Pereaksi pembatas dalam suatu persamaan adalah pereaksi yang

Pereaksi pembatas adalah pereaksi (reaktan) yang habis lebih dulu dibandingkan dengan pereaksi yang lain dalam suatu reaksi kimia. Perhitungan pereaksi pembatas, misalnya: A direaksikan dengan B membentuk C menurut persamaan reaksi:

a, b, dan c adalah koefisien reaksi, sedangkan A dan B adalah pereaksi (reaktan) dan C adalah hasil reaksi (produk). Jika A dan B kedua-duanya diketahui salah satu baik massa, mol, jumlah partikel, atau volumenya maka salah satu sebagai pereaksi pembatas. Pereaksi pembatas dapat dicari dengan mengubah yang diketahui menjadi mol, kemudian membaginya dengan koefisien masing-masing.

Adapun langkah-langkah untuk menentukan pereaksi pembatas dari suatu persamaan reaksi kimia adalah sebagai berikut.

1. Setarakan reaksi.

2. Semua pereaksi diubah menjadi mol.

3. Bagilah masing-masing mol zat dengan masing-masing koefisiennya.

4. Nilai hasil bagi terkecil disebut pereaksi pembatas.

Contoh Soal: 1

6,4 gram metana dibakar dengan 16 gram gas oksigen menurut reaksi berikut ini.

CH4(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)

Senyawa manakah yang merupakan pereaksi pembatas? (Ar C = 12, O = 16, dan H = 1)

Jawab:

Reaksi di atas belum setara, sehingga perlu disetarakan terlebih dahulu. Bentuk setara dari persamaan reaksi tersebut adalah sebagai berikut.

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)

Jika kalian belum paham tentang penyetaraan persamaan reaksi, silahkan pelajari artikel tentang 2 Cara Mudah Menyetarakan Persamaan Reaksi Kimia.

Dalam soal diketahui massa reaktan, yaitu 6,4 gram CH4 dan 16 gram O2. Bagi dengan massa molekul relatif (Mr) masing-masing untuk mendapatkan mol reaktan.

Massa molekul relatif CH4

⇒ Mr CH4 = 12 + (4 × 1)

⇒ Mr CH4 = 12 + 4

⇒ Mr CH4 = 16

Jumlah mol CH4

⇒ Mol CH4 = m/Mr

⇒ Mol CH4 = 6,4/16

⇒ Mol CH4 = 0,4

Massa molekul relatif O2

⇒ Mr O2 = 2 × 16

⇒ Mr O2 = 32

Jumlah mol O2

⇒ Mol O2 = m/Mr

⇒ Mol O2 = 16/32

⇒ Mol O2 = 0,5

Selanjutnya bagi mol reaktan dengan koefisien masing-masing. Dari persamaan reaksi, terlihat bahwa koefisien CH4 = 1 dan koefisien O2 = 2, sehingga kita peroleh:

⇒ CH4 = 0,4/1 = 0,4

⇒ O2 = 0,5/2 = 0,25

Dari hasil perhitungan di atas, nilai yang lebih kecil adalah 0,25 sehingga yang menjadi pereaksi pembatasnya adalah O2.

Contoh Soal: 2

Sebanyak 5,4 gram aluminium dilarutkan dalam 400 mL tembaga(II) sulfat 0,5 M menurut persamaan reaksi berikut.

Al + CuSO4 → Al2(SO4)3 + Cu

Tentukanlah pereaksi pembatasnya.

Jawab:

Persamaan reaksi setaranya adalah

2Al + 3CuSO4 → Al2(SO4)3 + 3Cu

Dalam soal diketahui massa Al yaitu 5,4 gram. Bagi dengan massa atom relatif (Ar) untuk mendapatkan mol Al.

Massa atom relatif Al

⇒ Ar Al = 27 (cari di Tabel Periodik Unsur)

Jumlah mol AL

⇒ Mol Al = m/Ar

⇒ Mol Al = 5,4/27

⇒ Mol Al = 0,2

Dalam soal diketahui volume CuSO4 = 400 mL = 0,4 L dan molaritanya 0,5 M. Molaritas suatu senyawa dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

M = molaritas (mol/L atau M)

n = jumlah mol zat terlarut (mol)

V = volume larutan (L)

Dari rumus molaritas di atas, kita peroleh rumus jumlah mol sebagai berikut.

n = M × V

Jadi, jumlah mol CuSO4 adalah sebagai berikut.

⇒ Mol CuSO4 = M × V

⇒ Mol CuSO4 = 0,5 × 0,4

⇒ Mol CuSO4 = 0,2

Selanjutnya bagi mol reaktan dengan koefisien masing-masing. Dari persamaan reaksi, terlihat bahwa koefisien Al = 2 dan koefisien CuSO4 = 3, sehingga kita peroleh:

⇒ Al = 0,2/2 = 0,1

⇒ CuSO4 = 0,2/3 = 0,07

Dari hasil perhitungan di atas, nilai yang lebih kecil adalah 0,07 sehingga yang menjadi pereaksi pembatasnya adalah CuSO4.

