Ujian Teori (official Indonesian version), 49 th IChO 2017, Thailand 1 IDN-1 Membaca Buklet Ujian: Siswa diberi waktu 15 menit untuk membaca buklet ujian ini sebelum ujian dimulai. Jangan menulis atau menghitung selama periode ini, jika dilanggar maka ANDA akan didiskualifikasi! Versi Bahasa Inggris dari soal ujian ini dapat diminta hanya untuk klarifikasi saja.
54
Embed
IDN-1 - 49th INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD · PDF fileWalaupun tipe reaksi ini masih dalam pengembangan ... masing-masing adalah tetapan laju untuk reduksi katalis ... Tentukan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 1
IDN-1
Membaca Buklet Ujian: Siswa diberi waktu 15 menit untuk membaca
buklet ujian ini sebelum ujian dimulai. Jangan menulis atau
menghitung selama periode ini, jika dilanggar maka ANDA akan
didiskualifikasi! Versi Bahasa Inggris dari soal ujian ini dapat diminta
hanya untuk klarifikasi saja.
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 2
IDN-1
Ujian Teori
"Bonding the World with Chemistry"
49th INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD
Nakhon Pathom, THAILAND
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 3
IDN-1
Instruksi umum
Halaman: Buklet ujian ini terdiri dari 54 halaman. Terdapat total 11 Soal.
Membaca Buklet Ujian: Siswa diberi waktu 15 menit untuk membaca buklet ujian
sebelum ujian dimulai. Jangan menulis atau menghitung selama periode ini, jika
dilanggar maka ANDA akan didiskualifikasi! Versi Bahasa Inggris dari soal ujian
ini dapat diminta hanya untuk klarifikasi saja.
Waktu Ujian: Siswa mempunyai waktu total 5 jam untuk menyelesaikan ujian.
Start/Stop: Siswa dapat mulai segera setelah perintah “Start” diberikan dan segera
berhenti bila perintah “Stop” diberikan.
• Bila tidak berhenti bekerja setelah 1 menit atau lebih sesudah perintah “Stop”
diberikan, akan mengakibatkan anda didiskualifikasi.
• Sesudah perintah “Stop” diberikan, masukkan kembali buklet ujian ke dalam
amplop ujian dan tunggu di tempat duduk anda. Pengawas Ujian akan
mengumpulkan kertas ujian anda.
Lembar Jawaban: Semua hasil dan jawaban harus ditulis dengan jelas di tempat yang
telah disediakan pada buklet ujian untuk penilaian. Hanya jawaban yang ditulis dengan
pena yang akan dinilai.
• Gunakan hanya pena yang disediakan untuk anda.
• Gunakan bagian belakang berkas ujian sebagai kertas buram.
Kalkulator: Untuk setiap perhitungan, gunakan hanya kalkulator yang disediakan oleh
panitia 49th IChO.
Butuh Bantuan: Bila anda membutuhkan bantuan (e.g. tambahan makanan ringan atau
minuman atau hendak ke toilet), angkat bendera IChO berwarna jingga yang tersedia
di meja anda.
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 4
IDN-1
Daftar Isi
Soal No. Judul Halaman % Total
Nilai
1 Produksi propene menggunakan katalis heterogen 5 6%
2 Kinetic isotope effect (KIE) dan zero-point
vibrational energy (ZPE) 9 6%
3 Termodinamika reaksi kimia 15 6%
4 Elektrokimia 19 5%
5 Phosphate dan silicate dalam tanah 25 5%
6 Besi 30 6%
7 Teka-Teki Struktur Kimia 35 6%
8 Permukaan Silica 41 5%
9 Mengungkap Senyawa Tak-Dikenal 45 6%
10 Sintesis Total Alkaloid 48 7%
11 Twist & Kiralitas 53 2%
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 5
IDN-1
Soal 1 A B C
Total A1 A2 A3
Total 4 1 2 7 6 20
Nilai
Soal 1: Produksi propene menggunakan katalis heterogen
Propene atau propylene adalah satu dari berbagai bahan kimia yang penting untuk
industri petrokimia, baik di Thailand juga di seluruh dunia. Salah satu contoh penggunaan
komersial propene adalah untuk membuat polypropylene (PP).
Bagian A.
Propene dapat disintesis melalui dehidrogenasi langsung propane dengan adanya
katalis heterogen. Tetapi reaksi tersebut secara ekonomi tidak menguntungkan karena
karakteristik reaksi tersebut. Beri penjelasan lengkap terhadap pertanyaan-pertanyaan di
bawah ini. Informasi tambahan yang tersedia: Hbond(C=C) = 1.77*Hbond(C-C), Hbond(H-H) =
1.05*Hbond(C-H), dan Hbond(C-H) = 1.19*Hbond(C-C), dengan Hbond adalah entalpi ikatan rata-
rata dari ikatan kimia tertentu.
