Pembahasan OSN Kimia 2020 Essay 6

Soal

Titrasi Redoks (28 Poin)

Data

Pada titrasi redoks, analit harus dalam keadaan oksidasi tertentu ketika titrasi akan dimulai. Untuk mengondisikan hal ini, dapat digunakan “reduktor pembantu” atau “oksidator pembantu”. Salah satu contoh reduktor pembantu adalah kolom yang berisi amalgam Zinc, Zn(Hg). Larutan sampel yang mengandung analit akan dilewatkan melalui kolom.

a. Larutan sampel yang mengandung ion Fe3+ dan Fe2+ dilewatkan melalui kolom. Tuliskan semuawa reaksi yang terjadi di dalam kolom. [4 poin]

b. Pada titrasi redoks, terdapat standar oksidator yang banyak digunakan adalah MnO4, Cr2O72-, I2, dan Ce4+. Pada kondisi standar, urutkan kekuatan oksidasi dari standar oksidator di atas. [2 poin]

Kalium permanganat (KMnO4) adalah standar yang sering digunakan dalam titrasi redoks. Pada prakteknya, larutan permanganat tidak sepenuhnya stabil di dalam air. Hal ini karena adanya oksidasi air.

$$\ce {4 MnO4-(aq) + 2 H2O(l) -> 4 MnO2(s) + 3 O2(g) + 4 OH-(aq)}$$

Reaksi di atas berlangsung lambat, namun dapat dikatalis oleh adanya cahaya, panas, asam, basa, mangan(II), dan mangan oksida. Larutan permanganat yang dibuat dari padatan kalium permanganat harus dipanaskan atau didiamkan selama 24 jam sebelum disaring kemudian larutan yang telah disaring harus disimpan di ruang gelap sebelum digunakan. Walaupun disimpan di ruang gelap, larutan standar permanganat hanya dapat digunakan maksimal 2 minggu setelah dibuat.

c. Pada proses pembuatan larutan pemanganat, salah satu tahapan penting adalah penyaringan mangan oksida. Di antara saringan kertas dan saringan gelas, manakah yang lebih cocok untuk digunakan untuk menyaring mangan oksida? Berikan alasan! [3 poin]

d. Tentukan massa KMnO4 yang harus ditimbang untuk mendapatkan larutan kalium permanganat 0.5 M sebanyak 1.0 L. (Mr KMnO4 = 158.03 g/mol). [3 poin]

Cerium(IV) adalah salah satu standar yang banyak digunakan pada titrasi redoks selain permanganat. Suatu sampel yang mengandung timah dan besi akan dianalisis menggunakan titrasi redoks. Sampel sebanyak 3.5123 g dilarutkan menggunakan aqua dm dan HClO4 1 M hingga volumenya menjadi 100 mL. Larutan ini kemudian dilewatkan melalui kolom reduktor pembantu (yang berisi Zn(Hg)) untuk menghasilkan Sn2+ dan Fe2+. 50 mL larutan ini dipipet dan kemudian dimasukkan ke dalam labu Erlenmeyer. Larutan ini dititrasi menggunakan larutan standar Ce4+ 0.0100 M. Berdasarkan titrasi yang dilakukan dihasilkan kurva titrasi di bawah ini:

e. Tuliskan semua reaksi yang terjadi pada titrasi redoks di atas. [6 poin]

f. Tentukan spesi manakah yang memiliki titik ekivalen A dan titik ekivalen B. [2 poin]

g. Tentukan kadar Sn dan Fe masing-masing di dalam sampel (Ar Sn = 118.7 g/mol dan Fe = 55.85 g/mol). [8 poin]

Pembahasan

a. Semua ion Fe(III) akan direduksi menjadi Fe(II), dengan logam Zn teroksidasi:

$$\ce{2 Fe^3+(aq) + Zn(Hg)(s) -> 2 Fe^2+(aq) + Zn^2+(aq) + Hg(l)}$$

Catatan: nama dari kolom ini adalah kolom reduktor Jones.

b. Urutkan potensial reduksi standar, kita dapatkan urutan:

$$\ce{Ce^4+(HClO4) > MnO4- > Cr2O7^2- > I2}$$

Catatan: ion cerium(IV) yang dipilih adalah yang di dalam asam perklorat, karena pada pelarut ini cerium(IV) tidak membentuk persenyawaan kompleks yang dapat mengurangi potensial reduksinya. Pada pelarut asam sulfat, terbentuk beberapa persenyawaan Ce-sulfat yang bisa mengurangi nilai potensial reduksi.

