Contoh Soal Hitungan Massa NaOH untuk membuat Buffer dengan pH Tertentu

Materi: kimia
Soal:
Berapa gram NaOH (massa molar 40 g/mol) harus ditambahkan ke dalam 100 mL H₃PO₄ 0,1 M untuk membuat larutan buffer (penyangga) dengan pH 7,3?
H₃PO₄ , pK_a1 = 2,12; pK_a2 = 7,21; pK_a3 = 12,32.

Penyelesaian:
Larutan penyangga (buffer) fosfat dengan pH yang diharapkan adalah 7,3. pH buffer ini biasanya tidak jauh dari nilai pK_a. pK_a yang paling dekat dengan yang diharapkan adalah pK_a2 dari H₃PO₄ yaitu 7,21. Ini berarti bahwa dalam larutan buffer tersebut akan terdiri dari NaH₂PO₄ dan Na₂HPO₄.

Pertama harus ditambahkan NaOH secukupnya (NaOH tidak boleh bersisa pada reaksi ini) hingga dapat menetralisir H⁺_pertama dari H₃PO₄

Jumlah mol H₃PO₄ awal adalah 100 mL × 0,1 M = 0,01 mmol, dan dimisalkan massa NaOH yang dibutuhkan adalah x.

Reaksi	:	NaOH	+	H3PO4	→	NaH2PO4	+	H2O
Awal	:	x/40		10 mmol		-		-
Bereaksi	:	-x/40		-10 mmol		+10 mmol		-
Akhir	:	0		0		10 mmol		-

Karena perbandingan koefisien NaOH : H₃PO₄ = 1 : 1 maka
x/40 = 10 mmol → x = 40 × 10 mmol = 400 mg
400 mg ini adalah massa NaOH hanya untuk menetralkan H⁺_pertama dari H₃PO₄

Kedua penambahan NaOH untuk mendapatkan pH 7,3
Jumlah mol NaH₂PO₄ = 10 mmol didapat dari reaksi pertama akan ditambahkan lagi sejumlah NaOH (dimisalkan y) dan NaOH ini harus habis bereaksi (sebagai pereaksi pembatas) untuk terbentuk pasangan buffer Na₂HPO₄.

Reaksi	:	NaOH	+	NaH2PO4	→	Na2HPO4	+	H2O
Awal	:	y/40		10 mmol		-		-
Bereaksi	:	-y/40		-y/40 mmol		+ y/40 mmol		-
Akhir	:	0		10 – (y/40) mmol		y/40 mmol		-

Campuran antara NaH₂PO₄ dengan Na₂HPO₄ inilah yang diharapkan membentuk larutan buffer dengan pH 7,3.

$$\begin{align} pH_{buffer} &= pK_{a2} + log \dfrac{\sum~mol~Na_{2}HPO_{4}}{\sum~mol~NaH_{2}PO_{4}}\\ 7,30 &= 7,21 + log \dfrac{y/40}{10-(y/40)}\\ 7,30 – 7,21 &= log \dfrac{y/40}{10-(y/40)}\\ 0,09 &= log \dfrac{y/40}{10-(y/40)}\\ 10^{0,09} &=\dfrac{y/40}{10-(y/40)}\\ 1,23 &= \dfrac{y/40}{10-(y/40)}\\ 1,23 [10-(y/40)] &= y/40\\ (1,23 \times 10)-(1,23 \times y/40) &= y/40\\ (40 \times 12,30)-(1,23 \times y) &= y\\ 492 & = 2,23 \times y\\  y &= 220,63~mg \\ \end{align}$$

Jadi total massa NaOH yang harus ditambahkan adalah x + y = (400 + 220,63) mg = 620,63 mg

---

Soal tantangan-1:
Larutan buffer fosfat 0,20 M dengan pH 6,5, kemudian ditambahkan 0,72 mL NaOH 0,46 M ke dalam 58 mL larutan buffer tersebut. Berapakah pH larutan setelah penambahan NaOH itu? Boleh menggunakan data pK_a pada soal yang di atas.

Soal tantangan-2:
Terdapat 800 mL buffer fosfat 0,050 M dengan pH 6,5. pH buffer tersebut akan dinaikkan menjadi 7,5 dengan menambahkan NaOH 6,00 M. Hitunglah volume NaOH yang diperlukan. Berapakah konsentrasi akhir larutan buffer tersebut?  Boleh menggunakan data pK_a pada soal yang di atas.

Soal tantangan-3: 
Berapa volume NaOH 0,8 M yang harus ditambahkan pada 3,48 mL H₃PO₄ agar diperoleh buffer dengan pH 7,4? (Diketahui kemurnian H₃PO₄ (w/w) = 85%; densitas 1,69 g/mL; pK_a1 = 2,15; pK_a2 = 7,2; pK_a3 = 12,44)
a. 103 mL
b. 89 mL
c. 78 mL
d. 45 mL
e. 40 mL