1-A1) Berapa perubahan entalpi dehidrogenasi langsung untuk propane? Uraikan cara
perhitungan dan tuliskan jawabanmu untuk Hbond(C-C).
Perhitungan:
Soal 1
6% dari total
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 6
IDN-1
1-A2) Sukar sekali meningkatkan jumlah propene dengan cara menaikkan tekanan pada
temperatur konstan. Pilih hukum atau prinsip apa yang paling tepat untuk menjelaskan
fenomena tersebut. Beri tanda “✓” dalam salah satu lingkaran berikut.
⃝ Hukum Boyle
⃝ Hukum Charles
⃝ Hukum Dalton
⃝ Hukum Raoult
⃝ Prinsip Le Chatelier
1-A3) Awalnya, sistem berada dalam kesetimbangan. Konsisten dengan pertanyaan 1-A1),
tunjukkan serangkaian tanda yang benar untuk data termodinamika sistem dehidrogenasi
langsung propane. Pilih jawaban-jawaban dengan memberi tanda “✓” pada beberapa lingkaran
berikut.
H S G T*
⃝ - + + lower
⃝ - + - higher
⃝ - - + lower ⃝ - - - higher
⃝ + + + lower
⃝ + + - higher
⃝ + - + lower
⃝ + - - higher ⃝ tidak ada yang benar
* Relatif terhadap temperatur awal pada tekanan parsial yang sama.
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 7
IDN-1
Bagian B.
Reaksi yang lebih baik untuk menghasilkan propene dalam jumlah besar adalah
oxidative dehydrogenation (ODH) menggunakan katalis padat, seperti vanadium oxides, dalam
kondisi adanya gas oksigen molekular. Walaupun tipe reaksi ini masih dalam pengembangan
riset, reaksi ini menjanjikan produksi propene skala industri dibandingkan dehidrogenasi
langsung.
1-B) Laju total konsumsi propane dalam reaksi adalah
283
83
1rC
OoxHCred
H
pk
p
pk
p , dengan
kred dan kox masing-masing adalah tetapan laju untuk reduksi katalis metal oxide oleh propane
dan oksidasi katalis oleh molekul oksigen, dan p adalah tekanan standar 1 bar. Banyak
percobaan menunjukkan bahwa laju oksidasi katalis 100,000 kali lebih cepat daripada oksidasi
propane. Laju reaksi percobaan adalah p
pkr
HC
obsHC3
3
8
8 pada 600 K, dengan kobs adalah
tetapan laju yang diamati (0.062 mol s-1). Jika reaktor berisi katalis terus menerus dialiri
propane dan oksigen pada tekanan total 1 bar, hitung nilai kred dan kox ketika tekanan parsial
propane sebesar 0.10 bar. Asumsikan tekanan parsial propene dapat diabaikan.
Perhitungan:
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 8
IDN-1
Bagian C.
Katalis metal oxide mengandung atom-atom oksigen di permukaannya yang
membentuk sisi-sisi aktif untuk ODH. Tanda red* menunjukkan sisi reduksi dan O(s) sebagai
atom oksigen pada permukaan katalis. Salah satu usulan mekanisme ODH dengan adanya
katalis adalah sebagai berikut:
C3H8(g) + O(s) 1k C3H6(g) + H2O(g) + red* (1)
C3H6(g) + 9O(s) 2k 3CO2(g) + 3H2O(g) + 9red* (2)
O2(g) + 2red* 3k 2O(s) (3)
Diketahui sites)(active aktif sisitotal jumlah
sites)(reduced tereduksi sisijumlah , hukum-hukum laju untuk 3 tahap
di atas adalah:
)1(8311 HCpkr ,
)1(6322 HCpkr ,
dan 233 Opkr .
1-C) Asumsikan bahwa jumlah atom oksigen pada permukaan adalah konstan pada setiap
waktu reaksi. Hitung sebagai fungsi dari k1, k2, k3, 83HCp ,
63HCp , dan 2Op .
Perhitungan:
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 9
IDN-1
Soal 2 A
Total A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
Total 2 2 7 3 3 1 5 1 24
Nilai
Soal 2: Kinetic isotope effect (KIE) dan zero-point vibrational energy (ZPE)
Perhitungan ZPE dan KIE
Kinetic isotope effect (KIE) adalah suatu fenomena terkait dengan perubahan tetapan
laju reaksi ketika satu atom diganti oleh isotopnya. KIE dapat digunakan untuk konfirmasi
apakah ikatan dengan hidrogen putus dalam suatu reaksi. Model Harmonic oscillator
digunakan untuk memperkirakan perbedaan laju antara aktivasi ikatan C-H dan C-D (D = H12 ).
