Contoh Soal dan Pembahasan Konstanta Kesetimbangan Kimia

Materi: kimia
Konstanta kesetimbangan pada reaksi-reaksi sering jadi bahan uji kepahaman untuk pokok bahasan kesetimbangan. Yang sering "dipermainkan" pada soal antara lain model penentuan K atau Kc atau Kp dengan membalik persamaan reaksi atau menjadikannya setengah dari reaksi semula atau sekian kali lipat dari reaksi semula.
Misal reaksi A(g) + B(g) ⇌ C(g) + D(g) dengan konstanta kesetimbangan K

Bila reaksi tersebut di-duakali-lipatkan menjadi
2A(g) + 2B(g) ⇌ 2C(g) + 2D(g)
maka nilai konstanta kesetimbangannya menjadi K²
Bila reaksi tersebut dijadikan separuh atau setengah dari semula
½A(g) + ½B(g) ⇌ ½C(g) + ½D(g)
maka nilai konstanta kesetimbangannya menjadi K^½ = √K
Bila reaksi semula dibalik mejadi
C(g) + D(g) ⇌ A(g) + B(g)
maka nilai konstanta kesetimbangannya menjadi $\frac{1}{K}$
Bila reaksi semula dibalik kemudian diubah menjadi setengahnya
½C(g) + ½D(g) ⇌ ½A(g) + ½B(g)
maka nilai konstanta kesetimbangannya menjadi $\frac{1}{\sqrt{K}}$
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

Berikut ini variasi soal terkait bahasan konstanta kesetimbangan
Soal Nomor 1
Konstanta kesetimbangan reaksi H₂ + I₂ ⇌ 2HI adalah 50 pada 600 K, tentukan konstanta kesetimbangan untuk HI ⇌ ½ H₂ + ½ I₂

Pembahasan Soal Nomor 1:
Untuk reaksi: H₂ + I₂ ⇌ 2HI
➡ Kc = $ \mathsf { \large {\frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}}}= 50$
Untuk reaksi: HI ⇌ ½ H₂ + ½ I₂
➡ K'c = $ \mathsf { \large {\frac{[H_2]^{1/2}[I_2]^{1/2}}{[HI]}}=\frac{1}{\sqrt{Kc}}=\frac{1}{\sqrt{50}}=0,141}$

Soal Nomor 2
2 mol PCl₅ dimasukkan ke dalam wadah 2 L dan dipanasi pada suhu 250 °C untuk mencapai keadaan setimbang, ketika 60% PCl₅ terurai menjadai PCl₃ dan Cl₂. Nilai konstanta kesetimbangan, Kc, untuk reaksi PCl₅ (g) ⇌ PCl₃ (g) + Cl₂ (g) adalah ...

Pembahasan Soal Nomor 2:
PCl₅ yang terdisosiasi hanya 60% = 60% × 2 mol = 1,20 mol

Reaksi	:	PCl₅ (g)	⇌	PCl₃ (g)	+	Cl₂ (g)
Awal	:	2,00 mol		-		-
Bereaksi	:	-1,20 mol		+1,20 mol		+1,20 mol
Kesetimbangan	:	0,80 mol		1,20 mol		1,20 mol
Konsentrasi Saat Setimbang	:	0,80 mol/2 L 0,40 M		1,20 mol/2 L 0,60 M		1,20 mol/2 L 0,60 M

Kc = $ \mathsf {\large {\frac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]}=\frac{0,60 \times 0,60}{0,40}}=0,90}$

Soal Nomor 3
Nilai konstanta kesetimbangan untuk reaksi N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ adalah K, konstanta kesetimbangan untuk $\mathsf { \frac{1}{2}}$ N₂ + $\mathsf {\frac{3}{2}}$ H₂ ⇌ NH₃ akan menjadi....

Pembahasan Soal Nomor 3:
Untuk reaksi:
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Kc = K =$\mathsf {\frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}}$
Serupa dengan persamaan itu maka
$\frac{1}{2}$N₂ + $\frac{3}{2}$ H₂ ⇌ NH₃
K'c =$ \mathsf {\frac{[NH_3]^1}{[N_2]^{1/2}[H_2]^{3/2}}}$
Jadi K'c² = Kc = K → K’c = $ \mathsf {\sqrt{K}}$

Soal Nomor 4
Anggap kesetimbangan gas-gas berikut beserta konstanta kesetimbangannya pada suhu 298 K
SO₂(g) + $\frac{1}{2}$O₂(g)⇌ SO₃ (g), K₁
dan
2SO₃ (g) ⇌ 2SO₂(g) + O₂(g) , K₂
Maka hubungan K₁ dan K₂ adalah....

