Sepuluh Soal KSN Kimia Tingkat Kabupaten 2022 Berserta Pembahasannya (Bagian-2)

Berikut ini 10 Soal Kompetisi Sains Nasional tingkat Kabupaten/Kota tahun 2022 yang dibahas secara mendetail berdasarkan berbagai sumber. Ini adalah bagian-2, bagian berikutnya akan di-posting secara terpisah dalam blog ini. Mohon dikoreksi bila ada pembahasan yang kurang tepat dengan menuliskan koreksi pada kotak komentar. Terima kasih.

Untuk bagian lain sila klik tautan berikut:

10 Soal KSN-K Kimia 2022 Bagian-1

10 Soal KSN-K Kimia 2022 Bagian-2 (postingan ini)

10 Soal KSN-K Kimia 2022 Bagian-3 

10 Soal KSN-K Kimia 2022 Bagian-4 

5 Soal KSN-K Kimia 2022 Bagian-5/Akhir

---

Bagian-2

Soal KSN-K 2022 – No. 11

Perhatikan gambar berikut.

Urutan besarnya nilai konstanta laju (k) untuk tiga temperatur reaksi (T1, T2, T3) yang tepat adalah ….

1. k(T1) < k(T3) < k(T2)
2. k(T1) < k(T2) < k(T3)
3. k(T2) < k(T3) < k(T1)
4. k(T2) < k(T1) < k(T3)
5. k(T3) < k(T2) < k(T1)

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 11

Gambar dalam soal ini merupakan kurva distribusi Maxwell-Boltzmann yang menampilkan hubungan antara jumlah tumbukan atau kadang jumlah partikel terhadap energi kinetik pada suhu tertentu.

Dalam soal ini diminta menganalisis perbandingan nilai: konstanta laju pada T1 yang ditulis sebagai k(T1); konstanta laju pada T2 yang ditulis sebagai k(T2); konstanta laju pada T3 yang ditulis sebagai k(T3). Ini bukan hasil kali k dengan T. Untuk reaksi kimia pada suhu yang berbeda, nilai k akan berbeda.

Berdasarkan kurva di soal, Ea setiap T dapat dilihat dengan membandingkan luasan daerah di bawah kurva mulai dari batas garis putus-putus ke arah kanan.
Luasan Ea pada T1 < luasan Ea pada T2 < luasan Ea pada T3. Ini menunjukkan nilai T1 < T2 < T3.

Diketahui bahwa Persamaan Arrhenius: k = A . e ^(–Ea/RT)
Keterangan: k adalah konstanta laju reaksi, A adalah faktor frekuensi, Ea adalah energi aktivasi, R adalah konstanta gas (8,314 J/(mol.K)), dan T adalah suhu absolut dalam Kelvin.
(Persamaan Arrhenius diberikan dalam soal yang tidak perlu dijawab di nomor awal dalam soal KSN-K kimia.)

Berdasarkan Persamaan Arrhenius, nilai k berbanding lurus dengan nilai T.
Perhatikan nilai eksponen atau pangkat (–Ea/RT) ketika T semakin kecil berarti nilai eksponennya semakin negatif dan ketika T semakin besar berarti nilai eksponennya semakin positif (kurang negatif). Oleh karena itu nilai k berbanding lurus dengan nilai T, T semakin tinggi maka k semakin tinggi pula.

Dengan demikian, urutan besarnya nilai konstanta laju (k) untuk tiga temperatur reaksi jika T1 < T2 < T3 adalah: k(T1) < k(T2) < k(T3). Artinya, nilai k akan semakin besar seiring dengan peningkatan suhu reaksi.

Jawaban yang tepat B.

---

Soal KSN-K 2022 – No. 12

Gambar di bawah ini merupakan spektrum emisi suatu ion yang memiliki satu elektron dalam fase gas. Semua garis yang dihasilkan merupakan transisi elektronik dari keadaan tereksitasi ke keadaan dasar n = 3. Jika panjang gelombang garis B terukur pada 142,5 nm, maka panjang gelombang garis A terukur pada…

1. 113,9 nm
2. 121,6 nm
3. 128,8 nm
4. 164,1 nm
5. 273,5 nm

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 12

Data yang Diberikan:

Keadaan akhir untuk semua transisi adalah n = 3

Panjang gelombang B = 142,5 nm

Karena perbedaan energi orbital berkurang dengan peningkatan panjang gelombang dan semua transisi terjadi pada n = 3, garis pada panjang gelombang tertinggi sesuai dengan transisi dari n = 4 ke n = 3.

Oleh karena itu, garis B dalam spektrum sesuai dengan transisi dari n = 5 ke n = 3 (perbedaan energi terendah kedua).

