Penjelasan Pereaksi Pembatas dan Persen Hasil

Mengapa mol, bukan gram, yang menentukan pereaksi mana yang habis

Persamaan yang setara menghitung partikel. 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O berarti dua molekul hidrogen bereaksi dengan satu molekul oksigen, atau 2 mol dengan 1 mol. Persamaan itu tidak menyatakan apa pun secara langsung tentang gram, karena zat yang berbeda memiliki massa molar yang berbeda. Membandingkan massa dua pereaksi karena itu tidak dapat memberi tahu Anda mana yang habis lebih dahulu.

Perbandingan mol dari koefisien bekerja seperti kurs penukaran antarzat. Untuk memakainya, konversikan dahulu setiap massa atau volume yang diketahui ke mol, terapkan perbandingannya, dan konversikan kembali ke gram hanya jika soal menanyakan massa.

Analogi dapur menunjukkan gagasannya. Jika setiap roti lapis memerlukan 2 lembar roti dan 1 lembar keju, maka 10 lembar roti dan 7 lembar keju hanya menghasilkan 5 roti lapis. Rotilah yang membatasi hasilnya meskipun jumlah lembarnya lebih banyak, karena resepnya memakai roti dua kali lebih cepat.

Dua uji andal untuk pereaksi pembatas

Bandingkan jumlah produk. Untuk setiap pereaksi, hitung berapa banyak produk yang dapat dibentuknya jika yang lain tak terbatas. Pereaksi yang menghasilkan jumlah produk paling sedikit adalah pembatas, dan jumlah terkecil itu adalah hasil teoretis. Uji ini sekaligus menjawab pertanyaan lanjutan yang paling umum.

Bandingkan yang diperlukan dengan yang tersedia. Pilih satu pereaksi, hitung berapa banyak pereaksi kedua yang dibutuhkannya, dan bandingkan dengan yang ada. Jika yang ada kurang dari yang dibutuhkan, pereaksi kedua adalah pembatas; jika tidak, yang pertama. Jalan pintas yang setara membagi jumlah mol tiap pereaksi dengan koefisiennya; hasil bagi terkecil menandai pereaksi pembatas.

Kedua uji memerlukan persamaan yang setara dan jumlah dalam mol. Dengan tiga pereaksi atau lebih, uji jumlah produk atau jalan pintas pembagian dengan koefisien lebih kecil kemungkinan keliru daripada membandingkan pereaksi secara berpasangan.

Contoh soal: kawat tembaga dalam larutan perak nitrat

Tembaga mendesak perak dari perak nitrat: Cu(s) + 2 AgNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2 Ag(s). Sepotong kawat tembaga 3.00 g dimasukkan ke dalam larutan yang mengandung 8.50 g AgNO₃. Pereaksi mana yang membatasi, berapa massa perak yang dapat terbentuk, dan berapa banyak tembaga yang tersisa? Massa molar memakai bobot atom standar IUPAC yang dibulatkan sampai dua desimal (Cu 63.55, Ag 107.87, N 14.01, O 16.00), sehingga AgNO₃ adalah 169.88 g/mol.

Konversikan ke mol dengan membawa angka tambahan: 3.00 g Cu ÷ 63.55 g/mol = 0.047207 mol Cu, dan 8.50 g AgNO₃ ÷ 169.88 g/mol = 0.050035 mol AgNO₃. Tembaga memerlukan 2 × 0.047207 = 0.094414 mol AgNO₃, tetapi hanya ada 0.050035 mol, sehingga AgNO₃ adalah pembatas, meskipun massanya hampir tiga kali massa tembaga.

Hasil teoretis perak: 0.050035 mol AgNO₃ × (2 mol Ag / 2 mol AgNO₃) × 107.87 g/mol = 5.397 g, dilaporkan sebagai 5.40 g. Jika perhitungan didasarkan pada tembaga, hasilnya akan memprediksi 10.18 g perak, yang tidak dapat terbentuk karena perak nitrat habis lebih dahulu.

Tembaga berlebih: AgNO₃ mengonsumsi 0.050035 mol ÷ 2 = 0.025018 mol Cu, atau 0.025018 mol × 63.55 g/mol = 1.590 g. Tembaga yang tersisa = 3.00 g − 1.590 g = 1.41 g, dilaporkan sampai tempat perseratusan karena 3.00 g diketahui sampai tempat perseratusan. Massa kekal: 5.397 g Ag + 4.693 g Cu(NO₃)₂ (187.57 g/mol) + 1.410 g Cu = 11.50 g, sama dengan 3.00 g + 8.50 g pada awalnya.

