Langkah Penyelesaian Soal Terkait Tetapan Kesetimbangan Kimia

Tulisan ini ditujukan untuk siswa yang sulit mengikuti tutorial dalam bentuk video. Dalam bentuk teks semua langkah penyelesaian soal terkait tetapan kesetimbangan kimia dapat disimak secara perlahan. Setidaknya ada tiga contoh soal saat ini, kelak akan ditambah bila sempat. Semoga siswa mendapat alternatif dalam mempelajari proses penyelesaian soal.


Contoh Soal 1:
Reaksi berikut terjadi pada suhu tertentu:
CO(g) + 2H₂(g) ⇌ CH₃OH(g)

Pada suatu wadah dengan volume 5,22 L pada keadaan awal terdapat 26,9 g CO dan 2,32 g H₂. Pada saat kesetimbangan tercapai dalam wadah tersebut terdapat 8,65 g CH₃OH

Hitunglah tetapan kesetimbangan (K_c) untuk reaksi tersebut.

Penyelesaian Contoh Soal 1:
Nilai K_c reaksi pada soal ini adalah:

$\mathsf{K_c = \dfrac{[CH_3OH]}{[CO][H_2]^2}}$

1) Siapkan tabel kesetimbangan reaksi kimia beserta koefisien setara setiap zat seperti berikut:

Spesi	[CO]	[H2]	[CH3OH]
Koefisien	1	2	1
Mula-mula
Bereaksi
Setimbang

2) Perhitungan K_c ini menggunakan konsentrasi molar. Hitung lebih dahulu molaritas ketiga zat yang diketahui dari soal: CO, H₂, dan CH₃OH.

$\mathsf{[CO] = \dfrac{jumlah~CO}{volume~wadah}}$

$\mathsf{[CO] = \dfrac{\dfrac{massa~CO}{massa~molar~CO}}{\dfrac{volume~wadah}{1}}}$

$\mathsf{[CO] = {\dfrac{massa~CO}{massa~molar~CO} \times \dfrac{1}{volume~wadah}}}$

$\mathsf{[CO] = {\dfrac{massa~CO \times 1}{massa~molar~CO \times volume~wadah}}}$

$\mathsf{[CO] = {\dfrac{massa~CO}{massa~molar~CO \times volume~wadah}}}$

$\mathsf{[CO] = {\dfrac{28~g}{28~g/mol \times 5 L}}}$
$\mathsf{[CO] = 0,2~mol/L = 0,2~M}$

Untuk zat yang lain juga dapat dihitung konsentrasi masing-masing dengan cara yang sama.

$\mathsf{[H_2] = {\dfrac{massa~H_2}{massa~molar~H_2 \times volume~wadah}}}$

$\mathsf{[H_2] = {\dfrac{3~g}{2~g/mol \times 5~L}}}$
$\mathsf{[H_2] = 0,3~mol/L = 0,3~M}$

$\mathsf{[CH_3OH] = {\dfrac{massa~CH_3OH}{massa~molar~CH_3OH \times volume~wadah}}}$

$\mathsf{[CH_3OH] = {\dfrac{8~g}{32~g/mol \times 5~L}}}$
$\mathsf{[CH_3OH] = 0,05~mol/L = 0,05~M}$

3) Tempatkan data konsentrasi ini ke dalam tabel kesetimbangan:

Spesi	[CO]	[H2]	[CH3OH]
Koefisien	1	2	1
Mula-mula	0.2	0.3	0
Bereaksi
Setimbang			0.05

4) Dibuat permisalan x untuk konsentrasi zat yang memiliki koefisien 1, dalam hal ini adalah CO dan CH₃OH. Kita perlu menentukan nilai pada kotak kosong pada tabel kesetimbangan. Pertama [CO], kemudian [H₂]:

Spesi	[CO]	[H2]	[CH3OH]
Koefisien	1	2	1
Mula-mula	0.2	0.3	0
Bereaksi	–x	–2x	+x
Setimbang			0,05

5) Dengan menggunakan perbandingan koefisien, konsentrasi saat bereaksi dapat ditentukan dari nilai x untuk CH₃OH = 0,05 M.

