Kamu dapat download modul & contoh soal serta kumpulan latihan soal Kimia Industri dalam bentuk pdf pada link dibawah ini:

• Modul Kimia Industri
• Kumpulan Soal Mudah, Sedang & Sukar

Definisi

Kimia Industri adalah ilmu tentang penerapan pengetahuan kimiawi terhadap produksi material dan zat kimia dengan mengurangi dampak buruk pada lingkungan.

Pembuatan Natrium Karbonat

Proses produksi natrium karbonat disebut juga Proses Solvay menggunakan bahan baku batu kapur ($\mbox{CaCO}_{3}$).

1. Batu kapur dipanaskan untuk memperoleh $\mbox{CO}_{2}$:
   $\mbox{CaCO}_{3}(s)_{\overrightarrow{\mbox{panas}}}\mbox{CaO}(s)+\mbox{CO}_{2}(g)$
2. Karbon dioksida direaksikan dengan air menghasilkan asam karbonat
   $\mbox{CO}_{2}(g)+\mbox{H}_{2}\mbox{O}(l)\rightarrow\mbox{H}_{2}\mbox{CO}_{3}(aq)$
3. Asam karbonat direaksikan dengan amonia menghasilkan amonium hidrogenkarbonat
   $\mbox{H}_{2}\mbox{CO}_{3}(aq)+\mbox{NH}_{3}(g)\rightarrow\mbox{NH}_{4}\mbox{HCO}_{3}(aq)$
4. Amonium hidrogenkarbonat direaksikan dengan NaCl menghasilkan endapan natrium
   $\mbox{NH}_{4}\mbox{HCO}_{3}(aq)+\mbox{NaCl}(aq)\rightarrow\mbox{NaHCO}_{3}(s)+\mbox{NH}_{4}\mbox{Cl}(aq)$
5. Endapan dipisahkan dengan filtrasi kemudian dipanaskan dan dihasilkan natrium karbonat
   $2\mbox{NaHCO}_{3}(s))_{\overrightarrow{\mbox{panas}}}\mbox{Na}_{2}\mbox{CO}_{3}(s)+\mbox{H}_{2}\mbox{O}(g)+\mbox{CO}_{2}(g)$

Pembuatan Asam Nitrat

Industri asam nitrat ($\mbox{HNO}_{3}$) atau biasa dikenal juga dengan proses Ostwald melibatkan reaksi-reaksi yang kompleks. Namun pada dasarnya pembuatan asam nitrat berlangsung dalam dua tahap yaitu:

1. Oksidasi Amonia

Pada tahap awal amonia dioksidasi untuk menghasilkan nitrogen monoksida (NO) dengan cara mencampurkan gas amonia dengan udara.

Campuran ini dilewatkan pada konverter yang berisi susunan platina-rhodium sebagai katalis pada suhu 900 $^{\circ}\mbox{C}$ dan tekanan 4-10 atm (hasil samping dari reaksi adalah air). Pada tahap ini, sekitar $96\%-98\%$ amonia dikonversi menjadi nitrogen monoksida.

Persamaan reaksi :
$4\mbox{NH}_{3}\mbox{(aq)+5O}_{2}\rightarrow\mbox{4NO(aq)+6H}_{2}\mbox{O(g)}$ $\Delta\mbox{H=-905.2 kJ}$

2. Penyerapan molekul air oleh nitrogen dioksida

Tahap kedua melibatkan dua reaksi yang dilakukan dalam kolom mengandung air. Dalam kolom ini nitrogen monoksida dioksidasi lagi untuk menghasilkan nitrogen dioksida $(\mbox{NO}_{2})$.

Nitrogen dioksida yang dihasilkan bereaksi dengan air menghasilkan asam nitrat. $\mbox{2NO(g)+O}_{2}\mbox{(g)}\rightarrow\mbox{2NO}_{2}\mbox{(g)}$ $\Delta\mbox{H=-114 kJ/mol}$ $\mbox{3NO}_{2}\mbox{(g)+H}_{2}\mbox{O}(l)\rightarrow2\mbox{HNO}_{3}\mbox{(aq)+NO(g)}$ $\Delta\mbox{H=-117 kJ/mol}$

Nitrogen dioksida yang dihasilkan dari reaksi kedua dapat didaur ulang, kemudian asam nitrat dipekatkan dengan cara penyulingan.

Apabila reaksi berlangsung dalam udara $\mbox{4NO}_{2}\mbox{(g)+O}_{2}\mbox{(g)+2H}_{2}\mbox{O(l)}\rightarrow\mbox{4HNO}_{3}\mbox{(aq)}$.

