Pembahasan Soal OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 4)

Oksida nitrogen merupakan salah satu jenis polutan udara yang dapat membahayakan kesehatan dan ekosistem karena dapat menyebabkan gangguan pernafasan, hujan asam, efek rumah kaca, dll. Reaksi antara oksida nitrogen dapat menghasilkan gas N2 dan O2 yang tidak berbahaya. Berikut adalah diagram tingkat energi reaksi beberapa oksida nitrogen.

Diketahui data-data termodinamika sebagai berikut (subskrip angka merujuk pada diagram di atas).
∆H1⁰ = 182,6 kJ/mol
∆H2⁰ = 66,4 kJ/mol
∆H5⁰ = -101 kJ/mol
∆G1⁰ = 175,2 kJ/mol
∆G2⁰ = 102,6 kJ/mol
∆G5⁰ = -71,5 kJ/mol
(i) Nilai ∆𝐻𝑓⁰ N2O(g) adalah ….. kJ/mol. [poin 2] Reaksi yang sesuai dengan nilai tersebut ditunjukkan oleh no. …… [poin 1]

Penyelesaian: Nilai ∆𝐻𝑓⁰ N2O(g) adalah 81,6 kJ/mol kJ/mol. Reaksi yang sesuai dengan nilai tersebut ditunjukkan oleh no. 4

∆𝐻𝑓⁰ N2O(g) adalah entalpi pembentukan 1 mol N2O(g) dari unsur-unsurnya:

N₂(g) + 1/2O₂(g) → N₂O(g)

Reaksi ini sesuai dengan reaksi (4)

Reaksi (4):

N₂(g) + 2O₂(g) → N₂O(g) + 3/2O₂(g)

pada ruas kiri terdapat 2 mol O₂(g) sedangkan pada ruas kanan terdapat 3/2O₂(g). Reaksi ini bisa disederhanakan menjadi:

N₂(g) + 1/2O₂(g) → N₂O(g)

Reaksi (4) merupakan penjumlahan dari reaksi (1) dan (5), maka:

∆𝐻𝑓⁰ N2O(g) = ∆H1⁰ + ∆H5⁰ = 182,6 kJ/mol + (-101 kJ/mol) = 81,6 kJ/mol

 

(ii) Salah satu reaksi antara oksida nitrogen yang dapat terjadi adalah
𝑁2𝑂(𝑔) + 𝑁𝑂2(𝑔) → 3/2𝑁2(𝑔) + 3/2𝑂2(𝑔)
a. ∆𝐻⁰ reaksi tersebut adalah…. kJ/mol. [poin 3]
b. ∆𝐺⁰ reaksi tersebut adalah…. kJ/mol. [poin 3]
c. ∆𝑆⁰ alam semesta untuk reaksi tersebut pada T = 25⁰C adalah….. J/(mol.K). [poin 4]
d. Nilai tetapan kesteimbangan (K) reaksi tersebut pada T = 25⁰C adalah …… [poin 3]

Penyelesaian:

a. Untuk mendapatkan nilai ∆H⁰ reaksi tersebut, kita dapat menggunakan data reaksi (2) dan (4)

Reaksi (2):

N₂(g) + 2O₂(g) → 2NO₂(g)       ∆H2⁰ = 66,4 kJ/mol (dibalik dan dikali ½)

NO₂(g) → 1/2N₂(g) + O₂(g)        ∆H⁰ = -33,2 kJ/mol

Reaksi (4):

N₂(g) + 2O₂(g) → N₂O(g) + 3/2O₂(g)          ∆H4⁰ = 81,6 kJ/mol (dibalik)

N₂O(g) + 3/2O₂(g) → N₂(g) + 2O₂(g)           ∆H⁰ = -81,6 kJ/mol

Kemudian reaksi tersebut dijumlahkan:

NO₂(g) → 1/2N₂(g) + O₂(g)                           ∆H⁰ = -33,2 kJ/mol

N₂O(g) + 3/2O₂(g) → N₂(g) + 2O₂(g)           ∆H⁰ = -81,6 kJ/mol

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

N₂O(g) + NO₂(g) → 3/2N₂(g) + 3/2O₂(g)      ∆H⁰ = -114,8 kJ/mol

                    

b. Untuk mendapatkan nilai ∆G⁰ reaksi tersebut, kita dapat menggunakan data reaksi (2) dan (4)

Karena data nilai ∆G⁰ reaksi (4) belum ada, maka kita perlu mencari terlebih dahulu nilai ∆G⁰ reaksi (4). Reaksi (4) merupakan penjumlahan dari reaksi (1) dan (5), maka:

∆G4⁰ = ∆G1⁰ + ∆G5⁰ = 175,2 kJ/mol + (-71,5 kJ/mol) = 103,7 kJ/mol

Setelah mendapatkan nilai ∆G4⁰, kita lanjutkan dengan mencari nilai ∆G⁰ reaksi yang ditanyakan:

Reaksi (2):

N₂(g) + 2O₂(g) → 2NO₂(g)       ∆G2⁰ = 102,6 kJ/mol (dibalik dan dikali ½)

NO₂(g) → 1/2N₂(g) + O₂(g)        ∆G⁰ = -51,3 kJ/mol

Reaksi (4):

N₂(g) + 2O₂(g) → N₂O(g) + 3/2O₂(g)          ∆G4⁰ = 103,7 kJ/mol (dibalik)

N₂O(g) + 3/2O₂(g) → N₂(g) + 2O₂(g)           ∆G⁰ = -103,7 kJ/mol

Kemudian reaksi tersebut dijumlahkan:

NO₂(g) → 1/2N₂(g) + O₂(g)                           ∆G⁰ = -51,3 kJ/mol

N₂O(g) + 3/2O₂(g) → N₂(g) + 2O₂(g)           ∆G⁰ = -103,7 kJ/mol

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

N₂O(g) + NO₂(g) → 3/2N₂(g) + 3/2O₂(g)      ∆G⁰ = -155,0 kJ/mol

 

c. ∆G⁰ = ∆H⁰ - T∆S⁰

-155,0 kJ/mol = -114,8 kJ/mol – (298 K) ∆S⁰

(298 K) ∆S⁰ = -114,8 kJ/mol + 155,0 kJ/mol = 40,2 kJ/mol

∆S⁰ = (40,2 kJ/mol) / (298 K)

∆S⁰ = 0,1349 kJ/mol.K = 134,9 J/mol.K

d ln K = - ΔG^o/(RT) = -(-155,0 J.mol^-1)/(8,315 J.mol^-1.K^-1 x 298 K) = 0,062554

K = e^0,062554 = 1,065

Baca juga: 

• Pembahasan Soal OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 1)
• Pembahasan Soal Kelarutan OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 5)