10 Contoh Soal Kesetimbangan Kimia yang Mudah Dipahami

Contoh Soal Kesetimbangan Kimia

Kesetimbangan kimia adalah salah satu konsep penting dalam ilmu kimia. Namun, memahami kesetimbangan kimia tidaklah mudah. Oleh karena itu, kami telah menyediakan 10 contoh soal kesetimbangan kimia yang mudah dipahami. Dalam artikel ini, Anda akan belajar tentang konsep dasar kesetimbangan kimia dan melihat bagaimana konsep ini diterapkan dalam berbagai situasi. Semua contoh soal disertai dengan penjelasan yang jelas dan mudah dipahami. Dengan belajar dari contoh soal yang kami sediakan, Anda akan menjadi lebih percaya diri dalam menghadapi masalah kesetimbangan kimia.

Soal 1

Tuliskan ungkapan kesetimbangan untuk reaksi kesetimbangan kimia fase gas berikut: 

Solusi:

 a) Tetapan Kesetimbangannya yaitu

b) Tetapan kesetimbangannya yaitu

Soal 2

Pemutih cucian rumah tangga adalah larutan hipoklorit natrium (NaOCl) yang dibuat dengan menambahkan gas Cl₂ ke dalam larutan hidroksida natrium:

Agen pemutih aktif adalah ion hipoklorit, yang dapat terurai menjadi ion klorida dan klorat dalam reaksi sampingan yang bersaing dengan pemutihan: 

Tuliskan ungkapan keseimbangan untuk reaksi dekomposisi tersebut.

Solusi:

Soal 3

Asam hipoklorit (HOCl) dihasilkan dengan memasukkan gas klorin melalui suspensi oksida merkuri(II) yang digerakkan dalam air. Persamaan kimia untuk proses ini adalah

 
Tuliskan ungkapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut.

Solusi: 

HgO dan HgO.HgCl₂ tidak dimasukkan karena HgO dan HgO.HgCl₂  adalah zat padat, dan air tidak dimasukkan karena air adalah cairan murni. Klorin, sebagai gas, dimasukkan sebagai tekanan parsial. HOCl dimasukkan sebagai konsentrasi dalam mol per liter. Baik konsentrasi HOCl maupun tekanan parsial Cl₂ dikuadratkan karena koefisiennya masing-masing dalam persamaan kimia adalah 2.

Soal 4

ΔG^o reaksi kimia 

adalah -104.180 J.mol^-1 . Hitung tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut pada 25^oC.

Solusi:

Soal 5

Hitung ΔG^o dan tetapan ksetimbangan pada 25^oC untuk reaksi

Diketahui ΔG_f^o ClO^-_(aq) = -36,8 kJ.mol^-1, ΔG_f^o Cl^-_(aq) = -131,23 kJ.mol^-1, ΔG_f^o ClO₃^-_(aq) = -7,95 kJ.mol^-1

Solusi:

ΔG^o = 2 ΔG_f^o Cl^-_(aq) + ΔG_f^o ClO₃^-_(aq) - 3 ΔG_f^o ClO^-_(aq)

ΔG^o = (2 mol) (-131,23 kJ.mol^-1) + (1 mol) (-7,95 kJ.mol^-1) – (3mol) (-36,8 kJ.mol^-1)

ΔG^o = -160,01 kJ.mol^-1 = -160.010 J.mol^-1

Kemudian, tetapan tetapan kesetimbangan dapat kita hitung menggunakan rumus:

ln K = - ΔG^o/(RT) = -(-160.010 J.mol^-1)/(8,315 J.mol^-1.K^-1 x 298,15 K) = 64,54

K = e^64,54 = 1,1 x 10²⁸

Soal 6

Oksida nitrogen terdeteksi dalam laporan pencemaran udara. Pada suhu 25°C, konstanta kesetimbangan untuk reaksi tersebut adalah 

dan 

tentukan tetapan kesetimbangan K₃ untuk reaksi 

Solusi:

Pertama kita jumlahkan reaksi pertama dan kedua, akan menghasilkan: 

dengan nilai K merupakan hasil perkalian K₁ dan K­₂:

K = K₁.K₂ = (1,3x10⁶)(6,5x10^-16) = 8,45x10^-10

Kemudian reaksi tersebut dikali 2 agar mendapatkan reaksi yang diinginkan, maka nilai K₃ adalah kuadrat dari K:

K₃ = K² = (8,45x10^-10)² = 71,4025x10^-20 = 7,14025x10^-19

Soal 7

Gas fosgen terbentuk dari CO dan CL₂ menurut reaksi kesetimbangan: 

Pada suhu 600°C, campuran gas CO dan Cl₂ disiapkan dengan tekanan parsial awal (sebelum reaksi) sebesar 0,60 atm untuk CO dan 1,10 atm untuk Cl₂. Setelah campuran reaksi mencapai kesetimbangan, tekanan parsial COCl₂(g) pada suhu ini diukur sebesar 0,10 atm. Hitunglah konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini. Reaksi dilakukan dalam wadah berukuran tetap.

Solusi:

Untuk menemukan konstanta kesetimbangan, kita perlu menentukan tekanan parsial CO dan Cl₂ pada kesetimbangan. Untuk melakukannya, kita membuat tabel sederhana: 

Setiap mol COCl₂ yang dihasilkan mengonsumsi tepat 1 mol CO dan 1 mol Cl₂ (sesuai perbandingan koefisien). Menurut persamaan gas ideal, tekanan parsial gas berbanding lurus dengan jumlah mol setiap gas yang hadir selama volume dan suhu tetap. Oleh karena itu, perubahan tekanan parsial setiap gas harus berbanding lurus dengan perubahan jumlah molnya saat campuran menuju kesetimbangan. Jika tekanan parsial COCl₂ meningkat sebesar 0,10 atm melalui reaksi, tekanan parsial CO dan Cl₂ masing-masing harus berkurang sebesar 0,10 atm. Masukkan nilai-nilai ini ke dalam tabel: 

Terakhir, kita hitung tetapan kesetimbangan menggunakan ungkapan tetapan kesetimbangan: 

Soal 8

Grafit (sejenis karbon padat) ditambahkan ke dalam sebuah wadah yang berisi CO₂(g) pada tekanan 0,824 atm pada suhu tinggi tertentu. Tekanan meningkat karena terjadi reaksi yang menghasilkan CO(g). Tekanan total mencapai nilai kesetimbangan sebesar 1,366 atm.

(a) Tuliskan persamaan reaksi kesetimbangan untuk proses tersebut.

(b) Hitunglah konstanta kesetimbangan.

Solusi:

(a) Reaksi hanya bisa menjadi oksidasi C oleh CO₂ yang mana CO₂ sendiri direduksi menjadi CO. Reaksi kesetimbangan ditulis sebagai 

(b) Untuk menentukan tetapan kesetimbangan, kita harus mencari tekanan parsial CO dan CO₂ pada saat kesetimbangan 

Tekanan total pada saat kesetimbangan adalah:

Ptot = (0,824-x) + 2x = 0,824+x = 1,366 atm

 Kemudian kita dapat menentukan nilai x:

0,824+x = 1,366

x = 1,366 – 0,824 = 0,542 atm

Tekanan parsial masing-masing gas yaitu:

P_CO = 2x = 2(0,542 atm) = 1,084 atm

P_CO2 = 0,824 – x = 0,824 – 0,542 = 0,282 atm

Sehingga tetapan kesetimbangan reaksi tersebut adalah

K = (1,084)²/0,282 = 4,17

Soal 9

Anggap H₂(g) dan I₂(g) disimpan dalam sebuah labu pada T = 400 K dengan tekanan parsial P_H2 = 1,320 atm dan P_I2 = 1,140 atm. Pada suhu ini, H₂ dan I₂ tidak bereaksi dengan cepat untuk membentuk HI(g), meskipun setelah waktu yang cukup lama akan dihasilkan HI(g). Jika gas-gas tersebut dipanaskan dalam labu tertutup hingga mencapai suhu 600 K, suhu di mana mereka dengan cepat mencapai kesetimbangan: 