Spesi	[CO]	[H2]	[CH3OH]
Koefisien	1	2	1
Mula-mula	0.2	0.3	0
Bereaksi	–0,05	–0,10	+0,05
Setimbang			0,05

Spesi	[CO]	[H2]	[CH3OH]
Koefisien	1	2	1
Mula-mula	0.2	0.3	0
Bereaksi	–0,05	–0,10	+0,05
Setimbang	0,15	0,20	0,05

6) Terakhir dari data yang sudah ditulis di tabel terakhir itu selanjutnya dapat dihitung nilai K_c:

$\mathsf{K_c = \dfrac{[CH_3OH]}{[CO][H_2]^2}}$

$\mathsf{K_c = \dfrac{0,05}{(0,15)(0,2)^2}}$

$\mathsf{K_c = \dfrac{0,05}{0,006}}$

$\mathsf{K_c = 8,33}$

---

Reaksi kesetimbangan dengan pola koefisien zat setara 1:1:2 seperti pada reaksi H₂ + I₂ ⇌ 2 HI

Contoh Soal 2:

Perhatikan persamaan reaksi berikut:
H₂ + I₂ ⇌ 2 HI
Hitunglah konsentrasi setiap gas pada saat mencapai kesetimbangan bila konsentrasi awal [H₂]_o = [I₂]_o = 0,2 M dan K_c = 64.

Langkah Penyelesaian Soal #2:

1) Buatlah tabel kesetimbangan awal-reaksi-setimbang seperti berikut:

Spesi	[H2]	[I2]	[HI]
Koefisien	1	1	2
Awal
Bereaksi
Setimbang

2) Isikan data konsentrasi awal yang diketahui dari soal pada baris saat Awal (mula-mula) sebelum reaksi terjadi:

Spesi	[H2]	[I2]	[HI]
Koefisien	1	1	2
Awal	0,2	0,2	0
Bereaksi
Setimbang

[HI] awal = 0 karena pada saat mula-mula (reaksi belum berlangsung) belum terbentuk HI.

3) Berikutnya untuk baris saat reaksi terjadi.

Di sini dibuat permisalan lebih dahulu, misalnya jumlah zat yang bereaksi sebanyak x karena kita tidak tahu berapa banyak jumlah yang bereaksi, pada bagian zat pereaksi jumlahnya akan berkurang (ini diberi tanda –) sementara itu hasil reaksi bertambah banyak (diberi tanda +).

Banyaknya zat yang berkurang dan bertambah disesuaikan dengan perbandingan koefisien setara untuk setiap zat dalam reaksi.

Spesi	[H2]	[I2]	[HI]
Koefisien	1	1	2
Awal	0,2	0,2	0
Bereaksi	–x	–x	+2x
Setimbang

4) Pada baris setimbang ini merupakan penjumlahan jumlah zat awal dengan jumlah zat yang bereaksi.

Spesi	[H2]	[I2]	[HI]
Koefisien	1	1	2
Awal	0,2	0,2	0
Bereaksi	–x	–x	+2x
Setimbang	0,2 – x	0,2 – x	2x

5) Berikut adalah mensubstitusikan jumlah-jumlah zat saat setimbang ke dalam persamaan K_c untuk reaksi H₂ + I₂ ⇌ 2 HI

$\mathsf{K_c = \dfrac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}}$

$\mathsf{64 = \dfrac{(2x)^2}{(0,2-x)(0,2-x)}}$

$\mathsf{64 = \dfrac{(2x)^2}{(0,2-x)^2}}$

Selanjutnya menarik akar pangkat 2 dari kedua ruas persamaan sehingga menjadi:

