OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2009 SELEKSI Tingkat PROVINSI
JAWABAN (DOKUMEN NEGARA)
UjianTeori Waktu 2 Jam
Departemen Departemen Pendidikan Nasional Direktorat Jenderal Managemen Pendidikan Dasar dan Menengah Direktorat Pendidikan Menengah
2009
1
2
Petunjuk : 1. Isilah Biodata Biodata anda dengan lengkap (di lembar Jawaban) Jawaban) Tulis dengan huruf cetak dan jangan disingkat ! 2. Soal Teori ini ini terdiri dari 10 10 Nomor Nomor soal.
TOTAL Poin = 133 poin 3. Waktu yang disediakan: 150 menit. 4. Semua jawaban jawaban harus harus ditulis di lembar jawaban jawaban yang tersedia 5. Diperkenankan menggunakan kalkulator. 6. Diberikan Tabel periodik Unsur. 7. Anda dapat dapat mulai bekerja bila bila sudah ada ada tanda mulai dari pengawas. pengawas. 8. Anda harus segera segera berhenti bekerja bekerja bila ada ada tanda berhenti berhenti dari Pengawas. Pengawas. 9. Letakkan jawaban anda di meja sebelah kanan dan segera meninggalkan ruangan.
10. Anda dapat membawa pulang soal ujian !! !!
3
Soal 1. Gas Nitrogen dan Senyawanya Lengkapi isian berikut dengan dengan jawaban yang paling paling tepat. (15 (15 poin) (jawaban ditulis di lembar jawab). Nitrogen adalah unsur unsur yang paling banyak terdapat di udara. udara. Pada tekanan tekanan udara 1 atm dan tempertatur 25 oC, nitrogen berbentuk gas dengan rumus kimia (a)………... Di atmosfer, kadar gas nitrogen terdapat kurang lebih sebanyak sebanyak (b)………% v/v. Struktur Lewis gas nitrogen digambarkan sebagai (c)…………….. Gas nitrogen bereaksi dengan gas hidrogen pada temperatur dan tekanan tinggi membentuk senyawa senyawa berupa gas gas berbau menusuk, dengan dengan rumus kimia (d)……….. Produksi senyawa gas bau menusuk tersebut disebut proses (e)……….. dimana unsur (f)………digunakan sebagai katalis. Senyawa gas gas (d) tersebut mudah mudah larut dalam dalam air menghasilkan larutan dengan (g) pH………….. Senyawa (d) tersebut juga bereaksi dengan asam nitrat membentuk padatan putih dengan rumus kimia (h)……………. yang merupakan bahan peledak. peledak. Senyawa (d) tersebut tersebut juga bereaksi bereaksi dengan asam sulfat membentuk membentuk padatan putih dengan rumus kimia (i)………………yang digunakan sebagai pupuk. Gas nitrogen bereaksi dengan oksigen pada temperatur tinggi dalam mesin-motor/ mobil membentuk senyawa dengan rumus kimia (j)……….. yang berbahaya bagi lingkungan. Dalam rangka mengurangi polusi gas buang kendaraan bermotor, diperlukan katalis (k)…………..untuk mengubah gas-gas berbahaya seperti (l)…….. dan (m)…………. menjadi gas tidak berbahaya berbahaya yaitu (n)………….dan (o)…………………..
Jawaban:
(a)…N2….
(b)…79 (80)…% v/v.
(c)…N=N…………..
(d)…NH3
(e)…Haber …….. ……..
(f)…Besi (Fe)
(h)…NH4NO3
(i)…(NH4)2SO4……….
(j)…NOx (NO , NO2) (n)…N2…….
(k)…Pt…… (o)…CO2…
Soal 2. Orbital atom.
(l)…NO NO… …..
(g)
pH>7 pH>7
(m)…CO…….
(12 (12 poin)
Orbital adalah suatu ruang yang menggambarkan kebolehjadian menemukan elektron. Orbital diperoleh dari bilangan bilangan kuantum ke dua dua (azimuth). Pada gambar gambar berikut, ditampilkan bentuk orbital atom yang berada di perioda dua pada sistim Periodik modern.
4
a. Tuliskan nama orbital apa yang yang digambarkan pada A, B, C , D dan E tersebut? tersebut?
