Diktat UAS Semester 3

8/10/2019 Diktat UAS Semester 3

1/112

1

DIKTAT Semester 3 ~ Departemen Teknik Kimia

Diktat UASSemester 3

Akademis IMTK 2014

Bersatu dan Peduli

Menebar Manfaat


2/112

2


DAFTAR ISI

NERACA MASSA DAN ENERGI _________________________________________ 3

KIMIA FISIKA ________________________________________________________ 37

KIMIA ANALITIK _____________________________________________________ 63

KOMPUTASI NUMERIK ________________________________________________ 83

PERISTIWA PERPINDAHAN ____________________________________________ 88

ILMU BAHAN DAN KOROSI ____________________________________________ 98

SELAMAT BELAJAR!

SEMOGA SUKSES!

AKADEMIS IMTK 2014


3/112

3


Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler

Mata Kuliah : Neraca Massa Energi

Sifat : Buku Text Terbuka

Hari/Tanggal : Senin/14 Desember 2009

Waktu : 90 menit

1. (20%) Hitunglah kalor reaksi standar dari data panas pembentukan untuk reaksi

berikut ini:C2H4 (g) + HCl (g) CH3CH2Cl (g)

2.

(20%) Sebuah industri gas alam menghasilkan gas alam dengan komposisi; CH480%,

CO27% dan sisa C2H2. Hitunglah kapasitas panas campuran tersebut.

3. Proses baru, diajukan untuk menghasilkan gas etilena (C2H4) dari propana (C3H8)

pada tekanan atmosferik dengan reaksi berikut:

C3H8(g) + 2O2(g) C2H4 (g) + CO2(g) + 2H2O (g)Produk meninggalkan sistem pada 800 K dan C3H8 masuk pada suhu 500 Ksementara O2 masuk pada 300 K. Dalam proses tersebut, C3H8digunakan berlebihan

15% (dari jumlah yang ditunjukan dalam persamaan), tetapi konversi keseluruhan dair

C3H8 hanya 50%. Berapakah kalor yang ditambahkan atau dikeluarkan dari proses

tersebut per mol masukan C3H8ke dalam proses tersebut (40%)

4.

2 lb CO2dikalorkan dari cairan jenuh pada 30 0F sampai 650 psia dan 175 0F

a. Berapa volume spesifik CO2pada keadaan akhir?

b. Apakah CO2 pada keadaan akhir berada dalam fase gas, cair, padat atau

campuran dari 2 atau 3 fase? (20%)

NERACA MASSA DAN ENERGI


4/112

4



Sifat : Open Book

Hari/Tanggal : -

Waktu : 90 menit

1. Konsep baru diterapkan pada industri pembuatan etilen yang menggunakan etanol

sebagai reaktan. Reaksi yang terjadi ialah reaksi dehidrasi dengan persamaan reaksi

sbb:

C2H5OHC2H4+ H2OPada industri ini, etanol sebagai reakstan dimasukkan ke raktor dari bagian bawah

reaktor yang kenudian oleh katalis dalam reactor dikonversi menjadi etilen dan airyang dikeluarkan dari bagian atas reaktor. Reaktor memiliki ketinggian 2 meter.

Keluaran reaktor selanjutnya dipisahkan pada separator sehingga etilen dan air keluar

sebagai produk dengan aliran yang terpisah.

BDF proses adalah sbb:

Reaktan (etanol) berupa campuran 80% mol etanol dan 20% mol air pada suhu 220 0F

dengan densitas 0,003 lb/ft3 diumpankan ke reaktor dengan laju alir 1010 lb//jam

melewati sebuah pipa dengan diameter 6 inch. (Gunakan Gambar I.1 untuk

menentukan entalpi larutan etanol). Produk keluar separator adalah etilen dan uap air

(steam) yang masing-masing dialirkan pada pipa berdiameter 6 inch. Kondisi kedua

produk ini adalah suhu 200 0F dan tekanan 1 atm dengan densitas etilen sebesar

0,0018 lb/ft3 sedangkan densitas uap air adalah 0,001 lb/ft3. (Gunakan Tabel D.3

Sistem

absorpsi mixerSplitter


5/112

5


untuk menentukan entalpi etilen dan gunakan steam table untuk menentukan entalpi

steam).

a. Hitunglah panas yang diperlukan atau dikeluarkan oleh sistem produksi etilen

tersebutb.

Apabila diperlukan panas, berapa steam yang harus disediakan dan apabila

dikeluarkan panas, berapa steam yang terbentuk pada jaket reaktor?

(steam pada kondisi P=1 atm dan T=200 0F)

2. Reaktor pada sebuah industri larutan ammonium hidroksida menghasilkan larutan

dengan konsentrasi 80% berat NH3dan 20% air pada suhu 120 0F dengan densitas 50

lb/ft3. Untuk proses selanjutnya, larutan ini harus diencerkan dan dinaikkan suhunya.

Untuk keperluan tersebut, larutan yang keluarkan reaktor dimasukkan dalam tangki

mixer yang bervolume 10 ft3dan memiliki pengaduk dengan daya 100 kW. Larutan

ammonium hidroksida dimasukkan sampai volume tangki mencapai setengahnya.

Selanjutnya kedalam tangki mixer dimasukkan air dalam keadaan jenuh pada suhu

212 0F sebanyak 124 lb (densitas air 62 lb/ft3) dan terakhir dimasukkan steam pada

kondisi suhu 350 0F dan tekanan 50 psi. Apabila semua steam mengembun dan

bercampur menjadi larutan ammonium hidroksida. Berapa konsentrasi akhir larutan

(dalam % berat NH3) dan berapa suhu akhir larutan? (Gunakan Gambar I.2 untuk

mengerjakan soal ini)


6/112

6


Jawaban

1. JAWABAN

Diketahui:

Basis : 1 jam

Neraca massa total :F = F1 + F2

F1 = A + F3

F2 + F3 = P

Karena hanya 82% feed yang masuk ke sistem absorpsi, maka F di split (dipisahkan

menjadi dua aliran dengan komposisi aliran sama) F1 sebesar 820 mol dan F2 sebesar

180 mol.Dengan komposisi:

Kemudian dari informasi skema diketahui CH4 tidak ikut terabsorpsi sehingga pada F3, nilai

CH4F3= CH4F1= 644,5 mol, sehingga

F1 = 820 mol

C02 = 15% = 123 mol

H2S = 5% = 41 mol

COS = 1,4% = 11,5 mol

CH4= 78,6% = 644,5 mol

F2 = 180 mol

C02 = 15% = 27 mol

H2S = 5% = 9 mol

COS = 1,4% = 2,5 mol

CH4= 78,6% = 141,5 mol

F = 1000 mol

C02 = 15% = 150 mol

H2S = 5% = 50 mol

COS = 1,4% = 14 mol

CH4= 78,6% = 786 mol

F1 = 820 mol

C02 = 15% = 123 mol

H2S = 5% = 41 molCOS = 1,4% = 11,5 mol

CH4= 78,6% = 644,5 mol

F2 = 180 molC02 = 15% = 27 mol

H2S = 5% = 9 mol

COS = 1,4% = 2,5 mol

CH4= 78,6% = 141,5 mol

A = ? mol

C02 = ?H2S = ?

COS = ?

F3 = ? mol

C02 = ?H2S = ?

COS = ?

CH4 = ?

P = ? mol

CO2= ?

H2S = 1%

COS = 0,3 %

CH4= ?

Sistemabsorpsi mixerSplitter


7/112


8/112

8


F = 1000 mol

C02 = 15% = 150 mol

H2S = 5% = 50 mol

COS = 1,4% = 14 mol

CH4= 78,6% = 786 mol

F1 = 820 mol

C02 = 15% = 123 mol

H2S = 5% = 41 mol

COS = 1,4% = 11,5 mol

CH4= 78,6% = 644,5 mol

F3 = 726,5 molC02 = 82 mol

H2S = 0 molCOS = 0 mol

CH4 = 644,5 mol

P = 906,5 mol

CO2= 109 mol

H2S = 1% = 9 molCOS = 0,3 % = 2,5 mol

CH4= 786 mol

Gambar akhir menjadi:

Komposisi aliran

Komponen F F1 F2 A F3 P

mol % mol % mol % mol % mol % mol %

CH4 786 78,6 644,5 78,6 141,5 78,6 - - 644,5 88,7 786 86,7

H2S 50 5 41 5 9 5 41 43,8 - - 9 1

COS 14 1,4 11,5 1,4 2,5 1,4 11,5 12,4 - - 2,5 0,3

CO2 150 15 123 15 27 15 41 43,8 82 11,3 109 12

Total 1000 100 820 100 180 100 93,5 100 726,5 100 906,5 100

2. JAWABAN

Reaksi :

3C2H5OH + 2Na2Cr2O7+ 8H2SO43CH3COOH + 2Cr2(SO4)3+ 2Na2SO4+ 11H2OSkema:Basis : 100 mol F1

Sistem absorpsimixerSplitter

A = 93,5 mol

C02 = 41 mol

H2S = 41 molCOS = 11,5 mol

F2 = 180 mol

C02 = 15% = 27 mol

H2S = 5% = 9 molCOS = 1,4% = 2,5 mol

CH4= 78,6% = 141,5 mol


9/112

9


W

C2H5OH

H2SO4Na2Cr2O7

Cr2(SO4)3Na2SO4

F1

C2H5OH

F2

H2SO4Na2Cr2O7

Overall sistem

90% Konversi

D

CH3COOH

Dari informasi soal diketahui :

- Konversi overall sebesar 90%

- Aliran recycle = umpan segar C2H5OH = 100 mol

- H2SO4 (R) = 94% (R) = 94 mol

- C2H5OH (R) = 6% (R) = 6 mol

-

Laju umpan segar F2 untuk H2SO4 excess 20% dan untuk Na2Cr2O7 excess 10%

stoikiometrik C2H5OH

- H2SO4 = 8/3 (F1) = 8/3 (100 mol)

= 266,6 mol, karena excess 20% = 320 mol

- Na2Cr2O7 = 2/3 (F1) = 2/3 (100 mol)

= 66,6 mol, karena excess 10% = 73,3 mol

-

Pada D hanya ada CH3COOH, di W tidak terdapat CH3COOH.

-

Untuk mencari komposisi limbah mula-mula dibutuhkan reaksi overall, yaitu reaksi yang

hanya menyangkut sistem keseluruhan dengan input berupa F1 dan F2 kemudian output

berupa D dan W. Pada reaksi overall dengan konversi 90%, didapat data sebagai berikut:

Mixe

Reaktor

S

E

P

A

R

A

T

O

R

F1

C2H5OH

F2H2SO4F3

C2H5OH

H2SO4

Na2Cr2O

RC2H5OH

H2SO4

P

C2H5OH

H2SO4

Na2Cr2O7

CH3COOH

Cr2(SO4)3Na2SO4

H2O

W

C2H5OH

H2SO4

Na2Cr2O7

Cr2(SO4)3Na2SO4H2O

D

CH3COOH


10/112

10


3C2H5OH + 2Na2Cr2O7+ 8H2SO43CH3COOH + 2Cr2(SO4)3+ 2Na2SO4+ 11H2OAwal 100 mol 73,3 mol 320 mol - - - -

Reaksi 90 mol 60 mol 240 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol

Sisa 10 mol 13,3 mol 80 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol

Sehingga:

pada D karena hanya berupa CH3COOH maka hanya terdapat CH3COOH sebanyak 90 mol.

Dan pada W terdapat :

C2H5OH w = 10 mol

Na2Cr2O7 w = 13,3 molH2SO4 w = 80 mol

Cr2(SO4)3 w = 60 mol

Na2SO4 w = 60 molAir w = 330 mol

Kemudian untuk menentukan konversi sekali jalan reaktor dibutuhkan neraca reaksi input

dan output yaitu F3 dan P. Diketahui bahwa komposisi produk reaktor yaitu CH3COOH,

Cr2(SO4)3, Na2SO4 dan air tidak berubah pada P karena tidak keempat komponen tersebut

tidak mengalami reaksi lagi sejak P hingga ke D dan W.

Komposisi P:

CH3COOH p = 90 mol

Cr2(SO4)3p = 60 mol

Na2SO4p = 60 mol

Air p = 330 mol

Kemudian pada F3 merupakan reaktan berupa campuran aliran dari F1, F2 dan R sehingga

komposisi pada F3:

C2H5OH F3 = C2H5OH F1 + C2H5OH R = 100 mol + 6 mol = 106 mol

H2SO4 F3 = H2SO4 F2 + H2SO4 R = 320 mol + 94 mol = 414 mol

Na2Cr2O7 F3 = Na2Cr2O7 F2 = 73,3 mol

F3C2H5OH

H2SO4

Na2Cr2O7

PC2H5OH

H2SO4

Na2Cr2O7

CH3COOH

Cr2(SO4)3Na2SO4

H2O

Reaktor

X% konversi


11/112

11


Sehingga persamaan reaksinya:

3C2H5OH + 2Na2Cr2O7+ 8H2SO4

3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3+ 2Na2SO4+ 11H2O

Awal 106 mol 73,3 mol 414 mol - - - -

Reaksi 90 mol 60 mol 240 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol

Sisa 16 mol 13,3 mol 174 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol

Sehingga pada P terdapat komposisi:

C2H5OH p = 16 mol

Na2Cr2O7p = 13,3 mol

H2SO4p = 174 molCH3COOH p = 90 mol

Cr2(SO4)3p = 60 mol

Na2SO4p = 60 mol

Air p = 330 mol

Sehingga konversi C2H5OH pada reaktor adalahCO FCO pCO F = = 0,85 = 85%Ringkasan hasil hitungan:

KomponenF1

(mol)

F2

(mol)

R

(mol)

F3

(mol)

P

(mol)

D

(mol)

W

(mol)

C2H5OH 100 - 6 106 16 - 10

H2SO4 - 320 94 414 174 - 80

Na2Cr2O7 - 73,3 - 73,3 13,3 - 13,3

CH3COOH - - - - 90 90 -

Cr2(SO4)3 - - - - 60 - 60

Na2SO4 - - - - 60 - 60

Air - - - - 330 - 330

Total 100 393,3 100 593,3 743,3 90 553,3


12/112

12



Sifat : Open Book

Hari/Tanggal : Rabu/27 Desember 2006

Waktu : 90 menit

Sebuah industri methanol PT.DTK-SUGOI.tbk akan mengoperasikan reaktor untuk

mensintesis metanol yang akan menggunakan teknologi canggih yang baru dikembangkan

oleh DTK-UI. Teknologi baru yang dipakai ialah proses steam reforming yang mereaksikan

umpan CH4dengan H2O (steam) dan langsung menghasilkan metanol. Reaksi yang terjadi

adalah sbb:

CH4(g) + H

2O (g)

CH

3OH (l) + H

2(g)

Reaktor berupa silinder dengan tinggi 2 meter yang didalamnya terdapat katalis yang

diletakkan pada bagian atas reaktor. Pada bagian bawah reaktor terdapat pengaduk yang

dihubungkan dengan motor penggerak berkekuatan 100 HP. CH4 dan steam dimasukkan ke

reaktor melalui bagian paling atas sedangkan produk berupa metanol cair dan gas H2

dikeluarkan dari reaktor dari bagian paling bawah. Semua perpipaan untuk keluar masuk

umpan dan produk berdiameter 5 inchi.

CH4(g) siumpankan sebanyak 4444,8 lb/jam atau 277,8 lbmol/jam pada suhu 400K

dan tekanan 1 atm. Pada suhu dan tekanan tersebut, aliran CH4(g) dalam pipa 5 inchi adalah

sebesar 1,7 x 106 ft/jam. Sedangkan steam dialirkan ke reaktor dengan jumlah stoikiometi

pada tekanan 40 psi dengan suhu 400 0F . Pada kondisi ini, aliran steam ke reaktor adalah

sebesar 0,46 x 106ft/jam.

Sebagai produk reaksi yang masing-masing dikeluarkan melalui pipa pada bagian

paling bawah reaktor, cairan methanol sebesar 277,8 lbmol/jam keluar pada suhu 77 0C.

Dengan densitas 50 lb/ft3, maka kecepatan aliran metanol dalam pipa berdiameter 5 inchi

adalah 130,9 ft/jam. Sedangkan gas hidrogen sebanyak 277,8 lbmol/jam keluar reaktor pada

suhu yang sama dengan suhu methanol cair yaitu 77 0C dan tekanan 1 atm. Kecepatan aliran

produk gas H2pada pipa keluaran adalah sebesar 0,83 x 106ft/jam.

Perhitungan detil sangat diperlukan pada disain reaktor ini, oleh karena itu tidak ada

energi yang boleh diabaikan. Sebagai process engineer, anda diminta membantu menghitung:

a. Apakah diperlukan panas atau dikeluarkan panas dari reaktor? Berapa

besarnya (BTU/jam)?


13/112

13


b. Jenis energi apa yang paling berperan dalam proses ini? Berapa % dari energi

keseluruhan?

c. Apabila pada reaktor dipasang jaket, kedalam jaket tsb dialirkan air pendingin

atau steam? Dan berapa lajunya (lb/jam)? (air pendingin yang tersedia bersuhuawal 25 0C dan diharapkan bersuhu akhir 70 0C, sedangkan steam tersedia

pada suhu 400 0F tekanan 40 psi dan keluar jaket diharapkan berupa kondensat

yang merupakan cairan jenuh pada 1 atm)

Karena keberhasilan perhitungan ini menentukan karir anda di perusahaan, boss anda

(kepala process engineer) mengingatkan agar perhitungan dilakukan sesuai kaidah

perhitungan neraca massa dan energi yaitu:

1. Menggambar sistem keseluruhan dan menetapkan batas untuk sistem yang dihitung

2. Menentukan basis

3. Menentukan referensi utnuk menghitung tinggi

4. Menggunakan referensi suhu 25 0C untuk menghitung entalpi karena terdapat reaksi

kimia

5. Selalu menuliskan unit (satuan) pada angka di setiap perhitungan

6. Dll


14/112

14


Jawaban

System adalah OPEN SYSTEM

E = Q + W

(H + K + P), karena

E = 0, maka persamaan yang berlaku adalah

Q = -W + H + P + KBasis 1 jam operasiMenghitung W:

W = 100 HP.hr x 2,545.103BTU/1 HP.hr

= 254.500 BTU

Menghitung Ph = 2 m x 3,2808 ft/1 m= 6,56 ftP = 32,2 ft/s2x 6,56 ft x 1/(32,2 lbm.ft/lbf.s2) x 1 BTU/(778,2 ft.lbf)= 8,4.10-3BTU/lbP H2 = P CH3OH = 0

Steam, m = 277,8 lbmol x 18 lb/lbmol

= 5000 lb

P steam = 5000 lb x 8,4.10-3BTU/lb

= 42 BTU

CH4, m = 277,8 lbmol x 18 lb/lbmol

= 4444,8 lb

P CH4 = 4444,8 lb x 8,4.10-3BTU/lb

= 37,3 BTU

P total = P H2+ P CH3OH + P steam

= 79,3 BTU

Menghitung H

H = H reaksi + H sensible

Karena H reaksi dihitung menggunakan Hf dengan referensi suhu 25 0C, makasuhu referensi untuk menghitung H = 25 0Co Menghitung H reaksiHr = lbmol{(Hf H2 + Hf CH3OH) (Hf CH4 + Hf H2O)} kJ/gmol x 430

(BTU/lbmol)/(KJ/gmol)

= 277,8{(0-238,64)(-74,84241,826)} x 430

= 9.333.523,2 BTU


15/112

15


o Menghitung H sensibleH steam (H2O) (lihat steam table untuk saturated dan superheated steam)P = 40 psi, T=400 0F,

H steam (H2O) = 1236,4 BTU/lb

H steam (H2O) pada 25 0C (saturated) = 1095,5 BTU/lbm steam = 5000 lb H steam (H2O) = 5000 lb x (1236,41094,5) BTU/lb= 709.500 BTUH CH4(lihat tabel D-2 Appendix D)H CH4pada 400K = 4740 x 0,4306 = 2041 BTU/lbmolH CH4pada 25 0C atau 298K = 879 x 0,4306 = 378,5 BTU/lbmol

m CH4 = 277,8 lbmol

H CH4 = 277,8 lbmol (2041-378,5)BTU/lbmol= 461.842,5 BTUH H2 (lihat tabel D-6 Appendix D)H H2pada 350K = 2209 x 0,4306 = 951,2 BTU/lbmolH H2pada 25 0C atau 298K = 718 x 0,4306 = 309,2 BTU/lbmolm H2 = 277,8 lbmol

H H2 = 277,8 lbmol (951,2-309,2) BTU/lbmol= 178.347,6 BTUH CH3OH (menggunakan data a, b, c, d pada tabel E-1 Appendix E untuk menghitungCp)H CH3OH = 259,250,03358.10 1,1639.10) dT

=-259,25(350-298)+0,01679.

10(35022982)0,388.

10(35032983)

= -13.539,02 J/gmol x 0,2390 {(BTU/lbmol)/(J/gmol)}

= -3235,8 BTU/lbmol

= -101,12 BTU/lb

m CH3OH = 277,8 lbmol x 32 lb/lbmol

= 8889,6 lbH CH3OH = -101,12 BTU/lb x 8889,6 lb= -898.905,2 BTU

H Sensible = (H CH3OH + H H2)(H CH4 + H H2O)= (-898.905,2 + 178.347,6)(461.842,5 + 709.500) = -1.891.900,1 BTU


16/112

16


H = Hr + H Sensible= 9.333.523,2 + (-1.891.900,1)

= 7.441.623,1 BTU

Menghitung Kv CH3OH = 130,9 ft/jam; v H2 = 0,83.10

6ft/jam

v H2O = 0,46.106ft/jam; v CH4 = 1,07. 10

6ft/jamK = [{(m.v2)CH3OH + (m.v2)H2}{(m.v2)H2O + (m.v2)CH4)}]= [{(8889,6 x (130,9)2 + 555,6 x (0,83.106)2}-{5000 x (0,46.106)2 + 444,8 x

(1,07.106)2}] lbm.ft2/jam2 x (jam2/36002s2) x 1/(32,2 lbm.ft/lbf.s2) x (1 BTU/778,2

ft.lbf)= -8.897,1 BTU

Q = -W + H + P + K= -254.500 + 7.441.623,18.879,1 + 79,3

= 7.178.323,3 BTU

A.

Energi yang harus dimasukkan ke reaktor sebesar 7.178.323,3 BTU

B. Energi yang paling dominan adalah entalpi

terhadap seluruh besaran energi secara absolut, bagian entalpi adalah =

7.441.623,1/(254.500 + 7.441.623,1 + 8.879,1 + 79,3) x 100% = 96,5%

Oleh karena itu pada perhitungan awal, energi selain entalpi biasanya diabaikan

C. Pada jaket reaktor harus dialirkan steam untuk memasukkan panas ke reaktor

Open systemE = P = W = 0 dan untuk hitungan awal, K = 0Q = HH steam pada 400K 40 psi = 1236,4 BTU/lbH saturated liquid pada 1 atm = 180,07 BTU/lbPanas yang disuplai steam ke reaktor = (1236,4180,07)

= (1056,33 BTU/lb)

Laju steam yang diperlukan = 7.178.323,3 BTU/1056,33 BTU/lb

= 6.795,5 lb steam/jam

jaket reaktor

QSteam

kondensat


17/112

17



Sifat : Open Book

Tanggal : 19 Desember 2007

Waktu : 90 menit

Seorang walikota jenius bernama SUGIOSAN pada sebuah kota YOIMACHI

memerintahkan semua industri yang menggunakan bahan bakar harus melakukan pengolahan

terhadap gas buang hasil pembakarannya masing-masing. Pengolahan terhadap gas hasil

pembakaran ini dilakukan dengan memisahkan gas CO dari gas hasil pembakaran yang lain.

Gas CO ini kemudian diolah oleh perusahaan PT.IISHORAI milik pemerintah kota untuk

menghasilkan gas H2 yang akan dipakai sebagai bahan bakar pada kendaraan bermotor

menggantikan bensin/solar. Untuk itu, SUGIOSAN mewajibkan semua kendaraan bermotor

di kota itu memakai teknologi fuel cell yang menggunakan H2sebagai bahan bakar.

Untuk menghasilkan H2 sebgai bahan bakar, PT.IISHORAI mereaksikan 28.000

kg/hari CO dengan ekses 100% air menjadi CO2 dan H2. CO dan H2O sebagai reaktan

dipanaskan terlebih dahulu sehingga masuk reaktor bersuhu 500K tekanan 1 atm. Pada

reaktor dipasang jaket untuk mengambil panas yang dihasilkan reaksi karena reaksi ini

bersifat eksotermis. Ke dalam jaket dialirkan air pendingin dengan laju alir 425 ton/hari

dengan suhu awal 300 K dan suhu air pendingin keluar jaket adalah 340 K.

1. Hitunglah suhu produk reaksi keluar reaktor!

SUGOISAN belum puas dengan sistem ini dan merencanakan menggunakan air yang

keluar dari jaket reaktor untuk mengisi kolam renang sehingga menjadi kolam renang air

hangat. Kolam renang yang bervolume 120.000 m3 dan air kolam harus diganti tiap hari

karena suhu air sudah tidak lagi hangat pada hari berikutnya. SUGOISAN meminta

mahasiswa DTKUI membantu menghitung lagi dengan ketentuan sbb: kolam diisi air dari

keluaran jaket lalu ditambah air biasa (suhu 300K) sampai kolam menjadi penuh. Kemudian

panas yang dimiliki reaktor (H2 dan CO2) dipakai untuk memanaskan lagi air kolam sehingga

(H2dan CO2) menjadi bersuhu 300K.

2. Hitunglah suhu air kolam renang dan beri pendapat apakah suhu tersebut layak untuk

dipakai berenang?


18/112

18


Jawaban

1. Diketahui

Ditanyakan: suhu keluaran reaktor (B) ?

Asumsi:

Sistem berlangsung tunak artinya tidak ada akumulasi massa ataupun energi

( = 0) Besarnya perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan karena bernilai

jauh lebih kecil dari perubahan entalpi yang terjadi.

Sistem berlangsung dalam tekanan yang tetap (isobaric).

Tidak ada kalor yang keluar dari sistem, perpindahan kalor hanya terjadi antara

reaktan-produk dan jaket

Tidak ada perubahan fasa air pada jaket

Basis: Proses dalam 1 hari

Perhitungan neraca massa,

Untuk CO2, n =

n =

.. /

n = 1.000.000 mol

persamaan reaksi

CO + H2O CO2+ H2Diketahui 100% ekses air

CO H2O CO2 H2

Mula-mula 1.000.000 2.000.000 - -

Bereaksi - 1.000.000 1.000.000 1.000.000Akhir - 1.000.000 1.000.000 1.000.000

Perhitungan neraca energi

Untuk jaket,= Q + W( + )= Q = m c


19/112


20/112

20


Dengan ekstrapolasi didapat suhu akhir produk:

T

H

500 -615.1581500 -498.285

X -503.045

1H H1 = 2 1H2 H1 500503.045615.158 = 1500500489.285615.158

5 0 0112.113 = 1000125.873T = 1.390.683 K2. Diketahui :

volume kolam renang 120.000 m3

Aliran air keluaran jaket per hari 425 ton, suhu 340 K

Suhu air biasa 300 K

Kalor yang dihasilkan oleh keluaran produk sampai suhunya turun menjadi 300 KDitanya : suhu akhir kolam renang?

Jawab :

Volume air keluaran jaket

V = m / V = 425000 kg / 1000 kgm-3 = 425 m3

Jadi volume air biasa yang ditambahkan adalah sebanyak 119.575 m3.

Suhu air kolam renang ditambah kalorQ Kondensor = Q air biasa

m.c.T = m.c.T425.000 kg (T - 340) = 119.575.000 (300T)

T340 = 281.353 (300T)

T340 = 84.405,882281,353 T

282.353 T = 84.745,882

T = 300,14160 K

Besarnya kalor yang dihasilkan pada pendinginan produk reaktor


21/112

21


Produk Gmol T (K) H sensibel Hf H totalCO2 1.000.000 300 0,986-0,912 -393.51 -393.436

H2 1.000.000 300 0,763-0,718 0 45

H2O 1.000.000 300 0,905-0,837 -241.826 -241.758

-635.149

Q = HQ = H akhir - H awalQ = -635.149(-503.045) = -132.104 MJ

Reaktor mengeluarkan kalor sebesar nilai tersebut dan kolam menerima kalor dengan

nilai tersebut sehingga kalor yang ada pada sistem kolam renang bernilai positif.

Q = m.c.T132.104.000 KJ = 120.000.000 kg x 4,2 KJ/Kg K (T300,14160)K

132.104 Kj = 120.000 Kj x 4,2 KJ/Kg K (T300,14160)K

0,2621111 K = (T-300,14160) K

T = 300,403111 K

Suhu tersebut masih layak untuk digunakan sebagai kolam renang meskipun kuranghangat untuk kolam air panas.


22/112

22



Sifat : Open Book

Hari/Tanggal : Jumat/19 Desember 2008

Waktu : 90 menit

Dosen : Prof. Dr. Ir. M. Nasikin M.Eng.

Ir. Eva F. Karamah, MT.

Gelanggang renang Water Bumz akan membuat wahana tempat mandi air hangat.

Pemandian air hangat berupa kucuran air yang menyerupai hujan dimana air hangat tersebut

berasal dari tangki yang berada pada ketinggian 10 meter dihitung dari permukaan tanah

(lihat ilustrasi di bawah ini). Untuk menghasilkan air hangat tersebut, air dari permukaan

tanah bersuhu 300 K (boleh diasumsikan sebagai saturated water), dialirkan ke dalam tangki

menggunakan pipa berdiameter 4 cm dengan laju alir air = 0,285 liter/detik.

Sebagai sumber panas, steam dari boiler yang berada di permukaan tanah dialirkan ke

dalam tangki untuk dicampur dengan air. Steam dialirkan ke tangki melalui pipa berdiameter

6 cm dengan laju 136,2 kg/jam. Steam yang dipakai berada pada kondisi tekanan 200 Kpa

dengan suhu 400K.

Pada tangki dipasang pengaduk yang diputar oleh motor berkekuatan 1 PK agar

terjadi proses pencampuran yang sempurna antara air biasa dengan steam untuk

menghasilkan air hangat.

Air hangat yang dihasilkan pada tangki dikeluarkan melalui pipa dengan diameter 4

cm dan dialirkan ke arah permukaan tanah berupa kucuran air untuk fasilitas mandi air

hangat.

Tugas anda sebagai engineer adalah:

1.

Tentukan suhu air hangat yang dihasilkan untuk pemandian air hangat tersebut

2.

Beri komentar apakah suhu tersebut layak atau tidak untuk pemandian air hangat dan

apabila kondisinya belum layak, beri rekomendasi terhadap perubahan yangdiperlukan

agar kondisi air hangat layak sebagai pemandian air hangat


23/112

23


Jawaban

1. suhu air hangat yang dihasilkan untuk pemandian air hangat tersebut

a) Material yang masuk tangki (basis 1 jam)

Air (A) : V = 0,285 L/s = 1026 kg/jam = 0,000285 m3/sdibagi luas untuk mencari kecepatan laju alir=

,, = 0,227 m/sEkA = mv

2= .1026.(0,227)2 = 26,4 J = 0,0264 kJ

EPA= mgh = 1026.9,8.10 = 100,55 J = 0,1005 kJ

HA= 111,7 kJ/kg.1026 kg = 114.604,2 kJ (300K,saturated,dari steam tabel)

Steam (S) : P = 200 kPa, T = 400 K (V = 0,9624 m3/kg, H = 2720 kJ/kg)V = 136,2 kg/jam = 0,034 m3/s, = ,, = 12,03 m/sEks = .136,2.(12,03)2 = 9,9 kJ

Eps = 136,2 . 9,8 . 10 = 370,464 kJ

W = 1 pk = 2684,5 kJ

b)

Keluaran tangki (air panas)

Total keluaran =1026 + 136,2 =1162,2 kg/jam = 3,2.104m3/s

= ,. = ,., =0,2574 EkAP= .116,2.(0,2547)

2= 0,038 kJ

EPAP = 116,2 . 9,8 . 10 = 113,89 kJ

Open system terisolasi (Q = 0)

Pers. Neraca energi :

E = QW =(H + K + P)

H = W - K - PHAP(HA + HS) = W{KAP(KA + KS)}{PAP(PA + PS)}HAP(114.604,2 + 370.464)= 2683,5{0,038(0,0264 + 9,9)}{113,89(0,1 + 13,3)}HAP = 487.662,11 kJ (dibagi massa keluaran)Maka T air panas dapat dihitung dengan interpolasi pada steam tabel dan diperoleh :

T = 373,3 K = 200,3 0C

2. komentar

Air terlalu panas, rekomendasi antara lain mengurangi laju air steam


24/112

24


Ujian Akhir Semester Ganjil 2010/2011

Neraca Massa dan Energi

1. Pada aromatic center di pertamina cilacap, dihasilkan toluene yang mengalir keluar reactorpada tekanan 20 psi dan suhu 550 F, untuk proses pencairan yang nantinya digunakan pada

proses selanjutnya, toluene tersebut dimasukkan ke dalam tabung silinder berpiston yang

memiliki volume 1200 ft3. Toluene tersebut ditekan pada kondisi isothermal sampai

seluruhnya berubah menjadi cair. Tentukan: a. Tekanan akhir toluene (psia) b. Volume akhir

toluene (ft3) c. Apakah piston melepaskan kalor atau memerlukan kalor untuk proses

pencairan tersebut dan berapa besarnya (BTU)

2. Pak Nikiseru hendak membeli compressor untuk usaha tambal ban. Perusahaan tambal ban

yang direncanakan mampu menambal dan memompa ban truk sehingga diperlukan

compressor yang dapat menaikkan tekanan udara sampai 10 atm. Direncanakan pula dalam

sehari dapat memompa 2000 ban truk yang masing-masing ban memerlukan udara sebanyak

1,2 kg dengan lajua aliran dari compressor ke ban sebesar 3600 m/menit. Bantulah Pak

Nikiseru untuk menentukan berapa PK compressor yang diperlukan?

3. Alumnus DTK UI yang tinggal di puncak yang bersuhu 25oC, menginginkan agar lantai

rumahnya tetap hangat. Untuk itu, dibawah lantai rumah dibuat ruangan dengan volume 1000

ft3. Ke dalam ruangan tersebut dimasukkan steam pada kondisi tekanan 80 psi dan suhu

400oF dan setelah proses pemanasan, steam tersebut semuanya dirubah menjadi cairan jenuh

pada tekanan atmosfer. Hitunglah berapa suhu lantai dalam oC (massa lantai sekitar 10 tonatau 22000 lb dengan kapasitas kalor 3 BTU/lboF) dan beri komentar apakah cara yang

ditempuh dapat menghasilkan lantai yang hangat?

4. Sebuah reactor dipakai untuk merengkah (cracking) n-heksana menjadi propane dan

propilena. Reactor memiliki ketinggian 5 meter terdiri dari 2 bagian. Bagian bawah terdapat

pengaduk dengan motor 2 PK untuk mengaduk heksana sebelum diuapkan. Pada bagian atas

reactor terdapat katalis untuk merengkah heksana menjadi produk. Heksana dimasukkan di

bagian bawah reactor dengan laju 100 kg/jam atau 60 m/detik dalam bentuk cair pada suhu

300 K. produk propane dan propilena berbentuk gas dikeluarkan lewat bagian atas reactordengan laju masing-masing sebesar 40m/detik dengan suhu masing-masing sebesar 500 K.

pada reactor dipasang jaket yang dialiri steam pada tekanan 80 psia suhu 400oF, dan steam

berubah menjadi cairan jenuh pada tekanan atmosfer sebelum keluar dari jaket. Steam ini

dipakai untuk mensuplai energy yang dikonsumsi reactor untuk proses reaksi maupun untuk

penguapan heksana cair menjadi umpan berbentuk gas. Tentukan laju alir steam yang

dibutuhkan (lb/jam).


25/112

25



26/112

26



27/112

27



28/112


29/112

29



30/112

30



31/112

31



32/112

32



33/112

33



34/112

34



35/112

35



36/112

36



37/112

37


KIMIA FISIKA

JUMAT, 13 DESEMBER 2013

60 MENITBUKU TERBUKA

Dr. ENY KUSRINI & Ir. RITA ARBIANTI, M.Si.

1. Kemampuan dari suatu adsorben dalam mengabsorp polutan gas memberikan data

berikut ini :

p/kPa 14,0 37,6 65,6 79,2 82,7 100,7 106,4

V/cm3 11,1 13,5 14,9 16,0 15,5 17,3 16,5

Buktikan bahwa data tersebut mengikuti isoterm BET, dan tentukan nilai c dan Vmax

Diketahui = 0oC , p* = 429,6 kPa

Suatu logam X diuji kemampuannya untuk mengabsorb polutan gas yang terbuang ke

lingkungan. Berikut ini adalah data dekomposisi gas pada permukaan logam X pada

suhu 1100 K:

Pawal NH3 (mm) 265 130 58 16

t1/2 7,6 3,7 1,7 1,0

Berdasarkan data di atas, buatlah persamaan laju reaksi dekomposisi gas pada

permukaan logam tersebut.

2. Jelaskan dan jawab soal berikut ini

a. Suatu padatan ingin diketahui struktur, morfologi, dan kandungannya. Apa

yang harus anda lakukan? Jelaskan secara singkat dan sistematis.

b.

Gambarkan bidang [111] pada struktur FCC dan tunjukkan atom yang mana

menyentuh atom dalam bidang

c. Densitas suatu berlian adalah 3,51 g/cm3pada suhu 25oC. Hitunglah jarak

ikatan C-C pada berlian tersebut.

KIMIA FISIKA


38/112

38


1a. Persamaan BET :

=

1 1 1

dapat disusun ulang menjadi 1 = 1 1 yang memiliki bentuk yang sama dengan persamaan linier (y= b+ mx)

di mana y=z/((1 -z)V),

m= (c- 1)/cVmax,

x=z,

b= 1/cVmax,dan

z=p/p*.

Kemudian dibuat tabel :

z z/((1-z)V)

0,032588454 0,003034796

0,087523277 0,007105064

0,152700186 0,012095287

0,184357542 0,014126712

0,192504655 0,015380467

0,234404097 0,017697809

0,247672253 0,019951995

Dari regresi linier pada kalkulator diperoleh

R2= 0,995 > 95% (terbukti bahwa data mengikuti isoterm BET),

b= 1/cVmax= 0,0004639 cm-3, dan

m= (c- 1)/cVmax= 0,07612 cm-3.

Sehingga

c= 165,1, dan

Vmax= 13,06 mm3.

(Soal yang mirip ada di Atkins edisi 9 halaman 892-893)


39/112

39


1b. Karena hanya ada 1 reaktan (yaitu NH3, yang penulisannya akan disederhanakan

menjadi A), persamaan laju reaksinya adalah

=

=

Mengintegrasi dengan kondisi awalPA=PA0ketika t= 0, dihasilkan

= 1 1 1 1= 1 1 1

Waktu-paruh didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk mengurangi tekanan

menjadi setengah dari nilai awalnya; yaitu, = ketika = sehingga persamaan sebelumnya menjadi

= 2 1 1 1Mengambil logaritma natural dari kedua sisi persamaan di atas diperoleh persamaan

ln = ln 2 1 1 1 lnyang memiliki bentuk yang sama dengan persamaan linier (y= b+ mx)

di mana y= lnt1/2,

m= 1 - ,

x= lnPA0, dan

b= ln .Kemudian dibuat tabel :

lnPA0 lnt1/2

2,772589 0

4,060443 0,530628

4,867534 1,308333

5,57973 2,028148


40/112

40


Dari regresi linier pada kalkulator diperoleh

b= ln = -2,146, danm= 1 - = 0,720.

Sehingga

= 0,28, dan

k= 4,666

Maka persamaan laju reaksinya adalah

=4,666,(satuan kseharusnya dituliskan bersama nilainya, namun ini tidak demikian karena

satuan data-data pada soal tidak begitu jelas dan sulit saya tebak).

(Penurunan rumus seperti ini ada di Fogler edisi 4 halaman 280-281)

2a. StrukturXRD

MorfologiXRD atau SEM atau AFM

Kandunganspektroskopi

(Dari bacaan pemicu tahun lalu)

2b. Bidang [111] :

Struktur FCC :


41/112

41


Penunjukkan atom FCC yang menyentuh bidang [111] :

2c. Space modeldari berlian adalah

dan proyeksi dari model tersebut (yang memperlihatkan koordinat fraksi) adalah

Untuk menghitung jarak ikatan C-C digunakan prinsip geometri biasa bersama

dengan konsep sel satuan :

= /di mana l: jarak C-C,

a : panjang sisi sel,

(x1,y1,z1) : koordinat fraksi dari C pertama, yaitu (0,0,0), dan


42/112

42


(x2,y2,z2) : koordinat fraksi dari C ke-2, yaitu (, , ).

(pasangan titik (C) yang dipilih boleh yang mana saja asalkan dapat mewakili 1

ikatan C-C)

adapat diperoleh dari perhitungan densitas untuk suatu unit sel :

Densitas unit sel = total massa atom-atom di dalam sel / volum sel

= (jumlah atom di dalam sel massa tiap atom) / (panjang sisi sel)3

= (jumlah atom di dalam sel [massa satu mol atom / bilangan avogadro]) / (panjang sisi

sel)3

= N (Mr/ NA) / a3

diketahui dari soal,

N= jumlah dari : fraksi volum atom pada suatu posisi jumlah atom pada posisi

tersebut = (1/8 8) + ( 6) + (1 4) = 8

(1/8 adalah fraksi volum dari atom pada sudut sel dan 8 adalah jumlahnya; adalah

fraksi volum dari atom pada sisi sel dan 6 adalah jumlahnya; 1 adalah fraksi volum

dari atom pada koordinat (, , ), dan 4 adalah jumlahnya)

Mr= 12 g/mol

NA= 6.02 1023mol-1

Sehingga didapatkan

a= 356,8 pm

Maka

l= 154,5 pm

(Cara penentuan ldari ajuga ada di terjemah Alberty edisi 5 halaman 281-282)


43/112

43



44/112

44


Ujian Akhir Semester Ganjil 2006/2007

Kimia Fisika 2

Tanggal : 27 Desember 2007

Waktu : 90 menit (08.00-09.30)Sifat : Open book

Seorang mahasiswi Teknik Kimia sedang mengerjakan tugas akhirnya tentang pemanfaatan

minyak kelapa sebagai emulsifier. Senyawa yang ingin diperolehnya adalah sodium lauril

sulfat dengan rumus kimia (secara umum) sebagai berikut:

CH3-(CH2)10-15-CH2-O-SO3-Na

Penelitiannya dimulai dengan mengubah trigliserida (TG), yang merupakan kandungan

terbesar dalam minyak kelapa, menjadi metil ester dan gliserol (GL) melalui reeaksi

transesterifikasi. Reaksi overall transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah

sebagai berikut:

katalis

TG + 3MeOH 3RCOOMe + GL

Reaksi di atas sebenarnya terdiri atas 3 tahapan reaksi, yaitu:

Dengan DG dan MG adalah digliserida dan monogliserida, dan R yang diharapkan adalah

senyawa laurat (-C12). Untuk mendapatkan metil laurat, metil ester yang diperoleh kemudia

dipisahkan dengan memanfaatkan perbedaan titik leleh antara asam-asam lemak yang ada.


45/112


46/112

46


Jawaban

1. Reaksi di atas termasuk dalam reaksi bertahap dan juga reaksi berantai. Untuk

menyelesaikannya, kita dapat menerapkan apa yang dikenal dengan nama steady state

principle. Prinsip ini menyatakan bahwa ketika dalam suatu reaksi terdapat suatu

intermediate maka laju pembentukan intermediate akan sama dengan laju hilangnya

intermediate. Intermediate adalah molekul yang terbentuk pada suatu tahap reaksi dan

kemudian hilang pada tahap reaksi yang berikutnya. Intermediate pada reaksi ini adalah

DG dan MG.

Laju pembentukan DG = laju hilangnya DG

k1[TG][MeOH]+k5[MG][RCOOMe]=k4[DG][RCOOMe]+k2[DG][MeOH]

[DG] = k1[TG][MeOH]+k5[MG][RCOOMe] (a)

k4[RCOOMe]+k2[MeOH]

Laju pembentukan MG = laju hilangnya MG

k2[DG][MeOH]+k6[GL][RCOOMe]=k5[MG][RCOOMe]+k3[MG][MeOH]

[MG] = k2[DG][MeOH]+k6[GL][RCOOMe] (b)

k5[RCOOMe]+k3[MeOH]

Laju pembentukan metil laurat

d[RCOOMe]= k1[TG][MeOH]+k2[DG][MeOH]+ k3[MG][MeOH] (c)

dt

Kemudian substitusi nilai [MG] ke dalam [DG] sehingga nantinya didapat

[DG] = k1k5[TG][MeOH][RCOOMe]+k1k3[TG][MeOH]2+k5k6[GL][RCOOMe]

2 (d)

k4k5[RCOOMe]2+k3k4[RCOOMe][MeOH]+k2k3[MeOH]

2

Setelah itu masukkan kembali nilai [DG] ke nilai [MG], sehingga didapat nilai [MG]

yang baru : (lakukan substitusi sendiri)

Masukkan nilai (d)dan (e)ke persamaan (c): (lakukan substitusi sendiri)

2. Dalam postulatnya, Brunauer, Emmett, dan Teller mengembangkan persamaan Langmuir,

sehingga dapat digunakan untuk menjelaskan adsorpsi multimolekular pada permukaan

adsorben padat. Persamaan BET yaitu:


47/112

47


= 1 1 . Dimana: V = volume gas teradsorp pada tekanan P

Vm = volume gas teradsorp untuk membentuk lapisan monolayer

Po = tekanan uap jenuh

C = konstanta pada temperatur yang diberikan dapat berupa:

Catatan: semua satuan volume diturunkan pada kondisi standar (STP)

Sebenarnya, untuk memperoleh harga Vm dan C, dibuat plot antarasebagai fungsiyang berupa grafik garis lurus. Nantinya grafik akan memotong sumbu pada

dan memiliki gradient

. namun, karena tidak diberikan data V maka kita harus

bertanya apakah soalnya benar dan tidak ada koreksi. (pesan: pokoknya cara ngerjainnya

begitu, jadi kembangin aja sendiri ya =D)

3. Senyawa tersebut (sabun) dapat digunakan sebagai emulsifier dalam minyak dan air

karena sabun memiliki 2 jenis kepala yaitu :

- Hidrofil yang suka air

- Hidrofob yang suka minyak

Masing-masing kepala akan mengikat air dan minyak mengakibatkan air dan minyak

dapat bersatu.

Kestabilan emulsi adalah kemampuan emulsi untuk mempertahankan kondisinya. Makin

stabil suatu emulsi, makin sulit emulsi tersebut untuk dipisahkan, sebaliknya emulsi yang

tidak stabil akan sangat mudah dipisahkan.

Cara menguji kestabilan emulsi:

- Dipanaskan

-

Didiamkan untuk beberapa waktu/diendapkan

- Diberi zat anti emulsi

4.


48/112

48


Note:

- Sumbu kiri A = 0% B = 100%

- Sumbu kanan B = 0% A = 100%

- Pembuatan diagram fasa dan penamaan diagram secara detail dapat dilihat di buku Maron

Lando hal 630-645

- Pertama buat titik di tempat dimana diberikan presentase masing-masing bagian pada

kurva pendinginan

- Sumbu horizontal menandakan suhu, makin suhu turun, titik akan turun ke bawah. Jika

titik turun menemui lembah maka titik itu akan ikut turun bersama lembah sampai

bertemu dengan titik azeotrop

Cara membaca kurva pendinginan:

- Garis yang menurun berarti suhu turun, titik di diagram fasa juga ikut turun

- Perubahan gradient berarti titik bertemu dengan lembah

-

Garis horizontal berarti titik bertemu dengan titik azeotrop


49/112

49


Ujian Akhir KIMIA FISIKA 2 Semester Ganjil 2007/2008

1.

Magnesium oksida dan nikel oksida diketahui tahan terhadap suhu tinggi. Walaupun

demikian, keduanya akan meleleh jika berada pada suhu yang cukup tinggi. Karakteristik

dari campuran kedua senyawa ini sangat menarik bagi industri keramik. Gambarkandiagram suhu vs komposisi untuk sistem tersebut di atas dengan menggunakan data di

bawah ini, dimana x sebagai fraksi mol MgO di dalam padatan dan y sebagai fraksi mol-

nya di dalam cairan.

Suhu (oC) 1960 2200 2400 2600 2800

X 0 0,35 0,60 0,83 1,00

Y 0 0,18 0,38 0,65 1,00

Tentukan:a.

Titik leleh campuran, jika x = 0,30.

b. Komposisi dan proporsi fasa yang ada, jika padatan dengan komposisi pada (a)

dipanaskan hingga suhu 2200oC

c.

Suhu pada saat cairan yang komposisinya y = 0,70 mulai memadat.

2. Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan

dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika

pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan

pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan

tidak teroksidasi.

Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben.

Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi

lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-

bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang

akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut

sebagai arang aktif.

Suatu penelitian dilakukan untuk melihat kemampuan arang (padat) mengadsorps asam

asetat (cair), dimana adsorpsi cair dalam padatan seringkali mengikuti isotherm

Freundlich. Data yang diperoleh dari proses adsorpsi asam asetat pada arang tersebut,

pada suhu 25oC adalah sbb:

[asam](M) 0,05 0,10 0,50 1,0 1,5

Wa(gr) 0,04 0,06 0,12 0,16 0,19


50/112


51/112

51


Jawaban

1.

Dari data dapat dibuat grafik kesetimbangan MgO-NiO sbb:

a. Titik leleh campuran jika x = 0.3

Untuk mengetahui suhu campuran mulai meleleh dari grafik kesetimbangan saat x =

0,3 (titik A) ditarik garis lurus keatas hingga menyentuh kurva padatan (titik B), dari

titik B ditarik garis ke kiri untuk mengetahui suhu. Dan didapat titik leleh sekitar

2150oC

b. Fraksi dan komposisi jika padatan pada (a) dipanaskan hingga 2200oC

Untuk mengetahui komposisi dari grafik kesetimbangan saat x = 0,3 (titik A) ditarik

garis lurus ke atas hingga menyentuh garis suhu 2200oC (titik C). Dari titik C ditarik

garis ke kanan dank e kiri sampai menyentuh kurva padatan (titik E) dan cairan (titik

D). Dari titik D ditarik garis lurus ke bawah untuk mendapatkan komposisi cairan,

dan didapat komposisi cairannya adalah 18%MgO 82%NiO. Dari titik E ditarik

garis lurus ke bawah untuk mendapatkan komposisi padatannya, dan didapatkan

komposisi padatannya adalah 35%MgO65%NiO.

c. Suhu saat cairan mulai memadat jika y = 0,7

Dari daerah fasa cair, ditarik garis lurus ke bawah dengan y = 0,7, saat menyentuh

kurva cairan (titik F) tarik garis ke kiri untuk mendapatkan data suhu, dan didapat

suhu cairan mulai memadat sekitar 2650oC.

2.

Penyelesaian:


52/112

52


a. Untuk menguji isotherm Freundlich, perlu dibuat grafik antara log C vs log y, jika

grafik yang dihasilkan linear maka memenuhi isotherm Freundlich.

Persamaan isotherm Freundlich:

y = kc1/n

log y = 1/n log C + log k

p = ax + b

y (gr) C (M) p=log y (sb-y) log C (sb-x)

0.04 0.05 -1.397940009 -1.301029996

0.06 0.1 -1.22184875 -1

0.12 0.5 -0.920818754 0.301029996

0.16 1 -0.795880017 00.19 1.5 -0.721246399 0.176091259

Dengan least square didapat:

1/n = slope

n = 1/slope = 1/0.45 = 2.22

log k = b

k = 10b= 10-0.7931= 0.161

maka didapat parameter pada pers. Freundlich yaitu n = 2.22 dan k = 0.161


53/112

53


a. Untuk menguji apakah Pers. Langmuir merepresentasikan soal ini dengan lebih baik,

maka perlu dibbuat grafik C vs C/n, dan dilihat apakah grafiknya linear, jika

grafiknya linear maka dilihat dari nilai R2dari grafik Freundlich dan Langmuir. Nilai

R2

yang lebih besar lebih bagus.Pers. Langmuir: = 1 =

C (sb-x) Massa Mol C/n (sb-y)

0.05 0.04 0.000667 75

0.1 0.06 0.001 100

0.5 0.12 0.002 250

1 0.16 0.002667 375

1.5 0.19 0.003167 473.6842

Dengan least square didapat:

Dari grafik terlihat bahwa nilai R2 yang dihasilkan oleh isotherm Freundlich lebih

besar dibandingkan dengan Langmuir. Maka isotherm Freundlich merepresentasikan

soal ini dengan lebih baik. Pers BET tidak diuji cobakan karena BET digunakan untuk

soal dengan variasi tekanan.

Note: Jangan sepenuhnya percaya dengan jawaban ini ya


54/112

54


Ujian Akhir KIMIA FISIKA 2 Semester Ganjil 2008/2009

1.

Berikut adalah data adsorpsi gas A dalam larutan B pada suhu 18,6oC, yaitu:

p (kPa) 5.3 8.4 14.4 29.2 62.1 74.0 80.1 102.0

V (cm3

) 9.2 9.8 10.3 11.3 12.9 13.1 13.4 14.1

Ujilah, apakah data yang diberikan mengikuti persamaan Langmuir ataukah BET. Dan

tentukan variabel/konstanta dari persamaan yang sesuai dengan fenomena adsorpsi gas

tersebut dalam larutan. Diketahui p* = 819.7 kPa

2. Data berikut adalah data adsorpsi H2pada permukaan 1,00 g Cu pada suhu 0oC (kondisi

STP), yaitu

p (atm) 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250V (cm3) 23.8 13.3 8.70 6.80 5.71

Tentukan volum untuk membentuk lapisan monolayer dan tentukan luas permukaan Cu.

Diketahui densitas dari hidrogen cair adalah 0.708 g cm-3.

3.

Figure 1 and 2 show the experimentally determined phase diagrams for nearly ideal

solution of hexane and heptane. (a) Label the regions of the diagrams to which phases are

present. (b) For a solution containing 1 mol each of hexane and heptane, estimate the

vapour pressure at 70oC when vaporization on reduction of the external pressure just

begins. (c) What is the vapour pressure of the solution at 70oC when just one drop of

liquid remains. (d) Estimate from the figures the mole fraction of hexane in the liquid and

vapour phases for the condition of part (b). (e) What are the mole fractions for the

condition of part (c)? (f) At 85oC and 760 torr, what are the amounts substance in the

liquid and vapour phases when zheptane= 0.40?


55/112

55


y = 0.0696x + 0.3697

R = 0.9967

0

1

2

3

4

5

6

78

0 20 40 60 80 100 120

P/V

P

Grafik Langmuir

Jawaban

1a. Persamaan Langmuir

= 1

= Dengan metode least square didapat:

y = 0.0696x + 0.3697; R2= 0.9967

b/a 1/a

1/a = 0.3697; a = 2.7049 b/a = 0.0696; b = 0.1883

1b. Persamaan BET

P* = Po= 819.7 kPa

= 1

( 1

)

= Dengan metode least square didapat:y = 0.0795x + 0.0003; R2= 0.9994

= 1 =0.0795 = 1 =0.0003

= 1 = 0.07950.0003 1 = 2 6 6

= 1 = 1266 . 0.0003 =12.53

Dipilih BET, karena memiliki nilai R2yang lebih mendekati 1.

P V P/V

5.3 9.2 0.576087

8.4 9.8 0.857143

14.4 10.3 1.398058

29.2 11.3 2.584071

62.1 12.9 4.813953

74 13.1 5.648855

80.1 13.4 5.977612

102 14.1 7.234043


56/112

56


2. Dibuat grafik BET, dengan rumus: = 1 ( 1 ) = P V P/V P/P0 (P0-P) P/(V*(P0-P)

0.05 23.8 0.00210084 0.05 0.95 0.00221141

0.1 13.3 0.007518797 0.1 0.9 0.00835422

0.15 8.7 0.017241379 0.15 0.85 0.02028398

0.2 6.8 0.029411765 0.2 0.8 0.03676471

0.25 5.71 0.043782837 0.25 0.75 0.05837712

P V P/V P/P0 (P0-P) P/(V*(P0-P)

5.3 9.2 0.576087 0.006466 814.4 0.00070738

8.4 9.8 0.857143 0.010248 811.3 0.00105651

14.4 10.3 1.398058 0.017567 805.3 0.00173607

29.2 11.3 2.584071 0.035623 790.5 0.00326891

62.1 12.9 4.813953 0.075759 757.6 0.00635422

74 13.1 5.648855 0.090277 745.7 0.00757524

80.1 13.4 5.977612 0.097719 739.6 0.00808222

102 14.1 7.234043 0.124436 717.7 0.01007948

y = 0.2815x - 0.017

R = 0.9565

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

P/(V*(P0-P)

P/P0

Grafik BET


57/112

57


Didapatkan persamaan y = 0.2815x - 0.017Dimana Po= 1 atm

= 1 =0.2815 = 1 =0.017

= 1 = 0.28150.017 1=15.56 = 1

= 1

15.56 . 0.017=3.781

= . = 63.550. 708 . 6.02 .10 = 1.49 10 = (. ) . = 1 atm. 3.781 cm382.05 cm3atm K-1mol-1 . 273.2 K 6.02 . 1023 molekulmol x 1.49 x 10-22 cm2 molekul = 0.015 Dimana:

= Luas permukaan padatan per m

adsorben

Po = 1 atm

To= 273.2 K

N = bilangan Avogadro

S = luas permukaan 1 molekul

adsorbat

R = konstanta gas

Vm = vol yang dibutuhkan untuk

membentuk lapisan monolayer

y = 0.2815x - 0.017

R = 0.9565

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

P/(V*(P0-P)

P/P0

Grafik BET

Series1

Linear (Series1)


58/112

58


(a) (bisa dilihat pada gambar di atas; dimana v=vapour, l=liquid)

(b)zC6= 0.5 ; zC7= 0.5, tekanan saat penguapan baru dimulai = 620 torr

(c)P saat titik terakhir liquid tersisa = 500 torr

(d)Untuk kondisi B, zC7= 0.09, zC6= 1-0.09 = 0.91

(e)Untuk kondisi C, zC7= 0.27, zC6= 1-0.27 = 0.73

(f) Semua vapour


59/112


60/112

60



61/112

61



62/112

62



63/112

63


UJIAN AKHIR SEMESTERKIMIA ANALITIK 2013/2014

Waktu : 90 menit

Pengajar : Dr. Ir. Dianursanti, MT

1.

Anak usia sekolah adalah investasi bangsa karena mereka adalah generasi penerus

bangsa. Kualitas bangsa di masa depan ditentukan dari kualitas anak anak saat ini.

Dalam masa tumbuh kembang tersebut pemberian nutrisi atau asupan makanan pada

anak tidak selalu dapat dilaksanakan dengan sempurna,. Masalah yang sering kali

muncul adalah pemberian makanan yang tidak selalu dapat dilaksanakan dengan

sempurna. Masalah yang sering terjadi adalah pemberian makanan yang tidakmemenuhi kebutuhan gizi maupun tidak memperhatikan higienitas makanan tersebut.

Jajajanan yang dkonsumsi anak-anak, terutama di indonesia mengandung zat0zat

berbahaya untuk dikonsumsu karena dapay menimbulkan penyakit, diantaranya

mengandung logam Cu dan Zn.

a.

Menurut anda mengapa jajanan yang dokonsumsi tersebut berpotensi mengandung

logam-logam berat seperti Cu dan Zn? Bagaiaman hal ini dapat terjadi?

b. Metoda anlisis apa yang anda pilih untuk menganalisis kandungan logam

tersebut? Mengapa? (jelaskan kelebihannya)

c. Bagaimana prinsip kerjanya?

2.

Peristiwa tummpahnya ribuat ton minyak bumi ke perairan telah terjadi dimana-mana.

Akibat langsung yang teramati adalah tercemarnya laut dan pantai. Pada banyak

peristiwa perusaka perairan dan pantai kerena tumpahan minyak bumi pelakunya

tidak dapat diketahui. Kelompok pemerhati lingkungan berusaha keras untuk

mencegah terjadinya peristiwa tumpahan minyak bumi dan mengusut pihak pihak

yang bertanggung jawab. Utnuk tujuan tersebut salah satu kelompok pemerhati

lingkungan meninta grup anda untuk membantu mereka mencari solusinya dengan

menentukan spesifikasi tumpahan minyak bumi sehingga mereka dapat

mengidentifikasi sumber minyak bumi tersebut dan siapa yang bertanggung jawab.

a.

Berikan beberapa alternatif merode analisis unutk menyelesaikan masalah diatasdan jelaskan mengapa metode tersebut terpilih.

b.

Konsentrasu suatu senyawa antibiotik dianalisis dengan menggunakan

spektroskopi infranerah (IR) pada daerah 2200/cm. Sampel yang tidak diketahui

mempunyai absorbansi sebesar 0,180; sedang pembacaan absorbansi untuk

beberapa konsentrasi larutan standar adalah sbb :

[Standar] ppm Absorbansi

00.040

0.8 0.110

KIMIA ANALITIK


64/112

64


1.40.160

2.20.220

3.0

0.290

Bagaimana anda menentukan besarnya konsentrai sampel antibiotik tersebut?

3. Limbah organik dari industri banyak yang bersifat karsinogen. Pada salah satu

industri kimia yang anda tangani anda mengetahui bahwa limbah yang dikeluarkan

mengandung tiga senyawa utama, yaitu eter, heksana dan etilbenzena. Anda beserta

kelompok kerja yang ditunjuk telah menetapkan untuk menggunakan teknik analisis

kromatografi gas. bila dgunakan kolom sepanjang 10 ft dengan diameter kolom 1/8

inchi, dan laju alir fasa gerak sebesar 26.4 mL/menit, diperoleh data sbb. Dalam

kromatogram :

senyawa tr, menitLuas puncak, unit

luas

Lebar puncak, W,

menit

Eter 1.78 1.20.31

Heksana 6.78 3.60.84

etilbenzena 18.14 0.81.64

a. Bila diinjeksikan sampel dalam jumlah yang sama dengan sampel limbah tapi

berisikan larutan standar eter dengan konsentrasi 25 ppm, kemudian diperoleh

luas dibawah puncak sebesar 2.4 satuan luas, bagaimana anda menetapkan

komposisi limbah yang dianalisis.

b. Menurut anda apakah panjang kolom di atas belum optimum, berapa panjang

kolom yang seharusnya diperlukan?


65/112

65


JAWABAN UAS KITIK

1. A. Jawab dengan analisis sendiri. Pelajari logam Cu dan Zn secara umum, sumbernya, sifatnya, dan

lain-lain lalu dikaitkan dengan jajanan anak.

B. Jawab dengan analisis sendiri.

C. Jelaskan prinsip kerja analisis yang dipilih. secara singkat dan tepat

2. A. Jawab dengan analisis sendiri. Jelaskan beberapa alternatif metode analisis dengan singkat, jelas,

dan tepat prinsip kerjanya.

B.

[standar] ppm absorbansi

00.040

0.8 0.110

1.40.160

2.20.220

3.00.290

Kurva larutan standar:

Persamaan garis lurus dari kurva larutan standar:=12.1220.508Diketahui absorbansi sampel sebesar 0.180, maka besarnya konsentrasi sampel (dalam ppm):=12.1220.180 0.508=1.67396 1.67

3.

A. Tanya asisten.B. Resolusi kolom:

y = 12.122x - 0.508

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4

Kurva Standar

absorbansi

Linear (absorbansi)


66/112

66


= 221 1 2 dimana W1 dan W2 adalah lebar dasar puncak.

=26.781.78

0.310.84

=8.7Panjang kolom belum menghasilkan resolusi terbaik untuk analisis kandungan eter dan heksanakarena nilai resolusi kolom lebih dari 1.5. Hal ini menyebabkan kedua campuran dapat terpisah

dengan baik namun dalam waktu yang lama.

C.

1 = 1 6 1 = 1 6 (1.780.31)

1=527.16

2 = 1 6 2 = 1 6 (6.780.84)1=65.13 = .+. =296.145

= 8.71.5 = 65.132

5.8=8.072

2=1.93 = 102 = 65.131.93 102 =33.752 = 0.29


67/112

67


Ujian Akhir Semester Kimia Analitik, Semester Gasal 2005

Senin, 28 Desember 2005, Waktu (90 menit), Sifat Ujian: Buku terbuka

Soal No. 1(nilai 40)

Anda adalah senior engineer di refinery plant. Fraksi tertentu dari hasil kilang minyakbumi ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk suatu produk kimia atau digunakan

sebagai pelarut, media, pembawa/ carrier bahan lain dalam suatu proses industri. Anda

diminta menjelaskan suatu fraksi tertentu dan mengidentifikasi struktur senyawa tersebut.

Setelah struktur senyawa itu teridentifikasi dan aplikasinya diketahui, anda diminta

mencampurnya dengan suatu aditif sehingga senyawa tersebut memiliki aplikasi khusus dan

nilainya bertambah. Senyawa yang anda pisahkan tersebut ternyata memiliki daya melarutkan

senyawa organik yang tinggi tapi dengan nilai konstanta dielektrik yang rendah, sehingga

tergolong senyawa tidak polar. Di laboratorium anda mengidentifikasi senyawa tersebut

menggunakan Mass Spectrometer, IR Spectrometer dan NMR Spectrometer. Hasil

pengamatan sampel sbb:

Spektroskopi Massa : diperoleh informasi bahwa senyawa ini memiliki m/e sebesar

120, dan analisis komponen sebagai berikut : 90.01% C, dan 9.99% H

Spektroskopi IR dan NMR:terlihat pada spektra terlampir.

Tugas :


68/112

68


a. Jelaskan tentang rumus molekul senyawa tersebut yang diperoleh dari spektroskopi massa.

Apakah anda dapat menentukan jumlah ketidakjenuhannya dan memperkirakan golongan

senyawa ini?

b.

Informasi apa saja yang diperoleh dari spektra Spektroskopi Inframerah untuk puncakabsorpsi A,B,C,D, dan E?

c. Jelaskan berdasarkan spektroskopi NMR untuk hal berikut :

1. Mengapa terjadi pergeseran kimia (chemical shift) pada inti (proton) suatu gugus

molekul dan faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya pergeseran kimia tersebut.

2. Informasi apa yang diperoleh dari posisi pergeseran kimia (chemical shift) serta

adanya split pada puncak spektra NMR?

d. Gunakan informasi semua data spektroskopi yang dipakai untuk menentukan struktur

senyawa.

Berikan argumentasi dalam menentukan struktur yang tepat.

Soal no. 2(nilai 40)

Salah satu hasil suatu pabrik kimia adalah senyawa ester. Penelitian mengenai produknya

menunjukkan terdapat tiga jenis ester yang terbentuk, yaitu metil asetat, metil propionat, dan

metil butirat.

Dari hasil analisa GC terhadap sampel yang dianalisa pada suhu 350oC, menunjukkan hal

berikut :

Area (unit luas) (RT), menit Respon faktor, area/mol

Metil asetat 20517 0,96 5433,11

Metil propionat 54853,5 1,38 18166,67

Metil butirat 29340,5 1,62 8359,94

Diketahui jenis kolom yang digunakan adalah kolom gas kuropack dengan diameter kolom

sebesar 5 mm dan panjang kolom sebesar 2 m. Dalam kalibrasi dengan menggunakan larutan

standar masing-masing diperoleh Respon faktor seperti tertulis pada tabel.

Tugas :

a. Bagaimana anda dapat menentukan jumlah mol masing-masing ester tersebut.

b. Bagaimana anda menetapkan faktor selektivitas kolom terhadap pemisahan metil propionat

dan metil butirat? Diketahui puncak fasa gerak muncul pada 0.45 menit.


69/112

69


c. Bagaimana anda menentukan nilai resolusi kolom untuk pemisahan metil propionat dan

metil butirat jika diketahui lebar dasar puncak masing-masing adalah 0.21 menit dan 0.31

menit?

d. Apakah resolusi kolom tersebut sudah optimum? Jelaskan.e. Tentukanlah waktu elusi agar pemisahan metil butirat optimum?

Soal no. 3 (nilai 20)

Anda sedang melakukan penelitian tentang kandungan logam arsen dalam sungai ciliwung.

Spektroskopi serapan atom dapat digunakan untuk mengamati kandungan arsen tsb.

Penelitian di laboratorium yang anda lakukan adalah sebagai berikut :

Anda memasukkan masing-masing 500 mL cuplikan air sungai ke dalam lima buah labu ukur

1000 mL. Larutan standar arsen dengan konsentrai 25 ppb ditambahkan ke dalam labu

tersebut dengan berbagai variasi volume dari 0-200 mL kemudian diencerkan. 5 mL larutan

diambil dari setiap labu ukur untuk dianalisis dengan AAS. Diketahui Vs, Vx dan Vt adalah

berturut-turut volume larutan standar arsen, volume cuplikan air sungai dan volume total

larutan dalam labu ukur. Sedangkan Cx dan Cs adalah konsentrasi arsen dalam larutan

cuplikan dan dalam larutan standar. Dengan membuat plot antara absorbansi (A) dan volum

larutan standar arsen diperoleh suatu garis linier dengan persamaan Y=a+bX, di mana a

sebagai intersep dan b adalah kemiringan garis linier.

Tugas :

a. Bagaimana memperoleh persamaan garis linier yang mengkaitkan absorbansi dengan

volume larutan standar, larutan cuplikan, dan volum total serta konsentrasi larutan

standar maupun cuplikan.

b.

Bila kemiringan garis/ intersep menghasilkan nilai sebesar 300 satuan volum (mL)

bagaimana anda menentukan konsentrasi arsen dalam air sungai (satuan ppb)


70/112

70


Jawaban

Soal no. 1

a. Dari MS diketahui BM sample adalah 120 dengan 90.01%C; 9.99%H; maka

90.0112 : 9.991 9:12Maka rumus molekul dari senyawa tersebut adalah C9H12

Jumlah ketidakjenuhan dari senyawa tersebut adalah

Jumlah ketidakjenuhan =

= 2 2 2 = 94 2 101 2 22 = 4Ketidakjenuhan senyawa ini adalah 4. Dilihat dari rumus molekul dan jumlah

ketidakjenuhan dari senyawa ini, dapat diperkirakan bahwa senyawa ini termasuk ke

dalam golongan senyawa aromatik.

b.

Dari spektroskopi IR diperoleh

Puncak Ikatan Gugus fungsi

A C-H Alkena/aromatik

B C-H Alkana

C C=C Aromatik

D C-C Alkana

E -(CH2)n Alkana

c. Spektroskopi NMR

1. Pergerseran kimia : posisi frekuensi resonansi sebuah proton tertentu dalam

pengaruh medan magnet luar berkekuatan tertentu. Timbul akibat sirkulasi

elektron mengelilingi inti di bawah pengaruh medan magnet. Perbedaan frekuensi

absorbsi proton akibat perbedaan lokasi letak atom H terikat menimbulkan efek

pergeseran kimia ini. Faktor yang mempengaruhi : faktor induksi, aniosotropi

ikatan kimia, tidak terlindungi van der walls. (baca aja di underwood atau skoog)


71/112

71


2. Dari posisi pergeseran kimia dari spectrum NMR dapat dilihat bahwa terdapat 5

lingkungan atau lokasi letak atom H terikat yang berbeda dengan perbandingan

5:2:2:3 perbandingan ini adalah perbandingan real dari atom H.

5: singlet : atom tersebut tidak memiliki proton tetangga yang memilikilingkungan yang berbeda.

2:triplet : atom ini memiliki 2 proton tetangga dengan lingkungan berbeda.

2: sekstet : memiliki 5 proton tetangga dengan lingkungan berbeda

3: triplet : memiliki 2 proton tetangga dengan lingkungan berbeda

d. Struktur senyawa sampel dengan rumus molekul C9H12.

Dari spektrum IR diketahui bahwa senyawa ini memiliki gugus aromatik dan alkana.

Pemilihan aromatik dikarenakan cincin benzena memiliki ketidakjenuhan sama

dengan senyawa ini yaitu 4 dan juga rumus molekul senyawa yang perbandingan C :

H nya kecil

a : 3triplet : memiliki proton tetangga b yang berjumlah 2

b : 2sekstet : memiliki 5 proton tetangga dengan lingkungan yang berbeda. 3 dari

proton a dan 2 dari proton c

c : 2triplet : memiliki 2 proton tetangga dari lingkungan b

d : 5 singlot : tidak dipengaruhi oleh proton tetangga manapun karena tidak ada

yang berdekatan.


72/112

72


Soal no. 2

a.

Jumlah mol masing-masing ester

Area RT Respon faktor Faktor kalibrasi (F) Jumlah mol

(F x Area)

Metil asetat 20517 0.96 5433.11 0.00018 3.78

Metil propionate 54853.5 1.38 18166.67 0.000055 3.02

Metil butirat 29340.5 1.62 8359.94 0.00012 3.51

b.

(tR)metil propionat= 1.38 menit

(tR)metil butirat= 1.62 menit

Tm= 0.45 menit

= = 1.620.451.380.45 =1.258c. Wmetil propionat= 0.21 menit

Wmetil butirat= 0.31 menit

= 2{ } = 21.621.380.210.31=0.92d.

Bisa diliat dari properties kolomnya. Trus diitung oleh resolusi kolom idealnya n

dibandingin ama resolusi kolom hasil perhitungan sebelumnya, udah optimum atau

belum ... (baca ada di buku analytical chemistry, skoog).

e. idem... kalo udah dapet Rs yang optimum tinggal diitung t Rnya, rumusnya juga ada

disitu koq....

Soal no. 3

a.

Persamaan garis linier

= . = = Dari data yang ada diketahui volume dan konsentrasi larutan standar, volume dan

absorbansi total. Dengan persamaan di atas diplot AT.VT sebagai sumbu x dan Vscs

sebagai sumbu y. Sehingga diperoleh suatu kurva kalibrasi dengan persamaan garis

linier Y=A+bX.


73/112

73


b.

Intersep merupakan titik potong garis linier terhadap sumbu y atau saat x=0 dari titik

pada kurva kalibrasi yang telah dibuat dengan persamaan di atas kita dapat mencari

nilai dari k. Sehingga saat intersep menghasilkan nilai sebesar 300 satuan volum (ml)dan volume sampel diketahui saat pembuatan larutan analit maka dapat diperoleh nilai

konsentrasi sampel dalam air sungai (satuan ppb) dengan memasukkan nilai-nilai

tersebut ke dalam persamaan garis linier kurva kalibrasi.


74/112

74



75/112

75



76/112

76



77/112


78/112

78


UJIAN AKHIR SEMESTER KIMIA ANALITIK 2010/2011

HARI: KAMIS, 30 DESEMBER 2010; JAM: 13.00-14.30 (90 MENIT)

Pengajar: Ir. Dianursanti, MT

1.

Bila dalam suatu percobaan anda menggunakan gas chromatograph. Sampel standar anda

terdiri dari campuran hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene sebagai standar dalam.

Sampel setelah diinjeksikan pada gas chromatograph (GC) yang dilengkapi dengan

electron capture detector (EC). Tinggi puncak akan digunakan sebagai kuantitas senyawa

yang terdeteksi, yang juga terdapat dalam sampel. Hasil yang diperoleh:

Dari 5 L larutan standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene masing-masing

menunjukkan puncak pada 2.7 dan 8.2 menit. Sebanyak 5 L dari campuran sampel standar menghasilkan data sbb:

#Hexachlorobenze

ne (mL)

Pentachlorobenze

ne (mL)

Tinggi puncak

hexachloroben

zene (mm)

Konsentrasi (ml/ml)

hexachlorobenzene

dalam sampel standar

1 0.1 1.9 3.75 5 %

2 0.2 1.8 7.50 10 %

3 0.3 1.7 11.25 15 %

4 0.4 1.6 15 20 %

5 0.5 1.5 18.75 25 %

Dengan cara yang sama seperti sampel standar, dari hasil injeksi 5 L sample air

minum diperoleh punak pada 2.7 menit dengan tinggi senilai 9.25 mm

Pada salah satu campuran standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene yang

digunakan menunjukkan data sbb: lebar dasar puncak pada hexachlorobenzene dan

pentachlorobenzene berturut-turut adalah 1.56 menit dan 2.85 menit.

Pertanyaan:

a. Bagaimana anda menentukan kandungan hexachlorobenzene dalam sampel air minum

tersebut?

b.

Jika diketahui panjang kolom yang digunakan adalah 30,0 cm, menurut anda apakah

panjang kolom tersebut sudah menghasilkan resolusi terbaik?

c. Jika menurut anda panjang kolom di atas belum optimum, berapa panjang kolom yang

seharusnya diperlukan?


79/112

79


d. Bagaimana anda menjelaskan prinsip dasar pemisahan dalam kromatografi secara

umum?

2.

Suatu larutan yang mengandung Cr akan ditentukan konsentrasinya dengan memipet 10ml masing-masing ke dalam 2 labu yang berukuran 50 ml. Larutan standar yang

mengandung 15.5 ppm Cr ditambahkan ke dalam labu dan kemudian larutan diencerkan

sesuai dengan volume labu ukur. Larutan tersebut dianalisis menggunakan AAS sehingga

diketahui kandungan Crnya. Dari data absorbansi semua sampel, Anda membuat plot

antara absorbansi (A) dengan volume standar (Vs) sehingga diperoleh persamaan

A=a+bVs dengan a adalah intersep dan b adalah kemiringan kurva linier. Diketahui nilai

a/b=15 unit. Dan volume sampel=Vx, konsentrasi analit dalam sampel=Cx, serta

konsentrasi Cr dalam larutan standar= Cs.

a. Bagaimana anda menentukan konsentrasi Cr dalam sampel?

b. Apakah perbedaan spektroskopi emisi nyala dan spektroskopi atom?


80/112


81/112

81


= 1 6 () = 1 6 ( 8.22.85)

=132.4

= 47.9132.42 =90.15 = 2.491.5 = 90.15

=5.72

=32.72

= 30 = 90.1535.72

= 11.89

d. Kromatografi adalah metode pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya

berdasarkan perbedaan sifat fisiknya. Senyawa yang terlibat dalam pemisahan secara

kromatografi antara lain adalah gas pembawa(fasa stasioner) dan fasa diam. Fasa stasioner

bertugas membawa sampel melalui kolom. Waktu yang diperlukan komponen untuk melalui

kolom (waktu retensi) dipengaruhi oleh kelarutan komponen dalam fasa stasioner. Fasa diam

bertugas sebagai penahan laju komponen di dalam kolom. Pemisahan tercapai karena adanya

interaksi komponen-komponen dalam campuran dengan fasa stasioner dan fasa diam.

Interaksi tersebut menyebabkan waktu retensi dari tiap-tiap komponen dalam campuran

berbeda sehingga dapat dipisahkan.

2 a. =

=

= , = = =

= () = (15.5 10 ) 15 = 23.25


82/112

82


2 b. Spektroskopi emisi nyala merupakan metode analisis untuk penentuan unsur-unsur yang

berada pada jumlah kecil dengan berdasarkan emisi spontan dari atom bebas atau ion ketika

terjadi eksitasi akibat energy panas atau listrik. Sedangkan AAS adalah metode analisis untuk

penentuan unsur-unsur yang berada dalam jumlah kecil, berdasarkan pada absorbs ataupenyerapan radiasi oleh atom bebas.

Metode AES dapat mendeteksi berbagai unsur pada saat yang bersamaan sementara AAs

cenderung hanya satu unsur.

AES menggunakan polikromator untuk memisahkan spectral pada garis emisi atom

sedangkan AAS menggunakan monokromator.


83/112

83


UJIAN AKHIR SEMESTER 2006-2007

METODE NUMERIK

Tanggal 24 MEI 2006

Waktu 75 menit

Sifat buku terbuka

1. Cari akar persamaan f(x) = x3x1 dengan menggunakan

a.

Metode biseksi dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;

b.

Metode regula falsi dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;

c. Metode Newton-Raphson dengan taksiran awal 1,0 dan epsilon 0,001;

d.

Metode secant dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;

2. Dengan menggunakan metode Eliminasi Gauss, cari solusi sistem persamaan aljabar

linear berikut:

8a + 2b + 3c + 12d = 25

2a + 4b + 7c + 0,25d = 13,25

3a + 7b + 3c + 5d = 18

12a + 0,25b + 5c + 2d = 19,25

METODE NUMERIK


84/112

84


Jawaban

1. SPANL:

f(x) = x3x1

Dicari akar persamaannya dengan menggunakan:

a. Metode Biseksi dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001

Dengan = + . 0 = . > 0 = Berhentiiterasi: | |

n a b xn F(a) F(b) F(xn)

0 1.0 1.5 1.25 -1 0.875 -0.297

1 1.25 1.5 1.375 -0.297 0.875 0.2252 1.25 1.375 1.313 -0.297 0.225 -0.052

3 1.313 1.375 1.344 -0.052 0.225 0.083

4 1.313 1.344 1.328 -0.052 0.083 0.015

5 1.313 1.328 1.320 -0.052 0.015 -0.019

6 1.320 1.328 1.324 -0.019 0.015 -0.002

7 1.324 2.328 1.326 -0.002 0.015 0.006

8 1.324 1.326 1.325 -0.002 0.006 0.0029 1.324 1.325 1.325 -0.002 0.002 0.000

Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325

b.

Metode Regulasi dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001

Dengan = . 0 = . > 0 = iterasi:

| |

n a b xn F(a) F(b) F(xn)

0 1 1.5 1.267 -1 0.875 -0.234

1 1.267 1.5 1.316 -0.234 0.875 -0.037

2 1.316 1.5 1.323 -0.037 0.875 -0.005

3 1.323 1.5 1.325 -0.005 0.875 -0.001

4 1.325 1.5 1.325 -0.001 0.875 0.000

5 1.325 1.325 1.325 - - -



85/112

85


c. Metode Newton Rhapson dengan harga awal 1,0 dan epsilon 0,001

Dimana + = |+ | n xn F(xn) f(xn)

0 1 -1 2

1 1.5 0.875 5.75

2 1.348 -0.234 4.450

3 1.325 -0.037 4.268

4 1.325 - -


d.

Metode Secant dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001

Dimana + = |+ | n xn-1 xn F(xn) f(xn)

0 1 1.5 -1 0.875

1 1.5 1.267 0.875 -0.234

2 1.267 1.316 -0.234 -0.037

3 1.316 1.325 -0.037 0.002

4 1.325 1.325 - -


2. SPAL:

[ 8 2 3 122 4 7 0,25312 70,25 35 52 ] . = [ 2513,251819,25]metode eliminasi Gauss

[ 8 2 3 12 252 4 7 0,25 13,25312

70,25

35

52

1819,25

] 142 3 2462


86/112

86


[0 14 25 11 282 4 7 0,25 13,2510

323,75

437

4,750,5

4,7560,25

]dst...Cara yang digunakan sama seperti yang diajarkan dalam aljabar linear, hingga diperolehmatriks segitiga atas. Dan diperoleh

[1 3 4 4,75 4,750 1 7,5 4,625 1,87500 00 10 0,5821 0,4171 ] [1 3 4 4,750 1 7,5 4,62500 00 10 0,5821 ]

= [4,751,8750,4171 ]

Substitusi Balik :

d = 1

c - 0,582d = 0,417

c = 0,999 c = 1 b7,5c + 4,625d = -1,875

b = 1

a + 3b -4c + 4,75d = 4,75

a = 1


87/112

87



88/112

88


UJIAN AKHIR SEMESTER GANJIL 2008/2009

PERISTIWA PERPINDAHAN

Waktu : 90 menit

Sifat Ujian : Open Book

1. Udara bertekanan atmosferik dengan suhu 950C mengalir dengan kecepatan 20 m/s di

atas pelat datar terbuat dari naftalena dengan

panjang 80 cm dan lebar 60 cm. Udara

mengalir searah dengan panjang pelat.

Pengukuran eksperimen menunjukkan bahwa

konsentrasi molar naftalena di udara, CA,

sebagai fungsi jarak x dari pelat adalah

sebagai berikut :

Hitung fluks molar naftalena dari permukaan pelat pada kondisi tunak!

Koefisien difusi naftalena (A) dalam udara (B) pada 950C adalah

(AB)368= (AB)300

= (0.62 x 10-5)

= 0.84 x 10-5m2/s

Asumsikan bahwa konsentrasi molar total C sama dengan konstan dan pelat naftalena juga

berada pada temperature 950C.

2.

Perhatikan sebuah pelat berbentuk persegi panjang dengan tebal 2L terlihat pada gambar.

Mula-mula konsentrasi spesies A di dalam plat tersebut seragam, yaitu sebesar CA. pada t = 0

permukaan pada z = L dijaga konstan pada konsentrasi CA1. Untuk menghitung jumah spesi

A yang berpindah ke dalam plat, kita harus terlebih dahulu menghitung distribusi konsentrasi

spesi A di dalam pelat sebagai fungsi dari posisi dan waktu

X(cm)

CA

(mol /m3)

0 0.117

10 0.093

20 0.076

30 0.063

40 0.051

50 0.043

PERISTISWA PERPINDAHAN


89/112

89


SOAL UJIAN AKHIR

Mata Kuliah : PERISTIWA PERPINDAHAN

Dosen : Dr.Ir. Slamet, MT dan Ir. Yuliusman, MEng

Hari/tgl : Kamis, 11 Desember 2008Waktu : 120 Menit

Sifat Ujian : Open Book

1. Terkait dengan aliran fluida TURBULEN dalam pipa, jelaskan secara singkat hal-hal

berikut (20%) :

a. Jelaskan mekanisme perpindahan momentum, energi, dan massa pada aliran

turbulen. Bagaimana pengaruh bilangan-bilangan tak berdimensi Re, Pr, Scterhadap distribusi kecepatan, temperatur, dan konsentrasi pada aliran turbulen.

b. Apa yang dimaksud dengan radius hidrolik (Rh)? Bagaimana cara menentukan Rh

pada aliran fluida yang melalui ruang annulus kosong dan annulus yang berisi

tumpukan padatan?

2. Dalam suatuslurryTiO2(campuran partikel padatan TiO2 dalam air) yang mempunyai

pH=3, akan dipisahkan partikel padatannya dengan cara pengendapan dalam sebuah

tangki yang tingginya 50 cm. partikel padatan TiO2 tersebut berbentuk bola dengan

densitas (s) = 3,9 gr/cm3 sedangkan air mempunyai densitas () dan viskositas ()

masing-masing 1 gr/cm3dan 0,01 poise. Ukuran partikel TiO2dalam slurryberubah-

ubah tergantung dari pHslurrytersebut (lihat gambar).

a. Hitunglah waktu yang diperlukan agar semua padatan TiO2 dalam slurry dapat

mengendap secara sempurna di dasar tangki.

b.

Menurut analisis Anda bagaimana caranya mempersingkat waktu pengendapan

TiO2 dari slurry tersebut. Buatlah perhitungan secukupnya untuk mendukung

pendapat anda.


90/112

90


Final Exam Transport Phenomena

Date : 14 December 2009

Lecturer : Dijan Supramono

1.

Conduction.A steel pipe having inside diameter of 1.88 cm and wall thickness of 0.391cm is subjected to inside and outside surface temperature of 367 K (Ti) and 344 K (To),

respectively. Thermal conductivity of steel 42.90 W/(m.0C).

a. Show the Fouriers law for this conduction in cylindrical system.

b.

Show a formula expressing heat flux as a function of (Ti-To)

c. Find the heat flow rate per m of pipe length (Watt/m)

2. Forced convection. Air entering a tube of diameter 5.08 cm is at 1 atm and 1500C. it is

heated as it moves through the pipe at velocity 8 m/s. assume that constant heat flux exists at

the wall an that the wall temperature is everywhere 200C above the air temperature.

Air at 1500C and 1 atm has the following properties :

Density = =0.837 kg /m3

Viscosity = = 2.38 x 10-5kg /ms

Thermal conductivity = 0.0352 W/(m.0C)

Specific heat = Cp =1017 J/(kg.0C)

Prandtl number = Cp = 0.688

Determine

a. Reynolds number of air in the pipe b. Nusselts number of air in the pipe

c.

Heat flow per unit length of tube (Watt/m)

d. Mass flow rate of air (kg/sec)

e. Bulk temperature rise of air (T) in 2 m length of pipe (oC)

3. Molecular diffusion. A solid sphere of naphthalene (A) with radius of 2.5 mm is

surrounded by still air (B) at 300 K and 1 atm (1 atm= 1.01325 x 105N/m2). Take the surface

temperature of the naphthalene as 300 K and its vapor pressure at this temperature as 0.104

mmHg. The diffusivity of naphthalene in air at 318 K is 6.92 x 10-6 m2/sec. molecular

diffusion is through an air film of thickness 2.5 mm (=R2-R1). [DABat T1x (T2/T1)3/2 ; R =

gas constant= 8314 m3.Pa/(kg.mole.K) ; pAat R2= 0; for low driving force, log mean of B

can be assumed to be arithmetic mean]

Determine

a. Partial pressure of Aat its surface (R1), pA1(N/m2)

b.

Diffusivity of A in B at 300 K (m2/sec)

c. Arithmetic mean of pB(N/m2)

d.

Mole flux of A(kg.mole/(m2.sec))


91/112

91


FINAL EXAM TRANSPORT PHENOMENA

CHEMICAL ENGINEERING DEPARTEMENT-FACULTY OF ENGINEERING

UNIVERSITY OF INDONESIA

DECEMBER 9TH

,2009

1. Engine oil flows through a 0.003 m diameter tube that is 30 m long. The oil enters at

600C and the wall temperature is kept at 1000C. find the oil outlet temperature and

the average heat transfer coefficient.

2. A 0.025-m-diameter cylinder whose temperature is 1500C is placed in air stream (1

atm,380C) whose velocity is 30 m/sec. what is the heat loss per meter of length for

the cylinder?

3. Oxygen diffuses through carbon monoxide (steady state). The carbon monoxide is

stagnant. Temperature and pressure are 00 C and 1 x 105 N/m2. Oxygen partial

pressure are 13000 and 6500 N/m2at two planes 3 mm apart. Mixture diffusivity is

1.87 x 105m2/sec. what is the oxygen rate of diffusion per plane square meter?


92/112

92


PERISTIWA PERPINDAHAN

Dosen : Dr.Ir. Slamet dan Ir.Yuliusman, MSc

Hari/tgl : Rabu, 16 Desember 2009

Waktu : 150 menit

1. Nanofluida adalah campuran antara suatu fluida cair dengan nanopartikel tertentu

(partikel padatan dengan ukuran < 100 nm). Hasil riset terkini di DTK menunjukkan

bahwa nanofluida yang disintesis dari air ( = 1000 kg/m3dan = 10-3kg.m-1.det-1) dan

partikel TiO2( = 3.8 g/cm3) akan mengendap dengan waktu pengendapan yang berbeda-

beda, tergantung merode sintesisnya. Jika nanofluida tersebut dibuat (dalam beaker glass

setinggi 10 cm) dengan metode pengadukan mekanik, baru sekitar 2 jam sudah terjadi

pengendapan partikel TiO2. Namun jika pengadukan dilakukan secara ultrasonik (yang

dapat memecah agregat partikel) partikel TiO2 tersebut dapat bertahan tanpa mengendap

sekitar 5 hari. Dengan didukung dengan perhitungan seperlunya, buatlah analisis terhadap

hasil riset tersebut.

2. Dalam keadaan darurat, kebutuhan air di Departemen Teknik Kimia harus dapat disuplai

sendiri. Untuk keperluan tersebut, Anda diminta untuk merancang sistem perpipaan yang

dapat mengalirkan air tanah (dengan kedalaman 25 m) ke dalam tangki air DTK yang

ketin

Documents

Diktat UAS Semester 3