PROBLEM I (ESSAY TEST)

Soal 1.NIKEL dan Mineralnya                  (26 poin)

Di web site PT INCO (http://www.pt-inco.co.id/) tertulis antara lain:

Endapan nikel laterit di Soroako terbentuk karena proses pelapukan dari batuan ultramafik yang terbentang dalam suatu singkapan tunggal terbesar di dunia seluas lebih dari 120 km x 60 km.  Sejumlah endapan lainnya tersebar di provinsi Sulawesi Tengah dan Tenggara.

Pabrik pengolahan PT Inco di Soroako mempunyai kapasitas produksi 72.500 ton nikel setahun.  Proses pengolahan dilakukan untuk menghasilkan nikel matte yaitu produk dengan kadar nikel di atas 75 persen.

Tahap-tahap utama dalam proses pengolahan adalah sebagai berikut:

Pengeringan di Tanur Pengering bertujuan untuk menurunkan kadar air bijih laterit yang dipasok dari Tambang dan memisahkan bijih yang berukuran +25 mm dan – 25 mm.

Kalsinasi dan Reduksi di Tanur Pereduksi untuk menghilangkan kandungan air di dalam bijih, mereduksi sebagian nikel oksida menjadi nikel logam, dan sulfidasi.

Peleburan di Tanur Listrik untuk melebur kalsin hasil kalsinasi/reduksi sehingga terbentuk fasa lelehan matte dan terak.

Pengkayaan di Tanur Pemurni untuk menaikkan kadar Ni di dalam matte dari sekitar 27 persen menjadi di atas 75 persen.

Granulasi dan Pengemasan untuk mengubah bentuk matte dari logam cair menjadi butiran-butiran yang siap diekspor setelah dikeringkan dan dikemas.

1. Mineral laterit kandungan utamanya adalah besi, sedangkan nikel hanyalah minor saja. Namun dengan proses pelapukan mineral laterit, akan dapat terbentuk garnierit, suatu mineral yang kaya akan kandungan nikel.  Mr garnierit = 691,8 dan kandungan Ni, Mg, Si dan O berturut-turut adalah 33,94 %; 7,026%; 16,23%; 41,62%; sisanya adalah H.  Bila diketahui ada 8 H per rumus ‘molekul’ garnierit, tentukan rumus kimia mineral garnielit.                                                          (6 poin)
2. Jika Nikel matte dianggap terdiri atas nikel dan nikel oksida, dan kadar nikel pada nikel matte adalah 80%,  tentukan persen nikel oksida pada nikel matte tersebut.                                                                                                                               (3 poin)

Untuk berbagai aplikasi, diperlukan nikel yang lebih murni.  Walaupun, tidak dilakukan di INCO, proses pemurnian ini dapat dilakukan dengan proses karbon monoksida (Mond). Dalam proses ini, nikel dipanaskan dalam aliran karbon monoksida untuk membentuk senyawa kompleks mudah menguap Ni(CO)₄ pada suhu 50 °C.  Uap Ni(CO)₄ kemudian didekomposisikan pada suhu 200 °C menghasilkan nikel murni.

c.    Tuliskan reaksi pembentukan dan dekomposisi Ni(CO)₄ lengkap dengan wujud pereaksi dan hasil reaksinya.                                                                         (3 poin)

4. Tentukan bilangan koordinasi, geometri dan hibridisasi atom pusat dalam kompleks Ni(CO)₄.                                                                                           (3 poin)

Kespontanan reaksi dan posisi kesetimbangan dapat ditentukan dengan menggunakan besaran energi bebas (G), yang untuk suatu reaksi tertentu perubahan energi bebasnya dinyatakan dengan persamaan: DG°=DH°-TDS°; dan DG°= -RT ln K (reaksi spontan ditandai penurunan energi bebas).  Dari data-data termodinamika Ni, CO dan Ni(CO)₄ pada suhu 50 °C

e.    Tentukan DG° dan K untuk reaksi pembentukan Ni(CO)₄.  Dengan demikian tunjukkan bahwa memang pada 50 °C terbentuk Ni(CO)₄.                                  (4 poin)

Zat	Ni(s)	CO(g)	Ni(CO)4(g)
DHf°(kJ/mol)	0	-110,52	-602,9
S298°(J/K/mol)	29,87	197,56	410,6

                                                                                   

f. Perkirakan nilai DG dan K pembentukan Ni(CO)₄ pada 473 K.                       (2 poin)

g.  Apa efek CO pada pernafasan.                                                                      (2 poin)

Gas Karbon monoksida  (CO), dapat diperoleh melalui reduksi gas karbon dioksida (CO₂) dengan grafit (C)  berlebih :

