Soal dan Pembahasan Kesetimbangan Kimia Edisi Akhir Maret 2016

Kamis, 31 Maret 2016 edit

Soal #1:
Pada suhu tertentu dalam ruang 10 liter terdapat dalam kesetimbangan 0,2 mol gas PCl5 ; 0,3 mol PCl3; dan 0,1 mol gas Cl2 ; menurut reaksi kesetimbangan: PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2
Pada suhu dan volume tetap dimasukkan x mol gas Cl2 . Ternyata setelah terjadi kesetimbangan baru didapatkan 0,25 mol gas PCl5; 0,25 mol pas PCl3; dan 0,15 mol gas Cl2 . Hitunglah nilai x.


Pembahasan Soal #1:
Konsentrasi zat mula-mula:
$\mathrm{[PCl_5]=\dfrac{0{,}2~mol}{10~L} =0{,}02~M}$
$\mathrm{[PCl_3]=\dfrac{0{,}3~mol}{10~L}=0{,}03~M}$
$\mathrm{[Cl_2]=\dfrac{0{,}1~mol}{10~L} =0{,}01~M}$
Kesetimbangan awal:
\begin{align}
Kc &= \dfrac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]}\\
& = \dfrac{0{,}03 \times 0{,}01}{0{,}02}\\
& = 0{,}015
\end{align}
Pada kesetimbangan baru tersebut tentu nilai Kc tidak berubah, ini dapat dibuktikan dengan menghitung Kc menggunakan data setelah sejumlah x mol Cl2 ditambahkan.
\begin{align}
Kc &= \dfrac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]}\\
& = \dfrac{0{,}025 \times 0{,}015}{0{,}025}\\
& = 0{,}015
\end{align}
Dari jumlah zat pada kesetimbangan baru tersebut nampak bahwa jumlah masing-masing zat mengalami perubahan hingga Kc dapat dipertahankan.
  • Jumlah  mol PCl5 meningkat dari 0,2 mol menjadi 0,25 mol (berubah +0,05 mol)
  • Jumlah  mol PCl3 menurun dari 0,3 mol menjadi 0,25 mol (berubah –0,05 mol)
Untuk jumlah Cl2 mestinya juga akan mengalami penurunan setelah dilakukan penambahan sejumlah x mol yang setara dengan perubahan yang dialami PCl5 dan PCl3 karena memiliki perbandingan koefisien yang setara.
  • Jumlah  mol Cl2 menurun dari 0,1 mol + $x$ mol menjadi 0,15 mol (berubah –0,05 mol)
Ketika konsentrasi Cl2 ditingkatkan sementara nilai Kc tetap maka hal yang mungkin terjadi adalah konsentrasi PCl5 meningkat sebanyak 0,2 mol + 0,5 mol  dan konsentrasi PCl3 menurun.

Reaksi PCl5 PCl3 + Cl2
Awal 0,2 mol 0,3 mol (0,1 + $x$) mol
Berubah +0,05 mol –0,05 mol –0,05 mol
Keset. 0,25 mol 0,25 mol 0,15 mol

Dari tabel tersebut dapat dihitung nilai $x$ mol Cl2 yang ditambahkan:
\begin{align}(0{,}1 + x)~mol - 0{,}05 ~mol &= 0{,}15~ mol\\
0{,}1 + x &= 0{,}15 ~mol + 0{,}05~ mol\\
x& = 0{,}2 ~mol - 0{,}1 ~mol\\
x &= 0{,}1 ~mol
\end{align}


Soal #2
Untuk kesetimbangan PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2
PCl5 murni ditambahkan ke dalam sistem reaksi. Pada saat kesetimbangan terdapat 0,04 M PCl5 dan diketahui Kc = 4 pada 228 oC . Berapakah konsentrasi PCl3 dalam sistem tersebut?
A. 0,16 M
B. 0,20 M
C. 0,40 M
D. 0,80 M
E. 1,60 M