(5 poin) b. Atom Berilium terletak terletak pada golongan golongan 2 dan dan periode-2 Sistim Sistim Periodik Modern. Modern. Orbital apa saja yang tidak terisi elektron pada atom berilium tersebut? (nyatakan dengan A,B,C,D,E) (3 poin) c. Pada suatu unsur X, orbital A dan C terisi electron electron secara penuh, penuh, tetapi orbital B dan E terisi setengah penuh, penuh, sedangkan orbital orbital D tidak terisi elektron. Tentukan jumlah jumlah proton pada atom X dan perkirakan massa unsur X (2 poin) d. Berapa bilangan bilangan oksidasi ion karbon karbon yang yang memiliki elektron pada pada orbital orbital A dan C secara penuh? (2 poin)
Jawab: a. A = 2s, B = 2px, b. B, D dan E c. Jumlah proton = 6, d. bilangan oksidasi +2 Soal 3. Mineral Erevanite
C = 1s,
D = 2pz
E = 2 py
massa unsur ~2*6 = 12
(15 poin)
Erevanite adalah mineral alkali karbonat silikat yang formula umumnya adalah M 2CO3.xSiO2. Mineral ini dapat digunakan digunakan sebagai bahan dasar pembuatan pembuatan gelas transparan. Bila sejumlah erevanite dengan berat yang sama dipanaskan, dipanaskan, ternyata akan menghasilkan jenis jenis dan jumlah gas yang sama bila erevanite direaksikan dengan larutan asam (HCl dan HF). Dari pengamatan, diperoleh data sbb: Perlakuan terhadap Berat endapan Berat Volume gas erevanit (a gram) yang diperoleh Residu (STP) Penguraian dengan 7,32 g 1,35 L pemanasan (900 oC) Penambahan larutan HCl 3,61 g 1,35 L Penambahan larutan HF 10,6 g 1,35 L Diketahui, volume 1 mol gas (STP) = 22,4 L Bila mineral erevanite hanya mengandung satu jenis logam alkali, maka:
5
a. Tentukanlah jenis dan jumlah gas yang dibebaskan pada proses perlakuan diatas (2 poin) b. Tentukanlah logam M dan x dalam komposisi erevanite (dengan perhitungan). (7 poin) c. Tuliskanlah persamaan reaksi dengan dengan proses perlakuan diatas (lengkap (lengkap dengan fasanya). (6 poin)
Jawab:
a. Gas CO2. (2 poin) Pada pemanasan (900 oC) mineral karbonat silikat akan terdekomposisi, menghasilkan garam silikat (M 2SiO3) dan membebaskan gas CO 2 Hasil reaksi dengan asam (non-oksidator, HCl dan HF), j uga akan membebaskan gas CO2. Jumlah mol, nCO2 = (1,350)/ (1,350)/(22,4) (22,4) = 0,06 mol (1 poin) b. Karena mengandung mengandung silikat, silikat, maka penambahan penambahan larutan HCl menghasilkan komponen endapan (tak larut) adalah silikon dioksida (SiO 2, 60 g/mol) nSiO2 = (3,61)/(60) =0,06 mol (2 poin) Berat molekul M2SiO3 = (2m + 76) Silikat residu hasil pemanasan = 7,32 g Mol MSiO3 = mol CO2 = mol SiO2= 0,06 mol Sehingga x = 1 (2 poin) 7,32 = 0,06(2m+76) 7,32 = 0,12x + 4,56 m = (7,32-4,56)/0,12 = 23 Berat atom M = m =23. (3 poin) Unsur M dalam mineral tersebut adalah Na (m assa atom =23) Kemungkinan komposisi erevanite adalah: Na 2CO3.SiO2 (1 poin) c. Reaksi yang yang terjadi: (masing masing 2 poin) lengkap lengkap fasanya , Na2CO3.SiO2 Na2SiO3 + CO2 (g) o
900 C
Na2CO3.SiO2 (s)+ 2 HCl (aq) 2 NaCl + H2O (l) +SiO2 (s) +CO2 (g) Na2CO3.SiO2 + 6 HF Na2SiF6 (s) + 3 H2O (l) + CO2 (g)
6
Soal 4. Bahan Pemutih
(14 (14 poin)
Natrium hipoklorit, NaOCl banyak digunakan sebagai bahan pemutih dan zat antiseptik. Suatu larutan antiseptik dibuat dengan melarutkan 0,745 g NaOCl di dalam air sampai volume tepat 100 mL. Diketahui: Ar O =16, Na =23, Cl = 35,5. Tetapan ionisasi ( K a) asam hipoklorit, HOCl = -8 10 -8 . a. Tuliskan reaksi pengionan NaOCl dan reaksi hidrolisis hidrolisis yang terjadi. (2 poin) b. Tuliskan pasangan asam–basa konjugasi konjugasi yang terlibat (2 poin) + c. Hitung konsentrasi Na , OCl , HOCl, dan OH di dalam larutan tersebut setelah tercapai kesetimbangan, nyatakan dengan Mol/L. (4 poin) Larutan antiseptik dengan pH tertentu dapat dihasilkan dengan mencampurkan larutan HOCl dengan larutan NaOH. d. Hitung pH larutan antiseptik yang yang dihasilkan dari pencampuran 100 100 mL larutan larutan HOCl 0,1 M dengan 50 mL larutan NaOH 0,1 M. (3 poin) e. Larutan d ditambahkan d ditambahkan 1 mmol HCl dengan meneteskan beberapa tetes larutan HCl pekat (volume larutan HCl dapat diabaikan). Hitung pH larutan setelah penambahan HCl. (3 poin)
Jawaban: reaksi pengionan NaOCl + H 2O
+ → Na (aq) + OCl (aq)
reaksi hidrolisis OCl- + H2O
b.
