Penentuan konsentrasi zat. MATERI SERTIFIKASI GURU SEMUA JURUSAN

dengan menghitung pH larutan yang terjadi pada saat titik ekivalen. Pemilihan indikator ini dalam praktek biasanya dilakukan dengan terlebih dahulu membuat kurva titrasi yaitu kurva yang dibuat dengan mengalurkan pH larutan pada setiap penambahan volum zat penitrasi titran terhadap volum titran. pH larutan pada setiap penambahan volum titran dapat diukur secara eksperimen dengan menggunakan pH meter atau dapat dihitung secara teoritis dengan hitungan menggunakan prinsip kesetimbangan kimia. Misalnya, titrasi 25 mL 0,0920 HCl dengan 0,10 M NaOH, data pH larutan pada setiap penambahan volum titran dapat dilihat pada Tabel.5. Perhitungan pH larutan yang terjadi setiap penambahan volum titran akan dibahas secara rinci di Parwa 2. Dari data dapat dibuat kurva titrasinya coba Sdr buat kurva ini dan dari kurva dapat diketahui bahwa semua indikator dengan trayek pH antara 4 s.d 11 dapat digunakan pada titrasi tersebut, karena pada titik ekivalen, pH larutan berubah drastis dari 4 – 11. Disamping titrasi digunakan untuk menentukan konsentrasi atau kadar zat dalam sampel, titrasi mempunyai banyak kegunaan, antara lain : menentukan massa molekul relatif asam dan basa, menentukan persamaan reaksi asam-basa, menentukan persentase kemurnian dalam titrasi asam-basa, menentukan persamaan reaksi redoks, menentukan bilangan oksidasi pada titrasi redoks. a. Contoh Soal Titrasi Asam- basa

1. Penentuan konsentrasi zat.

Contoh 14. Larutan M1 mengandung 4,00 g NaOH per dm 3 . Larutan M2 mengandung H 2 SO 4 . Dalam suatu eksperimen, 25,0 cm 3 larutan M2 bereaksi dengan 18,0 cm 3 larutan M1. Hitunglah a Konsentrasi M2 dalam mol per dm 3 b Konsentrasi M2 dalam gram H 2 SO 4 per dm 3 dan c jumlah gram dari ion SO 4 2- dalam 1 dm 3 larutan M2 [H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32] Penyelesaian a Konsentrasi NaOH = 3 1 3 10 , 40 00 , 4 − − − = dm mol mol g dm g b Jumlah mol NaOH yang digunakan dalam reaksi = konsentrasi x volume dalam dm 3 = 0,1 mol dm -3 x 3 3 3 1dm cm 1000 cm , 18 mol. Tabel 5 pH larutan pada setiap penambahan volum titran pada titrasi 25 mL 0,0920 HCl dengan 0,10 M NaOH No. Volum 0,0920 M HCl mL Volum 0,10 M NaOH. mL pH 1. 2. 3. 4. 5. 6. 25,0 15.0 20,0 23,0 25,0 30,0 1,04 1,70 2,18 7,00 11,60 12,11 PENDALAMAN MATERI KIMIA 407 Persamaan reaksinya adalah H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O Dari persamaan, 2 1 NaOH mol jumlah SO H mol jumlah 4 2 = Jadi jumlah mol H 2 SO 4 = 2 1 x jumlah mol NaOH = mol 1000 18,0 x 0,1 x 2 1 Oleh karena itu, konsentrasi H 2 SO 4 = M2 larutan volume SO H mol jumlah 4 2 = 3 3 dm mol 0,036 dm 1000 25 mol 1000 18,0 x 0,1 x 2 1 − = Konsentrasi H 2 SO 4 dalam g dm -3 = konsentrasi dalam mol dm -3 x massa molekul relatif dalam g mol -1 = 0,036 mol dm 3 x 98 gram mol -1 = 3,53 g dm -3 c Jumlah mol H 2 SO 4 = jumlah mol SO 4 2- . Massa SO 4 2- dalam 1 dm 3 M2 = konsentrasi dalam mol dm -3 x massa relatif SO 4 2- = 0,036 mol dm -3 x 96 gram mol -1 = 3,46 g dm -3 Penyelesaian hitungan kimia N0. 