Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui 1. penerapan model Case-based Learning (CBL) dalam pembelajaran kimia pada materi stoikiometri, dan 2. literasi kimia siswa pada materi stoikiometri setelah menggunakan model CBL. 
Penelitian ini menggunakan metode campuran (mixed methods), sedangkan jenis penelitian yang digunakan adalah sequential explanatory. Pada penelitian kuantitatif, desain penelitian yang digunakan adalah pre-experiment design bentuk the one-shot case study. Sedangkan pada penelitian kualitatif, jenis penelitian yang digunakan adalah deskriptif kualitatif. Teknik pengambilan sampel yaitu purposive sampling dengan sampel kelas X MIPA 4 yang berjumlah 32 siswa. Teknik pengumpulan data yaitu dengan tes, observasi, wawancara, dan dokumentasi. 
Hasil penelitian menunjukkan bahwa 1. model CBL efektif diterapkan dalam pembelajaran kimia (pada materi stoikiometri), ditinjau dari hasil observasi pembelajaran kimia model CBL dan aktivitas siswa dalam pembelajaran. Hasil observasi pembelajaran kimia model CBL sudah terlaksana dengan baik dan menunjukkan peningkatan dengan persentase 86,11% pada pertemuan pertama kemudian meningkat menjadi 88,89% pada pertemuan kedua dan ketiga. Hasil observasi aktivitas siswa mulai dari pertemuan pertama sampai dengan pertemuan ketiga telah memenuhi kriteria aktif dan menunjukkan peningkatan dengan persentase 75% pada pertemuan pertama, meningkat menjadi 77,78% pada pertemuan kedua dan 88,89% pada pertemuan ketiga. 2. Sebanyak 18,75% siswa memiliki literasi kimia tinggi; 71,87% siswa literasi kimia sedang; dan 9,38% siswa literasi kimia rendah. Literasi kimia siswa masih rendah pada tiga aspek, yaitu pada aspek konten dengan persentase 41%, aspek konteks sebesar 55%, dan aspek HOTS sebesar 53%. Sedangkan aspek sikap dalam kategori cukup dengan persentase 71%.