Variasi Soal tentang Campuran Basa Kuat dan Asam Kuat

Konsep asam-basa kuat sebenarnya relatif sederhana bila dikaitkan dengan stoikiometri atau hitung-hitungan. Soal-soal yang muncul dapat saja seperti menghitung volume, konsentrasi, massa, massa jenis, massa molar, hingga pH serta variabel lain yang mungkin. Dalam soal bisa apa saja yang ditanyakan dengan tujuan untuk menguji kepahaman siswa dalam bahasan ini. Sering juga dikaitkan dengan kesetaraan jumlah zat dalam reaksi larutan asam dan larutan basa.

Contoh Soal #1:
Hitunglah volume KOH 0,2 M yang harus ditambahkan agar larutan 100 mL HCl 0,1 M menjadi 0,05 M!

Pembahasan Soal #1

Dalam reaksi asam-basa (sering disebut reaksi penetralan/penggaraman) konsep perbandingan jumlah zat yang bereaksi sangat menentukan. Perbandingan ini dapat dilihat dari perbandingan koefisien zat dalam reaksi setelah disetarakan.

Reaksi setara: KOH + HCl → KCl + H₂O

Secara stoikiometri, perbandingan mol KOH : HCl = 1 : 1. Bila salah satu berlebih, zat itu akan bersisa (tidak habis bereaksi). Zat yang habis bereaksi disebut pereaksi pembatas.

Misalkan volume KOH yang ditambahkan = X mL, maka:

a = n_KOH = 0,2 M × X mL = 0,2X mmol
b = n_HCl = 0,1 M × 100 mL = 10 mmol

Reaksi	KOH	+	HCl	→	KCl	+	H2O
Awal (mmol)	0,2X		10		−		−
Bereaksi (mmol)	−0,2X		−0,2X		+0,2X		+0,2X
Akhir (mmol)	0		10 − 0,2X		0,2X		0,2X

Volume total = (X + 100) mL. Konsentrasi HCl akhir yang dikehendaki = 0,05 M.

\[ \begin{aligned} 0{,}05 &= \dfrac{10 - 0{,}2X}{X + 100}\\[6pt] 0{,}05(X + 100) &= 10 - 0{,}2X\\[6pt] 0{,}05X + 5 &= 10 - 0{,}2X\\[6pt] 0{,}25X &= 5\\[6pt] X &= 20 \text{ mL} \end{aligned} \]

∴ Volume KOH 0,2 M yang harus ditambahkan = 20 mL

Verifikasi: HCl sisa = 10 − 0,2(20) = 6 mmol. V total = 120 mL.
[HCl]_akhir = 6/120 = 0,05 M ✓

---

Contoh Soal #2:
Sebanyak 50 mL larutan H₂SO₄ 0,1 M dicampurkan dengan 100 mL larutan NaOH 0,15 M. Tentukan pH larutan campuran yang terbentuk! (K_w = 10⁻¹⁴)

Pembahasan Soal #2

H₂SO₄ adalah asam diprotik: satu mol H₂SO₄ setara dengan 2 mol NaOH.

Reaksi setara: H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O

\[ n_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 0{,}1 \times 50 = 5\text{ mmol}, \quad n_{\text{NaOH}} = 0{,}15 \times 100 = 15\text{ mmol} \]

Reaksi	H2SO4	+	2 NaOH	→	Na2SO4	+	2 H2O
Awal (mmol)	5		15		−		−
Bereaksi (mmol)	−5		−10		+5		+10
Akhir (mmol)	0		5		5		10

NaOH bersisa 5 mmol → larutan bersifat basa.

\[ \begin{aligned} [\text{OH}^-] &= \dfrac{5}{150} = \dfrac{1}{30}\text{ M}\\[6pt] \text{pOH} &= -\log\tfrac{1}{30} = \log 30 \approx 1{,}48\\[6pt] \text{pH} &= 14 - 1{,}48 \end{aligned} \]

∴ pH larutan campuran ≈ 12,52

---

Contoh Soal #3:
Berapa mL larutan HNO₃ 0,4 M yang diperlukan untuk tepat menetralkan 80 mL larutan Ca(OH)₂ 0,1 M?

Pembahasan Soal #3

Ca(OH)₂ adalah basa diprotik: melepas 2 mol OH⁻ per mol-nya.