14 di atas dapat pula diselesaikan dengan besaran konsentrasi lain yang dikenal dengan normalitas. Normalitas ini dahulu sangat dikenal karena banyak digunakan untuk penyelesaian hitungan kimia yang berhubungan dengan titrasi. Tetapi kini normalitas itu penggunaannya sudah ditinggalkan karena larutan dengan konsentrasi normalitas tertentu tidak bisa dibuat secara langsung. Disamping itu perhitungan kimia dengan konsep normalitas dapat dilakukan bila konsep normalitas telah dipahami dengan benar. Apakah normalitas itu? Bagaimanakah hubungan normalitas dengan molaritas? Bagaimanakah hitungan kimia dengan menggunakan normalitas? Normalitas biasa disingkat dengan N didefinisikan sebagai jumlah ekivalen ek zat terlarut dalam satu liter larutan yang mengandung zat terlarut itu atau jumlah miliekivalen mek zat terlarut dalam satu milliliter larutan yang mengandung zat terlarut itu. Normalitas = L larutan Volum ek terlarut zat Jumlah atau mL larutan Volum mek ut zat terlar Jumlah …… 1.13 Ekivalen equivalents suatu zat merupakan suatu satuan jumlah sebagaimana mol. Telah diketahui bahwa mol dihubungkan dengan massa zat, melalui Ar atau Mr. Sedangkan ekivalen dihubungkan dengan massa zat melalui berat ekivalennya BE. Berat ekivalen suatu zat tergantung pada reaksi zat tersebut. Berdasarkan reaksinya berat ekivalen zat dibedakan menjadi, berat ekivalen reaksi non redoks seperti reaksipenggabungan kation dan anion, reaksi asam-basa, dan reaksi redoks. Pada reaksi nonredoks berat ekivalen BE zat adalah jumlah gram zat itu yang dalam reaksinya dapat menerima atau melepas 1 mol kation monovalen atau anion monovalen. Misalnya reaksi penggabungan kation dan anion berikut ini. 408 PENDALAMAN MATERI KIMIA Pb 2+ aq + 2Cl - aq → PbCl 2 s Pada reaksi ini 1mol kation Pb 2+ dapat menerima 2 mol anion Cl - dan di dalam ilmu kimia biasanya dikatakan bahwa 1 mol kation Pb 2+ setara ekivalen dengan 2 mol anion Cl - Berdasarkan definisi berat ekivalen, maka : Berat ekivalen Pb 2+ = − − + Cl mol gram mol g Ar x Pb mol Pb 2 1 2 = ekivalen gram mol g Ar x Pb mol Pb 2 1 2 − + = ekivalen gram mol g Ar x Pb mol Pb 1 2 1 2 − + = 2 Pb Ar g ekivalen -1 . Sebaliknya berdasarkan reaksi di atas, dapat pula dihitung berat ekivalen anion Cl - Berat ekivalen Cl - = ekivalen mol g Ar x Cl mol Cl 1 2 1 − − = 2 Ar Cl g ekivalen -1 Pada reaksi asam-basa, berat ekivalen asam adalah jumlah gram asam yang dalam reaksinya dapat melepas ekivalen dengan 1 mol ion H + atau menerima ekivalen dengan 1 mol OH - . Sedangkan berat ekivalen basa adalah jumlah gram basa yang dalam reaksinya dapat melepaskan ekivalen dengan 1 mol ion OH - atau menerima ekivalen dengan 1 mol ion H + . Misalnya dalam reaksi : H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O, atau dalam persaman ion, 2H + + SO 4 2- + 2 Na + + 2OH - → 2 Na + + SO 4 2- + 2H 2 O Pada reaksi itu, 1 mol H 2 SO 4 memberikan ekivalen dengan 2 mol ion H + kepada NaOH atau menerima ekivalen dengan 2 mol ion OH - dari NaOH. Berdasarkan definisi berat ekivalen, maka, BE H 2 SO 4 = + H mol 2 mol gram SO H mol 1 -1 4 2 gram M x r = ekivalen 2 mol gram SO H mol 1 -1 4 2 gram M x r =       2 SO H Mr 4 2 gram ek -1 Sama halnya dengan H 2 SO 4 di atas, 2 mol NaOH dalam reaksinya ekivalen dengan 2 mol OH - atau 2 mol H + . Jadi, BE NaOH = - -1 OH mol 2 mol gram NaOH mol 2 gram M x r = 1ekivalen mol gram NaOH mol 1 -1 gram M x r =       1 NaOH Mr g ek -1 PENDALAMAN MATERI KIMIA 409 Secara umum, BE asam atau basa = h basa atau asam Mr g ek -1 . ………. ………. 