Persamaan Rydberg untuk panjang gelombang dalam sistem satu elektron adalah:

1/λ = R.Z²(1/n_f²−1/1/n_i²)

(R = konstanta Rydberg = 1,097×10⁷m⁻¹)

Oleh karena itu, dengan menggunakan panjang gelombang garis B, nilai z untuk ion satu elektron dapat dihitung sebagai:

1/(142,5×10⁻⁹ m) = (1,097×10⁷ m⁻¹) Z²(1/3²−1/5²)

1/(142,5×10⁻⁹ m) = (Z² × (7,801 × 10⁵ m⁻¹)

Z² = 1/((142,5 × 10⁻⁹ m) × (7,801 × 10⁵ m⁻¹))

Z² = 8,996

Nomor atom ion satu elektron adalah:

Z = √8.996

Z = 2.999 ≈ 3

 

Oleh karena itu, nilai Z untuk ion satu elektron adalah 3 , dan ion tersebut adalah litium.

Karena A adalah baris ketiga, ini akan sesuai dengan transisi dari n = 6 ke n = 3.

Oleh karena itu, panjang gelombang transisi dalam lithium-ion dapat dihitung sebagai berikut:

1/λ = (1,097×10⁷m⁻¹) × 3² × (1/3²−1/6²)

1/λ = (1,097×10⁷m⁻¹) × 9 × 0,0833

1/λ = 8,228×10⁶m⁻¹

λ = 1/(8,228 × 10⁶m⁻¹)λ = 1,21536 × 10⁻⁷m

λ = 121,53 nm

Jadi panjang gelombang yang sesuai dengan garis A adalah 121,53 nm

Jawaban yang tepat B.

---

Soal KSN-K 2022 – No. 13

Urutan yang benar berdasarkan kenaikan bilangan gelombang vibrasi regangan (stretching) berikut dalam spektrum inframerah adalah …….

(1) C–H
(2) O–H
(3) C=O
(4) C≡C

1. (4) < (3) < (2) < (1)
2. (3) < (4) < (1) < (2)
3. (4) < (3) < (1) < (2)
4. (3) < (4) < (2) < (1)
5. (2) < (1) < (4) < (3)

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 13

Bilangan gelombang vibrasi regangan (stretching) berikut dalam spektrum inframerah untuk ikatan:

1. C-H pada kisaran 2850-2960 cm^–1
2. O-H pada kisaran 3200-3600 cm^–1
3. C=O sekitar 1700 cm^–1
4. C≡C sekitar 2200 cm^–1 (bedakan dengan C≡C-H alkuna primer yang mempunyai regangan sekitar 3300 cm^–1, di sini C≡C merupakan alkuna sekunder)

Jadi urutan yang tepat bilangan gelombang dari terendah ke tertinggi: (3) < (4) < (1) < (2).
Lebih detail tentang bilangan gelombang ini sudah diberikan dalam nomor terpisah pada KSN-K kimia yang sudah dirangkum di sini.

Jawaban yang tepat B

---

Soal KSN-K 2022 – No. 14

Sebanyak 156 g sampel unsur X direaksikan dengan silikon, menghasilkan 268,3 g senyawa X₃Si₄ murni. Jika massa atom relatif silikon 28,086, maka massa atom relatif X adalah ….

1. 58, 71
2. 52,02
3. 54,95
4. 47,95
5. 55,85

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 14

Dalam kasus ini, unsur X bereaksi dengan Si untuk membentuk senyawa X₃Si₄. Oleh karena itu, perbandingan antara massa unsur X dan Si dalam senyawa tersebut adalah 3:4 atau dapat dimaknai dalam senyawa X₃Si₄  terdapat 3 mol X dan 4 mol S.

mM di sini simbol dari massa molar.

(mM X × 3 mol) + (mM Si × 4 mol) = 268,3 g
(mM X × 3 mol) + (28,086 g/mol × 4 mol) = 268,3 g
(mM X × 3 mol) + 112,344 g = 268,3 g
mM X × 3 mol = 268,3 g – 112,344 g
mM X × 3 mol = 155.956 g
mM X = (155.956 g) / (3 mol)
mM X = 51.985 g/mol

Jari A_r S = 51,986 atau jawaban yang paling mendekati adalah 52,02

Jawaban yang tepat B

---

Soal KSN-K 2022 – No. 15

Di antara molekul di bawah ini yang memiliki ikatan antara C–O yang paling panjang adalah ….

1. CO
2. CO₂
3. CO₃^2–
4. OCN^–
5. CH₃OH

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 15

Dalam soal ini yang dimaksud adalah ikatan antara C dan O, jadi bisa saja ikatan antara C dan O berupa ikatan tunggal, ikatan dobel, atau ikatan tripel. Untuk itu perlu diketahui struktur Lewis setiap molekul/ion.

