Contoh Soal dan Pembahasan Kesetimbangan Kimia

Materi: kimia
Soal #1:
Pada suhu tertentu dalam ruang 10 liter terdapat dalam kesetimbangan 0,2 mol gas PCl₅ ; 0,3 mol PCl₃; dan 0,1 mol gas Cl₂ ; menurut reaksi kesetimbangan: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂
Pada suhu dan volume tetap dimasukkan x mol gas Cl₂ . Ternyata setelah terjadi kesetimbangan baru didapatkan 0,25 mol gas PCl₅; 0,25 mol pas PCl₃; dan 0,15 mol gas Cl₂ . Hitunglah nilai x.


Pembahasan Soal #1:
Konsentrasi zat mula-mula:
$[PCl_5]=\frac{0,2 mol}{10 L} =0,02 M$
$[PCl_3]=\frac{0,3 mol}{10 L}=0,03 M$
$[Cl_2]=\frac{0,1 mol}{10 L} =0,01 M$
Kesetimbangan awal:
$$\begin{align} Kc &= \frac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]}\\ & = \frac{0,03 \times 0,01}{0,02}\\ & = 0,015 \end{align}$$
Pada kesetimbangan baru tersebut tentu nilai Kc tidak berubah, ini dapat dibuktikan dengan menghitung Kc menggunakan data setelah sejumlah x mol Cl₂ ditambahkan.
$$\begin{align} Kc &= \frac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]}\\ & = \frac{0,025 \times 0,015}{0,025}\\ & = 0,015 \end{align}$$
Dari jumlah zat pada kesetimbangan baru tersebut nampak bahwa jumlah masing-masing zat mengalami perubahan hingga Kc dapat dipertahankan.

• Jumlah  mol PCl₅ meningkat dari 0,2 mol menjadi 0,25 mol (berubah +0,05 mol)
• Jumlah  mol PCl₃ menurun dari 0,3 mol menjadi 0,25 mol (berubah –0,05 mol)

Untuk jumlah Cl₂ mestinya juga akan mengalami penurunan setelah dilakukan penambahan sejumlah x mol yang setara dengan perubahan yang dialami PCl₅ dan PCl₃ karena memiliki perbandingan koefisien yang setara.

• Jumlah  mol Cl₂ menurun dari 0,1 mol + $x$ mol menjadi 0,15 mol (berubah –0,05 mol)

Ketika konsentrasi Cl₂ ditingkatkan sementara nilai Kc tetap maka hal yang mungkin terjadi adalah konsentrasi PCl₅ meningkat sebanyak 0,2 mol + 0,5 mol  dan konsentrasi PCl₃ menurun.

Reaksi	PCl5	⇌	PCl3	+	Cl2
Awal	0,2 mol		0,3 mol		(0,1 + $x$) mol
Berubah	+0,05 mol		–0,05 mol		–0,05 mol
Kesetimbangan	0,25 mol		0,25 mol		0,15 mol

Dari tabel tersebut dapat dihitung nilai $x$ mol Cl₂ yang ditambahkan:
$$\begin{align}(0,1 + x)~mol - 0,05 ~mol &= 0,15~ mol\\ 0,1 + x &= 0,15 ~mol + 0,05~ mol\\ x& = 0,2 ~mol - 0,1 ~mol\\ x &= 0,1 ~mol \end{align}$$

---

Soal #2
Untuk kesetimbangan PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂
PCl₅ murni ditambahkan ke dalam sistem reaksi. Pada saat kesetimbangan terdapat 0,04 M PCl₅ dan diketahui Kc = 4 pada 228 ^oC . Berapakah konsentrasi PCl₃ dalam sistem tersebut?
A. 0,16 M
B. 0,20 M
C. 0,40 M
D. 0,80 M
E. 1,60 M

Pembahasan Soal #2:

Reaksi	PCl5	⇌	PCl3	+	Cl2
Awal	Sejumlah PCl5		0		0
Berubah	– $x$ M		+ $x$ M		+ $x$ M
Kesetimbangan	0,04 M		$x$ M		$x$ M

$$\begin{align} Kc &= \frac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]}\\ 4& = \frac{x \times x}{0,04}\\ 0,16& = x^2\\ x&=0,4 M \end{align}$$

---

Soal #3
Pada suhu tertentu ditempatkan 0,3 mol NO, 0,2 mol Cl₂, dan 0,5 mol ClNO ke dalam wadah dengan volume 25 L. Persamaan reaksi kesetimbangan untuk zat-zat tersebut adalah
2ClNO(g) ⇌ NO(g) + Cl₂(g)
a. Jika pada keadaan setimbang terdapat 0,6 mol ClNO, berapakan jumlah Cl₂ yang ada dalam keadaan setimbang tersebut?
b. Hitunglah nilai Kc untuk sistem kesetimbangan tersebut.

Pembahasan Soal #3:
a.  Penentuan jumlah Cl₂ saat setimbang:

Reaksi	2ClNO(g)	⇌	2NO(g)	+	Cl2(g)
Awal	0,5 mol		0,3 mol		0,2 mol
Berubah	$+2x$mol		$-2x$ mol		$-x$ mol
Kesetimbangan	0,6 mol		$(0,3-2x)$ mol		$(0,2-x)$ mol

Perhatikan bahwa jumlah ClNO pada soal menunjukkan adanya penambahan sebanyak 0,1 mol (0,5 mol menjadi 0,6 mol). Karena perbandingan jumlah masing-masing zat dalam kesetimbangan adalah 2 ClNO : 2 NO : 1 Cl₂, maka penambahan 0,1 mol ClNO tersebut berarti akan setara dengan pengurangan jumlah Cl₂ sebanyak 0,05 mol. Jadi jumlah Cl₂(g) pada keadaan setimbang terdapat (0,2 – 0,05) mol = 0,15 mol.

b. Penentuan nilai Kc:
Jumlah $ClNO$ saat setimbang $= 0,6~mol$
Jumlah $NO$ saat setimbang $= 0,3-0,1~mol=0,2~mol$
Jumlah $Cl_2$ saat setimbang $= 0,2-0,05~mol=0,15~mol$

$[ClNO]=\frac{0,6 mol}{25 L} =0,024~M$
$[NO]=\frac{0,2 mol}{25 L}=0,008~M$
$[Cl_2]=\frac{0,15 mol}{25 L} =0,006~M$
$$\begin{align} Kc &= \frac{[NO]^2[Cl_2]}{[ClNO]^2}\\ & = \frac{0,008^2 \times 0,006}{0,024^2}\\ & = 6,67 \times 10^{-4} \end{align}$$