c. Pada kasus penyaringan permanganat, saringan kertas sebaiknya tidak digunakan karena bahan pembuat kertas dapat mengalami oksidasi oleh permanganat dan menambah pengotor pada filtrat, sehingga pilihan yang tepat adalah saringan gelas. (Credit jawaban: diskusi ChemINA)

d. Soal ini cukup sederhana:

$${massa_{KMnO_4} = mol_{KMnO_4} \cdot M_{r KMnO_4} = 0.5\,mol/L \cdot 1\,L \cdot 158.03\,g/mol \approx 79\,g}$$

e. Semua besi dan timah dioksidasi kembali ke tingkat oksidasi tertingginya:

$$\ce{Fe^2+(aq) + Ce^4+(aq) -> Fe^3+(aq) + Ce^3+(aq)}$$

$$\ce{Sn^2+(aq) + 2 Ce^4+(aq) -> Sn^4+(aq) + 2 Ce^3+(aq)}$$

f. Secara sederhana, karena ${E^o_{Fe^{3+} \rightarrow Fe^{2+}} > E^o_{Sn^{4+} \rightarrow Sn^{2+}}}$, maka titik ekuivalen pertama adalah oksidasi timah ke spesi timah(IV). Penjelasan lebih kompleksnya adalah sebagai berikut: apabila konsentrasi reduktor kita nyatakan dalam $[M_{red}]$ dan bentuk teroksidasinya kita nyatakan dalam $[M_{ox}]$, kita dapatkan persamaan:

$${E_{ekuivalen} = E^o_{Ce^{4+} \rightarrow Ce^{3+}} – \frac{RT}{F} ln{\frac{[Ce^{3+}]}{[Ce^{4+}]}}}$$

$${E_{ekuivalen} = E^o_{M_{ox} \rightarrow M_{red}} – \frac{RT}{nF} ln{\frac{[M_{red}]}{[M_{ox}]}}}$$

Sehingga:

$${(n + 1) \cdot E_{ekuivalen} = E^o_{Ce^{4+} \rightarrow Ce^{3+}} + n \cdot E^o_{M_{ox} \rightarrow M_{red}} – \frac{RT}{F} ln{\frac{[Ce^{3+}] \cdot [M_{red}]}{[Ce^{4+}] \cdot [M_{ox}]}}}$$

Pada titik ekuivalen pertama, kita tahu bahwa mol ekuivalen salah satu reduktor (entah besi atau timah) akan sama dengan mol ekuivalen oksidatornya (Ce), sehingga:

$${[Ce^{4+}] = n [M_{red}] \land [Ce^{3+}] = n [M_{ox}]}$$

Akibatnya, nilai $ln{Q} = 0$, Sehingga kita dapatkan:

$${E_{ekuivalen} = \frac{E^o_{Ce^{4+} \rightarrow Ce^{3+}} + n \cdot E^o_{M_{ox} \rightarrow M_{red}}}{n+1}}$$

Sehingga untuk spesi timah, nilai n = 2:

$${E_{ekuivalen} = \frac{+1.700\,V + 2 \cdot (0.154\,V)}{2+1} = +0.669\,V}$$

Sedangkan untuk spesi besi, nilai n = 1:

$${E_{ekuivalen} = \frac{+1.700\,V + (0.767\,V)}{2} = +1.23\,V}$$

Sehingga titik ekuivalen pertama adalah untuk spesi timah dan titik ekuivalen kedua adalah untuk spesi besi.

g. Apabila kita tarik garis di kurva dan kita asumsikan $TE_1 = 25\,mL$ dan $TE_2 = 35\,mL$, kita dapatkan:

$${massa_{Sn} = \frac{100}{50}\frac{25\,mL \cdot 0.0100\,M \cdot 118.7\,g/mol}{2} = 0.0296\,g \Rightarrow \%_{Sn} = \frac{0.0296 \,g}{3.5123\,g} \cdot 100\% = 0.845\%}$$

$${massa_{Fe} = \frac{100}{50} (35 – 25)\,mL \cdot 0.0100\,M \cdot 55.85\,g/mol = 0.0112\,g \Rightarrow \%_{Fe} = \frac{0.0112\,g}{3.5123\,g} \cdot 100 \% = 0.318\%}$$

Silahkan gunakan kolom komentar untuk bertanya atau mengoreksi pembahasan saya!

This Post Has 6 Comments

  1. Frost

    Wah terima kasih banyak kak, sangat membantu 😁🙏

  2. Chizzy

    kak, pada soal (g), saat kita mencari massa Sn dan Fe, disitu kan ada 100/50 ,itu asalnya dari mana yah kak?

    1. Tepanaca

      Di titrasi hanya digunakan aliquot 50 mL, padahal larutan aslinya sebanyak 100 mL. Perhatikan teks setelah subsoal d:

      Sampel sebanyak 3.5123 g dilarutkan… hingga volumenya menjadi 100 mL… 50 mL larutan ini dipipet dan kemudian dimasukkan ke dalam labu Erlenmeyer.

      Sehingga, berapapun mol/massa yang kita dapat dari hasil titrasi, harus kita kali 2 (100/50). Semoga membantu.

  3. Chizzy

    kak, pada soal (g) , kenapa jumlah persentase Sn dan Fe nya tidak = 100% kak?

    1. Tepanaca

      Boleh saja tidak 100% karena di soal tidak disebutkan campuran ini murni kandungannya hanya Sn dan Fe.

  4. Berlin

    kak, pada soal (g) pada saat mencari massa Sn dan Fe yang terkandung, disitu kan ada dituliskan 100/50, 100/50 itu asalnya dari mana ya kak?,, selain itu kenapa jumlah persentase massa Sn dan Fe nya tidak = 100% kak?,, terima kasih kak

Leave a Reply