Frekuensi vibrasi () dalam model harmonic oscillator ditunjukkan sebagai
k
2
1 ,
dengan k adalah tetapan gaya dan adalah massa tereduksi.
Energi vibrasi molekul dinyatakan sebagai
2
1hnEn
,
dengan n adalah bilangan kuantum vibrasi dengan nilai yang mungkin adalah 0, 1, 2, ... Energi
vibrasi terendah (En pada n= 0) disebut sebagai zero-point vibrational energy (ZPE).
2-A1) Hitung massa terseduksi dari C-H (CH) dan C-D (CD) dengan satuan massa atom.
Asumsikan massa deuterium adalah dua kali massa hidrogen.
Perhitungan:
[Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai CH dan CD dalam soal 2-A1), gunakan nilai CH
= 1.008 dan CD = 2.016 untuk menjawab pertanyaan berikutnya. Catatan: nilai yang diberikan
tidak selalu harus mendekati nilai yang sebenarnya.]
Soal 2
6% dari total
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 10
IDN-1
2-A2) Diketahui bahwa tetapan gaya (k) untuk C-H stretching (ulur) adalah sama seperti nilai
C-D stretching, serta besarnya frekuensi C-H stretching adalah 2900 cm-1, hitung frekuensi C-
D stretching (dengan satuan cm-1).
Perhitungan:
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 11
IDN-1
2-A3) Berdasarkan nilai frekuensi C-H dan C-D stretching dalam soal 2-A2), hitung zero-
point vibrational energies (ZPE) untuk C-H dan C-D stretching dalam satuan kJ mol-1.
Perhitungan:
[jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai ZPE pada soal 2-A3), gunakan nilai ZPECH = 7.23
kJ/mol dan ZPECD = 2.15 kJ/mol untuk menyelesaikan soal berikutnya. Catatan: nilai yang
diberikan tidak harus mendekati nilai yang sebenarnya.]
Kinetic isotope effect (KIE)
Karena ada perbedaan dalam zero-point vibrational energies, senyawa terprotonasi dan
senyawa terdeuteuriasi (deuteriated) yang terkait diharapkan bereaksi dengan laju yang
berbeda.
Untuk reaksi disosiasi ikatan C-H dan C-D, energi dari kedua keadaan transisi maupun
kedua produk adalah identik, karena itu efek isotop dikontrol oleh perbedaan ZPE untuk ikatan
C-H dan C-D.
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 12
IDN-1
2-A4) Hitung selisih energi disosiasi ikatan (Bond Dissociation Energy, BDE) antara ikatan
C-D dan ikatan C-H ( CHCD BDEBDE ) dalam satuan kJ mol-1.
Perhitungan:
2-A5) Asumsikan bahwa besarnya energi aktivasi (Ea) untuk pemutusan ikatan C-H/C-D kira-
kira sama dengan besarnya energi disosiasi ikatan dan besarnya faktor Arrhenius untuk
pemutusan ikatan C-H sama dengan pemutusan ikatan C-D. Hitung tetapan laju relatif untuk
pemutusan ikatan C-H/C-D (kCH/kCD) pada 25 oC.
Perhitungan:
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 13
IDN-1
Penggunaan KIE untuk mempelajari mekanisme reaksi
Oksidasi non-deuterated diphenylmethanol dan deuterated (terdeuteriasi)
diphenylmethanol menggunakan chromic acid berlebih telah dipelajari.
2-A6) Jika C0 adalah konsentrasi awal dari non-deuterated diphenylmethanol atau deuterated
diphenylmethanol dan Ct adalah konsentrasinya pada saat t. Hasil eksperimen diplotkan pada
grafik yang tertera pada Gambar 2a dan Gambar 2b, dari kedua gambar tersebut dapat
ditentukan tetapan laju reaksi orde pertama.
Gambar 2a Gambar 2b
Tentukan Gambar mana yang sesuai untuk oksidasi non-deuterated diphenylmethanol dan
mana yang sesuai untuk oksidasi deuterated diphenylmethanol?
Untuk setiap pernyataan di bawah ini, pilih jawaban anda dengan memberi tanda “✓” dalam
salah satu lingkaran berikut.
Oksidasi non-deuterated diphenylmethanol: ⃝ Gambar 2a ⃝ Gambar 2b
Oksidasi deuterated diphenylmethanol: ⃝ Gambar 2a ⃝ Gambar 2b
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 100 200 300 400 500
ln (
C0/C
t)
Time / min
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 15 30 45 60 75 90
ln (
C0/C
t)
Time / min
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 14
IDN-1
2-A7) Hitung kCH, kCD (dalam min-1), dan kCH/kCD untuk reaksi berdasarkan hasil plot data pada
soal 2-A6).