1.14 Di sini, h = jumlah mol H + atau OH - yang ekivalen dengan dilepas atau diterima 1 mol zat pada reaksi asam-basa. Satuan h dengan demikian adalah ek mol -1 dan Mr adalah gram mol -1 . Berat ekivalen asam atau basa tidak dapat diketahui dengan hanya melihat rumus asam atau basa itu. Seperti asam karbonat H 2 CO 3 mempunyai 2 ion hidrogen, asam fosfat H 3 PO 4 mempunyai 3 ion hidrogen, tetapi tidak semua ion hidrogen itu dipakai untuk bereaksi atau dengan kata lain ekivalen asam itu tidak sesuai dengan jumlah ion H + dalam rumusnya. Seperti reaksi H 3 PO 4 dengan NaOH, ketiga ion hidrogen yang dipunyai H 3 PO 4 tidak sekaligus diberikan untuk beraksi dengan NaOH, sebagaimana dapat dilihat pada reaksi di bawah ini. H 3 PO 4 + NaOH → NaH 2 PO 4 + H 2 O. Pada reaksi ini, BE H 3 PO 4 = Mr H 3 PO 4 g ek -1 H 3 PO 4 + 2NaOH→Na 2 HPO 4 + 2H 2 O. Pada reaksi ini, BE H 3 PO 4 = 2 PO H Mr 4 3 g ek -1 H 3 PO 4 + 3NaOH → Na 3 PO 4 + 3H 2 O. Pada reaksi ini, BE H 3 PO 4 = 3 PO H Mr 4 3 g ek -1 Ternyata BE H 3 PO 4 pada ketiga reaksi itu berbeda. Jadi untuk menentukan BE suatu zat tidak dapat dilakukan dengan melihat rumus asam atau basa itu, tetapi harus melihat bagaimana asam atau basa itu bereaksi. Berat ekivalen oksidator atau reduktor adalah jumlah gram oksidator atau reduktor yang dalam reaksinya menerima atau melepaskan 1 mol elektron e - . Cara termudah untuk menentukan berat ekivalen oksidator atau reduktor adalah dengan menuliskan dan menyeimbangkan persamaan setengah reaksi oksidasi-reduksi redoks. Misalnya. reaksi, 2I - + 2Fe 3+ I 2 + 2Fe 2+ Setengah reaksi oksidasi dari ion iodida dan setengah reaksi reduksi ion besiIII adalah : 2I - I 2 + 2e - Fe 3+ + 1e - Fe 2+ Dari setengah reaksi oksidasi ion iodida dapat diketahui bahwa 2 mol I - melepaskan ekivalen dengan 2 mol e - . Atau 1 mol I - pada reaksi tersebut di atas ekivalen dengan 1 mol e - . Jadi dengan demikian, BE I - = - 1 - - e mol 2 I Mr x I mo 2 gram mol gram − = ekivalen 1 I Mr - gram = M r I - g ek -1 Dengan cara sama untuk reduksi Fe 3+ menjadi Fe 2+ dapat diketahui bahwa : BE Fe 3+ = - 1 - 3 - 3 e mol 1 Fe Mr x Fe 1mo gram mol gram − = 1 Fe Mr 3 + g ek -1 = M r Fe 3+ g ek -1 Secara umum, BE oksidator atau reduktor = h reduktor atau oksidator Mr g ek -1 … 1.15 Di sini, h = jumlah mol e - yang dilepas atau diterima ekivalen dengan 1 mol zat pada reaksi redoks. Satuan h adalah ek mol -1 . 