Pembahasan Soal Nomor 4:
Kc untuk reaksi SO₂(g) + $\frac{1}{2}$O₂(g)⇌ SO₃ (g)
Kc = K₁ =$ \mathsf {\frac{[SO_3]}{[SO_2][O_2]^{1/2}}}$ ...(i)
Serupa dengan persamaan itu maka Kc' untuk reaksi
2SO₃ (g) ⇌ 2SO₂(g) + O₂(g)
K'c = K₂
K'c = $ \mathsf {\frac{[SO_2]^2[O_2]}{[SO_3]^2}}$ ...(ii)
Dari persamaan (i) dan (ii) diperoleh hubungan K₂ = $ \mathsf {\frac{1}{K_{1}^2}}$

Soal Nomor 5
Dalam kesetimbangan: A (g) + B (g) ⇌ C (g) + D (g)
Ketika 1 mol masing-masing reaktan dicampur, terbentuk 0,6 mol setiap produk, berapakah nilai tetapan kesetimbangan reaksi tersebut jika volume wadah tertutup adalah 1 L?

Pembahasan Soal Nomor 5:

Reaksi	:	A(g)	+	B(g)	⇌	C(g)	+	D(g)
Awal	:	1mol		1 mol		-		-
Bereaksi	:	-0,6 mol		-0,6 mol		+0,6 mol		+0,6 mol
Kesetimbangan	:	0,4 mol		0,4 mol		0,6 mol		0,6 mol

∴ $ \mathsf {Kc = \large {\frac{[C][D]}{[A][B]}=\frac{0,6 \times 0,6}{0,4 \times 0,4}= \frac{0,36}{0,16}}=2,25}$

Soal Nomor 6
Reaksi disosiasi gas H₂S dalam air ditulis sebagai:
(i) H₂S (aq) ⇌ H⁺ (aq) + HS^– (aq)
(ii) HS^– (aq) ⇌ H⁺ (aq) + S^2– (aq)
(iii) H₂S (aq) ⇌ 2H⁺ (aq) + S^2– (aq)
Konstanta disosiasi dari ionisasi berturut-turut K₁, K₂ dan K₃. Tentukan hubungan antara K₃ dengan K₁ dan K₂.

Pembahasan Soal Nomor 6:
Nilai K dari suatu hasil penjumlahan dua reaksi atau lebih dapat dihitung dengan mengalikan masing-masing nilai K reaksi yang dijumlahkan itu.

H₂S (aq) ⇌ H⁺ (aq) + HS^– (aq) , K₁
HS^– (aq) ⇌ H⁺ (aq) + S^2– (aq) , K₂
H₂S (aq) ⇌ 2H⁺ (aq) + S^2– (aq) , K₃

K₃ = K₁ × K₂

Soal Nomor 7
Sebanyak 0,041 mol gas NO dan 1,60 g gas bromin (Ar Br = 80) ditempatkan dalam wadah tertutup dengan volume 1 L, Reaksi yang terjadi dan membentuk kesetimbangan:

2NO(g) + Br₂(g) ⇌ 2NOBr(g)
Pada temperatur 25 °C dalam keadaan kesetimbangan NOBr pada reaksi tersebut terukur 0,4 atm. Tentukan nilai K_p?

Pembahasan Soal Nomor 7:
Penentuan tekanan awal NO
P = nRT/V
P = (0,041 mol) (0,082 L atm mol¯¹ K¯¹) ((25+273) K) ] / 1 L
P = 1,00 atm

Penentuan tekanan awal Br₂
P = nRT/V
P = (1,6/160 mol) (0,082 L atm mol¯¹ K¯¹) (298 K) ] / 1 L
P = 0,24 atm

Reaksi	:	2NO(g)	+	Br₂(g)	⇌	2NOBr(g)
Awal	:	1,00 atm		0,24 atm		-
Bereaksi	:	-0,40 atm		-0,20 atm		+0,40 atm
Kesetimbangan	:	0,60 atm		0,04 atm		0,40 atm