Perhitungan:
2-A8) Mekanisme reaksi yang diusulkan adalah sebagai berikut:
Berdasarkan informasi pada soal 2-A6) dan 2-A7), tahap mana yang merupakan tahap penentu
laju?
Pilih jawabn anda dengan memberi tanda “✓” dalam salah satu lingkaran berikut.
⃝ Tahap (1)
⃝ Tahap (2)
⃝ Tahap (3)
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 15
IDN-1
Soal 3 A B Total
A1 A2 A3
Total 7 3 8 6 24
Nilai
Soal 3: Termodinamika reaksi kimia
Bagian A.
Methanol diproduksi secara komersial menggunakan campuran carbon monoxide dan
hidrogen dengan katalis zinc oxide/copper oxide.
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g).
Entalpi pembentukan standar (Hfo) dan entropi absolut (So) untuk masing-masing gas pada
suhu ruang (298 K) dan tekanan standar 1 bar, dirangkum sebagai berikut:
Gas Hfo (kJ mol-1) So (J K-1 mol-1)
CO(g) -111 198
H2(g) 0 131
CH3OH(g) -201 240
3-A1) Hitung Ho, So, Go, dan Kp untuk reaksi pada 298 K.
Perhitungan:
Ho = ………..……… kJ
So = ………….…….. J K-1
Go = ………..………. kJ
Kp = ….…………….
Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai Kp pada 298 K dalam soal 3-A1), gunakan nilai Kp
= 9 × 105 untuk menyelesaikan soal berikutnya.
Soal 3
6% dari total
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 16
IDN-1
3-A2) Suatu reaktor komersial dioperasikan pada temperatur 600 K. Hitung nilai Kp pada
temperatur ini, asumsikan bahwa Ho dan So tidak bergantung pada temperatur.
Perhitungan:
Kp = ………………………..
Jika anda tidak berhasil mendapatkan nilai Kp pada 600 K dalam soal 3-A2), gunakan nilai Kp
= 1.0×10-2 untuk menyelesaikan soal selanjutnya.
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 17
IDN-1
3-A3) Produksi methanol di industri berdasarkan pada aliran gas yang mengandung 2.00 moles
H2 untuk setiap mol CO ke dalam reaktor. Fraksi mol methanol dalam gas buang dari reaktor
tersebut ditemukan sebesar 0.18. Dengan asumsi bahwa kesetimbangan telah tercapai,
berapakah tekanan total dalam reaktor pada temperatur tinggi 600 K?
Perhitungan:
Tekanan total = ………………………. bar.
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 18
IDN-1
Bagian B.
3-B) Anggap sistem tertutup berikut ada pada 300 K. Sistem tersebut terdiri dari dua ruang
yang dipisahkan oleh kran dengan anggapan volumenya dapat diabaikan. Pada tekanan P yang
sama, ruang A dan ruang B masing-masing berisi 0.100 mol gas argon dan 0.200 mol gas
nitrogen. Volume kedua ruang, VA dan VB, dipilih sedemikian sehingga gas berperilaku sebagai
gas ideal.
Ketika kran dibuka perlahan, sistem dibiarkan sehingga tercapai kesetimbangan.
Diasumsikan bahwa kedua gas bercampur membentuk campuran gas ideal. Hitung perubahan
energi bebas Gibbs G pada 300 K.
Perhitungan:
G = ………..………. J
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 19
IDN-1
Soal 4
(5%)
A Total
A1 A2 A3 A4
Total 4 1 5 6 16
Nilai
Soal 4: Elektrokimia
Bagian A. Sel Galvani
Eksperimen dilakukan pada 30.00ºC. Sel elektrokimia ini terdiri dari setengah sel hidrogen
[Pt(s)│H2(g)│H+(aq)] yaitu elektroda logam platinum yang direndam dalam larutan buffer
dengan adanya tekanan gas hidrogen. Setengah sel hidrogen ini disambungkan dengan
setengah sel logam (M) yang direndam dalam larutan M2+(aq) yang belum diketahui
konsentrasinya. Kedua setengah sel tersebut dihubungkan dengan jembatan garam seperti
nampak pada Gambar 1.
Catatan: Potensial reduksi standar diberikan pada Tabel 1.
Gambar 1 Sel galvani
Soal 4
5% dari total
Ujian Teori (official Indonesian version), 49th IChO 2017, Thailand 20
IDN-1
Tabel 1. Potensial reduksi standar (range 298-308 K)