410 PENDALAMAN MATERI KIMIA Beberapa oksidator atau reduktor, persamaan reaksinya ditentukan oleh suasana larutan; apakah suasana asam atau basa. Misalnya reduksi kalium permanganat, KMnO 4 , reaksinya dalam suasana asam akan berbeda dengan suasana basa. Dalam suasana asam reaksi reduksi KMnO 4 adalah, MnO 4 - + 8H + + 5e - → Mn 2+ + 4H 2 O, sedangkan reaksi reduksi KMnO 4 dalam suasana basa adalah, MnO 4 - + 2H 2 O + 3e - → MnO 2 + 4 OH - . Oleh karena itu BE KMnO 4 harganya akan berbeda dalam reaksi suasana asam dan basa. Coba Anda tentukan BE KMnO 4 itu dalam reaksi suasana asam dan basa. Setelah pengertian BE dapat dipahami, maka ekivalen zat dengan berat tertentu dapat ditentukan dan dengan demikian normalitas larutan dapat ditentukan pula. Untuk jelasnya pahamilah contoh perhitungan berikut. Akan ditentukan normalitas 450 mg oksidator K 2 Cr 2 O 7 murni, yang dilarutkan dalam air dan larutan dijadikan 250 mL. Reaksi, Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e - → 2Cr 3+ + 7H 2 O. Dari definisi normalitas, dapat diketahui bahwa, Normalitas K 2 Cr 2 O 7 = L larutan Volum O Cr K Ek 7 2 2 = mL larutan Molum O Cr K mek 7 2 2 Untuk menentukan ekivalen K 2 Cr 2 O 7 , maka yang harus ditentukan adalah berat ekivalen BE K 2 Cr 2 O 7 . Dari persamaan reaksi dapat ditentkan BE K 2 Cr 2 O 7 . BE K 2 Cr 2 O 7 = 6 O Cr K Mr 7 2 2 g ek -1 = 2946 g ek -1 K 2 Cr 2 O 7 yang dilarutkan adalah 450 mg; dan dengan demikian, ekivalen 450 mg K 2 Cr 2 O 7 = gek 6 294 mg 450 = 6 294 0,450 ek Normalitas K 2 Cr 2 O 7 = L 0,250 ek 6 294 450 , = 0,037 ekL =0,037 N Dari bahasan di atas dapat dibuat rangkuman dalam bentuk sebagai berikut ini. 1. Ekivalen suatu zat dengan massa g tertentu = gek BE g zat massa = ekmol h gmol Mr g zat massa ... 1.16 2. Dari rumus 1 di atas dapat diketahui hubungan ekivalen dengan mol. Ekivalen = mol zat x h ek mol -1 atau miliekivalen = mmol x h mek mmol -1 … 1.17 3. Setelah diketahui ekivalen atau miliekivalen zat, maka normalitas sangat mudah ditentukan yaitu dengan membagi ekivalen zat dengan volum larutan. 4. Dari hubungan ekivalen dengan mol dan h pada persamaan dapat diketahui hubungan normalitas dengan molaritas, dengan membagi hubungan itu dengan volum. Normalitas = Molaritas x h …………………………………, 1.18 PENDALAMAN MATERI KIMIA 411 Harga h hampir selalu lebih besar atau sama dengan satu, sehingga normalitas hampir selalu lebih besar atau sama dengan molaritas. Dari persamaan yang telah ditemukan di atas, maka dapat ditentukan ekivalen zat dalam persamaan reaksi sebagai berikut ini. 1. Reaksi : H 2 SO 4 + 2NaOH → Na 2 SO 4 + 2H 2 O Pada reaksi itu, 1 mol H 2 SO 4 tepat bereaksi ekivalen dengan 2 mol NaOH. Dengan menggunakan persamaan 1.17, maka ekivalen H 2 SO 4 = mol H 2 SO 4 x h ek mol -1 = 1 mol x 2 ekmol = 2 ekivalen. Demikian pula, ekivalen NaOH pada reaksi itu = mol NaOH x h ek mol -1 = 2 mol x 1 ekmol = 2 ekivalen. Jadi pada reaksi itu dapatdiketahui bahwa, ekivalen H 2 SO 4 dengan NaOH sama, sedangkan perbandingan mol H 2 SO 4 dengan mol NaOH yang bereaksi = 1 : 2 tidak sama, 2. Reaksi redoks antara K 2 Cr 2 O 7 dengan FeCl 2 . Penyetaran reaksi redoks itu dengan ion electron adalah : Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6e - ⇄ 2Cr 3+ + 7H 2 O Fe 2+ ⇄ Fe 3+ + 1e - x 6 Cr 2 O 7 2- + 6Fe 2+ + 14H + ⇄ 2Cr 3+ + 6Fe 3+ + 7H 2 O Pada reaksi itu, 1 mol Cr 2 O 7 2- tepat bereaksi ekivalen dengan 6 mol Fe 2+ . Dengan