Tetapan kesetimbangan reaksi tersebut adalah 92,6 pada 600 K

a Tentukan nilai P_H2, P_I2 dan P_HI saat kesetimbangan pada 600 K

b Berapa persen I₂ yang telah bereaksi ketika mencapai kesetimbangan?

Solusi:

a Pertama kita tentukan terlebih dahulu tekanan parsial H₂ dan I₂ sebelum bereaksi. Kita dapat menggunakan hokum gas ideal ketika volume tetap:

P_H2 = (1,320 atm) x (600 K/400 K) = 1,980 atm

P_I2 = (1,140 atm) x (600 K/400 K) = 1,710 atm

Lalu kita tentukan tekanan pasrial masing-masing gas pada saat kesetimbangan 

Masukkan tekanan parsial kesetimbangan ke dalam ungkapan tetapan kesetimbangan 

Selesaikan persamaannya dan dihasilkan:

88,6x² – 341,694 + 313,525 = 0

X1 = 1,5044 atm dan X2 = 2,3522 atm

Nilai X2 tidak mungkin karena akan menghasilkan jawaban negatif untuk tekanan parsial H2(g) dan I2(g) pada saat setimbang. Maka nilai X1 = 1,5044 atm adalah nilai yang memenuhi. Terakhir, masukkan nilai x untuk mencari tekanan parsial masing-masing gas pada saat kesetimbangan:

P_HI = 2x = 2(1,5044 atm) = 3,0088 atm

P_H2 = 1,980 atm – x = 1,980 atm – 1,5044 atm = 0,4756 atm

P_I2 = 1,710 atm – x = 1,710 atm – 1,5044 atm = 0,2056 atm

b persen I₂ yang telah bereaksi adalah

%I₂ yang bereaksi = (1,5044/1,710)x100% = 87,97%

Soal 10

Gas hidrogen dibuat dari gas alam (metana) untuk digunakan langsung dalam proses industri, seperti produksi amonia. Langkah pertama disebut "pengorekan uap metana": 

Konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini adalah 1,8 × 10^-27 pada 600 K. CH₄ gas, H₂O, dan CO dimasukkan ke dalam wadah yang dievakuasi pada suhu 600 K, dan tekanan parsial awal mereka (sebelum reaksi) masing-masing adalah 1,40 atm, 2,30 atm, dan 1,60 atm. Tentukan tekanan parsial H₂(g) yang akan terjadi pada kesetimbangan.

Solusi:

Tetapan kesetimbangan reaksinya yaitu: 

Setelah itu kita tentukan tekanan parsial gas pada kesetimbangan: 

Masukkan tekanan parsial gas masing-masing pada saat kesetimbangan ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan: 

Tetapan kesetimbangan dalam kasus ini cukup kecil, sehingga tingkat reaksi juga akan kecil. Ini menunjukkan bahwa y akan menjadi angka kecil relatif terhadap tekanan parsial gas yang hadir pada awalnya. Mari kita coba perkiraan bahwa y dapat diabaikan. Maka nilai 1,60 + y akan mendekati 1,60, 1,4 –y akan mendekati 1,4, dan 2,3 – y akan mendekati 2,3. Sehingga persamaannya dapat ditulis 

Maka diperoleh nilai y³ = 1,34x10^-8, dan y = 2,38x10^-3

Terakhir, kita masukkan nilai y untuk mendapatkan tekanan H₂:

P_H2 = 3y = 3(2,38x10^-3 atm) = 7,1x10^-3 atm