Contoh Soal Penambahan Asam/Basa Kuat pada Larutan Penyangga (Buffer)

Materi: kimia
Menanggapi soal yang diberikan rekan anggota grup Asosiasi Guru Kimia Indonesia yang diambil dari soal SBMPTN kimia menjadi menarik untuk mencarikan contoh soal terkait dengan komponen zat apa saja yang memungkinkan terjadinya larutan penyangga (buffer).
 
Pasangan zat berikut ini yang jika dicampurkan akan berpeluang menghasilkan larutan bufer adalah ....
(1) CH₃COOH (aq) + NaOH(aq)
(2) CH₃COONa (aq) + HCl(aq)
(3) NH₃(aq) + HCl(aq)
(4) NH₄Cl(aq) + NaOH(aq)

---

Penambahan asam kuat pada larutan penyangga

Soal #1:
Berapakah pH setelah penambahan 0,002 mol HCl pada 100 mL larutan penyangga yang terdiri dari 0,50 M CH₃COOH dan 0,50 M CH₃COONa ?(pKa CH₃COOH = 4,76 )

Pembahasan Soal #1:

pH sebelum  penambahan HCl
pH sebelum  penambahan HCl dapat dihitung seperti biasanya.
pH = pKa + log([garam]/[asam])
pH = 4,76 + log(0,50/0,50)
pH = 4,76 + log(1)
pH = 4,76 + 0
pH = 4,76 

HCl akan bereaksi dengan CH₃COONa:
CH₃COONa + HCl → CH₃COOH + NaCl

Atau jika disingkat menjadi:
CH₃COO^– + H⁺ ⇌ CH₃COOH

Jumlah CH₃COOH dalam larutan penyangga sebelum ditambahkan HCl
= 0,1 L × 0,50 M= 0,05 mol
Jumlah CH₃COONa dalam larutan penyangga sebelum penambahan HCl
= 0,1 L × 0,50 M= 0,05 mol
Jumlah HCl yang ditambahkan 0,002 mol

Berdasar pada perbandingan koefisien persamaan reaksi setara (1:1) maka:
0,002 mol CH₃COONa bereaksi dengan 0,002 mol HCl menghasilkan 0,002 mol CH₃COOH. (⟶jumlah CH₃COOH setelah penambahan 0,002 mol HCl)

Reaksi	:	CH3COONa		+	HCl	⇌	CH3COOH	+	NaCl
Awal	:	0,05 mol			0,002 mol		0,05 mol		–
Bereaksi	:	–0,002 mol			–0,002 mol		+0,002 mol		+0,002 mol
Kesetimbangan	:	0,048 mol			0		0,052 mol		0,002 mol

Total jumlah CH₃COOH sebelum dan sesudah penambahan 0,002 mol HCl = 0,052mol

Konsentrasi CH₃COOH akhir = 0,052 mol / 0,1 L = 0,52 M

Sebanyak 0,002 mol CH₃COONa yang telah bereaksi dengan HCl,CH₃COONa yang tersisa (tidak bereaksi dengan HCl = 0,05 – 0,002 = 0,048 mol 
Konsentrasi CH₃COONa akhir = 0,048 mol / 0,1 L = 0,48 M

pH = pKa + log([garam]/[asam])
pH = 4,76 + log (0,48/0,52)
pH = 4,76 +log 0,923
pH = 4,76 + (– 0,03)
pH = 4,73

---

Penambahan basa kuat pada larutan penyangga

Soal #2:
Berapakah pH campuran 30 mL CH₃COONa 0,1 M dan 15 mL HCl 0,1 M?
Berapakah pH campuran tersebut setelah ditambahkan 5 ml NaOH 0,1 M?

Pembahasan Soal #2:

Jumlah CH₃COONa = 0,03 L × 0,1 M = 0,003 mol
Jumlah HCl = 0,015 L × 0,1 M = 0,0015 mol

Reaksi	:	CH3COONa		+	HCl	⇌	CH3COOH	+	NaCl
Awal	:	0,003 mol			0,0015 mol		–		–
Bereaksi	:	–0,0015 mol			–0,0015 mol		+0,0015 mol		+0,0015 mol
Kesetimbangan	:	0,0015 mol			0		0,0015 mol		0,0015 mol

Ketika CH3COONa dan HCl dicampurkan, H⁺ dari HCl akan terjadi reaksi:
CH₃COO^– + H⁺ ⇌ CH3COOH

Perbandingan molar antara ion CH₃COO^– dengan ion H⁺ adalah 1:1, oleh karena itu HCl bertindak sebagai pereaksi pembatas.
Jumlah asam asetat yang terbentuk akan sama dengan mol HCl = 0,0015 mol
Jumlah ion asetat (garam) yang tersisa ⟶ 0,003 – 0,0015 = 0,0015 mol

Jadi pada saat akhir terdapat asam lemah CH₃COOH dan basa konjugasinya (garam) membentuk larutan penyangga.

pH = pKa + log(mol garam/mol asam)
pH = 4,76 + log(0,0015/0,0015)
pH = 4,76 + log 1
pH = 4,76 + 0
pH = 4,76

Penambahan basa kuat NaOH akan menetralkan ion H⁺ (pada CH₃COOH hasil reaksi campuran CH₃COONa + HCl di atas) dan menghasilkan ion CH₃COO^–

CH₃COOH + NaOH ⟶ CH₃COONa + H₂O

Jumlah NaOH ⟶ 0,005 L x 0,1 M = 0,0005 mol
Perbandingan molar pada reaksi tersebut adalah 1:1, jumlah NaOH = jumlah CH₃COO^–
Jumlah CH₃COO^– = jumlah NaOH = 0,0005 mol

Reaksi	:	CH3COOH		+	NaOH	⇌	CH3COONa	+	H2O
Awal	:	0,0015 mol			0,0005 mol		0,0015 mol		–
Bereaksi	:	–0,0005 mol			–0,0005 mol		+0,0005 mol		–
Kesetimbangan	:	0,001 mol			0		0,0020 mol		–

Ingat jumlah CH₃COOH sebelumnya (dari reaksi campuran awal) = 0,0015 mol
Jumlah CH₃COOH yang tersisa ⟶ 0,0015 mol – 0,0005 = 0,001 mol
Total jumlah CH₃COO^– ⟶ 0,0005 mol + 0,0015 mol = 0,0020 mol

pH = 4,76 + log(0,0020/0,001)
pH = 4,76 + log 2
pH = 4,76 + 0,30
pH = 5,06

---

Dari 2 pembahasan soal tersebut dapat dipahami bahwa komponen zat pada alternatif jawaban soal SBMPTN tersebut keempat-empatnya berpeluang membentuk larutan penyangga.