Pembahasan Soal Kelarutan OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 5)

Nilai hasil kali kelarutan untuk garam PbSO4 dapat ditentukan menggunakan sel Galvani. Sel ini disusun menggunakan elektroda kalomel jenuh dan elektroda Pb yang dicelupkan ke dalam larutan PbSO4 jenuh pada 250C sesuai notasi sel berikut:

𝑃𝑏 | 𝑃𝑏²⁺ (𝑃𝑏𝑆𝑂4 𝑗𝑒𝑛𝑢ℎ) || 𝐾𝐶𝑙 (3,5 𝑀) | 𝐻𝑔2𝐶𝑙2 | 𝐻𝑔
Esel yang diperoleh adalah 0,313 V. Diketahui E⁰ Pb²⁺|Pb = -0,126 V dan Ekalomel = 0,300 V.
a. Konsentrasi Pb²⁺ dalam larutan PbSO4 jenuh adalah….. M. [poin 4]
b. Nilai Ksp PbSO4 adalah …. [poin 3]
Kadar sulfat dalam sampel alami seperti air laut dan limbah industri dapat ditentukan menggunakan analisis kuantitatif klasik secara tidak langsung. Metode ini terdiri dari tiga tahap, yaitu pengendapan sulfat sebagai PbSO4, pelarutan kembali PbSO4 dalam larutan ammonia dengan penambahan EDTA berlebih untuk membentuk kompleks PbY^2- yang larut, dan titrasi kelebihan EDTA dengan larutan standar Mg²⁺ atau larutan standar Zn²⁺. Diketahui reaksi dan tetapan kesetimbangan pada proses tersebut adalah….
𝑃𝑏𝑆𝑂4(𝑠) ⇌ 𝑃𝑏²⁺(𝑎𝑞) + 𝑆𝑂4^2-(𝑎𝑞) 𝐾𝑠𝑝 = 1,6 × 10^-8
𝑃𝑏²⁺(𝑎𝑞) + 𝑌^4-(𝑎𝑞) ⇌ 𝑃𝑏𝑌^2-(𝑎𝑞) 𝐾𝑓 = 1,1 × 10¹⁸
𝑀𝑔²⁺(𝑎𝑞) + 𝑌^4-(𝑎𝑞) ⇌ 𝑀𝑔𝑌^2-(𝑎𝑞) 𝐾𝑓 = 4,9 × 10⁸
𝑍𝑛²⁺(𝑎𝑞) + 𝑌^4-(𝑎𝑞) ⇌ 𝑍𝑛𝑌^2-(𝑎𝑞) 𝐾𝑓 = 3,2 × 10¹⁶
c. Padatan PbSO4 akan ….. dalam larutan Y^4- dengan nilai tetapan kesetimbangan reaksi sebesar …. [poin 3]
d. Larutan yang lebih baik digunakan sebagai titran adalah ….. karena …… [poin 3]
e. Pada suatu analisis, 10,00 mL sampel diencerkan hingga 100,0 mL. Kemudian 25,00 mL larutan ini diambil dan ditambahkan 50,00 mL larutan EDTA 0,0800 M. EDTA yang berlebih dititrasi menggunakan larutan standar Mg²⁺ 0,2400 M dan membutuhkan 13,80 mL untuk mencapai titik akhir titrasi. Kadar sulfat pada sampel awal adalah ….. M atau …. ppm. [poin 6]

Penyelesaian:

a. Notasi sel: Pb|Pb²⁺(PbSO₄ jenuh)||KCl(3,5M)|Hg₂Cl₂|Hg

Reaksi yang berlangsung:

Anoda: Pb(s) → Pb²⁺(aq) + 2e

Katoda: Hg₂Cl₂(s) + 2e → 2Hg(l) + 2Cl^-(aq)

-------------------------------------------------------- +

Reaksi total: Pb(s) + Hg₂Cl₂(s) → Pb²⁺(aq) + 2Hg(l) + 2Cl^-(aq)

