Berikut ini adalah soal dan pembahasan yang ditulis untuk pembelajaran kimia siswa kelas 11 SMA di Indonesia pokok bahasan kesetimbangan kimia. Ini dibuat bukan untuk tujuan komersial, hanya sebagai contoh bagaimana menyelesaikan soal-soal yang berhubungan dengan derajat disosiasi, tetapan kesetimbangan dan spesi-spesi yang ada dalam sistem kesetimbangan. Beberapa soal diambil dari buku BSE Kimia kelas 2 (11). Untuk rekan pembaca/pemerhati pendidikan kimia, penulis dengan senang hati menerima koreksi bila ditemui kekurangtepatan pembahasan. Semoga bermanfaat bagi pemelajar kimia.
Soal #1
Pemanasan gas SO3 dalam ruangan tertutup pada suhu tertentu menghasilkan O2 sebanyak 20% volume. Hitung derajat disosiasi SO3 pada kondisi tersebut
Penyelesaian #1:
Perbandingan volume menunjukkan perbandingan jumlah masing-masing gas dalam ruang tersebut.
Mula-mula tentu SO3 masih sebanyak 100% (anggaplah 1 mol). Pada keadaan setimbang jumlah O2 = jumlah volume O2 = 20% atau 0,2 mol, artinya jumlah yang dihasilkan juga sebanyak 0,2 mol. Berdasarkan perbandingan koefisien zat ketika setara adalah maka jumlah SO3 dan SO2 yang bereaksi adalah 2 kali jumlah O2 yaitu 2 × 0,2 mol = 0,4 mol
| Reaksi | : | 2SO3(g) | ⇌ | 2SO2(g) | + | O2(g) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Awal | : | 1 mol | - | - | ||
| Bereaksi | : | -0,4 mol | +0,4 mol | +0,2 mol | ||
| Kesetimbangan | : | 0,6 mol | 0,4 mol | 0,2 mol |
Derajat disosiasi (derajat penguraian) = jumlah zat yang bereaksi : jumlah zat awal
Derajat disosiasi (derajat penguraian) = 0,4 : 1,0 = 0,40
Soal #2
Pada suhu tertentu, dalam ruang 1 liter terdapat kesetimbangan: 2SO3 (g) ⇌ 2SO2(g) + O2(g)
Semula terdapat 0,5 mol gas SO3 dan setelah tercapai kesetimbangan perbandingan jumlah SO3 terhadap O2 adalah 4 : 3. Hitunglah tetapan kesetimbangannya.
Penyelesaian #2:
Untuk memudahkan penyelesaian soal dibuat tabel ABK (Awal-Bereaksi-Kesetimbangan) sebagaimana biasanya.
| Reaksi | : | 2SO3(g) | ⇌ | 2SO2(g) | + | O2(g) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Awal | : | 0,50 mol | - | - | ||
| Bereaksi | : | -6x | +6x | +3x | ||
| Kesetimbangan | : | 4x | 6x | 3x |
Berikutnya adalah menentukan besarnya nilai x.
Dari tabel tampak bahwa 0,50 - 6x = 4x, jadi 0,5 = 4x + 6x → 0,5 = 10x → x = 0,05
Jadi saat setimbang:
[SO3] = 4.x = 4.0,05 = 0,2 M ;
[SO2] = 6x = 6.0,05 = 0,3 M;
[O2] = 3.x = 3.0,05 = 0,15 M ;
$ Kc = \dfrac{[SO_2]^{2}[O_2]}{SO_3]^{2}}\\
Kc = \dfrac{0,3^{2}. 0,15}{0,2^{2}}\\
Kc = \dfrac{0,0135}{0,04}\\
Kc = 0,3375$
Soal #3
Reaksi penguraian 2SO3 (g) ⇌ 2SO2(g) + O2(g) mempunyai tetapan kesetimbangan Kc = 0,025 M pada suhu tertentu. Untuk dapat membatasi penguraian 2 M sampai 20% saja pada suhu tersebut berapa molar perlu ditambahkan gas O2?
