Rasio mol bilangan bulat dari data eksperimen | HSC Chemistry
Pelajari bagaimana data eksperimen dapat mengungkap rasio mol bilangan bulat sederhana melalui pereaksi pembatas, titik perubahan reaksi, pengukuran gas, dan ketidakpastian.
Misalkan Anda mereaksikan sejumlah tetap magnesium dengan asam klorida dan mengumpulkan gas hidrogen yang dihasilkan. Pada awalnya, menambahkan lebih banyak asam menghasilkan lebih banyak hidrogen. Lalu terjadi sesuatu yang menarik: Anda menambahkan lebih banyak asam lagi, tetapi volume akhir hidrogen hampir tidak berubah.
Perubahan dari “lebih banyak asam menghasilkan lebih banyak produk” menjadi “lebih banyak asam tidak lagi berpengaruh” dapat mengungkap rasio mol reaksi tersebut.
Sebelum melihat penjelasannya, buatlah prediksi. Jika 2.00 mmol magnesium memerlukan tepat dua mol asam klorida untuk setiap satu mol magnesium, berapa banyak asam klorida yang diperlukan sebelum penambahan lebih lanjut menjadi tidak berguna?
Seharusnya 4.00 mmol. Eksperimen di bawah ini menunjukkan bagaimana angka tersebut dapat diperoleh dari pengukuran, bukan diasumsikan dari persamaan setara.
01Membuat rasio mol terlihat dari data
Bayangkan sebuah labu kerucut yang berisi sejumlah magnesium yang telah diukur. Labu tersebut ditutup rapat. Salah satu lubang memungkinkan asam klorida ditambahkan, sedangkan sebuah tabung penghantar dari labu terhubung ke syringe gas.
Alurnya sederhana:
- Asam klorida masuk ke dalam labu.
- Asam tersebut bersentuhan dengan magnesium.
- Gas hidrogen terbentuk.
- Gas bergerak melalui tabung penghantar.
- Gas mendorong piston syringe gas ke luar.
- Volume gas akhir dicatat setelah reaksi selesai.
Setiap percobaan menggunakan jumlah magnesium yang sama, tetapi jumlah asam klorida yang berbeda.

Tujuannya bukan sekadar mengamati gelembung. Kita ingin menemukan jumlah asam saat magnesium berubah dari kondisi asam yang tersedia terlalu sedikit menjadi kondisi asam yang tersedia lebih banyak daripada yang dapat digunakan magnesium.
Misalkan setiap percobaan mengandung 0.0486 g magnesium. Dengan menggunakan massa molar \(24.3\ \text{g mol}^{-1}\),
\[
n(\ce{Mg})=\frac{m}{M}
=\frac{0.0486\ \text{g}}{24.3\ \text{g mol}^{-1}}
=2.00\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Jadi, setiap labu mengandung \(2.00\ \text{mmol}\) magnesium.
Di sini, \(n\) adalah jumlah zat dalam mol, \(m\) adalah massa dalam gram, dan \(M\) adalah massa molar dalam \(\text{g mol}^{-1}\).
Sekarang gunakan asam klorida \(0.200\ \text{mol L}^{-1}\) dan tingkatkan volumenya dari satu percobaan ke percobaan berikutnya.
Berikut adalah kumpulan data yang dibuat untuk tujuan pembelajaran dengan variasi pengukuran yang realistis. Data ini bukan laporan dari suatu percobaan laboratorium tertentu.
| Volume HCl | Jumlah HCl | Volume akhir \(\ce{H2}\) |
|---|---|---|
| 5.0 mL | 1.00 mmol | 12.0 mL |
| 10.0 mL | 2.00 mmol | 24.5 mL |
| 15.0 mL | 3.00 mmol | 36.7 mL |
| 20.0 mL | 4.00 mmol | 48.8 mL |
| 25.0 mL | 5.00 mmol | 49.1 mL |
| 30.0 mL | 6.00 mmol | 48.9 mL |
Hingga sekitar \(4.00\ \text{mmol}\) HCl, penambahan asam menghasilkan lebih banyak hidrogen. Setelah titik tersebut, volume gas mendatar pada sekitar \(49\ \text{mL}\).
Perubahan kemiringan pada data inilah yang penting.

02Mengapa bagian mendatar mengungkap rasionya
Mulailah dari percobaan pertama. Terdapat banyak magnesium, tetapi hanya \(1.00\ \text{mmol}\) HCl. Asam habis lebih dahulu.