E⁰sel = E⁰katoda – E⁰anoda = Ekalomel – EPb|Pb²⁺ = 0,300 V – (-0,126 V) = 0,426 V

Esel =E⁰sel – (0,05916/n) log ([Pb²⁺][Cl^-]²)

0,313 = 0,426 – (0,05916/2) log ([Pb²⁺][3,5])

Solve [Pb²⁺] = 539,34 M

Nilai ini sebenarnya terlalu besar. Apabila di cek lagi data elektroda kalomel itu sekitar 0,268-an, ini ternyata berpengaruh signifikan ketika dibulatkan ke 0,3. apabila digunakan nilai yang lebih akurat potensial kesetimbangannya bukan 0,426 tetapi 0,394 dan menghasilkan konsentrasi Pb yang lebih kecil (sekitar 44 M).

Apabila dikoreksi juga nilai potensial (non kesetimbangannya >0.35, bisa menghasilkan nilai yang cukup masuk akal

b. Nilai Ksp; [Pb²⁺] yang diperoleh melalui sel Galvani merupakan banyaknya Pb²⁺ yang larut dari PbSO₄ jenuh, sehingga

[Pb²⁺] = s = 539,34 M

Ksp PbSO₄ = s² = (539,34)² = 290.887,6536

Nilai sangat besar dan tidak masuk akal. Nilai Ksp PbSO₄ yang sebenarnya adalah 1,6x10^-8‑. Hal ini akibat adanya koreksi nilai potensial seperti yang sudah dijelaskan pada poin (a)

c. Padatan PbSO₄ akan larut dalam larutan Y^4-. Nilai tetapan kesetimbangannya adalah:

PbSO₄(s) → Pb²⁺(aq) + SO₄^2-(aq)       Ksp = 1,6 x 10^-8

Pb²⁺(aq) + Y^4-(aq) → PbY^2-(aq)          Kf = 1,1 x 10¹⁸

------------------------------------------ +

PbSO₄(s) + Y^4-(aq) → PbY^2-(aq) + SO₄^2-(aq)          K = Ksp x Kf = 1,76 x 10¹⁰

d. Larutan yang lebih baik digunakan sebagai titran adalah Zn²⁺ karena berdasarkan nilai Kf, Kf ZnY^2- > Kf MgY^2- (artinya ZnY^2- merupakan kompleks yan lebih stabil (mudah terbentuk ketika Zn²⁺ bertemu dengan kelebihan larutan Y^4- sesedikit apapun).

e. V sampel PbSO₄ = 10 mL; diencerkan menjadi 100 mL. Dari 100 mL diambil 25 mL.

Pb²⁺ (PbSO₄, 25 mL) + EDTA (Y^4-) → PbY^2-

Mol awal EDTA =  50 ml x 0,08 M = 4 mmol

Mol EDTA sisa = mol Mg²⁺ yang bereaksi = 13,80 mL x 0,24 M = 3,312 mmol

Mol EDTA yang bereaksi = 4 mmol – 3,312 mmol = 0,688 mmol (dalam 25 mL)

Mol Pb²⁺ (dalam 25 mL) = mol EDTA yang bereaksi =0,688 mmol

Mol Pb²⁺ (dalam 100 mL) = (100/25) x 0,688 mmol = 2,752 mmol

Mol Pb²⁺ (dalam 100 mL) = mol Pb²⁺ (dalam 10 mL)  = 2,752 mmol

Mol Pb²⁺ (dalam 10 mL)  = Mol SO₄^2- (dalam 10 mL)  = 2,752 mmol

[SO₄^2-] = 2,752 mmol/10 mL = 0,2752 M

[SO₄^2-] = 0,2752 mol/L = 0,2752 mol x 96 g/mol /L = 26,4192 g/L = 26.419,2 mg /L = 26.419,2 ppm

 

Baca Juga:

• Pembahasan Soal OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 4)
• Pembahasan Soal OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 1)