melihat jumlah e - yang diterima oleh 1 mol Cr 2 O 7 2- dapat diketahui, ekivalen Cr 2 O 7 2- = 1 mol x 6 ekmol = 6 ekivalen. Demikian pula, dengan melihat jumlah e - yang diberikan yang diterima oleh 1 mol Fe 2+ , dapat diketahui ekivalen Fe 2+ = 6 mol x 1 ekmol = 6 ekivalen. Jadi pada reaksi itu, perbandingan mol Cr 2 O 7 2- dengan mol Fe 2+ yang bereaksi = 1 : 6, sedangkan ekivalen Cr 2 O 7 2- : Fe 2+ = 6 : 6 = 1: 1 sama. Dari kedua reaksi itu diperoleh kesimpulan bahwa, pada suatu reaksi perbandingan mol zat-zat yang bereaksi belum tentu sama tetapi ekivalen zat yang bereaksi selalu sama ”. Bila pada suatu reaksi, volum dan normalitas peraksi pertama dinyatakan dengan V 1 dan N 1 dan volum dan normalitas pereaksi kedua dinyatakan dengan V 2 dan N 2 maka kesimpulan di atas dapt dinyatakan dengan unngkapan, V 1 N 1 = V 2 N 2 . ………………………………………………. 1.19 Penyelesaian Contoh soal no. 14 di atas dengan konsep normalitas hanya tinggal mengubah molaritas zat yang diperoleh ke normalitas sebagai berikut ini. a. Telah diperoleh Molaritas NaOH = 0,1 mol dm -3 = 0,1 mol L -1 b. Pertanyaan b akan dicari konsentrasi H 2 SO 4 dalam gram dm -3 atas dasar reaksinya dengan NaOH. Untuk itu molaritas NaOH diubah ke normalitas. N = M x h = 0,1 mol L -1 x 1 ek mol -1 = 0,1 ek L -1 Kemudian mencari molaritas H 2 SO 4 menggunakan persaman 1.19. 18 mL x 0,1 mek mL -1 = 25 mL x N N 2 = N H 2 SO 4 = 25 18 x 0,1 mek mL -1 = 0,072 mek mL -1 = 0,072 ek L -1 Selanjutnya mencari molaritas H 2 SO 4 dengan menggunakan persamaan 1.18. 412 PENDALAMAN MATERI KIMIA N = M x h ek mol -1 0,072 ek L -1 = M x 2 ek mol -1 M = 0,036 mol L -1 . Terakhir mengubah molaritas H 2 SO 4 ke dalam gram mol -1 Komsentrasi H 2 SO 4 dalam gram mol -1 = 0,036 mol L -1 x 98 gram mol -1 = 3,53 gram L -1 = 3,53 g dm -3 2. Penentuan Massa molekul relatif asam atau basa. Contoh 15. Larutan M1 mengandung 20,1 g asam HZO 4 per dm 3 larutan. Larutan M2 mengandung 1,7 g ion hidroksida OH - per dm 3 larutan. Dalam suatu titrasi, 20,0 cm 3 dari M1 diperlukan untuk reaksi dengan 40,0 cm 3 M2. Hitunglah : a Konsentrasi M1 dalam mol dm -3 b Massa molekul relatif HZO 4 c Massa atom relatif unsur Z [H = 1; O = 16] Penyelesaian a Konsentrasi M2 = 1 - -3 mol g 17 dm g 1,7 mol OH - per dm 3 = 0,1 mol dm -3 Jumlah mol OH - yang digunakan dalam titrasi = volume dalam dm 3 x konsentrasi dalam mol dm -3 = 3 - 3 dm mol 0,1 x dm 1000 40,0 HZO 4 harus monoprotik karena hanya mempunyai satu atom hidrogen. Oleh karena itu, dalam reaksi, 1 mol HZO 4 harus bereaksi dengan 1mol OH - Jumlah mol HZO 4 yang digunakan dalam reaksi = jumlah mol OH - = mol 0,1 x 1000 40,0 Konsentrasi M1 = 3 4 dm dalam M1 volume HZO mol jumlah = 3 3 dm mol 0,2 1000 , 20 mol 0,1 x 1000 40,0 − = dm b Dari a, 0,2 mol HZO 4 mempunyai massa 20,1 g Oleh karena itu, 1 mol HZO 4 mempunyai massa g 100,5 2 , gram 1 , 20 = Massa 1 mol zat ini tidaklain merupakan massa molekul relative dari HZO 4 . Jadi massa molekul relatif HZO 4 = 100,5 c. Massa atom relatif Z = 100,5 – 1 + 416 = 35,5 PENDALAMAN MATERI KIMIA 413

3. Penentuan Persamaan Asam-Basa Contoh 16.