$\mathsf{8 = \dfrac{(2x)}{(0,2-x)}}$

$\mathsf{8 (0,2-x) = 2x}$

$\mathsf{1,6-8x = 2x}$

$\mathsf{1,6-8x+8x = 2x+8x}$

$\mathsf{10x = 1,6}$

$\mathsf{x = 0,16~M}$

6) Jadi sesuai pertanyaan pada soal maka masih perlu penyelesaian akhir untuk menentukan konsentrasi setiap zat saat kesetimbangan tercapai:

[H₂] = 0,2 – 0,16 = 0,04 M
[I₂] = 0,2 – 0,16 = 0,04 M
[HI] = 2 (0,16) = 0,32 M

7) Berikutnya untuk meyakinkan apakah solusi tersebut sudah benar silakan substitusi hasil akhir ke dalam rumus K_c.

---

Contoh Soal 3

Salah satu tahap reaksi dalam dekomposisi karbonil fluorida (COF₂) dalam reaktor tertutup adalah sebagai berikut:

2COF₂ (g) ⇌ CO₂(g) + CF₄(g)

Dalam suatu pengujian di dalam wadah 5 liter terdapat 1 mol COF₂ yang terurai. Setelah beberapa waktu reaksi mencapai kesetimbangan dengan nilai tetapan kesetimbangan (K_c) pada suhu tersebut adalah 4.

Banyaknya COF₂ yang terdapat dalam wadah setelah reaksi mencapai kesetimbangan adalah .... mol

Penyelesaian Contoh Soal 3:

Reaksi dekomposisi:
\( 2\,\text{COF}_2(g) \rightleftharpoons \text{CO}_2(g) + \text{CF}_4(g) \)
Volume wadah = 5 L
Jumlah awal COF₂ = 1 mol
Jumlah awal CO₂ = 0 mol
Jumlah awal CF₄ = 0 mol
Konstanta kesetimbangan, K_c = 4

1) Membuat Tabel Kesetimbangan (dalam mol)

Misalkan x = mol CO₂ yang terbentuk saat setimbang

Spesi	COF2	CO2	CF4
Awal	1	0	0
Bereaksi
Setimbang		x

Spesi	COF2	CO2	CF4
Awal	1	0	0
Bereaksi	-2x	+x	+x
Setimbang		x

Spesi	COF2	CO2	CF4
Awal	1	0	0
Bereaksi	-2x	+x	+x
Setimbang	1 - 2x	x	x

2) Menghitung Konsentrasi Saat Setimbang

Volume V = 5 L, sehingga:

\[ [\text{COF}_2] = \frac{1 - 2x}{5} \ \text{M} \]

\[ [\text{CO}_2] = \frac{x}{5} \ \text{M} \]

\[ [\text{CF}_4] = \frac{x}{5} \ \text{M} \]

3) Rumus K_c

\[ K_c = \frac{[\text{CO}_2][\text{CF}_4]}{[\text{COF}_2]^2} \]

\[ 4 = \frac{\frac{x}{5} \cdot \frac{x}{5}}{\left( \frac{1 - 2x}{5} \right)^2} \]

4) Menyederhanakan Persamaan

\[ 4 = \frac{\frac{x^2}{25}}{\frac{(1 - 2x)^2}{25}} \]

\[ 4 = \frac{x^2}{(1 - 2x)^2} \]

5) Menentukan Nilai x dengan Mengambil Akar Kuadrat

\[ \sqrt{4} = \frac{x}{1 - 2x} \]

\[ 2 = \frac{x}{1 - 2x} \]

\[ 2(1 - 2x) = x \]

\[ 2 - 4x = x \]

\[ 2 = 5x \]

\[ x = 0,4 \ \text{mol} \]

6) Menghitung Jumlah COF₂ Saat Setimbang

\[ n_{\text{COF}_2} = 1 - 2x = 1 - 2(0,4) = 1 - 0,8 = 0,2 \ \text{mol} \]

Jadi, banyaknya COF₂ dalam wadah setelah reaksi mencapai kesetimbangan adalah 0,2 mol.