari senyawa tersebut tinggal setengah dari konsentrasi awal, ternyata dibutuhkan waktu selama 8000 detik. Dari pengolahan data konsentrasi sisa setiap interval waktu yang dia dapatkan dari eksperimen, diperoleh bahwa reaksi dekomposisi senyawa tersebut adalah reaksi orde satu. Peneliti menginginkan 70% dari senyawa tersebut harus terdekomposisi. Untuk itu dia harus menghitung waktu yang diperlukan oleh reaksi dekomposisi tersebut. Bantulah peneliti tersebut untuk menentukan berapa lama reaksi yang harus dia l akukan. 3. Reaksi penguraian N2O5, 2 N 2O5 4 NO2 + O2, mengikuti mekanisme sbb.: k1

N2O5 NO2 + NO3 k2 k3

NO2 + NO3 NO + O2 + NO2 k4

NO + NO3 2 NO2 Buktikan bahwa persamaan laju reaksinya adalah sbb.:

[]  2 []   2

119


Jawaban 1. Dik: 2 NO + 2 H 2 N2 + 2 H2O Tekanan awal, mm

354

288

243

202

Waktu paruh, detik

81

140

176

224

Dit: Pers. Laju reaksi = ? Jawab: Untuk orde-n

− 1 2  ⁄ log  log 1 1log[] 

y

=

b

-

m

x

Dengan metode least square didapatkan data : Pawal T 1/2 354 81 288 140 243 176 202 224

log Po 2.549003 2.459392 2.385606 2.305351

log t1/2 1.908485 2.146128 2.245513 2.350248

Grafik log Po vs log t1/2 2.5 y = -1.7823x + 6.4844 R² = 0.9633

2 2 1.5 / 1 t g o 1 l

Series1 Linear (Series1)

0.5 0 2.2

2.3

2.4

2.5

log Po

1,7826,484 1 1,782 2,782 − 1 2 6,484log 1 120

2.6


, 1 2 6,484log 1,7821   4,51 10−

Maka persamaan laju reaksinya adalah: v = 4,51 x 10 -7 [NO]a [H2] b dimana a+b = 2,782

2. Untuk reaksi orde satu persamaannya t½ = 0,69/k k = 0,69/ t ½ k = 0,69/8000 = 8,664 x 10 -5 s-1 70% senyawa terdekomposisi, maka [C] = 0,3[C] o Untuk reaksi orde satu: 

-(d[C]/dt) = k[C] Diintegrasikan, menjadi:



ln [C] = ln [C] o – kt



ln [C] - ln[C] o = kt



t



3.

= ln {[C]/ [C]o}/k = {ln (1/0,3)}/8,664 x 10 -5 s-1 = 13896,269 sekon

[]  [] [][] ………………………………………………1  []  [][][][]……………………………………………… 2  []  [] [][] [][] [][]  2[][]  [] [][] 2[][] ……………………………3 []  [] [][] [][] [][] ………… 4  ∗ []   0 [][]  [][]…………………………………………………………5 121


]  0 ∗ [  []  [][]  [][]  [][] (. 5) []  [][]  2[][] []    2[][] [][]   2 [] …………………………………………………6 Substitusi persamaan (6) ke (1)

[]  []  [][]  []  []      []    2 []  []   []    2 []    2   []    2 []    2   []    2 []  2 [] >  ‼    2 > 

122


Ujian Tengah Semester Genap 2007/2008 Kimia Fisika 1 (90 menit)

1. Sebuah reactor, dengan dengan volume V, digunakan untuk mengamati reaksi pembentukan pembentukan air. Ke dalam reactor tersebut dialirkan gas hydrogen dan oksigen, sampai tekanantekanan total campuran gas tersebut adalah 1,00 bar. Campuran kemudian bereaksi membentuk air pada suhu T. Reaksi dibiarkan terjadi sampai selesai dan tekanan parsial hydrogen yang tersisa adalah 0,35 bar. Jika diasumsikan bahwa tekanan diukur pada kondisi suhu dan volume yang sama, sama , hitunglah komposisi awal dari kedua gas tersebut. Jawab : Dik. V, T H2(g) + ½ O 2(g)  H2O(l)

Ptotal = 1,00 bar

2H2(g) + O2(g)  2H2O(l)

PH2 = 0,35 bar Dit. Komposisi awal ? Jawab :

2H2(g) + O2(g)  2H2O(l) Asumsitekanan O2 yang bereaksi = x M

0,35+2x

x

B

2x

x

S

0,35

Ptotal = 1 atm Ptotal = PH2 +PO2 1

= (0,35 + 2X) + X 123


1

= 0,35 + 3X

3X

= 0,65

X

= 0,22

Awal P parsial O2 = 0,22atm P parsial H2 =0,35 + 2 x 0,22 = 0,78 atm JadiO2 : H2 = 2 : 7