pasangan asam-basa konjugasi
OCl - dan HOCl
c.
[Na+] = 0,1M
[HOCl]=[OH-] = 3,1 x 10-4M
d.
pH = 8
e.
pH = 7,83
a.
Soal 5. Reaksi Redoks
[OCl-] = 0,1M
HOCl(aq) + OH-(aq)
(15 poin)
Senyawa K3[Mn(C2O4)3]·xH2O dapat berfungsi sebagai oksidator. Sebanyak 200 mg sampel K 3[Mn(C2O4)3]·xH2O dilarutkan dengan dengan 25 mL air dalam dalam Erlenmeyer 250 mL, kemudian di tambahkan 1 g KI dan 10 mL HCl 4M, dan iodium yang dihasilkan bereaksi bereaksi sempurna dengan larutan natrium tiosulfat, (Na 2S2O3) 0,025 M sebanyak 16,32 mL. a. Tuliskan bilangan oksidasi ion logam dalam senyawa K 3[Mn(C2O4)3]·xH2O
(2 poin) b. Ion mana pada K 3[Mn(C2O4)3]·xH2O yang bertindak bertindak sebagai oksidator?, tuliskan tuliskan setengah reaksi r eduksinya. (3 poin)
(2 poin) d. Tuliskan persamaan persamaan reaksi iodium iodium dengan ion tiosulfat. (3 poin) e. Berapa mili-ekivalen ion tiosulfat yang bereaksi bereaksi dengan iodium? (2 poin) c. Tuliskan setengah reaksi reaksi oksidasi KI menjadi iodium iodium
f. Hitung nilai x
(3 poin)
7
Jawaban: a. K = +1, b. Mn3+
Mn = +3 setengah reaksi reduksi: Mn 3++ e → Mn2+
c. 2I-→I2 + 2e d. I2 + 2S2O32-→2 I-+ S4O62e. 0,025 x 16,32 = 0,408 mek f.
Mr K3[Mn(C2O4)3]·xH2O = 436 + 18x, Massa K3[Mn(C2O4)3]·xH2O = [(436 + 18x) 18x) 0,408 ] mgram mgram = 200 mgram Jadi : x = 3
Soal 6: Gas pencemar dan beracun CO
(9 poin)
Gas karbon monoksida CO adalah gas beracun yang yang sangat berbahaya karena dapat dapat bereaksi dengan hemoglobin (Hb) menggantikan O 2. Laju reaksi antara hemoglobin (Hb) dan karbon monoksida monoksida (CO) dipelajari pada 20°C. Dari hasil observasi,diperoleh observasi,diperoleh data berikut ini:
Ekperimen
[Hb]0 (µmol/L)
[CO]0 (µmol/L)
Laju awal (µmol/L·s)
1
2,21
1,00
0,619
2
4,42
1,00
1,24
3
4,42
3,00
3,71
Semua unit konsentrasi dalam µmol/L. Konsentrasi Konsentrasi hemoglobin hemoglobin 2,21 µmol/L setara dengan 2,21 x 10 -6 mol/L. a. b. c. d.