Kimiawan menyebut reaktan yang habis lebih dahulu sebagai pereaksi pembatas. Setelah pereaksi tersebut habis sepenuhnya, tidak ada lagi produk yang dapat terbentuk.
Tambahkan lebih banyak HCl dan lebih banyak magnesium dapat bereaksi, sehingga volume hidrogen meningkat.
Akhirnya, pada sekitar \(4.00\ \text{mmol}\) HCl, terdapat cukup asam untuk bereaksi dengan seluruh \(2.00\ \text{mmol}\) magnesium. Setelah titik ini, magnesium menjadi pereaksi pembatas. Menambahkan lebih banyak asam tidak dapat menghasilkan hidrogen tambahan karena tidak ada magnesium yang tersisa untuk bereaksi.
Jumlah zat pada titik perubahan ini kira-kira adalah
\[
n(\ce{HCl}):n(\ce{Mg})
=4.00:2.00
=2:1
\]
Eksperimen ini mendukung rasio mol asam klorida terhadap magnesium sebesar \(2:1\).
Contoh soal: menentukan rasio reaksi dari titik perubahan
Seorang siswa mereaksikan 0.0486 g magnesium dengan berbagai volume HCl \(0.200\ \text{mol L}^{-1}\). Volume akhir hidrogen berhenti meningkat setelah sekitar 20.0 mL asam digunakan. Tentukan rasio mol eksperimental HCl terhadap Mg.
Langkah 1
\[
n(\ce{Mg})
=\frac{m}{M}
=\frac{0.0486}{24.3}
=2.00\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Jadi, terdapat \(2.00\ \text{mmol}\) Mg.
Langkah 2
Untuk suatu larutan,
\[
n=cV
\]
dengan \(n\) adalah jumlah zat dalam mol, \(c\) adalah konsentrasi dalam \(\text{mol L}^{-1}\), dan \(V\) adalah volume dalam liter.
\[
n(\ce{HCl})
=(0.200\ \text{mol L}^{-1})(0.0200\ \text{L})
=4.00\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Jadi, terdapat \(4.00\ \text{mmol}\) HCl pada titik perubahan.
Langkah 3
\[
\ce{HCl}:\ce{Mg}
=4.00:2.00
=2:1
\]
Langkah 4
Data menunjukkan bahwa dua mol HCl bereaksi untuk setiap satu mol Mg.
Persamaan molekuler setara sesuai dengan hasil ini:
\[
\ce{Mg(s) + 2HCl(aq) -> MgCl2(aq) + H2(g)}
\]
Koefisien 2 di depan HCl bukan sekadar angka tambahan untuk menyeimbangkan persamaan. Koefisien tersebut menggambarkan hubungan stoikiometri yang dapat diukur.
03Mengapa rasionya berupa bilangan bulat?
Pada tingkat partikel, magnesium tidak bereaksi dengan jumlah ion hidrogen yang samar dan kontinu tanpa batas yang jelas.
Persamaan ion neto yang berguna adalah
\[
\ce{Mg(s) + 2H+(aq) -> Mg^2+(aq) + H2(g)}
\]
Satu atom magnesium menjadi satu ion \(\mathrm{Mg}^{2+}\) dengan melepaskan dua elektron:
\[
\ce{Mg -> Mg^2+ + 2e^-}
\]
Dua ion hidrogen menerima kedua elektron tersebut dan membentuk satu molekul hidrogen:
\[
\ce{2H+ + 2e^- -> H2}
\]
Jadi, setiap peristiwa reaksi memerlukan satu atom Mg dan dua ion \(\mathrm{H}^{+}\). Jumlah partikelnya diskret.
Cara yang agak konyol untuk membayangkannya adalah seperti pemesanan kelompok yang sangat ketat, yang mengharuskan adanya dua ion hidrogen untuk setiap atom magnesium. Jika satu atom magnesium hanya memiliki satu ion hidrogen yang tersedia, kelompok yang diperlukan tidak dapat dilengkapi. Ion hidrogen tambahan juga menjadi tidak berguna setelah setiap atom magnesium selesai bereaksi.
Analogi ini memiliki keterbatasan karena partikel tidak sengaja membentuk kelompok-kelompok kecil. Proses sebenarnya melibatkan tumbukan dan perpindahan elektron. Hal yang tetap berlaku dari analogi tersebut adalah aturan penghitungannya.
