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)

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)

Persiapan Olimpiade Kimia: Pembahasan Soal OSN Tingkat Provinsi Tahun 2022 (Nomor 1)

Kayu manis (Cinnamon burmanni Blume) merupakan salah satu jenis rempah-rempah di Indonesia dengan beragam manfaat dari genus Cinnamomum (famili Lauraceae). Kedua senyawa dibawah ini terkandung di dalam ekstrak kulit batang kayu manis.

Petunjuk : pilih 1 jawaban yang tepat dari opsi yang tersedia

(i) Senyawa A dapat diubah menjadi senyawa B menggunakan reagen dan kondisi….[poin 3] (bisa lebih dari 1 pilihan)

a. 1. H2 (2 atm, 60⁰C)/katalis Pt; 2. CH3COOH
b. 1. NaBH4 dalam metanol; 2. H3O+; 3. Asetil klorida
c. 1. H3O+; 2. KMnO4, kalor
d. 1. H2 (1 atm, 25⁰C)/katalis Pd/C; 2. CH3COOH
e. 1. NaOH, H2O; 2. PCC
f. Tidak tahu

Penyelesaian: e. 1. NaOH, H₂O; 2. PCC

Untuk mengubah  senyawa A menjadi senyawa B dapat dilakukan melalui 2 tahap reaksi. Tahap pertama yaitu dengan menghidrolisis senyawa A menggunakan pereaksi NaOH, H₂O menghasilkan asam etanoat dan suatu alkohol

Kemudian dilanjutkan dengan mengoksidasi senyawa alkohol yang dihasilkan menggunakan oksidator PCC. Gugus alcohol akan teroksidasi menjadi aldehida.

(ii) Reaksi antara reagen (CH3)2Cd dengan senyawa A akan dominan terjadi pada
gugus….[poin 2]
a. Ester dan fenil
b. Alkena saja
c. Ester saja
d. Fenil saja
e. Ester dan alkena
f. Tidak tahu
g. Fenil dan alkena

Penyelesaian: e. ester dan alkena

(iii) Yang ketika diproses lebih lanjut dengan larutan asam akan menghasilkan dua senyawa dengan deskripsi yang paling tepat….[poin 4]
a. Tidak tahu
b. Salah satu senyawa mengandung gugus keton dan senyawa satunya lagi
mengandung gugus alkohol primer
c. Salah satu senyawa mengandung gugus karboksilat dan senyawa satunya lagi
mengandung gugus alkohol primer
d. Kedua senyawa mengandung gugus metil pada cincin fenil
e. Salah satu senyawa mengandung gugus karboksilat dan senyawa satunya lagi
mengandung gugus alkohol sekunder
f. Salah satu mengandung gugus metil pada cincin fenil dan senyawa satunya lagi
mengandung gugus metil pada karbon benzilik
g. Kedua senyawa mengandung gugus metil pada karbon benzilik
h. Salah satu senyawa mengandung gugus keton dan senyawa satunya lagi mengandung gugus alkohol sekunder

Penyelesaian: c. Salah satu senyawa mengandung gugus karboksilat dan senyawa satunya lagi mengandung gugus alkohol primer

Senyawa A ketika direaksikan dengan larutan asam, maka akan terjadi reaksi hidrolisis dimana akan terbentuk dua senyawa yang mengandung gugus karboksilat dan alcohol primer sebagaimana pada bagian (i)

(iv) Tahapan reaksi yang paling tepat untuk memasukkan gugus -CH2CH2CH3 pada gugus fenil dalam senyawa A adalah dengan reagen dan kondisi….[poin 3]
a. Propil klorida/AlCl3
b. 1. Propanoil klorida/AlCl3; 2. Zn(Hg), HCl, kalor
c. Tidak tahu
d. CH2=CH-CH2Br/FeBr3
e. Isopropil klorida/AlCl3
f. 1. Isopropanoil bromida/FeBr3; 2. NH2NH2 3. KOH, kalor
g. 1. Asam asetat; 2. SOCl2; 3. (CH3)2MgBr; 4. H3O⁺

Penyelesaian: a. Propil klorida/AlCl3

Untuk memasukkan gugus -CH2CH2CH3 pada gugus fenil dalam senyawa A dapat digunakan pereaksi propil klorida menggunakan katalis AlCl₃, reaksi ini disebut reaksi alkilasi.

(v) Ketika senyawa A direaksikan dengan HOBr (asam hipobromit), maka akan terbentuk senyawa X dengan….[poin 4]
a. Gugus -OH terikat pada karbon benzilik dan gugus -Br terikat pada karbon alkil sebelahnya
b. Kedua gugus -OH dan -Br tersubstitusi pada cincin fenil di posisi orto dan para terhadap substituen yang sudah ada
c. Tidak tahu
d. Gugus -OH terikat pada cincin fenil dan gugus -Br terikat pada karbon benzilik
e. Gugus -Br terikat pada cincin fenil dan gugus -OH terikat pada karbon benzilik

Penyelesaian: a. Gugus -OH terikat pada karbon benzilik dan gugus -Br terikat pada karbon alkil sebelahnya

Ketika senyawa A direaksikan dengan HOBr (asam hipobromit), maka akan terjadi adisi pada gugus alkena.

(vi) Senyawa X tersebut memiliki …. Atom C kiral, sehingga maksimum memiliki ….
Stereoisomer. [poin masing-masing 2]

Penyelesaian: 2 atom C kiral, 4 stereoisomer.

Senyawa X memiliki 2 atom C kiral yaitu pada atom C yang mengikat gugus -Br dan –OH (ditandai dengan tanda *)

Jumlah stereoisomer dapat dihitung dengan rumus 2ⁿ, dengan n=jumlah atom C kiral. Sehingga:

Jumlah stereoisomer = 2² = 4 stereoisomer

(vii) Ketika senyawa A direaksikan dengan reagen dan kondisi reaksi (1. H2, katalis Pd/C, 1 atm, 25⁰C; 2. LiAlH4; 3. H+/H2O) maka reaksi akan terjadi pada gugus fungsi…[poin 3]
a. Alkena saja
b. Karbonil ester saja
c. Cincin fenil saja
d. Alkena, cincin fenil dan karbonil ester
e. Alkena dan cincin fenil
f. Tidak tahu
g. Karbonil ester dan cincin fenil
h. Alkena dan karbonil ester

Penyelesaian: h. alkena dan karbonil ester

Pereaksi H₂ dengan katalis Pd/C dapat memutuskan ikatan rangkap pada alkena. Sedangkan pereaksi LiAlH₄ dan H⁺/H₂O dapat mereduksi gugus ester menjadi dua senyawa yang masing-masing memiliki gugus alkohol.

(viii) Perkirakan sinyal proton yang akan muncul pada spektrum 1H-NMR senyawa A
adalah….[poin 3]

Penyelesaian: 7 sinyal proton

Senyawa A memiliki 7 lingkungan proton yang berbeda, maka akan muncul 7 sinyal pada spectrum 1H-NMR

Baca Juga: 

• Pembahasan Soal OSNP Tahun 2022 (Nomor 4)
• Pembahasan Soal Kelarutan OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 5)