Pembahasan Soal tentang Profil Diagram Energi

Materi: kimia
Membaca diagram pada bahasan kimia bagi siswa kadang bukan hal yang mudah. Kemampuan membaca diagram (data dalam bentuk diagram/kurva) yang tersaji pada pokok bahasan tertentu dalam pelajaran kimia menjadi suatu keharusan agar siswa dapat mempelajari gejala pada suatu proses hingga dapat menarik kesimpulan. Pada tulisan ini akan sedikit diulas tentang bagaimana membaca diagram-diagram yang biasa digunakan untuk pokok bahasan termokimia dan laju reaksi dan juga penerapan pada soal-soal.

Energi aktivasi secara singkat dapat diartikan sebagai energi yang diperlukan untuk memulainya reaksi kimia, pada diagram, energi aktivasi adalah energi yang diperlukan untuk mencapai "puncak bukit".

Energi potensial pereaksi adalah energi yang terdapat dalam pereaksi saat reaksi dimulai.

ΔH adalah energi yang dilepaskan atau diperlukan ketika reaksi terjadi.
ΔH (entalpi)  = H produk - H pereaksi.
Bila ΔH = + (endotermis)
Bila ΔH = - (eksotermis)

Kompleks teraktivasi adalah puncak kurva yaitu energi maksimal pada reaksi

Energi aktivasi reaksi balik adalah energi yang diperlukan untuk reaksi arah sebaliknya.

Energi potensial produk adalah energi yang dikandung produk ketika reaksi selesai.

Secara kinetika reaksi A akan berjalan relatif lebih lambat dibanding B meskipun keduanya bereaksi secara eksotermis. Tingginya energi aktivasi B lebih rendah dibanding A, semakin rendah (kecil) energi aktivasi pada suatu reaksi kimia dapat diartikan bahwa reaksi tersebut berlangsung lebih cepat.

Berikut ini soal-soal terkait kemampuan membaca profil diagram energi.

Soal #1.
Manakah yang menunjukkan energi aktivasi reaksi balik pada diagram profil energi berikut?
A. x
B. y
C. x.y
D. x + y
E. x - y


Pembahasan #1:
Energi aktivasi reaksi balik pada diagram profil energi ditunjukkan oleh x+y (alternatif jawaban d yang tepat).

Soal #2.
Berikut ini adalah profil energi reaksi yang berlangsung dengan katalis dan tanpa katalis.

Manakah pernyataan yang sesuai dengan diagram profil energi?
A. perubahan entalpi reaksi adalah (E₂ – E₃)
B. perubahan entalpi reaksi berkurang ketika katalis digunakan
C. reaksi katalisis ke depan bersifat endotermis
D. E₄ adalah energi aktivasi untuk reaksi katalisis balik
E. E₄ – E₃ adalah perubahan entalpi reaksi

Pembahasan #2:
ΔH berdasarkan diagram profil energi dapat dihitung dari E₂ – E₃ atau E₁ – E₄. Katalis hanya mempercepat reaksi dengan memberikan alternatif cara/jalan reaksi dengan energi aktivasi lebih rendah, jadi ini tidak berpengaruh pada ΔH. Karena E₃ energinya lebih rendah dari E₂ maka reaksi ini akan menghasilkan kalor atau bersifat eksotermis.
Jawaban yang tepat a.

Soal #3
Pada diagram profil energi di samping merupakan tipe reaksi yang persamaan reaksinya

$pereaksi \underset{k_{-1}}{\stackrel{k_1}{\rightleftharpoons}} produk$

Perubahan yang menyebabkan konstanta laju reaksi k₁ dan k_-1 menjadi meningkat:
1. Penambahan katalis
2. Pemanasan pada sistem kesetimbangan
3. Menambah konsentrasi pereaksi.
Alternatif jawaban yang benar adalah?
A. 1 saja
B. 2 saja
C. 3 saja
D. 1 dan 2
E. 2 dan 3

Pembahasan #3
Penambahan katalis akan menurunkan Ea, baik reaski maju (menuju produk) maupun reaksi balik (menuju pereaksi). Dengan turunnya nilai Ea nilai k₁ maupun k_-1  akan meningkat pula. Demikian pula pemanasan pada kesetimbangan akan mempercepat tercapainya kesetimbangan, sehingga konstanta laju reaksi kedua arah juga akan meningkat.
Jawaban yang tepat d. 

Soal #4
Manakah profil diagram energi  yang menunjukkan reaksi yang berlangsung cepat dan menghasilkan produk yang relatif stabil?

Pembahasan #4:
Secara kinetika reaksi akan berlangsung cepat jika energi aktivasinya rendah. Secara energitika produk yang stabil adalah produk reaksi ekosotermis, dengan kata lain energi produk jauh lebih rendah dibanding energi pereaksi.
Diagram A dan B merupakan profil diagram reaksi endotermis, diagram C, D, dan E merupakan profil diagram eksotermis. Antara C, D, E reaksi yang berlangsung sedikit lebih lambat adalah E (energi aktivasinya sedikit lebih besar dibanding S dan D). Antara C dan D perubahan energi yang lebih besar adalah C.
Jadi yang sesuai pertanyaan soal jawaban yang paling tepat adalah C

Soal #5
Pada diagram berikut, kurva R diperoleh ketika 100 mL H₂O₂ 1 M terurai ketika ditambahkan suatu katalis MnO₂.
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Manakah kondisi yang menunjukkan perubahan kurva R pada percobaan menjadi kurva Q?
A. Penurunan suhu
B. Penambahan air
C. Penambahan sedikit 0,1 M H₂O₂
D. Penggunaan katalis MnO₂ lebih sedikit
E. Tanpa menggunakan katalis
Pembahasan #5:
Kurva Q menunjukkan bahwa O₂ yang terbentuk lebih banyak dan reaksi berlangsung lebih lambat (ini ditunjukkan dengan kemiringan kurva yang landai-tidak securam kurva R). Penambahan sedikit H₂O₂ 0,1 M akan mengencerkan larutan H₂O₂ (ingat konsentrasi sebelumnya adalah 1 M) dan ini mengurangi laju reaksi (lebih lambat). Namun dengan penambahan H₂O₂ tadi secara keseluruhan akan meningkatkan jumlah H₂O₂ yang berakibat akan meningkat pula jumlah O₂ yang terbentuk.

Soal #6:
Suatu rekasi endotermis A → B mempunyai energi aktivasi 30 kkal/mol dan entalpi reaksi sebesar 10 kkal/mol. Energi aktivasi dari reaksi balik adalah.....kkal
A. 10
B. 20
C. 30
D. 40
E. tidak dapat ditentukan

Pembahasan Soal 6#:
Reaksi endotermis
→ Ea A – Ea B = ∆H
→ Ea B = Ea A – ∆H
→ Ea B = 30 – 10 = 20

Soal diadaptasi dari berbagai sumber. CMIIW.