OLIMPIADE SAINS NASIONAL 2016
CALON PESERTA
INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPIAD (IChO) 2017
Palembang
15 - 21 Mei 2016
Kimia
SOAL
Waktu: 240 menit
Hak Cipta
Petunjuk :
1. Isilah Biodata anda dengan lengkap (di lembar Jawaban) Tulis dengan huruf cetak dan jangan disingkat!
2. Ujian Teori terdiri dari8 Soal:
Soal 1 = 35 poin
Soal 2 = 35 poin
Soal 3 = 15 poin
Soal 4 = 27 poin
Soal 5 = 31 poin
Soal 6 = 33 poin
Soal 7 = 35 poin
Soal 8 = 24 poin
TOTAL Poin = 235 poin
3. Waktu yang disediakan:240 menit
4. Semua jawaban harus ditulis di dalam kotak di lembar jawaban yang tersedia.
5. Diperkenankan menggunakan kalkulator yang diberikan panitia OSN.
6. Diberikan Tabel Periodik Unsur, rumus dan tetapan yang diperlukan.
7. Mulailah bekerja ketika ada tanda “MULAI” dari Pengawas.
8. Anda harus segera berhenti bekerja bila ada tanda “BERHENTI” dari Pengawas.
9. Letakkan jawaban anda di atas meja dan segera tinggalkan ruangan setelah diberikan perintah.
10. Berkas soal ujian teori ini terdiri dari 18halaman.
Tetapan dan Rumus Tetapan Kesetimbangan air (Kw) pad Tetapan kesetimbangan dan tekan gas
Temperatur dan Tetapan kesetimb
Energi Gibbs pada temperatur kons Isoterm reaksi kimia
Hubungan tetapan kesetimban energi Gibbs
Potensial sel dan energi Gibbs Tetapan Faraday
Ampere (A) dan Coulomb (C) Muatan elektron
Massa elektron Massa proton Massa neutron Kecepatan cahaya
Reaksi orde pertama: AB
Reaksi orde kedua: AB
NA= 6,022 x 10 23
partikel.mol–1
R = 0,08205 L·atm/mol·K = 8,3145 = 8,3145 x107erg/mol·K = 8,3145
= 1,987 kal/mol·K = 62,364 L 1 atm =760 mmHg =760 torr =101325Pa= 1,01325 bar
Soal 1. Industri Pupuk Urea (35 poin)
Selain Jembatan Ampera, kota Palembang juga terkenal karena memiliki industri pupuk urea. Proses pembuatan pupuk urea merupakan proses kimia yang cukup rumit dan
panjang. Tahap yang paling penting pada industri urea adalah pembuatan amonia (NH3) dan
pengubahan amonia menjadi urea, (NH2)2CO.
Amonia dibuat melalui reaksi:
3H2(g) + N2(g) ⇌2NH3(g) (1)
Reaksi (1) merupakan reaksi kesetimbangan dengan tetapan kesetimbangan,K= 6,8105 pada 25oC dan 3,2104pada 400oC.
a. Hitung perubahan entalpi,Hreaksi (1). (3 poin)
Urea terbentuk melalui reaksi dua tahap dengan amonium karbamat sebagai produk antara.
2NH3(g) + CO2(g) NH2COONH4(s) (2)
NH2COONH4(s) ⇌(NH2)2CO(s) + H2O(l) (3)
Reaksi (2) berlangsung cepat, eksotermik dan hampir sempurna, sedangkan reaksi (3) berlangsung lambat, endotermik dan membentuk kesetimbangan.