Pembuatan Klorin dan NaOH

Industri pembuatan klorin dan NaOH (proses klor-alkali) merupakan salah satu industri kimia mayor dengan prosesnya didasarkan pada reaksi elektrolis. Pada selnya, garam natrium klorida pekat digunakan sebagai bahan utama. Di anoda, ion klorida dioksidasi menjadi gas klorin, sedangkan di katoda terjadi reduksi air.

Anoda : $\mbox{2Cl}^{-}+2e(aq)\rightarrow\mbox{Cl}_{2}(g)$

Katoda : $\mbox{2H}_{2}\mbox{O(l)+2e}\rightarrow\mbox{2H}_{2}(g)+2\mbox{OH}^{-}$

Jenis sel yang digunakan dalam industri klorin dan NaOH ada tiga yaitu :

1. Sel Merkuri

Pada sel ini, elektroda yang digunakan sebagai katoda adalah logam merkuri (Hg). Oleh karena $\mbox{H}_{2}$, memiliki overvoltage yang tinggi dibandingkan dengan elektroda merkuri, ion $\mbox{Na}^{+}$ lebih mudah tereduksi dibanding air.

Akibatnya logam natrium larut dalam merkuri membentuk alloy cair yang kemudian logam natrium bereaksi dengan air menghasilkan ion $\mbox{OH}^{-}$ dan gas hidrogen. $2\mbox{Na(s)+2H}_{2}\mbox{O(l)}\rightarrow\mbox{2Na}^{+}(aq)+\mbox{OH}^{-}(aq)+\mbox{H}_{2}(aq)$

2. Sel diafragma

Pada sel diafragma, katoda dan anoda dipisahkan suatu diafrgama yang dapat dilalui oleh molekul air, ion $\mbox{Na}^{+}$, dan sedikit ion $\mbox{Cl}^{-}$ tapi tidak dapat dilewati oleh ion $\mbox{OH}^{-}$.

Dengan demikian, gas hidrogen dan $\mbox{OH}^{-}$ yang terbentuk pada katoda tetap terpisah dari gas $\mbox{Cl}_{2}$ yang terbentuk di anoda.

3. Sel membran

Elektroda yang digunakan pada sel membran adalah titanium sebagai anoda dan nikel sebagai katoda. Pemilihan titanium sebagai anoda karena titanium tidak dapat bereaksi dengan ion klorida (inert).

Sel ini dipisahkan membran penukar ion yang selektif hanya terhadap ion $\mbox{Na}^{+}$ dan air untuk berpindah ke bagian katoda. Dengan demikian ion natrium akan dapat bergerak bebas di sekitar katoda dan tetap terpisah, sehingga ion tidak bereaksi dengan spesi lain. $\mbox{Na}^{+}$, dan $\mbox{OH}^{-}$ terkumpul pada katoda.

Contoh Soal Kimia Industri dan Pembahasannya

Jelaskan dengan persamaan reaksi proses pembuatan asam nitrat dan berapakah jumlah (dalam massa) asam nitrat yang akan dihasilkan jika jumlah amonia 5 kg (anggap semua pereaksi berlebih dan efisiensi proses $100\%$) $Ar\mbox{ N=}14,\mbox{ O=}16,\mbox{ H=1}$
Jawaban

$4\mbox{NH}_{3}\mbox{(aq)+5O}_{2}\rightarrow\mbox{4NO(aq)+6H}_{2}\mbox{O(g)}$
$\mbox{2NO(g)+O}_{2}\mbox{(g)}\rightarrow\mbox{2NO}_{2}\mbox{(g)}$
$\mbox{3NO}_{2}\mbox{(g)+H}_{2}\mbox{O}(l)\rightarrow2\mbox{HNO}_{3}\mbox{(aq)+NO(g)}$

Dari perbandingan koefisien diketahui bahwa jumlah mol $\mbox{NO}_{2}$ yang terbentuk sama dengan mol $\mbox{NO}$ dan sama dengan $\mbox{NH}_{3}$ :

$\begin{aligned}\mbox{mol NO}_{2}=\mbox{mol NO} & =\mbox{mol amonia}\\
& =5000\times\frac{1}{17}\mbox{ mol}\\
& =294,117\mbox{ mol}
\end{aligned}
$

Kemudian dari reaksi terakhir diketahui perbandingan mol asam nitrat dan $\mbox{NO}_{2}$:

$\begin{aligned}\mbox{ mol HNO}_{3} & =\frac{2}{3}\times\mbox{ mol NO}_{2}\\
& =\frac{2}{3}\times294,117\mbox{ mol}\\
\mbox{mol HNO}_{3} & =196,07\mbox{8 mol}
\end{aligned}
$

Sehingga, massa asam nitrat yang terbentuk:

$\begin{aligned}\mbox{massa HNO}_{3} & =196,078\times63\mbox{ gram}\\
& =12352,941\mbox{ gram}\\
& =12,353\mbox{ kg}
\end{aligned}
$