Penyelesaian #3:
20% dari 2 M = 0,4 M
x adalah jumlah [O2] yang harus ditambahkan.
| Reaksi | : | 2SO3(g) | ⇌ | 2SO2(g) | + | O2(g) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Awal | : | 2 M | - | - | ||
| Bereaksi | : | -0,4 M | +0,4 M | +0,2 M + x M | ||
| Kesetimbangan | : | 1,6 M | 0,4 M | (0,2 + x)M |
$ Kc = \dfrac{[SO_2]^{2}[O_2]}{SO_3]^{2}}\\
0,025 = \dfrac{0,4^{2}. (0,2 + x)}{1,6^{2}}\\
0,025 = \dfrac{0,16(0,2+x)}{2,56}\\
0,025 \times 2,56 = 0,032 + 0,16x\\
0,064 = 0,032 + 0,16x\\
0,16x = 0,064 - 0,032\\
0,16x = 0,032
x = \dfrac{0,032}{0,16}\\
x = 0,2 M$
Jadi jumlah [O2] yang harus ditambahkan sebanyak 0,2 M
Soal #4
Dalam suatu tempat tertutup, gas NH3 dipanaskan hingga terurai sebagian. Setelah tercapai keadaan setimbang ternyata perbandingan mol gas NH3 : N2 : H2 adalah 3 : 1 : 6. Berapakah persentase NH3 yang terurai.
Penyelesaian #4:
Kalimat pertama memberikan petunjuk bahwa sebelum kesetimbangan tercapai pada awal memang terjadi peruraian sebagian (artinya sebelum tercapai kesetimbangan produk sudah terbentuk juga). Kita dapat menempatkan perbandingan mol tersebut pada baris kesetimbangan kemudian kita tentukan jumlah zat yang menjadi penentu perbandingan berdasar koefisien yang semestinya, dalam hal ini adalah gas N2 (dimisalkan sebagai x) yang bereaksinya (pada baris "bereaksi"). Kemudian ditentukan jumlah NH3 awal, berikutnya dapat dihitung persentase yang NH3 terurai
| Reaksi | : | 2NH3(g) | ⇌ | N2(g) | + | 3H2(g) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Awal | : | y | - | 3x | ||
| Bereaksi | : | –2x | ← | +x | → | +3x |
| Kesetimbangan | : | 3x | x | 6x |
y = 3x + 2x = 5x
Persen NH3 terurai = 2x/5x times 100% = 40%
Soal #5
Dalam suatu tempat tertutup bervolume 1 liter, terdapat campuran gas-gas A, B, X dan Y dengan [A] = [B] = 0,2 M dan [X] = [Y] = 0,2 M. Jika pada suhu tetap tekanan campuran dinaikkan, perbandingan konsentrasi zat-zat tidak berubah. Namun, jika ke dalam tempat dimasukkan 0,2 mol zat A, setelah setimbang kembali didapatkan [A] = 0,375 M. Dari data tersebut disimpulkan bahwa dalam tempat tersebut terjadi reaksi kesetimbangan....
A. A ⇌ B
B. A ⇌ B + Y
C. A ⇌ Y
D. A + X ⇌ B + Y
E. A + X ⇌ B
Penyelesaian #5:
Dari pernyataan ketika suhu tetap dan tekanan campuran dinaikkan ternyata konsentrasi zat-zat tidak berubah ini menunjukkan jumlah zat ruas kiri dan kanan adalah sama atau sebanding (dapat dilihat dari koefisien masing-masing zat). Artinya alternatif B dan E sudah gugur karena jumlah zat ruas kiri dan kanan berbeda, sedangkan A, C, dan D berpeluang benar karena jumlah zat ruas kiri dan kanan sama.
Jika [A] = 0,2 M kemudian ditambah 0,2 M sehingga menjadi 0,4 kemudian setelah setimbang menjadi 0,375 artinya [A] yang bereaski hanya 0,025 M.
Analisis berikutnya terhadap:
- pilihan A: A ⇌ B
pada opsi ini dapat diartikan bahwa gas X dan gas Y tidak ada dalam kesetimbangan dengan kata lain ia habis bereaksi. Yang dapat habis dalam reaksi tentu saja pereaksi (di sebelah kiri tanda panah kesetimbangan). - pilihan C: A ⇌ Y
pada opsi ini dapat diartikan bahwa gas B dan gas X tidak ada dalam kesetimbangan dengan kata lain ia habis bereaksi. - pilihan D: A + X ⇌ B + Y
Karena A yang bereaksi hanya 0,025 M maka berdasarkan reaksi pada pilihan tersebut ilustrasinya seperti pada tabel berikut.Reaksi : A + X ⇌ B + Y Awal : 0,4 0,2 0,2 0,2 Bereaksi : -0,025 -0,025 0,025 0,025 Kesetimbangan : 0,375 0,175 0,225 0,225
Soal #6
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi X + 2Y ⇌ XY2 adalah 0,25 liter/mol2. Hitunglah jumlah X yang harus ditambahkan pada 4 mol Y dalam volume 5 liter agar menghasilkan 1 mol XY2 dalam kesetimbangan.