Satu mol hanya memperbesar aturan penghitungan pada tingkat partikel itu menjadi jumlah partikel yang sangat besar. Jika rasio partikelnya \(2:1\), rasio molnya juga \(2:1\).
Hal ini tidak berarti bahwa reaksi hanya dapat menggunakan jumlah mol yang berupa bilangan bulat.
Sebagai contoh,
\[
0.00340\ \text{mol Mg}
\]
akan memerlukan
\[
0.00680\ \text{mol HCl}
\]
untuk rasio \(2:1\) yang sama.
Masing-masing jumlah tersebut berupa desimal. Yang dapat disederhanakan menjadi bilangan bulat kecil adalah rasionya.
04Apakah volume gasnya masuk akal?
Bagian mendatar berada di sekitar \(49\ \text{mL}\) hidrogen. Kita dapat memeriksa apakah besarannya masuk akal.
Dari persamaan,
\[
\ce{Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2}
\]
satu mol Mg menghasilkan satu mol \(\ce{H2}\). Oleh karena itu, \(2.00\ \text{mmol}\) Mg dapat menghasilkan paling banyak \(2.00\ \text{mmol}\) \(\ce{H2}\).
Sebagai pemeriksaan pendekatan, anggap gas berperilaku ideal pada \(25^\circ\text{C}\) dan \(100\ \text{kPa}\).
Dengan menggunakan
\[
PV=nRT
\]
dengan \(P\) adalah tekanan, \(V\) adalah volume gas, \(n\) adalah jumlah gas, \(R=8.314\ \text{L kPa mol}^{-1}\text{K}^{-1}\), dan \(T\) adalah suhu dalam kelvin,
\[
V
=\frac{nRT}{P}
=\frac{(2.00\times10^{-3})(8.314)(298)}{100}
=0.0496\ \text{L}
=49.6\ \text{mL}
\]
Nilai ini dekat dengan bagian mendatar yang terukur.
Kita tidak seharusnya mengharapkan kesesuaian yang sempurna. Gas dapat keluar, suhu dan tekanan mungkin sedikit berbeda, dan hasil pengukuran eksperimen memiliki ketidakpastian. Bukti yang berguna adalah gabungan antara perkiraan hasil gas dan perubahan perilaku yang jelas di sekitar \(4.00\ \text{mmol}\) HCl.
05Eksperimen lain: menemukan rasio dari nilai maksimum
Bagian mendatar bukan satu-satunya cara untuk mengungkap rasio reaksi.
Misalkan dua larutan, A dan B, bereaksi membentuk produk yang tidak larut. Anda menyiapkan serangkaian campuran sambil menjaga volume total larutan tetap konstan.
Pada awalnya, meningkatkan proporsi A menghasilkan lebih banyak endapan karena A merupakan pereaksi pembatas. Akhirnya, campuran mencapai proporsi stoikiometri. Setelah titik ini, B menjadi pereaksi pembatas, sehingga menambah A berarti mengurangi jumlah B dan massa endapan pun menurun.
Hasilnya berupa sebuah puncak.
Campuran pada titik puncak menunjukkan rasio mol yang bereaksi, dengan syarat reaksinya berlangsung cukup lengkap dan metode pengukurannya valid.
Ada satu jebakan: rasio volume tidak otomatis sama dengan rasio mol.
Anda perlu menggunakan
\[
n=cV
\]
kecuali jika kedua larutan memiliki konsentrasi yang sama.
Contoh soal: ketika rasio volume menyesatkan
Larutan A dan B membentuk produk padat. Pada setiap percobaan, volume gabungannya adalah 45.0 mL. Massa endapan terbesar diperoleh dengan menggunakan 18.0 mL A \(0.200\ \text{mol L}^{-1}\) dan 27.0 mL B \(0.100\ \text{mol L}^{-1}\). Tentukan rasio mol eksperimental paling sederhana A:B.
Langkah 1
\[
n(\mathrm{A})
=cV
=(0.200)(0.0180)
=3.60\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Jadi, \(n(\mathrm{A})=3.60\ \text{mmol}\).
Langkah 2
\[
n(\mathrm{B})
=(0.100)(0.0270)
=2.70\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Jadi, \(n(\mathrm{B})=2.70\ \text{mmol}\).
