Dalam reaksi kimia biasanya dapat disimbolkan dengan bentuk persamaan reaksi. Ada zat pereaksi (ditulis sebelah kiri tanda panah) dan ada zat hasil reaksi (ditulis sebelah kanan tanda panah). Reaksi kimia berlangsung dengan jumlah zat yang proporsional. Artinya akan ada kesebandingan jumlah antarzat, baik zat pereaksi dan zat hasil reaksi. Karena adanya kesebandingan ini maka tiap pereaksi keberadaannya menjadi sangat tertentu untuk bisa bereaksi. Jumlah zat-zat pereaksi ini dapat diperkirakan berdasarkan persamaan reaksi yang sudah setara. Jika kita melakukan reaksi dengan jumlah sembarang tentu akan ada zat yang secara stoikiometri akan habis bereaksi dan ada yang bersisa. Zat pereaksi yang tidak bersisa inilah yang disebut pereaksi pembatas (limiting reagent).
Dalam bahasan pereaksi pembatas sering muncul istilah zat berlebih (excees), ini dapat diartikan bahwa zat yang berlebih ini bukanlah sebagai pereaksi pembatas.
Berikut ini adalah contoh-contoh untuk memahami lebih jauh tentang pereaksi pembatas.
Misal ada persamaan reaksi: A + B → C
Jika terdapat 50 gram zat A direaksikan dengan 50 gram zat B kemudian menghasilkan zat C, manakah yang berperan sebagai pereaksi pembatas, zat A atau zat B? Zat apakah yang habis terlebih dahulu dalam reaksi tersebut?
Untuk menjawab soal 50 gram A + 50 gram B kita tidak dapat memastikan manakah yang akan habis bereaksi lebih dulu. Diperlukan perbandingan jumlah tiap zat dan rumus kimia setiap zat yang terlibat dalam reaksi kimia sehingga dapat ditentukan perbandingan setiap zatnya, yah berdasarkan perbandingan jumlah zat-zat dengan koefisien zat-zat yang terlibat dalam reaksi itu. Soal ini tidak dapat diselesaikan :)
Contoh Soal-1:
Suatu reaksi berlangsung sesuai persamaan reaksi berikut: 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3
- Tersedia 1,2 mol Al dan 2,4 mol Cl2 zat apakah yang bertindak sebagai pereaksi pembatas dan berakah sisa zat yang tidak bereaksi berdasarkan persamaan reaksi itu?
- Tersedia 1,2 gram Al dan 2,4 gram Cl2, zat apakah yang bertindak sebagai pereaksi pembatas dan berakah sisa zat yang tidak bereaksi berdasarkan persamaan reaksi itu?
Jika data yang diberikan dalam satuan mol untuk tiap zat, ini dapat digunakan secara langsung untuk menentukan mana pereaksi pembatas dan berapa sisa zat tidak terpakai dalam reaksi tersebut. Berpatokan pada persamaan reaksi yang telah disetarakan jumlah unsur-unsur di kiri dan kanan tanda panah maka perbandingan jumlah zat pereaksi Al dan Cl2 adalah 2 : 3. Ingat bahwa perbandingan mol akan sebanding dengan perbandingan koefisien setara setiap zat.
Lakukan pengecekan perbandingan mol dengan koefisien tiap pereaksi:
2Al →1,2 mol ÷ 2 = 0,6 mol
3Cl2 → 2,4 mol ÷ 3 = 0,8 mol
Hasil angka perbandingan terkecil (Al = 0,6 mol) yang akan habis lebih dulu dan Al adalah pereaksi pembatas.
Cl2 yang habis bereaksi = 0,6 mol × 3 (3 → koefisien Cl2) = 1,8 mol.
Cl2 yang tidak habis bereaksi = 2,4 mol – 1,8 mol = 0,6 mol.
Penyelesaian soal-1b:
Karena data yang disajikan dalam satuan gram maka soal ini tidak dapat diselesaikan secara langsung, perlu dilakukan konversi gram menjadi mol lebih dahulu.