Pembahasan Soal #2:
Reaksi PCl5 PCl3 + Cl2
Awal Sejumlah PCl5 0 0
Berubah – $x$ M + $x$ M + $x$ M
Keset. 0,04 M $x$ M $x$ M
\begin{align}
Kc &= \dfrac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]}\\
4& = \dfrac{x \times x}{0{,}04}\\
0{,}16& = x^2\\
x&=0{,}4 M
\end{align}

Soal #3
Pada suhu tertentu ditempatkan 0,3 mol NO, 0,2 mol Cl2, dan 0,5 mol ClNO ke dalam wadah dengan volume 25 L. Persamaan reaksi kesetimbangan untuk zat-zat tersebut adalah
2ClNO(g) NO(g) + Cl2(g)
a. Jika pada keadaan setimbang terdapat 0,6 mol ClNO, berapakan jumlah Cl2 yang ada dalam keadaan setimbang tersebut?
b. Hitunglah nilai Kc untuk sistem kesetimbangan tersebut.

Pembahasan Soal #3:
a.  Penentuan jumlah Cl2 saat setimbang:
Reaksi 2ClNO(g) 2NO(g) + Cl2(g)
Awal 0,5 mol 0,3 mol 0,2 mol
Berubah $+2x$mol $-2x$ mol $-x$ mol
Keset. 0,6 mol $(0{,}3-2x)$ mol $(0{,}2-x)$ mol
Perhatikan bahwa jumlah ClNO pada soal menunjukkan adanya penambahan sebanyak 0,1 mol (0,5 mol menjadi 0,6 mol). Karena perbandingan jumlah masing-masing zat dalam kesetimbangan adalah 2 ClNO : 2 NO : 1 Cl2, maka penambahan 0,1 mol ClNO tersebut berarti akan setara dengan pengurangan jumlah Cl2 sebanyak 0,05 mol. Jadi jumlah Cl2(g) pada keadaan setimbang terdapat (0,2 – 0,05) mol = 0,15 mol.

b. Penentuan nilai Kc:
Jumlah $\mathrm{ClNO}$ saat setimbang $\mathrm{= 0{,}6~mol}$
Jumlah $\mathrm{NO}$ saat setimbang $\mathrm{= 0{,}3-0{,}1~mol=0{,}2~mol}$
Jumlah $\mathrm{Cl_2}$ saat setimbang $\mathrm{= 0{,}2-0{,}05~mol=0{,}15~mol}$

$\mathrm{[ClNO]=\dfrac{0{,}6~mol}{25 L} =0{,}024~M}$
$\mathrm{[NO]=\dfrac{0{,}2~mol}{25 L}=0{,}008~M}$
$\mathrm{[Cl_2]=\dfrac{0{,}15~mol}{25 L} =0{,}006~M}$
\begin{align}
Kc &= \dfrac{[NO]^2[Cl_2]}{[ClNO]^2}\\
& = \dfrac{0{,}008^2 \times 0{,}006}{0{,}024^2}\\
& = 6{,}67 \times 10^{-4}
\end{align}


Soal #4
Dalam wadah tertutup bervolume 6 L berlangsung kesetimbangan antara 0,8 mol gas hidrogen, 0,5 mol gas klorin, dan 0,6 mol gas hidrogen klorida pada suhu dan tekanan tertentu. jika pada suhu yang sama ke dalam sistem kesetimbangan tersebut ditambahkan 0,2 mol gas hidrogen, tentukan susunan kesetimbangan gas baru!

Pembahasan Soal #4:
Langkah penyelesaian: 1) Hitung Kc mula-mula, ini akan digunakan sebagai dasar untuk menghitung perubahan komposisi masing-masing gas, karena Kc bersifat tetap selama suhu dan dan tekanan tidak diubah; 2) Membuat persamaan dengan untuk menentukan perubahan setiap gas; 3) Menyelesaikan persamaan untuk menghitung komponen setelah dilakukan penambahan 0,2 mol gas hidrogen.

