Soal Laju Reaksi Dekomposisi dan Pembahasannya

Materi: kimia
Soal #1
Dekomposisi dinitrogen pentaoksida (N₂O₅) menjadi NO₂ dan O₂ adalah reaksi orde pertama. Pada temperatur 60 ^oC konstanta laju reaksinya adalah 2,8×10^–3 menit^-1. Jika pada wadah tertutup mula-mula hanya ada N₂O₅ pada tekanan 125 kPa, berapa lama ia akan mencapai tekanan 176 kPa?

A. 182 menit
B. 129 menit
C. 113 menit
D. 83 menit
E. 62 menit

Pembahasan Soal #1:
Reaksi orde-1 berlaku → ln[A]_t = -kt + ln[A]₀
Dalam soal ini → ln[N₂O₅]_t = -kt + ln[N₂O₅]₀

Dihitung tekanan N₂O₅ saat t dengan menggunakan persamaan seperti tabel berikut.

Reaksi	2N2O5	→	4NO2	+	O2
Awal (kPa)	125		-		-
Bereaksi (kPa)	-2x		+4x		x
Akhir (kPa)	125 – 2x		4x		x

Saat mencapai tekanan 176 kPa akan terdapat: gas N₂O₅ sebanyak (125 – 2x)kPa, gas NO₂ sebanyak 4x, dan gas O₂ sebanyak x.

176 = (125 – 2x) + 4x + x
176 – 125 = 3x
3x = 51
x = 17

Jadi tekanan N₂O₅ saat t atau [N₂O₅]_t adalah 125 – 2x = 125 – 2(17) = 91 kPa

ln[N₂O₅]_t = -kt + ln[N₂O₅]₀
ln (91) = -2,8×10^–3 menit^-1 × t + ln(125)
ln (91) – ln(125) = -2,8×10^–3 menit^-1 × t
4.51086 – 4.828314 = -2,8×10^–3 menit^-1 × t
-0.31745 = = -2,8×10^–3 menit^-1 × t
t = -0.31745 : -2,8×10^–3
t = 113.3765 menit

---

Soal #2a
Dekomposisi termal asetaldehid, CH₃CHO → CH₄ + CO, merupakan reaksi orde kedua. Data berikut diperoleh untuk mempelajari reaksi dekomposisi tersebut pada 518 ^oC.

Waktu (detik)	Tekanan CH3CHO (mmHg)
0	364
42	330
105	290
720	132

Berdasarkan data di atas, tetapan laju reaksi dekomposisi termal asetaldehid sebesar...
A. 2,2 × 10^–3 s^-1
B. 7,0 × 10^–1 mmHg.s^-1
C. 2,2 × 10^–3 mmHg^-1.s^-1
D. 6,7 × 10^–6 mmHg^-1.s^-1
E. 5,2 × 10^–5 mmHg^-1.s^-1

Pembahasan Soal #2a:
Reaksi orde 2 berlaku
kt = 1/[A]_t – 1/[A]₀
menggunakan data t=0 dan t=42
k (42) = 1/330 – 1/364
k . 42 = 0,000283
k = 0,000283/42
k = 6,7 × 10^–6 mmHg^-1.s^-1

Soal #2b:
Berapakah t_½ dari soal di atas?

Pembahasan Soal #2b
t_½ = 1/(k[A]₀)
t_½ = 1/(6,7 × 10^–6 ×364)
t_½ = 410,0377

---

Soal #3:
Berapakah konstanta laju reaksi orde pertama yang waktu paruhnya adalah 3,50 menit?
A. 3,3×10–3 detik^-1
B. 1,65×10–2 detik^-1
C. 1,98×10–1 detik^-1
D. 6,93×10–1 detik^-1
E. 1,98 detik^-1

Pembahasan Soal #3:
Waktu paruh (t_½) untuk reaksi orde pertama = ln 2 / k = 0,693/k
Diketahui k = 3,50 menit. Karena satuan waktu yang diminta sebagaimana yang tersedia adalah detik sebaiknya dikonversi satuan menit ke detik lebih dulu → 3,50 menit × 60 detik/1 menit = 210 detik
t_½ = 0,693/k
t_½ = 0,693/210 detik
t_½ = 0,0033/detik
t_½ = 3,3×10–3 detik^-1

---

Soal #4
Perhatikan reaksi orde pertama berikut: A → produk
Setelah 24 detik proses reaksi zat berkurang sebanyak 25%, berapakah waktu paruh untuk reaksi tersebut?
A. 12 detik
B. 36 detik
C. 40 detik
D. 48 detik
E. 58 detik

Pembahasan Soal#4
Pada reaksi dengan orde pertama maka berlaku:
Waktu paruh (t_½) = 0,693/k
ln[A]_t = -kt + ln[A]₀