1,2 g Al = 1,2 g ÷ 27 g/mol = 0,044 mol Al
2,4 g Cl2 = 2,4 g ÷ 71 g/mol = 0,033 mol Cl2
Lakukan pengecekan perbandingan mol dengan koefisien tiap pereaksi:
2Al → 0,044 mol ÷ 2 = 0,022 mol
3Cl2 → 0,033 mol ÷ 3 = 0,011 mol
Hasil angka perbandingan terkecil (Cl2 = 0,011 mol) yang akan habis lebih dulu dan Cl2 adalah pereaksi pembatas.
Al yang habis bereaksi = 0,011 mol x 2 (2 → koefisien Al) = 0,022 mol.
Al yang tidak habis bereaksi = 0,044 mol – 0,022 mol = 0,022 mol Al
0,022 mol Al = 0,022 mol × 27 g/mol = 0,594 g
Jadi secara prinsip untuk dapat menentukan mana pereaksi pembatas adalah menentukan persamaan reaksi dan menyetarakan zat-zat dalam persamaan tersebut, menghitung jumlah zat yang terlibat dalam reaksi itu.
Contoh Soal-2:
Berdasarkan persamaan reaksi yang setara:
C4H8 + 6O2 → 4CO2 + 4H2O
Hitung jumlah molekul pereaksi berlebih yang bersisa ketika 28 molekul C4H8 (butana) dan 228 molekul O2 (oksigen) bereaksi?
Penyelesaian:
Ingat, bahwa jumlah molekul ini seperti pernyataan jumlah zat, sehingga ini dapat digunakan untuk perhitungan secara langsung. (Mengapa demikian?).
Tentukan pereaksi pembatasnya:
1C4H8 → 28 molekul ÷ 1 = 28 molekul
6O2 → 228 molekul ÷ 6 = 38 molekul
Pereaksi pembatasnya adalah yang perbandingannya paling kecil yaitu C4H8
Tentukan berapa banyak oksigen yang bereaksi dengan 28 molekul C4H8:
Perbandingan molar C4H8 dengan O2 adalah 1 : 6 maka jumlah molekul oksigen yang bereaksi dengan butana adalah 28 × 6/1 = 168 molekul.
Tentukan jumlah molekul oksigen yang berlebih (sisa):
228 – 168 = 60 molekul
Contoh Soal-3:
Persamaan reaksi untuk reduksi biji besi dalam tanur tinggi adalah sebagai berikut:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
- Berapa kilogram besi (massa molar 56 g/mol) dapat dihasilkan jika 7 kg Fe2O3 (massa molar 160 g/mol) direaksikan dengan 3 kg CO (massa molar 28 g/mol) sesuai reaksi di atas.
- Berapa kilogram sisa pereaksi berlebih setelah reaksi berhenti?
Tentukan pereaksi pembatas-nya:
7 kg Fe2O3 → 7000 g ÷ 160 g/mol = 43,75 mol
3 kg CO → 3000 g ÷ 28 g/mol = 107,14 mol
Perbandingan mol
1Fe2O3 → 43,75 mol / 1 mol = 43,75
3CO → 107,14 mol / 3 mol = 35,71
CO adalah pereaksi pembatas.
Gunakan perbandingan molar (lihat koefisien) CO : Fe = 3 : 2
Jumlah Fe yang dihasilkan = 2/3 × 107,14 mol = 71,42 mol
Konversi 71,42 mol Fe ke kg:
71,42 mol × 56 g/mol = 3999,52 g = 3,99 kg besi
Penyelesaian soal-3b:
Gunakan perbandingan molar Fe2O3 : CO = 1 : 3
1/3 × 107,14 mol = 35,71 mol Fe2O3 yang bereaksi
35,71 mol Fe2O3 × 160 g/mol = 5713,6 g
Hitung massa Fe2O3 yang tersisa:
7000 g – 5713,6 g = 1286,4 g = 1,29 kg
Contoh soal pada bahasan ini akan ditambah pada waktu yang akan datang, ikuti terus untuk melihat variasi soal terkait pereaksi pembatas ini.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar