Kimia Anorganik Transisi Part

  • Published on
    22-Oct-2015

  • View
    131

  • Download
    19

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Unsur Besi

Transcript

<p>WORKSHEET KIMIA ANORGANIK DESKRIPTIF-UNSUR-UNSUR TRANSISI PERIODE PERTAMA-PART 3</p> <p>G. BESI1) Tuliskan mineral sumber dan sifat-sifat fisika dari logam besi !Mineral sumber besi adalah : hematit (Fe2O3), magnetit (Fe3O4), siderite (FeCO3) dan pirit (FeS2), limonit (Fe2O3 . H2O). Tambang besi di Indonesia terdapat di Cilacap (Jawa Tengah), Lampung, Kalimantan Tengah, Kalimantan Selatan dan Sulawesi Selatan.Sifat fisika logam besi :a) Pada suhu kamar berwujud padat, mengkilap dan berwarna keabuabuanb) Merupakan logam feromagnetik karena memiliki 4 elektron tidak berpasangan pada orbital d.c) Pengahntar panas yang baikd) Kation logam besi berwarna hijau (Fe2+) dan jingga (Fe3+).e) Titik lebur pada suhu 1811 K, dan titik didihnya adalah 3134 </p> <p>2) Berdasarkan gambar 1 disamping, jelaskan cara pengolahan bijih besi menjadi logam besi dalam blast furnace dan lengkapi persamaan reaksinya! </p> <p>Bahan-bahan yang dipakai adalah bijih besi hematit, magnetit, kokas, batu kapur dan udara.Mula-mula bijih dipanggang untuk mengeringkan dan menguraikan senyawa karbonat serta mengoksidasi sulfide-sulfida yang biasanya terdapat pada bijih besi. Reaksinya adalah :4 FeCO3 (s) + O2 (g) 2 Fe2O3 + 4 CO2 (g)4 FeS (s) + 7 O2 (g) 2 Fe2O3 (s) + 4 SO2 (g)Oksida besi lalu dicampur dengan kokas atau karbon, batu kapur (CaCO3) atau pasir (SiO2) dan dimassukkan ke tanur tinggi untuk direduksi.Dari bawah tanur dihembuskan udara panas dengan tekanan tinggi. Pada keadaan ini kokas akan teroksidasi dengan membebaskan panas .C (s) + O2(g) CO2 (g) + panasBila gas CO2 ini naik melalui kokas pijar yang ada diatasnya, maka gas CO2 tersebut akan terseduksi oleh kokas .CO2 (g) + C (s) 2 CO (g)Di bagian bawah, pada suhu 1600-1900C.makin tinggi dalam tanur, makin turun suhunya. Di bagian atas, suuhu dalam tanur sekitar 250C .reaksi yang terpenting di bagian ini adalah reduksi Fe2O3 menjadi Fe3O4 .3 Fe2O3 (s) + CO (g) Fe3O4 (s) + CO2 (g)Pada bagian lebih bawah lagi Fe3O4 yang terjadi reduksi sampai menjadi FeO dengan persamaan reaksi :Fe3O4 (s) + CO (g) 3 FeO (s) + CO2 (g)Reaksi-reaksi yang terjadi diatas dapat disingkat menjadi:Fe2O3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)Dengan adanya hembusan gas CO yang terus menerus kesetimbangan akan bergeser ke kanan.Bila bijih besi mengandung pasir, maka ditambah CaCO3 dan sebaliknya jika bijih besi mengandung kapur maka ditambah pasir. Jadi selelu terjadi reaksi sebagai berikut :CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)(480C)CaO (s) + SiO2 (s) CaSiO3 (l) terak (1000C)Pada bagian atas yang bersuhu 500-800C bijih besi (Fe2O3) telah tereduksi menjadi besi sebelum sampai pada daerah pembentukan terak (slag). Hal ini menguntungkan karena jika demikian maka sebagian bijih besi akan bereaksi dengan pasir menjadi senyawa FeSiO3FeO (s) + SiO2 (s) FeSiO3 (s)Kira-kira di tengah tanur, suhunya cukup tinggi sehingga besi dan terak menjadi lebur dan mengalir ke bawah.Oleh karena berat besi lebih berat daripada teraknya, maka lapisan atas berupa terak sedang lapisan bawah besinya, sehingga antara besi dan terak dapat dipisahkan.Lapisan terak juga dapat berfungsi sebagai pelindung besi agar tidak teroksidasi lagi.Besi yang dihasilkan dari tanur tinggi masih berupa bessi kasar yang disebut sebagai bongkah besi / besi kasar lantakan (pig iron) yang mengandung karbon kurang lebih 4%. Hasil reaksi antara besi dengan kokas menghasilkan besi karbida (semintit):3 Fe (s) + C (s) Fe3C (s)Selain karbon, besi kasar juga mengandung silicon dari hasil reduksi SiO2 oleh karbon, aluminium dan dari hasil reduksi Al2O3, fosfor, mangan, belerang dan zat lain yang biasanya terkandung dalam tanah. 3) Tuliskan persamaan reaksi lengkap antara logam besi dengan :a) Udara 4 Fe (s) + 3O2 (g) 2Fe2O3 (aq)b) HalogenPada suhu 470-570 K, besi bereaksi dengan halogen membentuk :Fe3+ + 3 F- FeF3Fe3+ + 3 Cl- FeCl3Fe3+ + 3 Br- FeBr3Fe3+ + 3 l- Fel3</p> <p>c) BelerangFe2+ + S2-FeSd) HClFe (s) +2 HCl (aq) FeCl2 (aq) + H2 (g)e) H2SO4 encer2Fe (s) + 3H2SO4 encer Fe2 (SO4)3 (aq) + 3H3(g)f) H2SO4 pekatFe (s) + H2SO4 pekat g) HNO3 encerFe (s) +3 HNO3 encer Fe(NO3)3 (aq) + 3H+ (g)h) HNO3 pekat panasFe (s) + HNO3 pekat panas Fe(NO3)3(aq) + NO2(g)+ H2(g)i) HNO3 pekat dinginFe (s) + HNO3 pekat dingin Fe(NO3)3(aq) + NO (g) + N2O (g) + H2(g)4) Jelaskan proses terbentuknya karat dan persamaan reaksi elektrokimia pada anoda dan katoda nya !Karat merupakan hasil korosi yaitu oksidasi suatu logam. Besi yang mengalami korosi membentuk karat dengan rumus Fe2O3.xH2O.Mekanisme : logam besi yang letaknya jauh dari permukaan kontak dengan udara akan dioksidasi oleh ion Fe2+. Ion ini larut dalam tetesan air.Tempat terjadinya reaksi oksidasi di salah satu ujung tetesan air ini disebut anode.Electron yang terbentuk bergerak dari anode ke ketode melalui logam. Electron ini selanjutnya akan mereduksi oksigen dari udara dan menghasilkan air. Ujung tetesan air tempat terjadinya reaksi reduksi ini disebut katode.Sebagian oksigen dari udara larut dalam tetesan air dan mengoksidasi Fe2+ menjadi Fe3+ yang membentuk karat besi (Fe2O3.H2O).</p> <p>Anode : Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e-Katode :O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e- 2H2O (l)</p> <p>5) Besi(VI) membentuk garam ferat(VI) yang sangat terkenal, yaitu K2FeO4a. Tuliskan persamaan reaksi sintesis ferat(VI)!Garam (FeO4)2- dapat diperoleh dengan mengoksidasi hipoklorit dengan garam Fe (III) pada larutan alkali.Fe2O3 (s) + 3 (OCl)- (aq) + 4 OH- (aq) 2 (FeO4)2- (aq) + 3 Cl- (aq) + 2 H2O (l)b. Jelaskan sifat-sifat ferat(VI)!Ion ferat merupakan oksidator kuat, misalnya dapat mengoksidasi ion kromium (III) menjadi ion kromat.Baik oksidanya (FeO3) maupun asamnya (H2FeO4) tidak dikenal.</p> <p>c. Untuk apakah aplikasi kalium ferat(VI)?Digunakan sebagai oksidator.6) Jelaskan sifat-sifat Fe2O3 !Jawab:- Penampilan padatan merah kecoklatan- Titik lebur : 15660C- Bersifat paramagnetik dan digunakan pada magnet radio tape- Tidak larut dalam air tetapi dapat dilarutkan dengan tidak mudah dalam asam- Di laboratorium senyawa ini dapat diperoleh sebagai zat padat yang berwarna seperti karat besi, dengan cara memanaskan senyawa besi (III) hidroksida atau besi (II) sulfat- Senyawa besi (II) sulfat mengalami oksidasi menjadi senyawa besi (III) oksida 7) FeO membentuk beberapa macam campuran oksida. Lengkapilah tabel tentang campuran oksida besi(III) berikut:MagnetitFeritFerit lain dengan struktur yang lebih kompleks</p> <p>Rumus umumFe3O4FeOFeSO4(NH4)2SO4.6H2O</p> <p>Contoh senyawaFe3O4FeOFeSO4(NH4)2SO4.6H2O</p> <p>Kegunaan Sumber utama untuk mendapatkan logam besi dan juga digunakan sebagai bahan penggosok permata serta sebagai zat warnaUntuk mendapatkan logam besi dan senyawa besi (III) oksidaFeC2O4(s) FeO (s) + CO (g) + CO2(g)4FeO (s) Fe (s) + Fe3O4(s)Sebagai larutan standar primer untuk standarisasi larutan kalium permanganat</p> <p>8) FeO biasanya membentuk garam Fe(III), sedangkan FeO membentuk garam Fe(II) yang berbeda karakteristiknya. Bandingkanlah garam Fe(III) dan garam Fe(II) berikut:</p> <p>Tabel 5. Perbandingan garam Fe(III) dan Fe(II)Garam Fe (III)Garam Fe (II)</p> <p>KestabilanSangat stabilTidak stabil</p> <p>Warna ion besi dalam larutannya</p> <p>Reaksi dengan alkali Persamaan reaksi</p> <p> Warna produk</p> <p> Kelarutan produk dalam asam Kelarutan produk dalam basa FeCl3(aq) + 3NaOH (aq) Fe(OH)3(s) + 3NaCl (aq) Seperti karat besi</p> <p> Larut </p> <p> Tidak larut Fe(NO3)2(aq) + 2NaOH (aq) Fe(OH) (s) + 2NaNO3(aq)</p> <p> Jika murni berupa zat padat berwarna putih, tetapi umumnya didapatkan berwarna hijau</p> <p> Larut </p> <p> Larut </p> <p>9) Tuliskan rumus molekul, cara pembuatan, dan kegunaan dari garam Mohr!Jawab:Rumus molekul garam Mohr atau besi (II) ammonium sulfat (NH4)2Fe(SO4)2.6H2OCara pembuatan : Pembuatan garam mohr dilakukan dengan cara kristalisasi, yaitu melalui penguapan, dan didapatkan kristal berwarna hijau muda, Campuran besi (II) sulfat dengan larutan amonium sulfat akan menghasilkan suatu garam, yang sering disebut dengan garam mohr. Garam mohr stabil diudara dan larutannya tidak mudah dioksidasi oleh oksigen diatmosfer. Adapun persamaan reaksi yang terjadi dalam pembuatan garam mohr :Fe(s) + H2SO4 (aq) FeSO4 (aq) + H2 (g)2NH3 (aq) + H2SO4 (aq) (NH4)2SO4 (aq)FeSO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O (NH4)2Fe(SO4)2.6H2OGaram mohr mempunyai banyak fungsi, tetapi garam mohr biasanya digunakan untuk : 1. Untuk membuat larutan baku Fe2+ bagi analisis volumetri. 2. Sebagai zat pengkalibrasi dalam pengukuran magnetik 3. Untuk meramalkan urutan daya mengoksidasi oksidator K2Cr2O7, KMnO4 dan KBrO3 (dengan konsentrasi yang sama ~ 0,1 N) terhadap ion Fe2+.10) Jelaskan uji kualitatif untuk membedakan ion besi(III) dan ion besi(II)! Tuliskan persamaan reaksinya! Jawab: Uji kualitatif ion besi (III)Jika larutan yang mengandung ion besi (III) dicampur dengan ion hidroksida maka akan terbentuk endapan seperti agar-agar (gel) dari senyawa besi (III) hidroksida yang berwarna seperti karat. Fe3+ (aq) + 3OH(aq) Fe(OH)3 (s)Penambahan larutan