Tentukan order reaksi terhadap Hb dan CO. (3 poin) Tentukanlah hukum laju reaksinya (1 poin) Hitunglah nilai konstanta laju reaksinya. (2 poin) Berapa laju laju awal awal untuk eksperimen dengan [Hb] 0 = 3,36 µmol/L dan [CO] 0 = 2,40 µmol/L? (3 poin)
Dalam gas buang dari knalpot k nalpot kendaraan bermotor, gas beracun karbon monoksida dapat terbentuk melalui reaksi antar karbon (jelaga) dengan karbon dioksida: C(s) +CO2(g) 2CO(g) Bila tekanan total pada kesetimbangan tersebut adalah 1,0 atm dan t etapan kesetimbangan kesetimbangan K p untuk reaksi di atas pada 900 °C adalah 1,0. e. Hitunglah tekanan parsial CO pada kesetimbangan
8
Jawab: a. Eksperimen 1 dan 2 : [CO] sama dan beda [Hb]. r 2 = k[Hb]0x[CO]0y r 1 k[Hb]0x[CO]0y 1,24 = k(4,42) x(1,00)y 0,619 k(2,21)x(1,00)y 2 = (4,42/2,21) x = (2)x x = 1 = order reaksi terhadap Hb Ekperimen 2 dan 3 [Hb] tetapi [ CO] beda r 3 = 3,71 = k(4,42) x(3,00)y r 2 1,24 k(4,42) x(1,00)y 3 = (3,00/1,00) y = (3)y y = 1 = order reaksi terhadap CO b. Hukum laju: r = k[Hb][CO] Reaksi order pertama terhadap masing masing reaktan, dan order kedua secara keseluruhan c. Dari Eksperimen 1 : r = k[Hb][CO] k = r/[Hb][CO] = (0,619 µmol/L·s)/(2,21 µmol/L)(1,00 µmol/L) = 0,280 L/ µmol·s d. r = k[Hb][CO] = (0,280 L/µmol·s)(3,36 µmol/L)(2,40 µmol/L) = 2,26 µmol/L·s
e. CO2(g) + 1-α (1-α)/(1+α) ((1-α)/(1+α))x1
C(s)
2CO(g) 2α
jumlah kesetimbangan zat
2α/(1+α) (2α/(1+α))x1
kesetimbangban perbandin perbandingan gan molar
tekanan parsial
K p = p2(CO)/ p(CO p(CO2) = 4α2/(1-α2) ⇒ α = (K (K p/( /(K K p + 4))1/2, α = 0,45 p(CO) p (CO) = (2x0,45/1,45)x1 = 0,62 atm
9
Soal 7. Kelarutan garam perak asetat.
(14 poin)
Perak asetat, Ag(O2-CCH3), adalah garam yang sedikit larut dalam air. Pada temperatur 20 °C, 100 g air air dapat melarutkan 1,04 gram kristal perak asetat, dan densitas larutan yang diperoleh adalah 1,01 g/cm 3. Diketahui Ka CH3COOH = 1,75x10 -5 ; Ag(O2-CCH3) =167 g/mol
a. Hitunglah konsentrasi molar larutan jenuh perak asetat pada 20 °C, jika densitas larutan adalah 1,01 g/cm 3. (3 poin) b. Hitunglah tetapan hasil kali kelarutan untuk perak asetat. (2 poin) c. Bila dibandingkan dibandingkan dalam dalam air murni, bagaimana bagaimana kelarutan perak asetat asetat dalam :
i. larutan yang mengandung asam asetat?
(2 poin) (2 poin)
ii. larutan asam asam nitrat 0,1 M Berikan alasannya
d. Ion Ag+ dalam air mengalami hidrolisis dan tetapan hidrolisis, K h = 2,0 x 10-12 i. Tuliskan reaksi hidrolisis ion Ag + (2 poin) ii. Bagaimana pH larutan jenuh jenuh Ag(O 2-CCH3), asam atau basa? Jelaskan (3 poin)
Jawab: a. Volume larutan jenuh perak asetat jenuh dalam 100 gram air :
Ag(O2-CCH3)] terlarut = Ag(O2-CCH3)(s) Ag+(aq) + CH3COO-(aq) [Ag+] = [CH3COO-] = Ag( g(O O2-CCH3)] terlarut =0,0623M b. Ksp Ag(O2-CCH3)] = [Ag+][CH3COO-]=(0,0623)2 =3,875x 10-3 c. i. Kelarutan Kelarutan Ag(O Ag(O2-CCH3)] dalam asam asetat berkurang (lebih kecil) dibanding dibandingkan kan dalam air murni (efek ion sejenis, CH 3COO (aq)) Ag(O2-CCH3)(s) Ag+(aq) + CH3COO-(aq) H3C-COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq) ii. Kelarutan Kelarutan Ag(O Ag(O2-CCH3)] dalam asam nitrat lebih besar dibandingkan dalam dalam air + murni (efek penambahan ion H dari HNO3 , karena CH3COO (aq) berasal dari asam lemah) Ag(O2-CCH3)(s)
HNO3(aq)
Ag+(aq) + CH3COO-(aq)
H+(aq) +NO3-(aq)