Langkah 3
\[
\mathrm{A:B}
=3.60:2.70
\]
Bagi kedua nilai dengan \(2.70\):
\[
\mathrm{A:B}
=1.333\ldots:1
\]
Kalikan kedua bagian dengan 3:
\[
\mathrm{A:B}=4:3
\]
Langkah 4
Data mendukung suatu reaksi yang memerlukan empat mol A untuk setiap tiga mol B.
Perhatikan bahwa rasio volume adalah
\[
18.0:27.0=2:3
\]
yang sama sekali berbeda. Konsentrasinya berbeda, sehingga membandingkan volume saja akan menghasilkan kesimpulan yang salah.
06Menemukan rasio bilangan bulat dari data yang tidak sempurna
Hasil eksperimen nyata jarang langsung memberikan angka seperti tepat \(2.000:1.000\).
Misalkan suatu eksperimen menghasilkan
\[
1.48:1.00
\]
Nilai ini dekat dengan
\[
1.50:1.00=3:2
\]
Jika ketidakpastian pengukuran membuat \(1.50:1.00\) menjadi nilai yang masuk akal, maka \(3:2\) mungkin merupakan rasio sederhana yang paling didukung oleh data.
Namun, jangan mengubah proses ini menjadi permainan “memaksa setiap angka desimal menuju pecahan yang bagus”.
Jika pengukuran yang teliti berulang kali memberikan nilai seperti
\[
1.27:1.00
\]
Anda tidak dapat begitu saja menyatakan \(5:4\) hanya karena \(1.25\) kebetulan dekat. Anda perlu mempertimbangkan ketidakpastian pengukuran, kesalahan sistematis, reaksi yang tidak lengkap, reaksi samping, dan apakah model reaksi Anda memang benar.
Proses yang masuk akal adalah:
| Langkah | Yang perlu dilakukan | Alasan |
|---|---|---|
| 1 | Ubah semua besaran terukur menjadi mol | Stoikiometri membandingkan jumlah partikel, bukan massa atau volume mentah |
| 2 | Identifikasi titik stoikiometri | Cari bagian mendatar, nilai maksimum, titik akhir, atau perubahan perilaku lain |
| 3 | Bagi setiap jumlah mol dengan yang terkecil | Ini menormalkan rasio |
| 4 | Bandingkan dengan bilangan bulat sederhana | Nilai seperti \(1.50:1\) menjadi \(3:2\) |
| 5 | Periksa ketidakpastian | Jangan berpura-pura bahwa data yang berfluktuasi bersifat eksak |
| 6 | Periksa kekekalan kimia | Persamaan yang diusulkan harus mempertahankan jumlah atom dan muatan |
07Hal-hal yang tidak dapat dikendalikan oleh eksperimen sederhana
Eksperimen magnesium pertama memiliki kelemahan penting. Kita secara diam-diam mengasumsikan bahwa volume gas akhir benar-benar mengukur jumlah total reaksi.
Beberapa hal dapat mengganggu asumsi tersebut.
Gas dapat keluar
Jika hidrogen keluar sebelum mencapai syringe gas, volume yang terukur akan terlalu rendah.
Peralatan yang kedap gas mengurangi kesalahan ini. Memulai reaksi hanya setelah sistem tertutup rapat juga penting.
Reaksi mungkin belum selesai
Misalkan seorang siswa mencatat volume hidrogen tepat 30 detik setelah menambahkan asam.
Eksperimen itu tidak lagi murni merupakan eksperimen stoikiometri.
Konsentrasi asam yang lebih tinggi dapat meningkatkan laju reaksi. Percobaan yang mengandung lebih sedikit asam mungkin hanya bereaksi lebih lambat pada detik ke-30. Siswa tersebut dapat salah mengira efek laju reaksi sebagai efek rasio mol.
Perbandingan yang benar adalah jumlah gas akhir setelah setiap reaksi mencapai penyelesaian, bukan jumlah yang terbentuk setelah waktu yang sama tetapi dipilih secara sewenang-wenang.
Volume gas bergantung pada suhu dan tekanan
Jumlah mol gas yang sama menempati volume yang berbeda pada suhu dan tekanan yang berbeda.
Karena itu, percobaan sebaiknya dibandingkan dalam kondisi yang serupa, atau volume gas harus dikoreksi menggunakan hubungan gas yang sesuai.
Selang antarlangkah eksperimen mungkin terlalu besar
Jika satu-satunya jumlah asam yang diuji adalah 2 mmol, 4 mmol, dan 6 mmol, data mungkin menunjukkan bahwa titik perubahan berada “di sekitar 4 mmol”, tetapi tidak dapat menentukannya dengan sangat presisi.
