Cara Menentukan Pereaksi Pembatas: Contoh Soal dan Jawaban

Secara umum, ketika reaksi kimia dilakukan, salah satu dari pereaksi yang digunakan akan melebihi jumlah yang dibutuhkan. Pereaksi yang tidak berlebihan atau habis bereaksi adalah pereaksi yang akan menentukan berapa banyak produk yang dapat diperoleh dan dengan demikian disebut sebagai pereaksi pembatas. Pereaksi yang memberikan jumlah mol produk yang paling sedikit adalah reagen pembatas. Dengan bantuan pereaksi pembatas, jumlah pereaksi berlebih yang telah bereaksi dan jumlah yang tersisa dapat dihitung. Agar dapat dipahami dengan jelas, simak soal berikut :

Contoh Soal 1:

Sebanyak 100 gram sampel kalsium karbonat bereaksi dengan 70 gram asam fosfat. Hitunglah:

(a) Massa kalsium fosfat yang dihasilkan

(b) Massa pereaksi yang tersisa

Jawaban:

(a) Berikut persamaan reaksi setara dari kalsium karbonat dengan asam fosfat:

3CaCO₃ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ +3CO₂ + 3H₂O

Massa molekul relatif senyawa:

Mr CaCO₃ = (1 x Ar Ca) + (1 x Ar C) + (3 x Ar O) = (1 x 40 gram/mol) + (1 x 12 gram/mol) + (3 x 16 gram/mol) = 100 gram/mol

Mr H₃PO₄ = (3 x Ar H) + (1 x Ar P) + (4 x Ar O) = (3 x 1 gram/mol) + (1 x 31 gram/mol) + (4 x 16 gram/mol) = 98 gram/mol

Mr Ca₃(PO₄)₂ = (3 x Ar Ca) + (2 x Ar P) + (3 x Ar O) = (3 x 40 gram/mol) + (2 x 31 gram/mol) + (8 x 16 gram/mol) = 310 gram/mol

 

Hitung mol dari kedua pereaksi yang diketahui massanya :

Mol CaCO₃ = massa/Mr = 100 gram / 100 gram/mol = 1 mol

Mol H₃PO₄ = massa/Mr = 70 gram / 98 gram/mol = 0,7143 mol

 

Untuk mengetahui zat yang menjadi pereaksi pembatas dan zat yang berlebih, kita harus menguji masing-masing pereaksi dan menganggap salah satu pereaksi sebagai pereaksi pembatas.

Jika CaCO₃ adalah pereaksi pembatas, maka jumlah mol H₃PO₄ yang bereaksi adalah:

Mol H₃PO₄ = (koefisien H₃PO₄ / koefisien CaCO₃) x mol CaCO₃ = (2/3) x 1 mol = 2/3 mol

Jika H₃PO₄ adalah pereaksi pembatas, maka jumlah mol CaCO₃ yang bereaksi adalah:

Mol CaCO₃ = (koefisien CaCO₃ / koefisien H₃PO₄) x mol H₃PO₄ = (3/2) x 0,7143 mol = 1,07145 mol

 

Perhitungan di atas memperlihatkan bahwa jika H₃PO₄ menjadi pereaksi pembatas maka CaCO₃ yang bereaksi sebanyak 1,07145 mol, sementara mol CaCO₃ yang tersedia adalah 1 mol. Maka hal ini tidak mungkin terjadi. Sehingga zat yang paling mungkin menjadi pereaksi pembatas adalah CaCO₃.

 

Mol CaCO₃ menjadi acuan jumlah mol kalsium fosfat yang terbentuk:

Mol Ca₃(PO₄)₂ = (koefisien Ca₃(PO₄)₂ / koefisien CaCO₃) x mol CaCO₃ = (1/3) x 1 mol = 0,33 mol

Jadi, massa Ca₃(PO₄)₂ = mol x Mr = 0,33 mol x 310 gram/mol = 102,3 gram

 

(b) H₃PO₄ adalah pereaksi yang bersisa. Untuk menghitung massa H₃PO₄ yang bersisa, maka perlu dihitung massa H₃PO₄ yang bereaksi:

Massa H₃PO₄ yang bereaksi = mol H₃PO₄ yang bereaksi x Mr = 2/3 mol x 98 gram/mol = 65,33 gram

Jadi massa H₃PO₄ yang bersisa = massa H₃PO₄ awal - massa H₃PO₄ yang bereaksi = 70 gram - 65,33 gram = 4,67 gram

 

Contoh Soal 2:

Berapa massa maksimum AI(OH)₃ yang dapat dibuat dari reaksi 13,4 gram AlCl₃ dengan 10 gram NaOH menurut persamaan berikut:

AlCl₃ + 3NaOH → AI(OH)₃ + 3NaCl

Jawaban:

Persamaan reaksi setara dari reaksi tersebut adalah:

AlCl₃ + 3NaOH → AI(OH)₃ + 3NaCl

Massa molekul relatif senyawa:

Mr AlCl₃ = (1 x Ar Al) + (3 x Ar Cl) = (1 x 27 gram/mol) + (3 x 35,5 gram/mol) = 133,5 gram/mol

Mr NaOH = (1 x Ar Na) + (1 x Ar O) + (1 x Ar H) = (1 x 23 gram/mol) + (1 x 16 gram/mol) + (1 x 1 gram/mol) = 40 gram/mol

Mr AI(OH)₃ = (1 x Ar Al) + (3 x Ar O) + (3 x Ar H) = (1 x 27 gram/mol) + (3 x 16 gram/mol) + (3 x 1 gram/mol) = 78 gram/mol

 

Hitung mol dari kedua pereaksi yang diketahui massanya :

Mol AlCl₃ = massa/Mr = 13,4 gram / 133,5 gram/mol = 0,1 mol

Mol NaOH = massa/Mr = 10 gram / 40 gram/mol = 0,25 mol

 

Untuk mengetahui zat yang menjadi pereaksi pembatas dan zat yang berlebih, kita harus menguji masing-masing pereaksi dan menganggap salah satu pereaksi sebagai pereaksi pembatas.