Reaksi setara: 2 HNO₃ + Ca(OH)₂ → Ca(NO₃)₂ + 2 H₂O

Rasio koefisien HNO₃ : Ca(OH)₂ = 2 : 1.

\[ \begin{aligned} n_{\text{Ca(OH)}_2} &= 0{,}1 \times 80 = 8\text{ mmol}\\[4pt] n_{\text{HNO}_3} &= 2 \times 8 = 16\text{ mmol}\\[4pt] V_{\text{HNO}_3} &= \dfrac{16}{0{,}4} = 40\text{ mL} \end{aligned} \]

∴ Volume HNO₃ 0,4 M yang diperlukan = 40 mL

Tips umum penetralan sempurna: \( a \cdot [Asam] \cdot V_{Asam} = b \cdot [Basa] \cdot V_{Basa} \)
dengan a = valensi asam, b = valensi basa.

---

Contoh Soal #4:
Sebanyak 4 gram padatan NaOH (Mm = 40 g/mol) dilarutkan dalam air hingga volumenya 500 mL. Larutan tersebut kemudian digunakan untuk menetralkan larutan H₂SO₄ 0,05 M. Berapa volume H₂SO₄ yang tepat dibutuhkan untuk menetralkan seluruh NaOH tersebut?

Pembahasan Soal #4

Soal ini melibatkan massa padatan basa yang harus diubah terlebih dahulu menjadi jumlah mol, kemudian konsentrasi larutan, sebelum digunakan dalam perhitungan stoikiometri reaksi penetralan.

Langkah 1: Hitung mol dan konsentrasi NaOH

\[ \begin{aligned} n_{\text{NaOH}} &= \dfrac{\text{massa}}{\text{Mm}} = \dfrac{4\text{ g}}{40\text{ g/mol}} = 0{,}1\text{ mol} = 100\text{ mmol}\\[6pt] [\text{NaOH}] &= \dfrac{0{,}1\text{ mol}}{0{,}5\text{ L}} = 0{,}2\text{ M} \end{aligned} \]

Langkah 2: Tulis reaksi setara

H₂SO₄ adalah asam diprotik:

Reaksi: H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + 2 H₂O

Rasio mol H₂SO₄ : NaOH = 1 : 2.

Langkah 3: Hitung mol H₂SO₄ dan volumenya

\[ \begin{aligned} n_{\text{H}_2\text{SO}_4} &= \dfrac{1}{2} \times n_{\text{NaOH}} = \dfrac{1}{2} \times 100\text{ mmol} = 50\text{ mmol}\\[6pt] V_{\text{H}_2\text{SO}_4} &= \dfrac{n}{[\text{H}_2\text{SO}_4]} = \dfrac{50\text{ mmol}}{0{,}05\text{ M}} = 1000\text{ mL} \end{aligned} \]

Reaksi	H2SO4	+	2 NaOH	→	Na2SO4	+	2 H2O
Awal (mmol)	50		100		−		−
Bereaksi (mmol)	−50		−100		+50		+100
Akhir (mmol)	0		0		50		100

∴ Volume H₂SO₄ 0,05 M yang dibutuhkan = 1000 mL (1 liter)

Kunci soal massa padatan: Selalu ubah massa → mol → konsentrasi lebih dahulu sebelum masuk ke stoikiometri reaksi.
\( n = \dfrac{\text{massa (g)}}{Mm\text{ (g/mol)}} \)

---

Contoh Soal #5:
Larutan asam klorida pekat mempunyai massa jenis 1,19 g/mL dan kadar HCl 37% (massa). Jika Mm HCl = 36,5 g/mol, berapa volume larutan pekat tersebut yang dibutuhkan untuk membuat 500 mL larutan HCl 0,5 M?

Pembahasan Soal #5

Soal ini melibatkan dua konsep sekaligus: massa jenis (ρ) dan kadar (% massa) untuk menghitung konsentrasi larutan pekat, lalu dilanjutkan dengan pengenceran.

Langkah 1: Hitung konsentrasi HCl pekat

Rumus konsentrasi dari data massa jenis dan kadar:

\[ [\ce{HCl}] = \dfrac{\rho \times \text{kadar} \times 1000}{Mm} \]

dengan \(\rho\) dalam g/mL, kadar dalam bentuk desimal (37% = 0,37), dan faktor 1000 untuk konversi liter ke mililiter.

\[ [{\text{HCl pekat}}] = \dfrac{1{,}19 \times 0{,}37 \times 1000}{36{,}5} = \dfrac{440{,}3}{36{,}5} \approx 12{,}06\text{ M} \]

Langkah 2: Gunakan rumus pengenceran

Pada pengenceran berlaku: jumlah mol zat terlarut sebelum = sesudah.