Penyelidikan yang lebih baik akan menggunakan pengukuran dengan selang besar terlebih dahulu, lalu mengulangi eksperimen menggunakan kenaikan yang lebih kecil di sekitar daerah transisi yang diduga.
Sebagai contoh, setelah menemukan bahwa perubahan terjadi di dekat \(4.0\ \text{mmol}\), rangkaian percobaan kedua dapat menyelidiki \(3.6\), \(3.8\), \(4.0\), \(4.2\), dan \(4.4\ \text{mmol}\).
Mengulangi pengukuran tersebut akan membantu menunjukkan apakah hasil yang tidak biasa benar-benar nyata atau hanya variasi eksperimen.
08Apa yang sebenarnya dibuktikan oleh bukti tersebut
Sangat menggoda untuk mengatakan:
Eksperimen membuktikan bahwa semua zat kimia bereaksi dalam rasio mol bilangan bulat.
Pernyataan itu terlalu luas.
Pernyataan yang lebih baik adalah:
Untuk suatu reaksi kimia yang terdefinisi dengan baik dan dinyatakan oleh persamaan setara, koefisien stoikiometri menyatakan jumlah relatif partikel yang bereaksi, dan karena itu juga jumlah relatif mol. Koefisien-koefisien ini dapat dinyatakan sebagai rasio bilangan bulat sederhana.
Data magnesium mendukung rasio stoikiometri asam terhadap magnesium sebesar \(2:1\) untuk reaksi yang sedang dipelajari.
Hal ini tidak berarti bahwa setiap gelas kimia pada awalnya harus mengandung tepat rasio tersebut. Anda dapat dengan sengaja menambahkan asam berlebih. Hal ini juga tidak berarti bahwa setiap partikel dalam sistem reversibel pada akhirnya harus habis bereaksi.
Rasio tersebut menggambarkan hubungan reaksi.
09Dari rasio eksperimen ke persamaan
Data eksperimen dapat memberi tahu kita bahwa dua mol asam diperlukan untuk setiap satu mol magnesium, tetapi rasio mol saja tidak mengidentifikasi setiap produk.
Pengetahuan kimia tetap diperlukan.
Untuk magnesium yang bereaksi dengan asam klorida, gas yang teramati dapat diidentifikasi sebagai hidrogen, dan magnesium membentuk ion \(\mathrm{Mg}^{2+}\). Persamaan ion netonya adalah
\[
\ce{Mg(s) + 2H+(aq) -> Mg^2+(aq) + H2(g)}
\]
Periksa apa yang dipertahankan:
| Besaran | Sisi kiri | Sisi kanan |
|---|---|---|
| Atom Mg | 1 | 1 |
| Atom H | 2 | 2 |
| Muatan total | \(+2\) | \(+2\) |
Ion klorida tidak ikut serta dalam perubahan neto. Mengembalikan ion-ion pengamat tersebut menghasilkan
\[
\ce{Mg(s) + 2HCl(aq) -> MgCl2(aq) + H2(g)}
\]
Rasio eksperimental \(2:1\) dan persamaan setara tersebut dengan demikian menceritakan hal yang sama dengan dua cara berbeda.
10Pertanyaan dan solusi
Pertanyaan 1
Sampel logam Z sebesar \(1.50\ \text{mmol}\) direaksikan dengan jumlah asam HX yang semakin besar. Hasil akhir gas berhenti meningkat setelah \(3.00\ \text{mmol}\) HX ditambahkan.
Dengan mengasumsikan bahwa titik perubahan menunjukkan reaksi stoikiometri yang lengkap, tentukan rasio mol HX:Z.
Solusi 1
Rasio mol HX:Z adalah \(2:1\).
Pada titik perubahan,
\[
n(\mathrm{HX}):n(\mathrm{Z})
=3.00\ \text{mmol}:1.50\ \text{mmol}
\]
Bagi kedua nilai dengan \(1.50\ \text{mmol}\):
\[
\mathrm{HX:Z}=2.00:1.00=2:1
\]
Ini berarti dua mol HX diperlukan untuk setiap satu mol Z dalam reaksi.
Hal yang penting adalah bahwa rasio tersebut berasal dari jumlah zat yang ada pada titik perubahan antara kondisi HX sebagai pereaksi pembatas dan kondisi Z sebagai pereaksi pembatas.