Prinsip yang panjang ikatan antaratom dalam molekul atau ion:
Ikatan tripel < ikatan dobel < ikatan tunggal.

Dari ke-5 molekul/ion tersebut, yang memiliki ikatan antara C dan O paling panjang adalah CH₃OH karena C–O di molekul ini berikatan tunggal. Sementara dalam CO₃^2– terdapat struktur resonansi sehingga panjang ikatan C–O relatif lebih pendek dibanding C–O dalam CH₃OH.

Urutan dari panjang ikatan yang terpendek ke yang terpanjang dari molekul/ion:
CO < CO₂ < OCN^– < CO₃^2– < CH₃OH

Jawaban yang tepat E.

---

Soal KSN-K 2022 – No. 16

Sebanyak 25,0 mL larutan Fe²⁺ 0,0500 M dititrasi menggunakan larutan Ce⁴⁺ 0,0500 M. Potensial sistem ketika titik ekivalen adalah ….
(E° (Fe³⁺|Fe²⁺) = 0,767 V; (E° (Ce⁴⁺|Ce³⁺) = 1,47 V;

1. 1,23 V
2. 0,70 V
3. 1,12 V
4. 2,24 V
5. 1,52 V

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 16

Potensial sistem ketika titik ekuivalen tercapai berlaku:

E_{titik ekuivalen} = [(n e_Fe × E°_Fe) + (n e_Ce × E°_Ce)]/(n e_Fe + n e_Ce)
E_{titik ekuivalen} = [(1 × 0,767 V)+(1 × 1,47 V)]/(1 + 1)
E_{titik ekuivalen} = [2,237 V]/(2)
E_{titik ekuivalen} = 1,1185 V

Keterangan: n e = jumlah transfer elektron yang terjadi pada pasangan spesi.

Jawaban yang tepat C.

---

Soal KSN-K 2022 – No. 17

Diketahui isotop ⁸²Br memiliki waktu paruh 1000 menit. Jika anda memerlukan ⁸²Br sebanyak 1,0 g sedangkan waktu pengiriman sampel selama 2 hari, maka massa ²³Na⁸²Br minimum yang harus anda pesan adalah ….

1. 2,0 g
2. 5,8 g
3. 7,4 g
4. 11,8 g
5. 9,4 g

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 17

Waktu paruh peluruhan radioaktif adalah waktu yang diperlukan oleh inti radioaktif untuk meluruh hingga aktivitasnya menjadi setengah aktivitas mula-mula.

Rumus peluruhan radioaktif:

N_t = N₀ × (1/2)^t/t1/2

Keterangan :
N_t = jumlah zat radioaktif tersisa
N₀ = jumlah zat radioaktif mula-mula
t=waktu peluruhan
t_1/2= waktu paruh

Jika diperlukan 1 g ⁸²Br, maka massa ⁸²Br mula-mula maka
t = 2 hari × 24 jam/hari × 60 menit/jam = 2880 menit

N_t = N₀ × (1/2)^t/t1/2
1 g = N₀ × (½)^(2880/1000)
1 g = N₀ × (½)^(2,88)
1 g = N₀ × 0,13584
N₀ = 7,36 g

²³Na memiliki massa molar 23 g/mol
⁸²Br memiliki massa molar 82 g/mol
Massa molar (mM) ²³Na⁸²Br = 23 + 82 = 105 g/mol

(m ²³Na⁸²Br) / (mM ²³Na⁸²Br) = (m ⁸²Br) / (mM ⁸²Br)

m (²³Na⁸²Br) = [(mM (²³Na⁸²Br) / (mM ⁸²Br)] × m ⁸²Br

m (²³Na⁸²Br) = ((105 g/mol) /(82 g/mol)) × 7,36 g

m (²³Na⁸²Br) = 1,28 × 7,36 g

m (²³Na⁸²Br) = 9,4208 g

Jadi massa ²³Na⁸²Br yang perlu dipesan adalah 9,4208 g.

Jawaban yang tepat E

---

Soal KSN-K 2022 – No. 18

Suatu senyawa optis aktif, Y, dengan rumus molekul C₇H₁₂ memberikan hasil positif ketika direaksikan dengan larutan KMnO₄  encer dingin dan spektrum IR memberikan serapan lebar pada 3300 cm^-1 . Ketika Y mengalami reaksi hidrogenasi katalitik, dihasilkan Z (C₇H₁₆) dan Z juga bersifat optis aktif. Struktur Y adalah ….

1. CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂C≡CH
2. CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂C≡CH
3. (CH₃)₂CHCH₂CH₂C≡CH
4. CH₃CH₂CH(CH₃)C≡CCH₃
5. CH₂=CHCH(CH₃)CH₂C≡CH

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 18

Senyawa optis aktif Y yang memberikan hasil positif (warna ungu menjadi bening) ketika direaksikan dengan KMnO₄  encer dingin menunjukkan adanya ikatan rangkap atau ikatan triple. Senyawa optis aktif Y dengan rumus molekul yang memberikan peregangan IR pada 3300 cm^–1 menunjukkan bahwa senyawa tersebut mengandung gugus alkuna yang terletak di nomor 1 (ujung C) atau C primer. Referensi tentang korelasi spektrum IR yang diberikan pada soal nomor terpisah dapat dilihat di sini.

Senyawa ini pada hidrogenasi katalitik menghasilkan senyawa Z dengan rumus molekul C₇H₁₆. Produk terhidrogenasi menambahkan empat hidrogen ke senyawa Y. Hal ini menegaskan bahwa senyawa tersebut mengandung gugus alkuna yang pada hidrogenasi membutuhkan dua mol molekul hidrogen dan menghasilkan alkana sebagai produk aktif optik. Reaksi ditunjukkan di bawah ini.

Jadi struktur Y yang paling mungkin adalah CH₃CH₂CH(CH₃)CH₂C≡CH (4-metilheks-1-una). 

Bagaimana dengan senyawa D. CH₃CH₂CH(CH₃)C≡CCH₃ ini juga mengandung C kiral yang bersifat optis aktif?
Berdasarkan tabel korelasi spektrum IR bila alkuna dengan posisi ikatan rangkap tiga di tengah, bukan di C primer maka akan memberikan peregangan IR di sekitar 2400-2200 cm^–1. Silakan periksa data korelasi spektrum IR di sini.

Jawaban yang tepat A.

---

Soal KSN-K 2022 – No. 19

Sebanyak 4,500 gram sampel dilarutkan di dalam labu takar 100 mL. Larutan ini dibagi dua, masing-masing sekitar 50 mL, ke dalam dua buah gelas kimia yang diberi label A dan B. Larutan dari gelas kimia A diencerkan dengan aqua dm hingga volumenya menjadi 250 mL. Kemudian larutan ini dipipet 10,0 mL dan diencerkan dalam labu takar 100,0 mL dan ditandabataskan.

Sebanyak 25,0 mL larutan terakhir ini dianalisis dan ditemukan bahwa larutan ini mengandung tembaga dengan konsentrasi 1,8 ppm. Kadar tembaga (dalam %b/b) yang ada dalam sampel adalah ….

1. 8,00%
2. 0,20%
3. 0,50%
4. 0,05%
5. 1,80%

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 19

Ilustrasi pengenceran larutan sampel.

Jawaban yang tepat B.

---

Soal KSN-K 2022 – No. 20

Berikut merupakan inti atom yang dikategorikan sebagai NMR aktif, atau dapat dideteksi oleh NMR, kecuali…

1. ¹³C
2. ¹H
3. ¹⁵N
4. ¹²C
5. ¹⁹F

Pembahasan Soal KSN-K 2022 – No. 20

Inti atom yang dikategorigan sebagai NMR aktif biasanya memiliki jumlah proton/neutron genap.

Berikut ini beberapa aturan umum yang berlaku untuk kasus tertentu spin:

1) Genap/Genap.
Inti yang mengandung proton dan neutron yang berjumlah genap memiliki spin = 0 dan oleh karena itu ia tidak memiliki momen magnetik sehingga tidak dapat dideteksi oleh NMR.  
Contohnya termasuk ⁴He, ¹²C, ¹⁶O dan ³²S.

2) Ganjil/Ganjil.
Inti yang mengandung jumlah proton maupun neutron ganjil memiliki spin yang bilangan bulat positif. Contohnya termasuk ¹⁴N (spin = 1), ²H (deuterium, spin = 1), dan ¹⁰B (spin = 3).

3) Lainnya .
Inti yang mengandung jumlah proton/neutron ganjil/genap atau genap/ganjil semuanya memiliki putaran x per dua (faktor per-dua).
Contohnya termasuk ¹H (spin = 1/2), ¹⁷O (spin = 5/2), ¹⁹F (spin = 1/2), ²³Na (spin = 3/2), dan ³¹P (spin = 1/2).

Karena inti atom ¹²C spin = 0, tidak memiliki momen magnetik sehingga tidak dapat dideteksi oleh NMR. Namun, inti atom ¹³C, ¹H, ¹⁵N, dan ¹⁹F memiliki momen magnetik sehingga dapat dideteksi oleh NMR.

Jadi inti atom yang tidak dapat dideteksi oleh NMR adalah ¹²C.

Jawaban yang tepat D.

---