\[ \begin{aligned} [X]_1 \cdot V_1 &= [X]_2 \cdot V_2\\[6pt] 12{,}06 \times V_1 &= 0{,}5 \times 500\\[6pt] V_1 &= \dfrac{250}{12{,}06} \approx 20{,}7\text{ mL} \end{aligned} \]

∴ Volume HCl pekat yang diambil ≈ 20,7 mL

Rumus konsentrasi dari label botol:
\(\displaystyle M = \dfrac{\rho \;(\text{g/mL}) \times \%\text{kadar} \times 1000}{M_r\;(\text{g/mol})}\)

Cara pengenceran di laboratorium: Tambahkan larutan pekat ke dalam air (bukan sebaliknya), terutama untuk asam sulfat pekat, untuk menghindari percikan akibat panas yang dilepas.

---

Contoh Soal #6:
Campuran 200 mL larutan yang mengandung 0,01 mol NaOH dan 0,005 mol Ba(OH)₂ dititrasi dengan larutan HCl 0,1 M. Tentukan volume HCl yang dibutuhkan untuk tepat menetralkan campuran basa tersebut dan tentukan massa NaCl yang terbentuk! (A_r: Na = 23, Cl = 35,5, Ba = 137, H = 1, O = 16)

Pembahasan Soal #6

Soal ini melibatkan campuran dua basa yang bereaksi dengan satu asam. Kunci penyelesaiannya adalah menghitung total mol OH⁻ dari semua sumber basa, kemudian mencocokkannya dengan mol H⁺ dari HCl.

Langkah 1: Hitung total mol OH⁻

NaOH adalah basa monoprotic (1 OH⁻/mol), sedangkan Ba(OH)₂ adalah basa diprotik (2 OH⁻/mol).

\[ \begin{aligned} n_{\text{OH}^-}\text{ dari NaOH} &= 1 \times 0{,}01\text{ mol} = 0{,}01\text{ mol}\\ n_{\text{OH}^-}\text{ dari Ba(OH)}_2 &= 2 \times 0{,}005\text{ mol} = 0{,}01\text{ mol}\\[4pt] n_{\text{OH}^-}\text{ total} &= 0{,}01 + 0{,}01 = 0{,}02\text{ mol} = 20\text{ mmol} \end{aligned} \]

Langkah 2: Hitung mol dan volume HCl

Pada titik ekivalen: \( n_{\text{H}^+} = n_{\text{OH}^-} \). HCl adalah asam monoprotik, sehingga \( n_{\text{HCl}} = n_{\text{H}^+} = 20\text{ mmol}\).

\[ V_{\text{HCl}} = \dfrac{n_{\text{HCl}}}{[\text{HCl}]} = \dfrac{20\text{ mmol}}{0{,}1\text{ M}} = 200\text{ mL} \]

Langkah 3: Reaksi dan massa NaCl yang terbentuk

HCl bereaksi dengan NaOH dan Ba(OH)₂ secara terpisah:

Reaksi	HCl	+	NaOH	→	NaCl	+	H2O
Awal (mmol)	20		10		−		−
Bereaksi (mmol)	−10		−10		+10		+10
Akhir (mmol)	10		0		10		10

Reaksi	2 HCl	+	Ba(OH)2	→	BaCl2	+	2 H2O
Awal (mmol)	10		5		−		−
Bereaksi (mmol)	−10		−5		+5		+10
Akhir (mmol)	0		0		5		10

NaCl terbentuk hanya dari reaksi HCl + NaOH, yaitu sebanyak 10 mmol = 0,01 mol.

\[ \begin{aligned} Mm\text{ NaCl} &= 23 + 35{,}5 = 58{,}5\text{ g/mol}\\[4pt] \text{massa NaCl} &= n \times Mm = 0{,}01\text{ mol} \times 58{,}5\text{ g/mol} = 0{,}585\text{ g} \end{aligned} \]

∴ Volume HCl 0,1 M yang dibutuhkan = 200 mL
∴ Massa NaCl yang terbentuk = 0,585 gram

Strategi campuran basa: Jumlahkan seluruh mol OH⁻ terlebih dahulu, baru tentukan mol asam yang dibutuhkan. Untuk menghitung massa garam, perhatikan garam mana yang terbentuk dari pasangan ion mana, Na⁺ hanya berpasangan dengan Cl⁻ membentuk NaCl, sementara Ba²⁺ membentuk BaCl₂.