Pertanyaan 2
Larutan P dan Q memiliki konsentrasi yang sama, yaitu \(0.120\ \text{mol L}^{-1}\). Pada setiap percobaan, volume gabungannya adalah 50.0 mL.
Hasil produk maksimum terjadi ketika 20.0 mL P dicampur dengan 30.0 mL Q.
Tentukan rasio mol paling sederhana P:Q.
Solusi 2
Rasio mol P:Q adalah \(2:3\).
Karena kedua larutan memiliki konsentrasi yang sama, rasio molnya sama dengan rasio volumenya.
Kita tetap dapat memverifikasinya menggunakan \(n=cV\).
Untuk P,
\[
n(\mathrm{P})
=(0.120)(0.0200)
=2.40\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Untuk Q,
\[
n(\mathrm{Q})
=(0.120)(0.0300)
=3.60\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Oleh karena itu,
\[
\mathrm{P:Q}
=2.40:3.60
=2:3
\]
Puncak tersebut menunjukkan bahwa reaktan berada dalam proporsi stoikiometrinya pada komposisi ini.
Pertanyaan 3
Eksperimen variasi kontinu menggunakan larutan A \(0.250\ \text{mol L}^{-1}\) dan larutan B \(0.100\ \text{mol L}^{-1}\).
Hasil produk terbesar terjadi ketika 12.0 mL A dan 30.0 mL B dicampurkan.
Seorang siswa berpendapat bahwa rasio reaksinya adalah \(12:30=2:5\).
Tentukan rasio mol A:B yang sebenarnya dan jelaskan kesalahan siswa tersebut.
Solusi 3
Rasio mol A:B yang sebenarnya adalah \(1:1\), bukan \(2:5\).
Untuk A,
\[
n(\mathrm{A})
=cV
=(0.250)(0.0120)
=3.00\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Untuk B,
\[
n(\mathrm{B})
=(0.100)(0.0300)
=3.00\times10^{-3}\ \text{mol}
\]
Oleh karena itu,
\[
\mathrm{A:B}
=3.00:3.00
=1:1
\]
Hasil \(2:5\) yang diperoleh siswa membandingkan volume, bukan jumlah zat dalam mol.
Rasio volume hanya sama dengan rasio mol untuk larutan yang memiliki konsentrasi sama. Di sini, larutan A 2.5 kali lebih pekat daripada larutan B, sehingga volume A yang lebih kecil dapat mengandung jumlah mol yang sama.
Pertanyaan 4
Suatu eksperimen memperkirakan bahwa \(4.44\pm0.12\ \text{mmol}\) reaktan X diperlukan untuk \(3.00\ \text{mmol}\) reaktan Y.
Seorang siswa berkata, “Rasionya adalah 1.48:1, jadi reaksi ini tidak memiliki rasio mol bilangan bulat sederhana.”
Evaluasi pernyataan ini.
Solusi 4
Pernyataan tersebut tidak didukung oleh data. Hasil pengukuran konsisten dengan rasio mol \(3:2\).
Rasio eksperimennya adalah
\[
\mathrm{X:Y}
=\frac{4.44}{3.00}:1
=1.48:1
\]
Rasio \(3:2\) adalah
\[
\frac{3}{2}:1
=1.50:1
\]
Jumlah X yang terukur adalah \(4.44\pm0.12\ \text{mmol}\), sehingga rentang yang mungkin adalah dari
\[
4.32\ \text{mmol}
\]
hingga
\[
4.56\ \text{mmol}
\]
Untuk rasio tepat \(3:2\) dengan \(3.00\ \text{mmol}\) Y, jumlah X yang diharapkan adalah
\[
n(\mathrm{X})
=\frac{3}{2}(3.00\ \text{mmol})
=4.50\ \text{mmol}
\]
Nilai \(4.50\ \text{mmol}\) berada di dalam ketidakpastian eksperimen.
Oleh karena itu, hasilnya konsisten dengan \(3:2\). Hasil tersebut tidak menetapkan rasio itu dengan kepastian sempurna, tetapi jelas tidak membantah stoikiometri bilangan bulat sederhana hanya karena rasio yang terukur adalah \(1.48:1\).
Jebakannya adalah memperlakukan hasil pengukuran eksperimen sebagai angka yang eksak.
Pertanyaan 5
Seorang siswa mengulangi penyelidikan magnesium dan asam klorida, menggunakan jumlah magnesium yang sama pada setiap percobaan.