Jika AlCL₃ adalah pereaksi pembatas, maka jumlah mol NaOH yang bereaksi adalah:

Mol NaOH = (koefisien NaOH / koefisien AlCl₃) x mol AlCl₃ = (3/1) x 0,1 mol = 0,3 mol

Jika NaOH adalah pereaksi pembatas, maka jumlah mol AlCl₃ yang bereaksi adalah:

Mol AlCl₃ = (koefisien AlCl₃ / koefisien NaOH) x mol NaOH = (1/3) x 0,25 mol = 0,0833 mol

 

Perhitungan di atas memperlihatkan bahwa jika AlCl₃ menjadi pereaksi pembatas maka NaOH yang bereaksi sebanyak 0,3 mol, sementara mol NaOH yang tersedia adalah 0,25 mol. Maka hal ini tidak mungkin terjadi. Sehingga zat yang paling mungkin menjadi pereaksi pembatas adalah NaOH.

 

Mol NaOH menjadi acuan jumlah mol AI(OH)₃ yang terbentuk:

Mol AI(OH)₃ = (koefisien AI(OH)₃ / koefisien NaOH) x mol NaOH = (1/3) x 0,25 mol = 0,0833 mol

Jadi, massa AI(OH)₃ maksimum yang dapat terbentuk = mol x Mr = 0,0833 mol x 78 gram/mol = 6,4974 gram.

 

Contoh Soal 3:

200 gram bongkahan marmer dijatuhkan ke dalam 100 g asam klorida. Hitunglah:

(a) Massa bongkahan marmer yang tersisa

(b) Massa kalsium klorida anhidrat dan gas karbon dioksida yang dihasilkan

Jawaban:

(a) Berikut persamaan reaksi setara dari bongkahan marmer (CaCO₃) dengan asam klorida:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Massa molekul relatif senyawa:

Mr CaCO₃ = (1 x Ar Ca) + (1 x Ar C) + (3 x Ar O) = (1 x 40 gram/mol) + (1 x 12 gram/mol) + (3 x 16 gram/mol) = 100 gram/mol

Mr HCl = (1 x Ar H) + (1 x Ar Cl) = (1 x 1 gram/mol) + (1 x 35,5 gram/mol) = 36,5 gram/mol

Mr CaCl₂ = (1 x Ar Ca) + (2 x Ar Cl) = (1 x 40 gram/mol) + (2 x 35,5 gram/mol) = 111 gram/mol

 

Hitung mol dari kedua pereaksi yang diketahui massanya :

Mol CaCO₃ = massa/Mr = 200 gram / 100 gram/mol = 2 mol

Mol HCl = massa/Mr = 100 gram / 36,5 gram/mol = 2,739 mol

 

Untuk mengetahui zat yang menjadi pereaksi pembatas dan zat yang berlebih, kita harus menguji masing-masing pereaksi dan menganggap salah satu pereaksi sebagai pereaksi pembatas.

Jika CaCO₃ adalah pereaksi pembatas, maka jumlah mol HCl yang bereaksi adalah:

Mol HCl = (koefisien HCl / koefisien CaCO₃) x mol CaCO₃ = (2/1) x 2 mol = 4 mol

Jika HCl adalah pereaksi pembatas, maka jumlah mol CaCO₃ yang bereaksi adalah:

Mol CaCO₃ = (koefisien CaCO₃ / koefisien HCl) x mol HCl = (1/2) x 2,739 mol = 1,3695 mol

 

Perhitungan di atas memperlihatkan bahwa jika CaCO₃ menjadi pereaksi pembatas maka HCl yang bereaksi sebanyak 4 mol, sementara mol HCl yang tersedia adalah 2,739 mol. Maka hal ini tidak mungkin terjadi. Sehingga zat yang paling mungkin menjadi pereaksi pembatas adalah HCl.

 

CaCO₃ adalah zat yang bersisa. Untuk menghitung massa CaCO₃ yang bersisa, maka perlu dihitung massa CaCO₃ yang bereaksi:

Massa CaCO₃ yang bereaksi = mol CaCO₃ yang bereaksi x Mr = 1,3695 mol x 100 gram/mol = 136,95 gram

Jadi massa CaCO₃ yang bersisa = massa CaCO₃ awal - massa CaCO₃ yang bereaksi = 200 gram - 136,95 gram = 63,05 gram

 

 (b) Mol HCl menjadi acuan jumlah mol kalsium klorida anhidrat dan gas CO₂ yang terbentuk:

Mol CaCl₂ = (koefisien CaCl₂ / koefisien HCl) x mol HCl = (1/2) x 2,739 mol = 1,3695 mol

Jadi, massa CaCl₂ = mol x Mr = 1,3695 mol x 111 gram/mol = 152,0145 gram

Mol CO₂ = (koefisien CO₂ / koefisien HCl) x mol HCl = (1/2) x 2,739 mol = 1,3695 mol

Jadi, massa CO₂ = mol x Mr = 1,3695 mol x 44 gram/mol = 60,258 gram