Contoh Soal: 3

300 mL asam karbonat 0,5 M dicampur dengan 200 mL kalsium hidroksida 0,8 M menurut reaksi kimia berikut ini.

H2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2H2O

Tentukanlah senyawa yang merupakan pereaksi pembatas.

Jawab:

Persamaan reaksi di atas sudah setara, jadi kita tidak usah repot-repot menyetarakannya lagi.

Dalam soal diketahui volume dan molaritas masing-masing reaktan, yaitu sebagai berikut.

Volume H2CO3 = 300 mL = 0,3 L

Molaritas H2CO3 = 0,5 M

Volume Ca(OH)2 = 200 mL = 0,2 L

Molaritas Ca(OH)2 = 0,8 M

Untuk mendapatkan mol, kalikan volume masing-masing reaktan dengan molaritasnya yaitu sebagai berikut.

⇒ Mol H2CO3 = M × V

⇒ Mol H2CO3 = 0,5 × 0,3

⇒ Mol H2CO3 = 0,15

⇒ Mol Ca(OH)2 = M × V

⇒ Mol Ca(OH)2 = 0,2 × 0,8

⇒ Mol Ca(OH)2 = 0,16

Selanjutnya bagi mol reaktan dengan koefisien masing-masing. Dari persamaan reaksi, terlihat bahwa koefisien H2CO3 dan Ca(OH)2 adalah 1, sehingga kita peroleh:

⇒ H2CO3 = 0,15/1 = 0,15

⇒ Ca(OH)2 = 0,16/1 = 0,16

Dari hasil perhitungan di atas, nilai yang lebih kecil adalah 0,15 sehingga yang menjadi pereaksi pembatasnya adalah H2CO3.

Contoh Soal: 4

Diketahui reaksi kimia sebagai berikut.

S(s) + F2(g) → SF6(g)

Jika direaksikan 2 mol S dengan 10 mol F2, tentukan:

■ Berapa mol SF6 yang terbentuk?

■ Zat mana dan berapa mol yang tersisa?

Jawab:

Persamaan reaksi di atas belum setara, oleh karena itu perlu dilakukan penyetaraan. Bentuk setaranya adalah sebagai berikut.

S(s) + 3F2(g) → SF6(g)

Dari persamaan reaksi setara tersebut, dari koefisien reaksi menunjukkan bahwa 1 mol S membutuhkan 3 mol F2. Kemungkinan-kemungkinan yang dapat terjadi adalah sebagai berikut.

1. Jika semua S habis bereaksi maka F2 yang dibutuhkan adalah sebagai berikut.

Hal ini memungkinkan karena F2 tersedia 10 mol.

2. Jika semua F2 habis bereaksi maka S yang dibutuhkan adalah sebagai berikut

Hal ini tidak mungkin terjadi, karena S yang tersedia hanya 2 mol. Dengan demikian yang bertindak sebagai pereaksi pembatas adalah S.

■ Mol SF6 yang terbentuk adalah sebagai berikut.

Hal ini memungkinkan karena F2 tersedia 10 mol.

■ Jumlah mol zat yang bersisa adalah sebagai berikut.

Dari perhitungan di atas yang reaktan yang habis bereaksi (pereaksi pembatas) adalah S dan reaktan yang tersisa adalah F2. Jumlah mol F2 yaitu:

Mol F2 = 10 mol – 6 mol = 4 mol

Perhatikan persamaan reaksi berikut.

N2(g) + H2(g) → NH3(s)

Jika 1 mol N2 direaksikan dengan 2 mol H2 (Ar N = 14, H = 1), tentukan:

■ Pereaksi pembatas

■ Massa zat yang tersisa

■ Jumlah mol NH3

Jawab:

Persamaan reaksi di atas belum setara, bentuk setaranya adalah sebagai berikut.

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(s)

■ Menentukan pereaksi pembatas

Untuk menentukan pereaksi pembatatas, jumlah mol pereaksi dibagi dengan koefisiennya masing-masing, yaitu sebagai berikut.

⇒ N2 = 1/1 = 1 mol

⇒ H2 = 2/3 = 0,67 mol

Dari hasil perhitungan di atas, nilai yang lebih kecil adalah 0,67 sehingga yang menjadi pereaksi pembatasnya adalah H2.

■ Menentukan massa zat yang tersisa

Pereaksi yang bersisa adalah N2 sebanyak 0,33 mol. Massa N2 dapat dihitung dengan cara berikut.

Massa N2 sisa = mol sisa × Mr

Massa N2 sisa = 0,33 × 14

Massa N2 sisa = 4,62

Jadi, massa N2­ yang bersisa sebanyak 4,62 gram.

■ Menentukan jumlah mol NH3

Jadi, jumlah mol NH3 yang dihasilkan adalah 1,33 mol.

Contoh Soal: 6

Satu mol larutan natrium hidroksida (NaOH) direaksikan dengan 1 mol larutan asam sulfat (H2SO4) sesuai reaksi berikut:

2NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2H2O(l)

Tentukan:

■ Pereaksi pembatas

■ Jumlah mol pereaksi yang sisa

■ Mol Na2SO4 dan mol H2O yang dihasilkan

Jawab:

■ Menentukan pereaksi pembatas

Mol masing-masing zat dibagi koefisien, kemudian pilih hasil bagi yang kecil sebagai pereaksi pembatas.

