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

Cara Mudah dan Sistematis Mencari Massa Zat Dalam Reaksi Kimia

Secara umum, berikut adalah langkah-langkah yang dapat dilakukan untuk melakukan perhitungan mencari massa zat dalam reaksi kimia:

a. Menulis persamaan reaksi setara dari suatu reaksi kimia.

b. Menulis massa molekul relatif (Mr) dari setiap senyawa baik reaktan maupun produk. Massa molekul relatif dihitung berdasarkan data massa atom relatif (Ar) dari setiap unsur dalam senyawa.

c. Menghitung jumlah mol dari senyawa yang diketahui massanya.

d. Menulis perbandingan mol dari setiap senyawa dengan berpatokan pada koefisien reaksi.

e. Menghitung jumlah mol senyawa yang dicari dengan melihat perbandingan koefisien antara senyawa yang dicari dengan senyawa yang sudah diketahui molnya.

f. Menghitung massa senyawa yang dicari dengan mengalikan mol senyawa yang dicari dengan massa molekul relatifnya.

Contoh Soal 1:

Diketahui reaksi kimia berikut:

H₂ + O₂ → H₂O

Jika massa salah satu reaktan yaitu oksigen (O₂) adalah 64 gram, maka berapakah massa dari produk H₂O yang dihasilkan jika semua oksigen habis bereaksi?

Jawabannya:

Pertama-tama tulislah persamaan reaksi setara dari reaksi tersebut:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Kemudian tulis massa molekul relatif senyawa:

Mr O₂ = 2 x Ar O = 2 x 16 gram/mol = 32 gram/mol

Mr H₂O = (2 x Ar H) + (1 x Ar O) = (2 x 1 gram/mol) + (1 x 16 gram/mol) = 18 gram/mol

Hitung mol dari zat yang diketahui massanya yaitu oksigen (O₂) :

Mol O₂ = massa/Mr = 64 gram / 32 gram/mol = 2 mol

Dari reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi ditunjukkan bahwa 1 mol O₂ akan menghasilkan 2 mol H₂O.

Mol H₂O = (koefisien H₂O / koefisien O₂) x mol O₂ = (2/1) x 2 mol = 4 mol

Jadi, massa H₂O = mol x Mr = 4 mol x 18 gram/mol = 72 gram

Jadi, massa dari H₂O yang dihasilkan dalam reaksi kimia tersebut adalah 72 gram.

Contoh Soal 2:

Berapa gram massa oksigen yang dibutuhkan untuk membakar sempurna 570 gram oktana?

Jawabannya:

Reaksi pembakaran oktana adalah sebagai berikut:

2C₈H₁₈ + 25O₂ → 16CO₂ + 18H₂O

Massa molekul relatif senyawa:

Mr O₂ = 2 x Ar O = 2 x 16 gram/mol = 32 gram/mol

Mr C₈H₁₈ = (8 x Ar C) + (18 x Ar H) = (8 x 12 gram/mol) + (18 x 1 gram/mol) = 114 gram/mol

Hitung mol dari zat yang diketahui massanya yaitu oktana (C₈H₁₈) :

Mol C₈H₁₈ = massa/Mr = 570 gram / 114 gram/mol = 5 mol

Dari reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi ditunjukkan bahwa 2 mol C₈H₁₈ akan bereaksi sempurna dengan 25 mol O₂.

Mol O₂ = (koefisien O₂ /koefisien C₈H₁₈) x mol C₈H₁₈ = (25/2) x 5 mol = 62,5 mol

Jadi, massa O₂ = mol x Mr = 62,5 mol x 32 gram/mol = 2000 gram

Jadi, massa dari O₂ yang dibutuhkan dalam reaksi kimia tersebut adalah 2000 gram.

Contoh Soal 3:

Hitunglah massa magnesium klorida (MgCl₂) yang dapat dihasilkan dari 17,0 gram HCl yang bereaksi dengan magnesium oksida (MgO) berlebih!

Jawabannya:

Reaksi setara antara HCl dengan MgO adalah sebagai berikut:

2HCl + MgO → MgCl₂ + H₂O 

Massa molekul relatif senyawa:

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 MgCl₂ = (1 x Ar Mg) + (2 x Ar Cl) = (1 x 24 gram/mol) + (2 x 35,5 gram/mol) = 95 gram/mol

Hitung mol dari zat yang diketahui massanya yaitu asam klorida (HCl) :

Mol HCl = massa/Mr = 17 gram / 36,5 gram/mol = 0,466 mol

Dari reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi ditunjukkan bahwa 2 mol HCl akan bereaksi sempurna menghasilkan 1 mol MgCl₂.