                        CO₂(g) + C(s) D 2CO(g)

Untuk reaksi pada 700°C, nilai tetapan kesetimbangan dengan tekanan total 1,0 atm adalah K_p = 1,0.

h. Hitunglah tekanan parsial CO dalam keadaan  kesetimbangan.                     (3 poin)

 

Soal 2. Gas rumah kaca CO₂ dan Kimia kelautan                  (14 poin)

Karbon dioksida (CO₂) dikenal sebagai gas rumah kaca dan dipercaya bertanggung jawab terhadap  terjadinya pemanasan global.  Di laut sekitar Makassar banyak tumbuh berbagai jenis terumbu karang,  yang sebagian besar strukturnya terbentuk dari mineral  CaCO₃.  Pertumbuhan terumbu karang ini mengalami ancaman, yang salah satunya disebabkan oleh meningkatnya konsentrasi gas karbon dioksida (CO₂) di atmosfir akibat meningkatnya pembakaran  bahan bakar fossil (batubara, minyak bumi dan gas alam) dan kebakaran hutan.

Seiring dengan meningkatnya konsentrasi CO₂ di udara, kandungan CO₂  terlarut dalam air lautan juga akan meningkat karena gas CO₂  di atmosfir dan CO₂ di air laut berada dalam kesetimbangan.  Diperkirakan bahwa 50 % CO₂ yang diemisikan dari hasil aktifitas manusia larut dalam air laut/lautan.  Dampaknya adalah turunnya pH air laut sehingga dapat mengganggu kehidupan biota laut, termasuk terhambatnya pertumbuhan terumbu karang.  Meningkatnya CO₂ terlarut mengakibatkan   laju pelarutan CaCO₃ meningkat sehingga total struktur terumbu karang rusak atau hilang.

a. Tuliskanlah reaksi kesetimbangan larutnya gas CO₂ dalam air, dan jelaskan mengapa pH air laut turun  bila CO₂ larut dalam air.                                        (3 poin)

b.  Dalam air laut, mengapa semakin banyak CO₂ terlarut  semakin banyak pula struktur terumbu karang (CaCO₃) yang larut.   Jelaskan dan tuliskan reaksinya.

                                                                                                                              (2 poin)

Udara di atmosfir terdiri dari  molekul molekul Nitrogen (N₂, 21 %) dan Oksigen (O₂,78 %), dan gas lain dalam jumlah runutan, termasuk CO₂.  Gas CO₂ lebih mudah larut  dibandingkan dengan gas O₂  dan N₂,  yang kelarutannya pada 1 atm dan 25 ^oC adalah:

–   CO₂ :             171 cm³/100mL

–      O₂   :             4,9 cm³/100mL

–      N₂    :            2,33 cm³/100mL

Berdasarkan data tersebut, maka:

c.    Mengapa gas CO₂ kelarutannya jauh lebih besar dibandingkan gas O₂ dan N₂                                                                                                                                  (2 poin)

d.    Tentukanlah perbandingan mol  kelarutan gas CO₂, O₂ dan N₂ dalam air.    (3 poin)

Berdasarkan kelarutan gas CO₂, hitunglah molaritas dan pH larutan yang jenuh dengan CO₂. (H₂CO₃ : pKa₁ = 6,35; pKa₂ =10,33) (Ka₁ H₂CO₃= 4,47 x 10^-7 ; Ka₂ = 4,68 x 10^-11) 

Soal 3. Emisi gas rumah kaca CO₂ dari industri semen  (10 poin)

DEPARTEMEN ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL (2006) melaporkan bahwa di Sulawesi Selatan emisi gas CO₂ yang  bersumber dari industri semen (Tonasa dan Bosowa) adalah 4,12 juta ton CO₂/tahun.  Penyumbang terbesar emisi gas CO₂ pada proses pembuatan semen terutama bersumber dari kalsinasi (dekomposisi pemanasan temperatur tinggi) mineral kalsit  (CaCO₃) menjadi CaO, sesuai reaksi:

CaCO_{3  (s)} D CaO_(s)  + CO_{2 (g)}

1. Bila intensitas rata rata emisi CO₂ produksi semen adalah 222 kg C/ton semen, hitunglah:

         i. Berapa ton CaCO₃  yang dikalsinasi sesetiap tahunnya.              (3 poin)

ii.  Berapa ton semen yang diproduksi pertahunnya.                       (2 poin)

Dekomposisi CaCO₃ sesuai reaksi:

CaCO_{3  (s)} D CaO_(s)  + CO_{2 (g)}

dapat berlangsung pada temperatur tertentu.  Dengan menggunakan data termodinamika pada 298 K berikut ini:

ZAT	DH°f(kJ/mol)	S°298 (J/K.mol)
CaCO3 (s)	-1206,1	92,9
CaO(s)	-635,09	39,75
CO­2 (g)	-393,51	213,74

2. Apakah CaCO₃ dapat terdekomposisi spontan pada temperatur dan tekanan standard (298K, 1atm).                                                                               (3 poin)

Berapa temperatur minimum dimana dekomposisi CaCO₃  dapat berlangsung spontan.  Anggaplah bahwa D_tH° dan S°_m tidak bergantung pada temperatur.                                                                                                                                 (2 poin)

 

Soal 4. Gas CO₂ sebagai katalis penguraian ozon                            (21 poin)

Gas CO₂ bukan hanya sebagai gas rumah kaca yang mengakibatkan pemanasan global. Hasil penelitian menunjukkan bahwa di atmosfir, keberadaan gas CO_2­ juga berfungsi sebagai katalis penguraian ozon (O₃) menjadi O₂ melalui pembentukan molekul CO₃.  Diperkirakan Mekanisme reaksi melalui pembentukan molekul CO₃ yaitu:

CO₂ + O₃žCO₃ + O₂

CO₃ + O₃ ž CO₂ + O₂

a. Tuliskanlah reaksi total perubahan O₃ menjadi O₂, dan jelaskan mengapa CO­₂ adalah katalis.                                                                                                        (3 poin)

b. Gambarkanlah kemungkinan struktur dot elektron molekul O₃ dan  CO₃      (6 poin)

Karbon dioksida adalah salah satu katalis untuk dekomposisi (penguraian) ozone menjadi oksigen :

                        Kinetika dekomposisi: 2 O₃(g) à 3 O₂(g)

Reaksi penguraian tersebut dipelajari dengan pengukuran tekanan campuran reaksi pada 50°C, dan dilakukan dengan dua konsentrasi katalis CO₂ yang berbeda.  Pada titik awal reaksi, campuran terdiri dari O₃ dan CO₂, dan  pada titik akhir reaksi O₃  terdekomposisi sempurna menjadi O₂.

Data pengamatan eksperimen berikut ini :

Set data (1) :   [CO_2(g)]= 0,01 mol/L

Waktu, menit.	0	30	60	¥
Ptotal (x105)Pa	0,533	0,599	0,633	0,666

Set data (2)     [CO_2(g)] = 0,005 mol/L

Waktu, menit.	0	30	60	120	¥
Ptotal (x105)Pa	0,399	0,440	0,466	0,500	0,533

3. Berdasarkan pada set data eksperimen pertama, tentukan orde reaksi terhadap ozone dan hitunglah tetapan laju, k’                                                              (6 poin)

4. Hitunglah nilai orde a dan b, dan juga tetapan laju, k, untuk  persamaan laju deferensial:

                    d [O₃] = -k [0₃]^a[B]^b
                      dt

                                                                                   (6 poin)

Soal 5. Elektroanalisis                  (14 poin)

Elektrolisis larutan Na₂SO₄ dilakukan dalam dua setengah-reaksi yang dihubungkan dengan jembatan garam. Logam Pt digunakan sebagai elektroda inert pada kedua setengah-reaksi tersebut.

Pada suatu percobaan, selama elektrolisis berlangsung larutan di dalam ruang anoda menjadi semakin asam dan larutan di ruang katoda menjadi semakin basa.

a. Tuliskan reaksi yang terjadi di anoda dan di katoda pada elektrolisis tersebut.                                                                                                                                               (3 poin)

Ketika elektrolisis dihentikan larutan hasil elektrolisis dari ruang anoda dicampurkan dengan larutan dari ruang katoda. 

b. Tentukan pH larutan hasil pencampuran tersebut.                                          (2 poin)

Pada percobaan kedua menggunakan sel elektrolisis seperti yang dijelaskan di atas, 10 mL larutan H₂SO₄ yang konsentrasinya tidak diketahui dan beberapa tetes fenolftalin ditambahkan ke dalam larutan Na₂SO₄ di ruang katoda.  Elektrolisis kemudian dilakukan dengan mengalirkan arus sebesar 21,5 A sampai larutan di katoda berubah warna menjadi pink.  Larutan di katoda berubah warna setelah elektrolisis berlangsung selama 683 detik.

c. Hitung konsentrasi larutan H₂SO₄ yang ditambahkan.                                    (9 poin)

                                                             ^_^ GOOD LUCK! ^_^
                                                                                                                                 by : Alchemist Rudy