Penyelesaian #6:
Kc = 0,25 liter/mol2
| Reaksi | : | X | + | 2Y | ⇌ | XY2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Awal | : | a | 4 mol | - | ||
| Bereaksi | : | –1 | –2 | 1 | ||
| Kesetimbangan | : | a – 1 | 2 | 1 mol |
$[X] = \dfrac{a-1}{5}~ M\\
[Y] = \dfrac{2}{5}~M = 0,4~M\\
[XY_{2}] = \dfrac{1}{5}~M = 0,2~M$
\begin{align}
Kc &= \dfrac{[XY_2]}{[X][Y]^{2}}\\
0,25 &= \dfrac{0,2}{\dfrac{(a-1)}{5}(0,4)^{2}}\\
0,25 &= \dfrac{0,2}{\dfrac{(a-1)}{5}(0,4)^{2}}\times \dfrac{5}{5}\\
0,25 &= \dfrac{1}{(a-1)(0,4)^{2}}\\
0,25 \times 0,16 (a-1) &= 0,2\\
0,04a-0,04 &= 1\\
0,04a &=1+0,04\\
0,04a&=1,04\\
a&=\dfrac{1,04}{0,04}\\
a&=26~M\\
\end{align}
Soal #7
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2 pada suhu 760 K adalah 0,05. Jika konsentrasi awal PCl5 sebesar 0,1 M, hitunglah persentasi PCl5 yang terurai.
Penyelesaian #7:
Dimisalkan jumlah PCl5 yang terurai adalah x M maka
| Reaksi | : | PCl5 (g) | ⇌ | PCl3 (g) | + | Cl2 (g) |
| Awal | : | 0,1 M | - | - | ||
| Bereaksi | : | -x | +x | +x | ||
| Kesetimbangan | : | 0,1 - x | x | x |
$ Kc = \dfrac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]}\\
0,05 = \dfrac{x.x}{0,1-x}\\
0,05(0,1-x)=x^{2}\\
x^{2}+0,05x-0,005=0$
diperoleh x1 = 0,05 dan x2 = -0,1 (ini jelas tidak mungkin digunkan karena berharga negatif)
x = 0,05 M oleh karena itu % PCl5 yang terurai = $\dfrac{0,05}{0,1} \times 100 =50 \%$
Soal #8
Jika tetapan kesetimbangan (Kc) untuk reaksi:
Reaksi-1: A + B ⇌ C dengan Kc = 4
Reaksi-2: 2A + D ⇌ C dengan Kc = 8,
maka tentukan tetapan kesetimbangan untuk reaksi C + D ⇌ 2B!
Penyelesaian #8:
Dari reaksi yang tersedia dapat ditempuh cara agar diperoleh reaksi seperti yang diminta (C + D ⇌ 2B), C dan D di ruas kiri dan B ada di ruas kanan. Upayakan menyesuaikan posisi zat untuk reaksi 1 dan 2.
Sebagaimana teknis bila reaksi merupakan hasil penjumlah dari dua reaksi lain maka nikai K adalah hasil kali K dua reaksi tersebut.
A(g) + X(g) ⇌ C(g) dengan konstanta kesetimbangan K1
B(g) ⇌ D(g) + X(g) dengan konstanta kesetimbangan K2
maka penjumlah dua reaksi tersebut menjadi
A(g) + B(g) ⇌ C(g) + D(g) dengan K = K1 × K2
2C ⇌ 2A + 2B (reaksi 1 dibalik dan kalikan 2 sehingga Kc-1 = $\dfrac{1}{4^{2}}$
2A + D ⇌ C (rekasi tetap sehingga Kc2 = 8)
Penjumlahan reaksi-1 dan reaksi-2 menjadi:
2C + 2A + D ⇌ 2A + 2B + C
Reaksi bersihnya menjadi seperti reaksi-3
C + D ⇌ 2B nilai Kc3 = $\dfrac{1}{4^{2}} \times 8 = \dfrac{1}{2}$
Sumber soal: Buku BSE Kimia dan Buku Panduan Belajar Kimia 2 Oleh Sentot Budi Raharjo
Tidak ada komentar:
Posting Komentar