Mol MgCl₂ = (koefisien MgCl₂ / koefisien HCl) x mol HCl = (1/2) x 0,466 mol = 0,233 mol

Jadi, massa MgCl₂ = mol x Mr = 0,233 mol x 95 gram/mol = 22,135 gram

Contoh Soal 4:

Jumlah karbon monoksida dalam sampel gas dapat ditentukan dengan menggunakan reaksi:

I₂O₅ + 5CO → I₂ + 5CO₂

Jika sampel gas membebaskan 0,384 gram I₂, berapa gram CO yang ada dalam sampel?

Jawabannya:

Reaksinya sebagai berikut:

I₂O₅ + 5CO → I₂ + 5CO₂

Massa molekul relatif senyawa:

Mr CO = (1 x Ar C) + (1 x Ar O) = (1 x 12 gram/mol) + (1 x 16 gram/mol) = 28 gram/mol

Mr I₂ = (2 x Ar I) = (2 x 126,9 gram/mol) = 253,8 gram/mol

Hitung mol dari zat yang diketahui massanya yaitu I₂ :

Mol I₂ = massa/Mr = 0,384 gram / 253,8 gram/mol = 0,001513 mol

Dari reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi ditunjukkan bahwa 5 mol CO akan bereaksi sempurna menghasilkan 1 mol I₂.

Mol CO = (koefisien CO / koefisien I₂) x mol I₂ = (5/1) x 0,001513 mol = 0,007565 mol

Jadi, massa CO = mol x Mr = 0,007565 mol x 28 gram/mol = 0,21182 gram

Contoh Soal 5:

Hitung berat besi yang harus direaksikan dengan 18 g uap air menjadi oksidanya (Fe₃O₄)!

Jawabannya:

Reaksinya setara dari reaksi besi dan uap air menjadi oksidanya adalah sebagai berikut:

3Fe + 4H₂O →Fe₃O₄ + 4H₂

Massa molekul relatif senyawa:

Mr H₂O = (2 x Ar H) + (1 x Ar O) = (2 x 1 gram/mol) + (1 x 16 gram/mol) = 18 gram/mol

Ar Fe = 56 gram/mol

Hitung mol dari zat yang diketahui massanya yaitu H₂O :

Mol H₂O = massa/Mr = 18 gram / 18 gram/mol = 1 mol

Dari reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi ditunjukkan bahwa 3 mol Fe akan bereaksi sempurna dengan 4 mol H₂O.

Mol Fe = (koefisien Fe / koefisien H₂O) x mol H₂O = (3/4) x 1 mol = 0,75 mol

Jadi, massa Fe = mol x Ar = 0,75 mol x 56 gram/mol = 42 gram

Contoh Soal 6:

Hitung endapan perak yang diperoleh dari pemanasan 2,76 g Ag₂C0₃!

Jawabannya:

Reaksinya setara dari reaksi pemanasan Ag₂CO₃ adalah sebagai berikut:

Ag₂CO₃ → 2Ag + CO₂ + 1/2O₂

Massa molekul relatif senyawa:

Mr Ag₂CO₃ = (2 x Ar Ag) + (1 x Ar C) + (3 x Ar O)= (2 x 108 gram/mol) + (1 x 12 gram/mol) + (3 x 16 gram/mol) = 276 gram/mol

Ar Ag = 108 gram/mol

Hitung mol dari zat yang diketahui massanya yaitu Ag₂CO₃ :

Mol Ag₂CO₃ = massa/Mr = 2,76 gram / 276 gram/mol = 0,01 mol

Dari reaksi di atas, berdasarkan koefisien reaksi ditunjukkan bahwa 1 mol Ag₂CO₃ akan bereaksi sempurna menghasilkan 2 mol Ag.

Mol Ag = (koefisien Ag / koefisien Ag₂CO₃) x mol Ag₂CO₃ = (2/1) x 0,01 mol = 0,02 mol

Jadi, massa Ag = mol x Ar = 0,02 mol x 108 gram/mol = 2,16 gram