kalium heksasianoferat(II) ke dalam larutan yang mengandung ion besi (III) akan menghasilkan endapan biru gelap (Prussian blue)K+ (aq) + [Fe(CN)6]4- (aq) + Fe3+ (aq) KFe[Fe(CN)6] (s)Larutan kalium heksasianoferat(III) , K3 [Fe(CN)6] bila ditambahkan dengan larutan yang mengandung ion besi (III) akan dihasilkan larutan berwarna coklat atau hijau.KFe[Fe(CN)6] (aq) + Fe3+(aq) Fe[Fe(CN)6] (aq) + 3K+ (aq)Penambahan larutan kalium tiosianat ke dalam larutan yang mengandung ion besi (III) dapat menghasilkan warna merah dari ion [Fe(CNS)]2+Fe3+ (aq) + CNS(aq) [Fe(CNS)]2+ (aq)Uji ini sangat sensitif untuk ion besi (III)</p> <p> Uji kualitatif ion besi (II)Penambahan larutan alkali dalam larutan yang mengandung ion besi (II) akan mengahsilkan endapan seperti agar-agar atau gel yang berwarna hijauFe2+ (aq) + 2OH (aq) Fe(OH)2 (s)Penambahan larutan kalim heksasianoferat(II) dalam larutan besi (II) akan menghasilkan endapan putih yang segera menjadi biruK4 [Fe(CN)6](aq) + 2Fe2+ (aq) Fe2 [Fe(CN)6] (s) + 4K+ (aq)Penambahan alrutan kalium heksasianoferat (III) dalam larutan yang mengandung ion besi (II) akan mengahsilkan endapan biru gelap (bitu Turnbulls). Warna biru Turnbulls kelihatannya serupa dengan biru Prussian, dan kemungkinan bahwa besi (II) mula-mula mereduksi heksasianoferat (III) menjadi heksasianoferat(II) dengan persamaan reaksi :Fe2+ (aq) + [Fe(CN)6]3- (aq) Fe3+ (aq) + [Fe(CN)6]4- (aq)Diikuti oleh reaksi :K+ (aq) + Fe3+ (aq) + [Fe(CN)6]4- (aq) KFe[Fe(CN)6]4- (aq)Penambahan larutan kalium tiosianat dalam larutan yang mengandung ion besi (II) tidak menghasilkan warna bila ion besi (III) sama sekali tidak ada. Tetapi f=dengan adanya ion besi (III) dalam jumlah yang sedikit saja dapat mengakibatkan larutan menjadi berwarna. 11) Jelaskan cara produksi baja dengan proses Bessemer!Jawab:Pada proses ini, besi kasar dimasukkan dalam tungku Bessemer. Oksigen atau udara dihembuskan ke dalam tungku bessemer yang didalamnya terdapat leburan besi kasar melaui sederet lubang (tuyeres) di bagian bawah. Karbon dan kotoran lainnya serta sebagian besi akan teroksidasi oleh oksigen.Reaksi-reaksi yang terjadi dalam tungku bessemer adalah sebagai berikut :Si (s) + O2(g) SiO2(l)Mn(s) + O2(g)2MnO(l)2Fe(s) + O2(g)2FeO(l)SiO2 yang terjadi akan bereaksi dengan MnO dan FeO membentuk MnSiO3 dan FeSiO3 yang berupa terak. Fe3C dan karbon yang bebas juga mengalami oksidasi dengan persamaan reaksi :2Fe3C(s)+ O2(g) 6Fe(l) + 2CO(g)Gas CO yang terjadi terbakar di udara dan berupa nyala api yang keluar dari mulut tungku bessemer. Bila api telah padam, hal ini menunjukkan bahwa hampir semua karbon telah habis dan penghembusan udara segera dihentikan agar jangan ada besi yang teroksidasi lagi. Pada keadaan ini hampir semua karbon telah hilang, tetapi karbon dalam jumlah sedikit dapat menambah faedah baja. Oleh karena itu, sejumlah tertentu karbon perlu ditambahkan lagi pada besi, tergantung pada keperluannya, selain itu juga mangan perlu ditambahkan untuk mereduksi FeO dengan reaksi sebagai berikut :Mn(s) + FeO (s) Fe (l) + MnO (l)MnO yang terjadi akan bereaksi dengan