Hasil teoretis, hasil nyata, dan persen hasil

Hasil teoretis adalah jumlah maksimum produk yang dapat dibentuk oleh pereaksi pembatas, dengan asumsi reaksi berlangsung tuntas seperti yang ditulis tanpa reaksi samping dan tanpa kehilangan. Hasil nyata adalah jumlah yang Anda isolasi dan ukur. Persen hasil = (hasil nyata ÷ hasil teoretis) × 100%.

Hasil di bawah 100% itu wajar. Reaksi dapat mencapai kesetimbangan sebelum pereaksi pembatas habis, reaksi samping dapat menghabiskan pereaksi, dan produk hilang selama penyaringan, pemindahan, pencucian, atau rekristalisasi. Hasil di atas 100% untuk produk yang dianggap murni biasanya berarti produk itu masih mengandung pelarut atau pengotor, atau massa dicatat dengan salah. Anggap itu sebagai tanda untuk mengeringkan dan menimbang ulang, bukan sebagai hasil.

Kedua hasil harus menggambarkan zat yang sama dalam satuan yang sama. Jika hasil teoretis dalam mol, konversikan juga hasil nyata ke mol, atau nyatakan keduanya dalam gram.

Contoh soal: persen hasil sintesis ester

Isopentil asetat, ester beraroma seperti pisang, terbentuk dari asam asetat dan isopentil alkohol (3-metil-1-butanol): C₂H₄O₂ + C₅H₁₂O → C₇H₁₄O₂ + H₂O. Campuran 6.00 g asam asetat dan 7.50 g isopentil alkohol menghasilkan 8.12 g ester murni. Berapa persen hasilnya?

Massa molar (C 12.01, H 1.01, O 16.00): asam asetat 60.06 g/mol, isopentil alkohol 88.17 g/mol, ester 130.21 g/mol. Jumlah zat: 6.00 g ÷ 60.06 g/mol = 0.09990 mol asam dan 7.50 g ÷ 88.17 g/mol = 0.08506 mol alkohol. Perbandingannya 1:1, sehingga alkohol adalah pembatas dan 0.01484 mol asam berlebih. Memakai satu pereaksi secara berlebih adalah cara umum untuk mendorong reaksi yang dibatasi kesetimbangan seperti ini ke arah produk.

Hasil teoretis = 0.08506 mol × 130.21 g/mol = 11.076 g. Persen hasil = (8.12 g ÷ 11.076 g) × 100% = 73.3%, tiga angka penting dari 8.12 g dan 7.50 g. Membulatkan hasil teoretis menjadi 11.1 g sebelum membagi akan menghasilkan 73.2%, jadi bawa nilai yang tidak dibulatkan ke langkah berikutnya.

Persen hasil juga dapat dipakai secara mundur. Untuk memperoleh 5.00 g ester dengan persen hasil 73.3% yang sama, Anda memerlukan hasil teoretis 5.00 g ÷ 0.733 = 6.82 g, yaitu 0.0524 mol ester. Itu memerlukan sedikitnya 0.0524 mol, atau 4.62 g, isopentil alkohol, dengan asam berlebih.

Kesalahan hasil dan pereaksi berlebih yang perlu diperiksa

Sebagian besar kesalahan dalam soal-soal ini adalah kesalahan penyusunan, bukan aritmetika, sehingga masing-masing memiliki pemeriksaan yang tidak mengharuskan Anda mengulang seluruh perhitungan.

Setelah selesai, pastikan tiga hal: pereaksi pembatas dipilih berdasarkan mol, hasil teoretis berasal dari pereaksi itu, dan persen hasil adalah 100% atau kurang.

• Memilih pereaksi pembatas dengan membandingkan massa. Dalam contoh tembaga, pereaksi yang massanya lebih besar justru pembatas.
• Membandingkan jumlah dalam mol tanpa koefisien. Bagi setiap jumlah dengan koefisiennya, atau hitung produk dari setiap pereaksi.
• Menghitung hasil teoretis dari pereaksi berlebih. Hasil teoretis selalu yang lebih kecil dari jumlah produk yang mungkin.
• Mencari sisa pereaksi berlebih dengan mengurangkan massa satu zat dari massa zat lain. Hitung berapa banyak pereaksi berlebih yang terpakai, dalam satuannya sendiri, dan kurangkan dari jumlah zat yang sama yang ada.
• Menukar hasil nyata dan hasil teoretis dalam rumus. Persen hasil di atas 100% untuk produk kering dan murni berarti ada yang salah.
• Membulatkan nilai antara. Kerjakan ulang langkah terakhir dengan angka yang tidak dibulatkan dan lihat apakah angka yang dilaporkan berubah.