⇒ NaOH = 1/2 = 0,5

⇒ H2SO4 = 1/1 = 1

Karena hasil bagi NaOH < H2SO4, maka NaOH adalah pereaksi pembatas sehingga NaOH akan habis bereaksi lebih dahulu.

Untuk menentukan jumlah mol pereaksi yang bersisa dan juga hasil reaksi (produk) perhatikan skema berikut ini.

■ Menentukan jumlah mol pereaksi yang sisa

Dari skema perhitungan di atas, jumlah mol pereaksi sisa yaitu H2SO4 adalah 0,5 mol.

■ Menentukan jumlah mol produk (Na2SO4 dan H2O)

Jumlah mol Na2SO4 yang dihasilkan adalah 0,5 mol

Jumlah mol H2SO4 yang dihasilkan adalah 1 mol

Contoh Soal: 7

Gas amonia sebanyak 2,24 liter (STP) direaksikan dengan 3,2 gram gas oksigen. Reaksinya adalah sebagai berikut.

NH3(g) + O2(g) → NO(g) + H2O(g)

Dengan Ar N = 14, H = 1, O = 16

Tentukanlah:

■ Persamaan reaksi setara

■ Pereaksi pembatas

■ Massa pereaksi tersisa

■ Volume NO yang terbentuk pada STP

Jawab:

■ Persamaan reaksi setaranya adalah sebagai berikut.

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)

■ Menentukan pereaksi pembatas

Dalam soal diketahui volume NH3 adalah 2,24 liter dan pada keadaan standar (STP) volume molar semua gas adalah sama yaitu 22,4 liter mol-1. Volume molar dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

V = volume gas (liter)

n = jumlah mol (mol)

Vm = volume molar (liter/mol)

Dengan demikian, jumlah mol NH3 adalah sebagai berikut.

⇒ Mol NH3 = V/Vm

⇒ Mol NH3 = 2,24/22,4

⇒ Mol NH3 = 0,1 mol

Dalam soal juga diketahui massa O2 yaitu 3,2 gram. Bagi dengan massa molekul relatif (Mr) oksigen untuk mendapatkan mol O2.

Massa molekul relatif O2

⇒ Mr O2 = 2 × 16

⇒ Mr O2 = 32

Jumlah mol O2

⇒ Mol O2 = m/Mr

⇒ Mol O2 = 3,2/32

⇒ Mol O2 = 0,1 mol

Selanjutnya bagi mol reaktan dengan koefisien masing-masing. Dari persamaan reaksi, terlihat bahwa koefisien NH3 = 4 dan koefisien O2 = 5, sehingga kita peroleh:

⇒ NH3 = 0,1/4 = 0,025

⇒ O2 = 0,1/5 = 0,02

Dari hasil perhitungan di atas, nilai yang lebih kecil adalah 0,02 sehingga yang menjadi pereaksi pembatasnya adalah O2.

■ Menentukan massa pereaksi yang tersisa

Gas O2 sebagai pereaksi pembatas, sehinga NH3 terdapat sisa. Untuk menentukan massa NH3 kita harus mencari mol yang bereaksi terlebih dahulu dengan menggunakan perbandingan koefisien sebagai berikut.

1. Mol yang bereaksi

Koefisien NH3 : koefisien O2 = mol NH3 : mol O2

Maka:

2. Mol sisa

Mol NH3 sisa = mol NH3 awal – mol NH3 yang bereaksi

⇒  Mol NH3 sisa = 0,1 mol – 0,08 mol

⇒  Mol NH3 sisa = 0,02 mol

Dengan mengalikan mol sisa dengan massa molekul relatifnya maka kita peroleh massa NH3 yang tersisa.

Massa molekul relatif NH3

⇒ Mr NH3 = (1 × 14) + (3 × 1)

⇒ Mr NH3 = 14 + 3

⇒ Mr NH3 = 17

Maka massa NH3 yang tersisa adalah sebagai berikut.

⇒ massa NH3 = mol NH3 sisa × Mr NH3

⇒ massa NH3 = 0,02 × 17

⇒ massa NH3 = 0,34 gram

Jadi masa pereaksi yang tersisa sebanyak 0,34 gram.

■ Menentukan volume NO yang terbentuk pada keadaan STP

Pada keadaan STP, volume molar semua gas adalah 22,4 liter. Untuk menentukan volume NO, pertama kita tentukan jumlah mol NO dengan menggunakan perbandingan koefisien sebagai berikut.

Koefisien NO : koefisien O2 = mol NO : mol O2

Maka:

Dengan mengalikan mol NO denga volume molar, maka kita peroleh volume NO yaitu sebagai berikut.

⇒ Volume NO = mol NO × volume molar

⇒ Volume NO = 0,08 × 22,4

⇒ Volume NO = 1,792 liter

Jadi, volume NO yang terbentuk pada keadaan STP sebanyak 1,792 liter.