[A]_t = jumlah zat semula – jumlah zat berkurang
[A]_t = 100% – 25%
[A]_t = 75%

ln (75) = -k(24) + ln(100)
4,317 = -24k + 4,605
24k = 4,605 – 4,317
24k = 0,288
k = 0,012 detik^-1

t_½ = 0,693/k
t_½ = 0,693/0,012 detik^-1
t_½ = 57,75 detik ~ 58 detik

---

Soal #5:
Berdasar reaksi 2N₂O (g) → 2N₂ (g) + O₂ (g)
Persamaan laju reaksi = k [N₂O]

Hitunglah waktu yang diperlukan agar konsentrasi N₂O (g) berkurang dari 0,75 M ke 0,33 M. Diketahui konstanta laju reaksi k = 6,8×10^–3 detik^–1
A. 0,87 menit
B. 0,92 menit
C. 1,70 menit
D. 2,01 menit
E. 2,70 menit

Pembahasan Soal #5
Reaksi pada soal ini adalah reaksi orde pertama, dapat dilihat dari persamaan laju reaksinya [N₂O] pangkat 1, pangkat 1 → orde 1.

Pada reaksi dengan orde pertama maka berlaku:
Waktu paruh (t_½) = 0,693/k
ln[A]_t = -kt + ln[A]₀

Diketahui:
[N₂O]_t = 0,33
[N₂O]₀ = 0,75
k = 6,8×10^–3 detik^–1

ln[N₂O]_t = -kt + ln[N₂O]₀
ln 0,33 = -(6,8×10^–3 detik^–1)t + ln 0,75
-1.109 = -(6,8×10^–3 detik^–1)t – 0,288
-(6,8×10^–3 detik^–1)t = -0,821
t = 120.74 detik

Konversi satuan detik ke menit
t = 120,74 detik × 1 menit/60 detik
t = 2,01 menit

---

Soal #6:

2 NO₂Br (g) → 2 NO₂ (g) + Br₂ (g), adalah reaksi orde kedua, mempunyai waktu paruh 15,12 menit pada 500 K. Berapakah waktu (dalam jam) akan diperlukan sehingga konsentrasi NO₂Br tersisa 32% dari keadaan awalnya?

Diketahui:
t_½ = 15,12 menit,
[A]₀ = 100 (ini dari 100%),
[A]_t = 32 (ini dari 32%)

Pembahasan Soal #6:
t_½ = 1/(k.[A]₀)
→ k = 1/( t_½.[A]₀)
→ k = 1/( 15,12×100)
→ k = 1/( 1512 menit)
→ k = 0,000661/menit

kt = 1/[A]_t - 1/[A]₀
0,000661(t) = 1/32 - 1/100
0,000661(t) = 0,03125 – 0,01
0,000661(t) = 0,02125
t = (0,02125/0,000661)menit
t = 32,15 menit
→ t = 32,15 menit × 1 jam/60 menit
→ t = 0,536 jam

---

Soal #7:
Asetaldehid terurai jika dipanaskan sesuai reaksi
CH₃CHO → CH₄ + CO.
Dari suatu percobaan reaksi penguraian asetaldehid, diperoleh data sebagai berikut

No	[CH3CHO] (M)	Laju reaksi (M s–1)
1	1,75 × 10-3	2,06 × 10-11
2	3,50 × 10-3	8,24 × 10-11
3	7,00 × 10-3	3,30 × 10-10

1. tuliskan persamaan laju reaksi dan tetapan laju reaksi.
2. hitung laju reaksi jika diketahui [CH₃CHO] = 1,0 × 10^–2 M

Pembahasan Soal #7:
a. Penentuan persamaan laju reaksi dan tetapan laju reaksi
Gunakan pasangan data 2 dan 1 untuk menentukan orde reaksi.
$\bigg (\dfrac{[CH_3CHO]_2}{[CH_3CHO]_1} \bigg )^x=\dfrac{v_2}{v_1}$
$\bigg (\dfrac{3,50 \times 10^{-3}}{1,75 \times 10^{-3}} \bigg )^x=\dfrac{8,24 \times 10^{-11}}{2,06 \times 10^{-11}}$
$(2)^x=4$
$(2)^x=2^2$
$x=2$
Persamaan laju reaksi:
v = k [CH₃CHO]²

Perhitungan k:
Gunakan salah satu data, di sini menggunakan data 1.
v = k [CH₃CHO]²
2,06 × 10^-11 M.s^–1 = k . (1,75 × 10^-3 M)²
k = 2,06 × 10^-11 /(1,75 × 10^-3)² M²
k = 2,06 × 10^-11 /3,0625 × 10^-6 M^–1.s^–1
k = 6,727 × 10^-6 M^–1.s^–1

b. Laju reaksi jika diketahui [CH₃CHO] = 1,0 × 10^–2 M
v = k [CH₃CHO]²
v = 6,727 × 10^-6 M^–1.s^–1 × (1,0 × 10^–2 M)²
v = 6,727 × 10^-6 M^–1.s^–1 × 1,0 × 10^–4 M²
v = 6,727 × 10^-10 M.s^–1