$ \mathsf {Kp = \large \frac{(P_{NOBr})^2}{(P_{NO})^2 \times (P_{Br_{2}})}}$
$ \mathsf {Kp = \large \frac{0,40^2}{0,6^2 \times 0,04}}$
$ \mathsf {Kp = 11,11}$

Soal Nomor 8
Konstanta kesetimbangan Kp untuk reaksi CO(g) + H₂O(g) ⇌ CO₂(g) + H₂(g) adalah 4,0 pada temperatur tertentu. Jika pada reaksi kesetimbangan kita dapati jumlah ekuimolar (jumlah zat yang sebanding) antara CO dan H₂O yaitu 1 mol maka jumlah CO₂ dan H₂ adalah ....

Pembahasan Soal Nomor 8

Reaksi	:	CO(g)	+	H₂O(g)	⇌	CO₂(g)	+	H₂(g)
Kesetimbangan	:	1 mol		1 mol		y mol		y mol

Dari reaksi tersebut diketahui jumlah pereaksi dan hasil reaksi adalah seimbang, oleh karena itu Kp = Kc dan volume pada sistem dapat diabaikan dalam perhitungan tetapan kesetimbangan.

Kp = Kc = $ \mathsf { \large {\frac{[CO_2][H_2]}{[CO][H_{2}O]}}}$
Kp =    4 = $\mathsf { \large {\frac{y \times y}{1 \times 1}}}$
Kp =    4 = $\mathsf { \large y^2}$
Kp =    y = $\mathsf {2}$
Jadi jumlah CO₂ dan H₂ masing-masing 2 mol.

Soal Nomor 9
Diketahui data K_a dan reaksi ionisasi beberapa asam berikut:

Reaksi ionisasi asam	Ka
H₂CO₃ ⇌ HCO₃^– + H⁺	4,2 × 10^–7
CH₃COOH ⇌ CH₃COO^– + H⁺	1,8 × 10^–5
HNO₂ ⇌ NO₂^– + H⁺	4,5 × 10^–5
HSO₄^– ⇌ SO₄^2– + H⁺	1,2 × 10^–2

Berdasarkan data tersebut, di antara reaksi berikut yang dapat berlangsung spontan ke kanan adalah:
A. HNO₂ + CH₃COO^– ⇌ CH₃COOH + NO₂^–
B. SO₄^2– + HNO₂ ⇌ HSO₄^– + NO₂^–
C. CH₃COO^– + H₂CO₃ ⇌ HCO₃^– + CH₃COOH
D. NO₂^– + CH₃COOH ⇌ HNO₂ + CH₃COO^–
E. CH₃COOH + SO₄^2– ⇌ CH₃COO^– + HSO₄^–

Pembahasan Soal Nomor 9:
Menjumlahkan suatu reaksi = mengalikan nilai K, membalik persamaan reaksi berarti nilai K menjadi 1/K.
Dari alternatif jawaban maka diperoleh hasil hitung sebagai berikut.
Alternatif A:

HNO₂ ⇌ H⁺ + NO₂^–	Ka = 4,5 × 10^–5
CH₃COO^– + H⁺⇌ CH₃COOH	1/Ka = 1/(1,8 × 10^–5)
HNO₂ + CH₃COO^– ⇌ CH₃COOH + NO₂^–	K = 2,5 × 10⁰

dan seterusnya, dengan ringkasan sebagai berikut.

A. 4,5 × 10^–5 : 1,8 × 10^–5 = 2,5 × 10⁰
B. 4,5 × 10^–5 : 1,2 × 10^–2 = 3,75 × 10^–3
C. 4,2 × 10^–7 : 1,8 × 10^–5 = 2,33 × 10^–2
D. 1,8 × 10^–5 : 4,5 × 10^–5 = 4,00 × 10^–1
E. 1,8 × 10^–5 : 1,2 × 10^–2 = 1,50 × 10^–3
Bila K bernilai besar (lihat eksponen tidak negatif) dibanding reaksi lain maka ini dianggap spontan ke kanan. Spontan ke kanan ini berarti pada reaksi kesetimbangan cenderung akan membentuk hasil reaksi lebih banyak dibanding bila nikai K lebih kecil. Jawaban yang paling tepat A.

Soal diadaptasi dari berbagai sumber.

Contoh Soal dan Pembahasan Konstanta Kesetimbangan Kimia

Tidak ada komentar:

Posting Komentar