1) Perhitungan Kc mula-mula:
Persamaan reaksi: H2(g) + Cl2(g) ⇌ 2HCl(g)
Karena jumlah koefisien ruas kiri dan jumlah koefisien ruas kanan sama, maka volume menjadi tidak berpengaruh sehingga perhitungan Kc dapat langsung menggunakan jumlah zat (mol).
$\mathrm{K_c = \dfrac{[HCl]^2}{[H_2] [Cl_2]}}\\[10pt]$
$\mathrm{K_c = \dfrac{(0{,}6)^2}{(0{,}8) (0{,}5)}}\\[10pt]$
$\mathrm{K_c = \dfrac{0{,}36}{0{,}40}}\\[10pt]$
$\mathrm{K_c = 0{,}9}\\[10pt]$

2) Persamaan perubahan komposisi

Reaksi : H2 + Cl2 2HCl
Awal + 0,2 mol H2 : (0,8 + 0,2) mol 0,5 mol 0,6 mol
Bereaksi : -x mol -x +2x
Keset. : (1-x) mol (0,5-x) mol (0,6+2x) mol

$\mathrm{K_c = \dfrac{[HCl]^2}{[H_2] [Cl_2]}}\\[10pt]$
$\mathrm{0{,}9 = \dfrac{(0{,}6+2x)^2}{(1-x) (0{,}5-x)}}\\[10pt]$
$\mathrm{0{,}9 = \dfrac{0{,}36+2{,}4x+4x^2}{0{,}5-1{,}5x+x^2}}\\[10pt]$
$\mathrm{0{,}9 (0{,}5-1{,}5x+x^2 = 0{,}36+2{,}4x+4x^2}$
$\mathrm{0{,}45-1{,}35x+0{,}9x^2 = 0{,}36+2{,}4x+4x^2}$
$\mathrm{4x^2-0{,}9x^2+2{,}4x+1{,}35x+0{,}36-0{,}45= 0}$
$\mathrm{3{,}1x^2+3{,}75x-0{,}09= 0}$

3) Untuk menentukan x dapat menggunakan rumus abc penyelesaian persamaan kuadrat.
a = 3,1; b = 3,75; c = –0,09

$\mathrm{x_{1,2} =\dfrac{-b \pm \sqrt{b^2-4ac}}{2a}}\\[10pt]$
$\mathrm{x_{1,2} =\dfrac{-3{,}75 \pm \sqrt{(3{,}75)^2-4\cdot 3{,}1 \cdot (-0{,}09)}}{2\cdot 3{,}1}}\\[10pt]$
$\mathrm{x_{1{,}2} =\dfrac{-3{,}75 \pm \sqrt{15{,}1785}}{6{,}2}}\\[10pt]$
$\mathrm{x_{1{,}2} =\dfrac{-3{,}75 \pm 3{,}896}{6{,}2}}\\[10pt]$

$\mathrm{x_{1} =\dfrac{-3{,}75 + 3{,}896}{6{,}2}}\\[10pt]$
$\mathrm{x_{1} =\dfrac{0{,}1460}{6{,}2}}\\[10pt]$
$\mathrm{x_{1} =0{,}0235}\\[10pt]$

$\mathrm{x_{2} =\dfrac{-3{,}75 - 3{,}896}{6{,}2}}\\[10pt]$
$\mathrm{x_{2} =\dfrac{-7{,}646}{6{,}2}}\\[10pt]$
$\mathrm{x_{2} =-1{,}233}\\[10pt]$
x2 menjadi tidak mungkin karena bernilai negatif.

Komposisi saat kesetimbangan setelah ditambah 0,2 mol H2: dengan menggunakan nilai x1 = 0,0235
H2 = (1 – x) mol
H2 = (1 – 0,0235) mol
H2 = 0,9765 mol

Cl2 = (0,5 – x) mol
Cl2 = (0,5 – 0,0235) mol
Cl2 = 0,4765 mol

HCl = (0,6 + 2x) mol
HCl = (0,6 + 2.0,0235) mol
HCl = (0,6 + 0,047) mol
HCl = 0,647 mol.

Bagikan di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

 
Copyright © 2015-2020 Urip dot Info | Disain Template oleh Herdiansyah Dimodivikasi Urip.Info