Reaksi pembentukan urea dari amonia dan karbon dioksida dilakukan pada tekanan 140 atm dan suhu 180oC serta ratio mol NH3/CO2= 3. Pada kondisi ini 60% CO2berubah
menjadi urea.
b. Hitung persentase amonia yang bereaksi pada kondisi tersebut. (4 poin)
c. Jika reaksi pembuatan urea pada kondisi di atas dilakukan dalam wadah 10 liter, hitung massa urea yang dihasilkan. (Asumsikan pada kondisi tersebut campuran gas pereaksi bersifat sebagai gas ideal). (4 poin)
d. Jelaskan pengaruh peningkatan temperatur pada efisiensi reaksi pembentukan urea
Amonium karbamat adalah padatan ionik yang tersusun dari ion NH4+dan NH2COO. Salah
satu faktor yang menentukan kestabilan padatan ionik adalahenergi kisi, yaitu energi yang diperlukan untuk mengubah satu mol padatan ionik menjadi ion-ionnya dalam keadaan gas. Entalpi pembentukan standar (Hfo) NH3, CO2dan NH2COONH4berturut-turut adalah46,2
kJ/mol,393,5 kJ/mol dan647,3 kJ/mol. Energi ikatan C=O, CO dan CN masing-masing adalah 743, 360 dan 305 kJ/mol.
e. Hitung perubahan entalpi (H) reaksi (2). (3 poin)
f. Pergunakan data di atas untuk memperkirakanenergi kisiamonium karbamat. (4 poin)
Pupuk urea berwarna putih dan diperdagangkan dalam bentuk bubuk atau butiran (pelet), Dalam pelarut air, larutan urea terdekomposisi memberikan ion sianat (CNO) dan ion ammonium (NH4+) sesuai reaksi:
(NH2)2CO CNO+ NH4+
g. Gambarkan struktur titik Lewis untuk urea dan ion sianat (CNO). (4 poin) h. Gambarkan struktur resonansi ion sianat beserta muatan formal tiap atom-atom
penyusunnya, serta pilihlah dari struktur resonansi ion sianat yang paling stabil. (4 poin) i. Tuliskan jumlah ikatan(sigma) dan(pi) masing masing dalam struktur ion sianat
dan molekul urea. (4 poin)
Diketahui dua reaksi ionisasi dalam air sebagai berikut:
NH3+H2O⇌NH4+(aq)+ OH(aq) ; pKb= 4,75
CNOH(aq)⇌H+(aq) + CNO(aq) ; pKa= 3,70
Soal 2. Senyawa Oksida Bromin (35 poin)
Di tahun 1937 R. Schwarz dan M. Schmeisser melakukan ozonisasi larutan bromin (Br2)
dalam Freon-11 (CFCl3) pada temperatur rendah. Larutan Br2/Freon dijenuhkan dengan
ozon (O3) pada temperatur50oC hingga terbentuk sedikit endapan. Setelah didiamkan
dalam lemari pendingin, reaksi dilanjutkan dengan mengalirkan ozon hingga bromin
bereaksi sempurna. Produk yang dihasilkan adalah endapan padat berwarna kuning-telur. Produk ini sudah dibuktikan sebagai salah satu dari oksida bromin (oksida A) yang sangat murni. Pada tahun 1974, J. Pascal menemukan bahwa pemanasan dari50 °C hingga5 °C oksida berwarna kuning telur ini akan terdekomposisi dan menghasilkan dua oksida yang lain, yaitu warna kuning emas (oksida B) yang kurang mudah menguap, dan warna coklat tua (oksida C) yang lebih mudah menguap. Untuk menganalisisnya, oksida ini direaksikan dengan ion iodida (I) dalam suasana asam, dan membentuk Iodine (I2). Iodin yang
terbentuk dititrasi dengan larutan tiosulfat 0,065 M. Ion Bromida (Br) yang dihasikan dari sampel yang sama ditentukan dengan cara titrasi potensiometrik menggunakan larutan 0,02 M perak nitrat. Hasil analisis ini ditampilkan pada tabel berikut:
Zat V (Na2S2O3), mL V (AgNO3), mL
a. Berdasarkan informasi di atas, tentukan rumus molekul oksida A, B, dan C. Buktikan jawaban anda dengan perhitungan. (12 poin) b. Hitung massa masing-masing sampel oksida tersebut (dalam mg) yang digunakan
untuk analisis kimia ini. (6 poin)
c. Gambarkan struktur yang mungkin untuk setiap oksida tersebut. (8 poin)
Untuk menentukan nilai entalpi pembentukan (Hfo) oksida bromin sangat sukar karena
harus dilakukan pada temperatur di bawah 0oC.
Dengan menggunakan data energi ikatan (kJ/mol) berikut:E(OO) = 498,E(BrBr) = 193, E(BrO) = 230, danE(Br=O) = 300, serta entalpi penguapan bromin cair,HvBr2(l) adalah
31 kJ/mol,
d. Hitunglah perkiraan nilai entalpi pembentukan oksida brom yang berwarna kuning
telur. (3 poin)
Soal 3. Cuka Asam (15 poin)
Cuka asam yang mengandung larutan asam asetat (CH3COOH) banyak dijual di pasar, dan
umumnya tersedia di dapur setiap rumah tangga. Asam ini, yang merupakan asam organik lemah, dapat memberikan rasa asam pada berbagai olahan makanan, misalnya untuk membuat rasa asam pada kuah empek-empek Palembang menjadi terasa sedap.
Anda membeli sebotol cuka asam yang isinya 100 mL yang mengandung 7,5 % berat asam asetat. Sebanyak 10 mL cuka asam tersebut anda encerkan dengan aquades hingga volumenya 100 mL. Setelah diukur, ternyata pH larutan yang diencerkan tersebut adalah 2,8. Diketahui cuka asam memiliki kerapatan 1 g/mL dan hanya mengandung larutan asam asetat.
a. Hitung konsntrasi asam asetat sebelum diencerkan. (3 poin) b. Hitung nilai tetapan kesetimbangan asam (Ka) asam asetat. (4 poin)
Di dapur, biasanya juga terdapat soda kue (NaHCO3) sebagai bahan pengembang kue.
Sejumlah bubuk soda kue ditambahkan ke dalam 100 larutan asam cuka yang sudah anda encerkan sebelumnya. Bila diamati, ternyata terbentuk gelembung gelembung gas.
c. Tuliskan reaksi yang terjadi. (2 poin)
Penambahan soda kue dihentikan setelah tidak lagi terbentuk gelembung gas (semua asam asetat tepat habis bereaksi).
Soal 4. Cetak-biru (27 poin)
Sebelum ada teknik fotografi dan fotokopi, untuk memperbanyak gambar atau diagram digunakan teknik cetak-biru. Teknik ini memerlukan kertas yang mengandung material yang dapat mengalami reaksi kimia ketika disinari dengan sinar tertentu.
Senyawa kompleks yang mengandung ion besi(III) dengan tiga ion oksalat merupakan salah satu material fotosensitif. Kompleks ini berwarna hijau bersifat sangat paramagnetik dan sensitif terhadap sinar ultra violet (UV).
Menurut Fiorito dan Polo (J. Chem. Educ, 2015), Mekanisme reaksi fotosintesis kompleks tersebut melibatkan 4 tahap reaksi sebagai berikut: tahap-1, ion kompleks besi(III) yang mengandung 3 ion oksalat mengurai menjadi ion kompleks besi(II) yang mengandung dua ion oksalat dan radikal ion oksalat bermuatan -1; tahap-2 radikal oksalat tersebut mengurai menjadi karbon dioksida dan radikal karbondioksida bermuatan -1; tahap-3 radikal karbon dioksida ini bereaksi dengan besi(III) oksalat menjadi besi(II) yang mengandung tiga ion oksalat dan karbon dioksida; tahap-4 ion kompleks besi(III) yang mengandung tiga oksalat mengurai menjadi ion besi(II) bebas dan ion oksalat serta karbon dioksida.
Adanya ion besi(II) bebas dapat diuji dengan menggunakan larutan 2,2’-bipiridin (bpy) membentuk ion kompleks berwarna merah yang mengandung tiga molekulbpyatau dengan larutan heksasianoferat(III) membentuk ion kompleks 1:1 berwarna biru yang dikenal sebagaiPrussian Blue.
Untuk mendapatkan cetak biru dari suatu gambar atau diagram, sehelai kertas direndam dalam larutan kompleks besi(III) oksalat dalam kurun waktu tertentu. Kemudian kertas tersebut dikeluarkan dari larutan kompleks dan suatu objek/gambar diletakkan di atas permukaan kertas sensitif tersebut dan keduanya disinari dengan sinar UV. Bagian yang tertutup oleh objek/gambar tidak akan mengalami reaksi fotokimia tetapi bagian yang tidak tertutup akan mengalami reaksi fotokimia. Setelah itu, kertas tersebut dicuci dalam air dan direndam dalam larutan kalium heksasianoferat(III), maka dihasilkan cetak biru yang sesuai dengan objek/gambar aslinya.
a. Tuliskan persamaan reaksi besi(III) dengan ion oksalat membentuk kompleks yang
berwarna hijau (2 poin)
b. Gambarkan sketsa struktur kompleks dengan simbol oksalat (3 poin) c. Material sensitif dibuat dari 6 g besi(III) klorida heksahidrat dan 12,2 g kalium
oksalat monohidrat. Jika produk yang dihasilkan berupa garam kompleks dengan kation kalium dan rendemen 70%, hitung berapa g produk senyawa kompleks yang
dihasilkan. (4 poin)
d. Tentukan hibridisasi yang terlibat pada pembentukan kompleks tersebut. (2 poin) e. Sifat paramagnetik senyawa kompleks dapat diketahui dari nilai momen magnetik
dengan persamaan = ඥ݊(݊+ 2) dengan n = jumlah elektron yang tidak berpasangan. Hitunglah momen magnetik untuk kompleks tersebut. (3 poin) f. Tuliskan persamaan reaksi yang sesuai untuk mekanisme tahap-1 sampai tahap-4.
g. Tuliskan persamaan reaksi yang sesuai untuk pembentukan senyawa kompleks yang
berwarna merah dan biru. (4 poin)
h. Struktur Prussian Blue tertera pada Gambar berikut yang diambil dari German National Olympiad Problems2015:
Soal 5. Sel Konsentrasi (31 poin)
Diketahui potensial reduksi setengah sel berikut ini pada 298 K:
Cu+2+ 2 e–Cu Eo= +0,340 V Ag++ e–Ag Eo= +0,800 V
Untuk notasi sel berikut ini:
Cu(s) | Cu+2(aq), 1,00 mol/L || Ag+(aq) ,1,00M| Ag(s).
a. Hitung potensial standar sel (Eosel) , tuliskan reaksi di anoda dan katoda serta reaksi
selnya.
(4 poin)
Selanjutnya, anda membuat sel galvani tersebut (lihat diagram gambar) dengan melakukan variasi konsentrasi larutan Ag+(konsentrasi = x Mol/L)
Diperoleh dataEsel(potensial sel) hasil pengukuran sebagai berikut:
x (Mol/L) 0,100 0,050 0,0100 0,005 0,001
Esel(volt) 0,403 0,385 0,344 0,326 0,285
b. Alurkan pada grafik hubunganEo(sumbu y) sebagai fungsi log x (sumbu x).
(8 poin) c. Tentukan potensial sel untuk nilai x = 0,020 mol/L. (3 poin) d. Hitunglah tetapan kesetimbanganKuntuk reaksi sel di atas. (5 poin)
Sebanyak 3,00 g kalium iodida (KI) dilarutkan dalam air sehingga volumenya 50 mL. Larutan ini kemudian dicampurkan dengan 50 mL larutan AgNO3 0,200 M. Bila campuran
larutan yang terbentuk digunakan untuk menggantikan larutan AgNO3pada sel galvani di
atas, maka elektroda tembaga menjadi katoda dan potensial sel menjadi 0,420 V.
e. Tuliskan reaksi sel yang terjadi, tuliskan spesi yang berperan sebagai anoda dan
katoda. (3 poin)
Soal 6. Omega-3 Dalam Ikan (33 poin)
Negara Indonesia terbentang dari sabang sampai Merauke yang terdiri dari 33 propinsi mempunyai banyak macam ragam makanan khas setiap propinsinya. Salah satu makanan khas daerah provinsi Sumatera Selatan adalah apa yang dinamakan Empek-empek
(Pempek), jenis makanan yang bahan utamanya adalah ikan Belida. Sekarang ini, ikan Belida sudah langka dan sangat sukar didapat, sehingga dalam membuat empek-empek ikan Belida digantikan oleh ikan Gabus ataupun Tenggiri.
Ikan Gabus Ikan Belida Ikan Tenggiri
Ternyata ketiga jenis ikan tadi mengandung bahan kima yang disebut dengan omega-3. Peran Omega-3 dapat mencegah beberapa penyakit degeneratif dan meningkatkan kecerdasan anak. Perhatikan struktur Omega-3 di bawah ini.
O
Omega-3 adalah nama dagang dari senyawa asam linoleat dan banyak dijual pada toko-toko obat atau apotek.
a. Tuliskan nama IUPAC dari omega-3. (abaikan bentuk E/Z). (2 poin) b. Tuliskan jenis ikatan rangkap pada omega-3 (terisolasi atau terkonjugasi).(2 poin)
O OH
I
II III
c. Tentukan dan gambarkan struktur senyawa-senyawa yang akan anda dapatkan
pada fragmentasi I. (4 poin)
Kata kunci: Pereaksi Wittig
d. Tentukan dan gambarkan struktur senyawa-senyawa sederhana yang anda dapatkan pada fragmentasi II dan III. (8 poin) e. Tentukan dan gambarkan struktur senyawa yang dihasilkan jika produk reaksi dari
fragmentasi I yang mempunyai gugus asam karboksilat direaksikan dengan K2Cr2O7.
(4 poin )
Protein ikan Belida rasanya lebih gurih dari pada ikan Gabus atau ikan Tenggiri. Protein adalah merupakan polimer dari asam-asam amino yang membentuk ikatan peptida.
Suatu heksapeptida terdiri dari 6 asam amino yaitu: Arginin (Arg), Glysin (Gly), Leu (Leu), dan 3 molekul Prolin (Pro). Prolin dapat ditemukan baik di posisi N-terminal maupun C-terminal. Jika peptida tersebut dihidrolisis parsial, maka akan menghasilkan 3 fragmen sebagai berikut:
i). H – Gly – Pro – Arg – OH ii). H – Arg – Pro - - OH iii). H – Pro – Leu – Gly - OH
f. Tentukan urutan asam amino yang membentuk heksapeptida tersebut. (6 poin)
Ikatan peptida adalah ikatan yang terjadi antara dua atau lebih asam amino.
Soal 7 Inhibitor Tirosinase dalam Bengkuang (Pachyrhizus erosus) (35 poin)
Kuliner Sumatera Selatan lainnya adalah Tekwan, yaitu hidangan sup khas Palembang yang terbuat dari ikan dan sagu yang dibuat dalam ukuran kecil-kecil, dan disajikan dengan menggunakan kuah udang dengan rasa yang khas. Biasanya pelengkap tekwan adalah sohun, jamur dan irisan bengkuang. Walaupun hanya bahan pelengkap, namun umbi
bengkuang (Pachyrhizus erosus) memiliki banyak manfaat untuk kesehatan, diantaranya zat antioksidan dan pemutih kulit (mengandung zat inhibitor tirosinase yang mencegah
pembentukan zat pewarna kulit melanin). Salah satu senyawa inhibitor tirosinase yang terkandung dalam bengkuang adalah asam kojat dan turunannya. Asam kojat (C6H6O4)
memiliki pola sinyal dalam spektrum1H-NMR sebagai berikut: 1H (singlet, 9 ppm); 1H (singlet, 10,7 ppm, lebar); 1H (singlet, 6,2 ppm); 1 H (singlet, 5,5 ppm, lebar); 2H (singlet, 4,5 ppm). Untuk pola sinyal dalam spektrum13NMR nya adalah sebagai berikut: 4 sinyal karbon masing-masing pada geseran kimia 58, 112, 128, 163, 177 dan 181 ppm.