H+(aq)+ CH3COO-(aq) CH3COOH(aq) d. i. Ag++ H2O Ag(OH) + H+ ii. Ag++ H2O Ag(OH) + H+
Kh= 2,0 x 10 -12
10
CH3-COO- + H2O H3C-COOH Kh =Kw/Ka = 10-14/1,75.10-5 =5,7 x 10-10 Karena Kh CH3COO- > Kh Ag+ maka larutan bersifat basa
Soal 8. Proses pelapisan logam (elektroplating)
( 11 poin)
Proses elektroplating (pelapisan logam) adalah salah satu cara untuk melindungi besi dari korosi (pembentukan karat). Benda dari besi dilapisi dengan logam yang permukaannya relatif kurang reaktif dibandingkan besi, besi, misalnya zinc (Zn). Selembar lempeng lempeng besi hendak dilapisi dengan dengan zinc dengan cara elektrolisis elektrolisis (proses electroplating). Sebagai sumber listrik untuk elektrolisis, digunakan baterei. a. Identifikasi (tunjukkan) (tunjukkan) elektroda mana yang yang dihubungkan dihubungkan dengan kutub negatif dan dan mana dihubungkan dihubungkan dengan kutub positif positif baterei, dan jelaskan. (3 poin) b. i. Identifikasi apa yang akan bertindak sebagai elektroda dalam proses tersebut
(1 poin)
ii. setengah reaksi pada setiap elektroda, serta reaksi keseluruhan c. i. Elektrolit Elektrolit yang yang digunakan digunakan untuk untuk proses proses elektrolisis elektrolisis ii. konsentrasi elektrolit sesudah proses elektrolisis
(3 poin)
(2 poin) (2 poin)
JAWAB: a. Kutub negatif: Katoda (reduksi) Kutub positif: anoda (oksidasi) b. i. Katoda: -lempeng Besi, yang akan dilapisi dilapisi Zn. Anoda: logam/lempeng logam/lempeng Zn Katoda (-): Zn2+ + 2e Zn(s) Anoda (+): Zn(s) Zn2+ + 2e
NOTE: Besi tidak mengalami reaksi kimia c. i. Elektrolit: larutan garam Zn2+ [larutan garam (Zn(NO3)2; Zn SO4] ii. Konsentrasi Zn 2+ selama proses dan akhir proses tetap tak berubah Zn2+ berasal dari larutan elektrolitik, ak an mengendap sebagai Zn melapisi lempeng besi, (Reduksi): Zn2+ + 2e Zn(s) Seiring mengendapnya mengendapnya Zn di katoda, maka perlu tambahan ion Zn 2+ untuk menjaga konsentrasi Zn2+ supaya tetap (oksidasi): 2+
Zn(s) Zn (aq) + 2e
-
11
Soal 9. Reaksi Gas Isobutilena
(12 poin)
Gas isobutilena dilarutkan dalam H 2SO4 63% menghasilkan suatu padatan berwarna putih
dipanaskan dalam dalam air, padatan padatan A berubah menjadi zat cair B dengan titik didih A. Ketika dipanaskan
83oC.
a. Gambarkan struktur A dan B. (6 poin)) b. Tuliskan skema skema reaksi yang terjadi terjadi dan nama senyawa senyawa A dan B. (6 poin)
Jawab: a.
b.
Soal 10. Pemanis buatan (16 poin) Sakarin adalah pemanis buatan yang banyak dipakai dalam minuma ringan (soft-drink). Di industry, sakarin dibuat dibuat dengan menggunakan bahan dasar dasar metilbenzena melalui melalui tahapan reaksi seperti berikut:
CH3
CH 3
CH 3
COOH
SO 2Cl
SONH2
ClSO3H
I
SONH2
III
II
-H2O
O
H C
N SO 2
Sakarin
12
a.
i. Reaksi tahap 1 , II dan III termasuk jenis reaksi apa ?
(6 poin)
ii. Reagen apa yang dipakai pada tahap reaksi II dan III ?
(4 poin)
Jika metilbenzen dinitrasi dengan campuran asam nitrat dan asam sulfat pekat, produknya merupakan isomer dengan rumus molekul C 7H7NO2.
(4 poin)
b. Tentukan struktur isomer dari C7H7NO2.
JAWAB: i. Reaksi tahap 1 adalah reaksi SE2 (substitusi elektrofilik) Reaksi tahap II adalah reaksi S N (substitusi nukleofilik) dan reaksi tahap III adalah reaksi oksidasi. ii.
CH3
CH 3 SO 2Cl
b).
COOH SONH2
SONH2 3+
NH 3/CH 3OH pemanasan
KMnO4, A l refluk
II
III
b. Isomer yang terbentuk adalah: CH 3
CH3 NO2
dan
NO2
13