2. Reaksi pembuatan ammonia dari nitrogen dan hydrogen merupakan reaksi reversible. Penelitian sedang mempelajari bagaimana pengaruh tekanan terhadap kondisi kesetimbangan reaksi ini. Penelitian tersebut mencoba mereaksikan nitrogen dan hydrogen dengan perbandingan mol 1 : 3, dan tekanan dibuat bervariasi dari 100 sampai 1000 atm dengan ΔP adalah 100 atm, dan untuk tekanan dihitung nilai fraksi NH3 yang terbentuk 0,1 ; 0,18; 0,25; 0,32; 0,37; 0.42; 0,46; 0,50; 0,53; 0,56, berturutturut dengan kenaikan tekanan. Hitunglah nilai Kp berdasarkan data tersebut. Jawab : Dik.

     →   

N2 : H2 = 1 : 3

P

100

200

300

400

500

600

700

800

900

X

0,1

0,18

0,25

0,32

0,37

0,42

0,46

0,50

0,53

Dit.Kp ? Jawab: 124


“Saat 100 atm” PNH3

= x NH3 X 100 atm = 0,1 x 100 atm = 10 atm

P N2 + P H2 = 100 -10 =90 atm P N2

=

  90 

=22,5atm P H2

=

  90  

= 67,5atm Kp

        − = √ , ,.

=

= 3,801.10 -3 atm-1

Dengan cara yang sama : “ saat 200 atm PNH3 = 36 atm PNH2 = 41 atm PH2 Kp

= 123 atm = 4,121 x 10 -3 atm-1

125


“ saat 300 atm PNH3 = 75 atm PNH2 = 56,25atm PH2 Kp

= 168,75atm = 4,562 x 10 -3 atm-1

“ saat 400 atm PNH3 = 128 atm PNH2 = 68 atm PH2 Kp

= 204 atm = 5,327 x 10 -3 atm-1


= 236,25atm = 5,741 x 10 -3 atm-1

“ saat 600 atm PNH3 = 252 atm PNH2 = 87 atm

126


PH2 Kp

= 261 atm = 6,407 x 10 -3 atm-1


= 283,5atm = 6,939 x 10 -3 atm-1

“ saat 800 atm PNH3 = 400 atm PNH2 = 100 atm PH2 Kp

= 300 atm = 7,698 x 10 -3 atm-1


= 317,25atm = 8,209 x 10 -3 atm-1

“ saat 1000 atm

127


PNH3 = 560 atm PNH2 = 110 atm PH2 Kp

= 330 atm = 8,902 x 10 -3 atm-1

3. The dissociation vaspor pressure of NH 4Cl 4270C IS 608 kPa but at 459 0C it has risen to 1115 kPa. Calculate: a. The equilibrium constant b. The standard reaction free energy c. The standard enthalpy d. The standard entropy of dissociation All at 4270C.assume that the vaspor behaves as a perfect gas and the standard enthalpy and entropy are independent of temperature in the range given. (solid ammonium chloride dissociates to gaseous ammonia and HCl.

Jika dimisalkan V total=100 liter, maka didapat V N 2=30L, V CO=50L, VH 2=15L, dan V O2=5L.

    30 2  14  840     50 12  16  1400      15 2  1  30      5 2  16  160  128


  840140030160  2430  840 100%34,57% %   2430 %   1400 2430  100%  57,61% 30  100%  1,23% %   2430 160  100%  6,59% %   2430 Dik : Dis. Vapor P NH4Cl = 608 kPa = 6,08atm, 427 oC = 700 K Dis. Vapor P NH4Cl = 11,5kPa = 11,15 atm, 459 oC = 732 K ΔH,ΔS tidakdipengaruhiolehsuhu NH4Cl (S)

NH3 (g) + HCl(g)

Dit : a)

Kp

b)

ΔG

c)

ΔH

d)

ΔS

Jawab : NH4Cl (S) Awal

NH3 (g) + HCl(g) x

-

-

Reaksi αx

αx

αx

129


Sisa a)

x-αx

αx

αx

PNH3 = PHCl

PNH3 + PHCl = 6,08 atm PNH3 + PNH3 = 6,08atm 2PNH3 = 6,08atm PNH3 = 3,04atm = PHCl Kp = [PNH3][PHCl] Kp = [3,04][3,04] Kp = 9,2416

b)

ΔG = -RT ln KP ΔG =- (1,982 cal. K-1. mol-1)(700K) ln 9,2416 ΔG =- (1,982 cal. K-1. mol-1)(700K) 2,223715031 ΔG =- 3092,96523 cal. mol -1 ΔG =- 3092,97 cal. mol -1

c)