Spektrum IR asam kojat menunjukkan adanya gugus fungsi –CH- alifatik; gugus hidroksi (– OH); gugus karbonil (–C=O); gugus fungsi alkena terkonjugasi ( –C=C-); dan gugus fungsi eter (–C-O-C-).
a. Tentukan struktur asam kojat, berikan uraian yang jelas untuk penentuan struktur
tersebut. (6 poin)
Asam kojat dapat diubah menjadi berbagai senyawa turunannya yang memiliki berbagai aktivitas fisiologis dan farmako-aktif. Berikut adalah salah satu skema reaksi sintesis senyawa turunan asam kojat.
b. Gambarkan strukturH – Lberdasarkan skema reaksi di atas. (10 poin)
c. Gambarkan struktur senyawaMdanNsesuai skema reaksi di atas. (4 poin) d. Gambarkan mekanisme reaksi antara senyawa salisilaldehid dengan asetofenon
membentuk senyawaM. (4 poin)
e. Gambarkan mekanisme reaksi pembentukan cincin lingkar flavan dari senyawaN. (4 poin) f. Tentukan jumlah karbon kiral dalam struktur flavan, jumlah stereoisomer maksimum
dan konfigurasi absolut pada karbon kiral dalam struktur flavan. (3 poin) g. Tuliskan dua reaksi kimia yang dapat membedakan salisilaldehid dengan asetofenon
Soal 8. Polutan Organoklor (24 poin)
Pada periode 1950 – 1980-an, penggunaan pestisida dan insektisida berbasis senyawa organoklor banyak digunakan di bidang pertanian dan perkebunan di seluruh dunia. Sejumlah senyawa organoklor yang banyak digunakan pada periode tersebut antara lain adalah: Aldrin,Chlordane, Dieldrin, Endrin, danHeptachlor. Kelima senyawa tersebut sejak tahun 1980 sudah dilarang penggunaannya mengingat banyak efek yang merusak
terhadap lingkungan dan kesehatan. Senyawa-senyawa tersebut dikelompokkan sebagai senyawa polutan organik yang persisten (persistent organic pollutant, POP), yaitu polutan organik yang di lingkungan sulit diuraikan secara alami (persisten) baik secara kimia, biologis maupun fotolitik. Polutan polutan tersebut bersifat toksik dan bioakumulatif dalam rantai makanan karena mudah larut dalam lemak.
Kelima senyawa organoklor tersebut disintesis dari senyawa prekursor yang sama, yaitu heksaklorosiklopentadiena (A), yang mengalami reaksi sikloadisi Diels-Alder dengan senyawa alkena yang aktif, diantaranya adalah norbornadiena dan siklopentadiena. Aldrin, Dieldrin dan Endrin dihasilkan dari reaksi Diels-Alder antaraAdengan norbornadiena, sedangkanChlordanedanHeptachloradalahadductDiels-Alder antaraAdengan siklopentadiena.
a. Gambarkan struktur senyawa A. (2 poin)
b. Struktur norbornadiena adalah sebagai berikut: .
Gambarkan mekanisme reaksi pembentukan senyawa Aldrin (C12H8Cl6) yang
merupakan produk reaksi Diels-Alder antara norbornadiena dengan A. (4 poin)
c. Dalam sintesis Aldrin pada (b), tuliskan senyawa mana yang merupakan diena dan senyawa mana yang merupakan dienofil dalam reaksi Diels-Alder tersebut.(2 poin)
d. Senyawa Aldrin apabila direaksikan lebih lanjut dengan asam peroksikarboksilat seperti meta-Chloroperoxybenzoic acid (mCPBA), maka akan mengalami epoksidasi pada cincin norbornen menghasilkan dua senyawa yang merupakan stereoisomer satu sama lain, yaitu Dieldrin dan Endrin yang memiliki rumus molekul C12H8Cl6O. Gambarkan mekanisme reaksi umum untuk epoksidasi alkena oleh
mCPBA. (4 poin)
e. Gambarkan struktur Dieldrin dan Endrin dengan menunjukkan perbedaan stereokimia endodaneksoantara keduanya. (6 poin)
f. Senyawa Chlordane (C10H6Cl8) dihasilkan dari reaksi Diels-Alder antara senyawa A
g. Salah satu cara untuk menguraikan organoklor dari perairan adalah dengan proses ozonolisis. Jika senyawa Heptachlor yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini diozonolisis menggunakan ozon (O3) yang dilanjutkan dengan proses oksidatif
menggunakan hidrogen peroksida, H2O2, maka gambarkan struktur produk yang
terbentuk dari proses tersebut. (3 poin)
Cl
Cl Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Heptachlor (C10H5Cl7)