SiO2 membentuk MnSiO3 yang berupa terak. Proses bessemer menghasilkan baja yang kurang baik, karena itu harganya lebih murah.12) Tuliskan beberapa aliasi dari besi, sifat, dan kegunaannya!Jawab:Nama AliasiSifatKegunaan</p> <p>Stainless steelTahan korosiPeralatan dapur,dll</p> <p>Tungsten steelKeras Perkakas untuk memotong</p> <p>InvarKoefisien pemuainnya kecilArloji </p> <p>Manganese steelKeras, kuat, dan tahan lamaPemecah batu, rel kereta api</p> <p>PermalloyAdanya listrik dapat menimbulkan sifat magnet, bila aliran putus, sifat magnetnya hilangElectromagnet, kabel bawah laut</p> <p>DurironTahan karat dan tahan asamPipa, ketel, pendingin</p> <p>13) Buatlah ringkasan aplikasi dari logam besi dan senyawanya, termasuk aplikasi dalam aspek biologis!Jawab:1. Logam besia. Besi tempab. Baja sering digunakan dalam pembuatan pedang2. Senyawa besia. Senyawa besi (VI)b. Senyawa besi (III)1. Senyawa besi (III) oksida, Fe2O3 digunakan pada magnet tape perekam2. Besi (III) hidroksida, Fe(OH)3 atau Fe2O3.xH2O</p> <p>3. Tribesi tetroksida, Fe3O4 sebagai bahan penggosok permata dan sebagai zat warna4. Besi (III) halida sebagai katalis pada reaksi Friedel-Crafts, 5. Besi (III) sulfat, Fe2(SO4)3 digunakan dalam pewarnaan tekstil dan pengetsaan aluminiumc. Senyawa besi (II)1. Besi (II) oksida, FeO digunakan sebagai pewarna tegel atau ubin2. Besi (II) hidroksida, Fe(OH)23. Besi (III) halida digunakan untuk mencegah terbentuknya besi (III) bromida4. Besi (II) sulfat, FeSO4 digunakan untuk membuat senyawa besi (III) oksida (untuk zat warna), Prussian blue (zat warna), dan untuk tinta.5. Besi (II) amonium sulfat, FeSO4(NH4)2SO4.6H2O banyak dipakai di laboratorium sebagai larutan standar primer terutama untuk standarisasi larutan kalium permanganat.6. Besi (II) sulfida, FeS.</p> <p>H. KOBALT1. Tuliskan 3 bijih utama kobalt! Kobaltit (CoAsS) Skut terudit (Co,Ni)As3 Smaltit (CoAs2)</p> <p>2. Bagaimana cara ekstraksi bijih kobalt menjadi logam kobalt? Jelaskan! Bijih kobalt terlebih dahulu di proses hingga terbentuk oksida dari Co yakni Co3O4. Oksida ini kemudian direduksi menjadi logam Co dengan menggunakan reduktor C atau Al. Dengan persamaan reaksi :3Co3O4 (s) + 8Al (s) 9Co (s) + 4Al2O3(s) Untuk mendapatkan logam Co yang murni dapat dilakukan dengan cara elektrolisis suatu larutan yang mengandung kobalt(II) suflat dan amonium sulfat (NH4)2SO4</p> <p>3. Jelaskan sifat-sifat logam Co!Sifat fisika :</p> <p> Memiliki berat jenis 8,70 g/cm3 Logam keras bewarna putih kebiru-biruanSifat Kimia : Kurang reaktif dibandingkan Fe Tidak bereaksi dengan O2 dan air pada suhu kamar (tanpa pemanasan) tapi mampu bereaksi dengan O2 pada suhu tinggi membentuk CoO Piroforik Larut dengan lambat dalam larutan asam minera cair membentuk ion kobalt(II) dan membebaskan Hidrogen Menjadi pasif dengan HNO3 pekat Dengan HNO3 encer dapat bereaksi menghasilkan ion kobalt(II) dan oksida nitrogen Tidak bereaksi dengan larutan basa/alkalis Memiliki Eo standar = -0,28 V menurut persamaan reaksiCo2+ (aq) + 2e- Co (s)Eo = -0.28 V Bereaksi dengan F2 pada suhu 520 K membentuk CoF3 tetapi m...</p>