T = 732 K PNH3 + PHCl = 11,15atm 2PNH3 = 11,15atm PNH3 = 5,575 atm = PHCl

Kp = [PNH3][PHCl] Kp=[ 5,575][5,575] Kp = 31,080615 atm Kp = 31,0806atm

   ∆   806  ∆ 732700  31,9,20416 1,987   700.732 806  ∆  32   31,9,20416 1,987   512400 806  ∆ 732700  31,9,20416 1,987   700.732 ,  1, 9 87. 512400ln ,  ∆  32 ∆  1234868,32784   ∆  38589,6495  130


 ∆  38589,65  d)

ΔGo = ΔHo - TΔS

   = 38589,65  – 700 K ΔS  700K ΔS = 41682,62  ,  ΔS = K   ΔS = 59,5466    ΔS = 59,55   -3092,97

131


UTS KIMFIS I 2007

1.

For the reaction 2SO 3(g)

 = 2SO2(g) + O2(g) , ΔHo = 46980 cal and ΔGo = 33460 cal at 25 oT. Assuming ΔHo to

be independent of temperature, calculate : a). ΔGo2…? b). The degree of dissociation α, of 2SO 2(g) at 600 K and 0,5 atm total pressure

1.

Diketahui : ΔHo= 46980 cal, ΔH=/f(T) ΔGo1= 33460 cal

T1 = 298 K T2 = 600 K Ptot = 0,5 atm

Ditanya

a). ΔGo2...? b). α...?

Jawab

a). ΔGo1 = - RT1 ln K1 33460 = -1,987. 298 ln K 1 ln K1 = -56,508

ln

K 2 K 1



H  T 2  T 1    R  T 1T 2 

ln K 2 - ln K 1 

46980  600 - 298 





1,987  298. 600  ln K 2 - 56,508  39,935 ln K 2  - 16,573 K 2  6,346 x 10 -8 atm

132


G 02  RT2 lnK 2 G 02  - 1,987. 600.(-16,573) G 02  19758 kal b). 2SO3(g)

 = 2SO2(g) + O2(g)

M

x

-

-

B

αx

αx

½ αx

S

x- αx

αx

½ αx

Ptot = x- αx +αx + ½ αx 0,5 = x+ ½ αx

x 

0,5 1

1



2

P SO 2 2 PO 2 K  P SO 3 2 ax 2 ½ ax  -8 6,346 x 10   x  ax 2 2

6,346 x 10 - 8

          . 0,5   1  . 0,5  1  2 1   1  1      2   2        0,5   1   1  1     .1    2   2 0,25  2

 1  1     2  -8 6,346 x 10 

x 2

0,25

 1  1     2 

0,5 - 0,5 2  1  1     2 

2

133


6,346 x 10 

0,0625 2

-8

0,25  0,375  0,125 2

1,5865 x 10 -8  2,38 x 10 -8   1,5865 x 10 -8  3  0,0625 3 0,0625 3 - 1,5865 x 10 -8  2,38 x 10 -8   0 a  6,312 x 10 -3

Ps : nilai α ini didapat dari kalkulator. Kalau sama bu Rita, musti pake trial and error. Jadi pinter-pinter aja

kombinasiin kalkulator ama trial and error yach.

2.

For the reaction MnCO3 (g)

 = MnO(s) + CO2 (g), ΔGo = 27660-14,16 T log 10T + 10,7. 10-3T-2 - 10,19 T.

Determine the temperature at which the dissociation pressure of CO2 (g) will be 0,5 atm.

MnCO3(g)

 = MnO(s) + CO2 (g),

senyawa berfasa gas pada reaksi disosiasi di atas hanya CO 2. Oleh karena itu kesetimbangan hanya dipengaruhi oleh CO2, sehingga

K  PCO 2  0,5atm

G 0  - RT lnK 27660 - 14,16 Tlog 10 T  10,7 x10 3 T 2  - 1,987 Tln 0,5 14,16 Tlog 10 T - 10,7 x10 3 T 2  27669

karena terdapat fungsi log 10T pada persamaan, maka persamaan menjadi sulit jika diselesaikan dengan cara biasanya. Untuk itu, digunakan metode trial and error u ntuk mencari nilai T. diasumsikan 4,16 Tlog10T – 10,7 x 10-3 T2 + 11,57 T = x Nilai T yang dicari akan didapatkan saat nilai x sama dengan 27660 Jika T1 = 600 K; maka x 26693 Jika T2 = 625 K; maka 27795 Dari kedua nilai T, kita lakukan interpolasi untuk mendapatkan nilai T saat x = 27600

134

Diktat UTS Semester 3.pdf

Recommend Documents