Cara Menghitung Volume Gas dalam Stoikiometri Lengkap dengan Contoh Soal dan Pembahasan

Untuk menyelesaikan perhitungan yang melibatkan hubungan volume dengan volume mengikuti 2 aturan, yaitu Hukum Gay-Lussac dan hipotesis Avogadro.

Contoh,

Hukum Gay-Lussac menyebutkan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas-gas yang bereaksi dan hasil reaksi berbanding sebagai bilangan bulat dan sederhana.

2NO   +   O₂   →   2NO₂ (Gay-Lussac's law) -

2 L        2 L         2 L

Hipotesis Avogadro menyebutkan bahwa Gas-gas yang memiliki volume yang sama, pada suhu dan tekanan yang sama, memiliki jumlah molekul yang sama pula.

2NO    +    O₂   →   2NO₂ (hipotesis Avogadro)

2 mol      1 mol        2 mol

2 L         1 L          2 L

Contoh Soal 1:

Berapa liter volume gas oksigen yang diperlukan untuk membakar secara sempurna 20 L gas propana pada suhu 27^oC dan tekanan 760 mmHg?

Jawabannya:

Pertama-tama tulislah persamaan reaksi setara dari pembakaran gas propana:

C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

Dari reaksi pembakaran C₃H₈, berdasarkan koefisien reaksi ditunjukkan bahwa 1 liter gas C₃H₈ akan bereaksi sempurna dengan 5 liter gas O₂.

V O₂ = (koefisien O₂ / koefisien C₃H₈) x V C₃H₈ = (5/1) x 20 L = 100 L

Jadi, volume O₂ yang dibutuhkan untuk membakar 20 liter gas propana adalah 100 liter.

Contoh Soal 2:

Persentase volume gas C₃H₈ dalam campuran C₃H_8, CH_4, dan CO adalah 36,5 %. Hitung volume gas CO₂ yang dihasilkan ketika 100 mL campuran gas dibakar dengan oksigen berlebih.

Jawabannya:

Persamaan reaksi setara yang terjadi ketika campuran gas dibakar dengan oksigen yaitu sebagai berikut:

(i) C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

(ii) CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

(iii) CO + 1/2O₂ → CO₂

 

Volume gas C₃H₈ dalam campuran = 36,5% x 100 mL = 36,5 mL

Volume (CH₄ + CO) = (100 - 36,5) mL = 63,5 mL

Volume CH₄ kita misalkan sebagai a mL

Volume CO kita misalkan sebagai b mL

a + b = 63,5 mL

 

Dari ketiga reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi kita dapat menghitung volume gas CO₂ yang dihasilkan sebagai berikut:

Pada reaksi (i):

V CO₂ = (koefisien CO₂ /koefisien C₃H₈) x V C₃H₈ = (3/1) x 36,5 mL = 109,5 mL

Pada reaksi (ii):

V CO₂ = (koefisien CO₂ /koefisien CH₄) x V CH₄ = (1/1) x a mL = a mL

Pada reaksi (iii):

V CO₂ = (koefisien CO₂ /koefisien CO) x V CO = (1/1) x b mL = b mL

 

Sehingga,

V CO₂ total = V CO₂ pada reaksi (i) + V CO₂ pada reaksi (ii) + V CO₂ pada reaksi (iii)

V CO₂ total = 109,5 + (a + b) =109,5 + 63,5 = 173 mL

Jadi, volume gas CO₂ yang dihasilkan adalah 173 mL.

 

Contoh Soal 3:

Campuran gas 3 liter propana (C₃H₈) dan butana (C₄H₁₀) dibakar sempurna pada suhu 25 ^oC menghasilkan 10 liter CO₂. Tentukan volume gas propana (C₃H₈) dan butana (C₄H₁₀) dalam campuran!

Jawabannya:

Persamaan reaksi setara yang terjadi ketika campuran gas dibakar dengan oksigen yaitu sebagai berikut:

(i) C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

(ii) C₄H₁₀ + 13/2O₂ → 4CO₂ + 5H₂O

Kita misalkan:

Volume gas C₃H₈ dalam campuran = a liter

Volume gas C₄H₁₀ dalam campuran = (3 - a) liter

Dari kedua reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi kita dapat menghitung volume gas CO₂ yang dihasilkan sebagai berikut:

Pada reaksi (i):

V CO₂ = (koefisien CO₂ /koefisien C₃H₈) x V C₃H₈ = (3/1) x a L = 3a L

Pada reaksi (ii):

V CO₂ = (koefisien CO₂ /koefisien CH₄) x V C₄H₁₀ = (4/1) x (3-a) L = (12 - 4a) L

Sehingga,

V CO₂ total = V CO₂ pada reaksi (i) + V CO₂ pada reaksi (ii)

10 = 3a + (12-4a)

10 = 12 - a

a = 12 -10

a = 2 liter

Jadi,

Volume gas C₃H₈ = 2 liter

Volume gas C₄H₁₀ = 3 - 2 = 1 liter

Contoh Soal 4:

Pada pembakaran sempurna campuran gas metana (CH₄) dan asetilena (C₂H₂) membutuhkan 22 mL gas oksigen dan dihasilkan 14 mL gas karbon dioksida. Tentukan volume gas metana (CH₄) dan asetilena (C₂H₂) dalam campuran!

Jawabannya:

Persamaan reaksi setara yang terjadi ketika campuran gas dibakar dengan oksigen yaitu sebagai berikut:

(i) CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

(ii) C₂H₂ + 2,5O₂ → 2CO₂ + H₂O

Kita misalkan:

Volume gas CH₄ dalam campuran = a mL

Volume gas C₂H₂ dalam campuran = b mL

Dari kedua reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi dapat ditentukan:

Pada reaksi (i):

V O₂ = (koefisien O₂ /koefisien CH₄) x V CH₄ = (2/1) x a mL = 2a mL

V CO₂ = (koefisien CO₂ /koefisien CH₄) x V CH₄ = (1/1) x a mL = a mL

Pada reaksi (ii):

V O₂ = (koefisien O₂ /koefisien C₂H₂) x V C₂H₂ = (2,5/1) x b mL = 2,5b mL

V CO₂ = (koefisien CO₂ /koefisien C₂H₂) x V C₂H₂ = (2/1) x b mL = 2b mL

Sehingga diperoleh 2 persamaan:

Pers (1):

V O₂ total = V O₂ pada reaksi (i) + V O₂ pada reaksi (ii)

22 = 2a + 2,5b

Pers (2):

V CO₂ total = V CO₂ pada reaksi (i) + V CO₂ pada reaksi (ii)

14 = a + 2b

14 - 2b = a

Kita substitusikan nilai a = 14 - 2b ke persamaan (1):

22 = 2(14 - 2b) + 2,5b

22 = 28 - 4b + 2,5b

4b - 2,5b = 28 - 22

1,5b = 6

b = 6/1,5

b = 4

Kita substitusikan nilai b = 4 ke persamaan (1):

22 = 2a + 2,5(4)

22 = 2a + 10

22 - 10 = 2a

12 = 2a

a = 12/2

a = 6

Jadi,

Volume gas CH₄ dalam campuran = 6 mL

Volume gas C₂H₂ dalam campuran = 4 mL