Alih-alih menunggu setiap reaksi selesai, siswa tersebut mencatat volume hidrogen tepat 30 detik setelah menambahkan asam. Grafik terus meningkat hingga sekitar \(5.0\ \text{mmol}\) HCl, sehingga siswa menyimpulkan bahwa \(2.00\ \text{mmol}\) Mg bereaksi dengan \(5.0\ \text{mmol}\) HCl dalam rasio \(2.5:1\).
Apakah kesimpulan ini valid?
Solusi 5
Tidak. Eksperimen tersebut tidak dapat menentukan rasio stoikiometri secara andal karena mencampuradukkan laju reaksi dengan hasil total reaksi.
Pengukuran tepat setelah 30 detik menunjukkan berapa banyak hidrogen yang telah terbentuk hingga saat itu, bukan berapa banyak yang dapat terbentuk setelah reaksi selesai.
Meningkatkan jumlah atau konsentrasi asam dapat meningkatkan frekuensi tumbukan yang berhasil pada permukaan magnesium. Karena itu, reaksi mungkin berlangsung lebih cepat dalam percobaan yang mengandung lebih banyak asam.
Percobaan dengan jumlah asam lebih rendah masih mungkin pada akhirnya menghasilkan jumlah hidrogen stoikiometri secara penuh, tetapi belum mencapainya dalam periode pengukuran 30 detik.
Hal itu akan membuat volume gasnya tampak terlalu rendah dan dapat menggeser titik perubahan yang terlihat ke jumlah HCl yang lebih besar.
Untuk menentukan rasio mol, siswa harus membandingkan hasil akhir hidrogen setelah setiap percobaan selesai, sambil mengendalikan variabel penting lainnya.
Kesalahan yang menggoda adalah menganggap bahwa waktu reaksi yang sama berarti tingkat penyelesaian reaksi yang sama.
Pertanyaan 6
Suatu reaksi reversibel dinyatakan oleh
\[
\ce{2A(g) + B(g) <=> 2C(g)}
\]
Suatu campuran disiapkan dengan A dan B dalam rasio mol stoikiometri \(2:1\). Pada kesetimbangan, pengukuran menunjukkan bahwa A dan B masih ada.
Seorang siswa menyimpulkan bahwa persamaan tersebut tidak mungkin benar-benar menggambarkan rasio reaksi \(2:1\) karena reaktannya tidak habis sepenuhnya.
Jelaskan mengapa kesimpulan ini salah.
Solusi 6
Rasio stoikiometri \(2:1\) tetap benar. Rasio stoikiometri tidak mengharuskan reaktan habis sepenuhnya dalam reaksi reversibel.
Persamaan
\[
\ce{2A + B <=> 2C}
\]
berarti bahwa setiap kali reaksi maju berlangsung sebesar satu satuan reaksi, dua mol A dikonsumsi untuk setiap satu mol B yang dikonsumsi.
Sebagai contoh, jika reaksi maju memiliki perubahan bersih sebesar \(0.30\ \text{mol}\), perubahan jumlah zatnya adalah
\[
\Delta n(\mathrm{A})=-2(0.30)=-0.60\ \text{mol}
\]
\[
\Delta n(\mathrm{B})=-1(0.30)=-0.30\ \text{mol}
\]
dan
\[
\Delta n(\mathrm{C})=+2(0.30)=+0.60\ \text{mol}
\]
Jumlah A dan B yang dikonsumsi tetap berada dalam rasio
\[
0.60:0.30=2:1
\]
Pada kesetimbangan, reaksi maju dan reaksi balik terus berlangsung dengan laju yang sama. Karena itu, tidak ada keharusan bahwa salah satu reaktan harus habis sepenuhnya.
Koefisien bilangan bulat menggambarkan perubahan relatif yang disebabkan oleh reaksi, bukan jumlah akhir yang harus tersisa di dalam wadah.
Setelah rasio mol bilangan bulat suatu reaksi diketahui, pertanyaan berguna berikutnya biasanya bukan “berapa rasionya?” melainkan reaktan mana yang habis lebih dahulu untuk jumlah zat yang benar-benar digunakan? Itulah masalah pereaksi pembatas. Koefisien yang sama yang Anda peroleh dari data eksperimen menjadi angka pembanding yang digunakan untuk memprediksi pereaksi berlebih dan hasil teoritis.