Soal:
Suatu larutan penyangga tersusun atas larutan NH3 0,5 M (Kb = 2 × 10–5) dan larutan (NH4)2SO4 0,1 M. Jika diinginkan pH larutan berkurang 1 satuan, zat yang harus ditambahkan ke dalam 1 larutan tersebut adalah….
- 100 mL NaOH 1 M
- 150 mL NaOH 2 M
- 300 mL HCl 1 M
- 300 mL H2SO4 1 M
- 300 mL Ca(OH)2 1 M
Analisis soal:
Diketahui pada keadaan awal komponen dalam larutan penyangga ini NH3 (sebagai basa lemah) dan (NH4)2SO4 (NH4+ sebagai asam konjugat dari NH3) maka campuran ini merupakan larutan penyangga basa. Dapat diprediksi pH larutan ini di atas 7 atau bersifat basa. Jika pH diharapkan turun maka perlu penambahan larutan bersifat asam.
[NH3] = 0,5 M,
[(NH4)2SO4] = 0,1 M,
volume campuran NH3 dan (NH4)2SO4 = 1 L
Skenario Penyelesaian Soal:
- Hitung pHAwal larutan penyangga.
- Hitung penurunan pH larutan penyangga sebanyak 1 satuan untuk memperoleh pHAkhir. Karena terjadi penurunan pH berarti larutan yang ditambahkan harus bersifat asam.
- Konversi pHAkhir ke [OH–]Akhir
- Hitung ekuivalensi jumlah zat asam yang harus ditambahkan ke dalam larutan penyangga.
- Pilih larutan yang sesuai asam dengan jumlah n tertentu sehingga [OH–]Akhir sesuai dengan penurunan 1 satuan dari pHAwal.
Penyelesaian Soal:
- pHAwal larutan penyangga
Perhitungan jumlah spesi (mol) awal dalam campuran:
$\mathsf{n_X = [X]\cdot V_{campuran}}$
$\mathsf{n_{NH_3} = 0{,}5\cdot 1~L = 0{,}5~mol}$
$\mathsf{n_{(NH_4)_2SO_4} = 0{,}1\cdot 1~L = 0{,}1~mol}$Komponen garam dalam larutan ini adalah (NH4)2SO4 yang terdisosiasi dengan persamaan: (NH4)2SO4 ⇌ 2NH4+ + SO42–
Secara stoikiometri (perbandingan koefisien zat dalam persamaan reaksi setelah disetarakan) setiap mol (NH4)2SO4 menghasilkan 2 mol NH4+
⇒ $\mathsf{ n_{NH_4^+} = 2 \times n_{(NH_4)_2SO_4}}$
$\mathsf{ n_{NH_4^+} = 2 \times 0{,}1 mol = 0{,}2 mol}$Reaksi dalam larutan penyangga ini: NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH–
\begin{align} \mathsf{[OH^-]_{Awal}} & = \mathsf{K_b \times \dfrac{[NH_3]}{[NH_4^+]}} \\\\ & = \mathsf{K_b \times \dfrac{n_{NH_3}/V_{campuran}}{n_{NH_4^+}/V_{campuran}}} \\\\ & = \mathsf{K_b \times \dfrac{n_{NH_3}}{2 \cdot n_{(NH_4)_2SO_4}}}\\\\ & = \mathsf{2 \times 10^{-5} \times \dfrac{0{,}5}{2 \cdot 0{,}1}}\\\\ & = \mathsf{\dfrac{2 \times 10^{-5} \times 0{,}5}{2 \cdot 0{,}1}}\\\\ & = \mathsf{5 \times 10^{-5}~M}\\ \end{align} \begin{align} \mathsf{pH_{Awal}} & = \mathsf{14 - pOH_{Awal}} \\ \mathsf{pH_{Awal}} & = \mathsf{14 + \log~[OH^-]_{Awal}} \\ & = \mathsf{14 + \log~(5 \times 10^{-5})}\\ & = \mathsf{14 + \log~5 + \log 10^{-5}}\\ & = \mathsf{14 + \log~5 - 5})\\ & = \mathsf{9 + \log~5}\\ \end{align} Jadi pHAwal larutan penyangga basa = 9 + log 5
-
Penurunan pHAwal sebanyak 1 satuan (pHAkhir)
\begin{align} \mathsf{pH_{Akhir}} & = \mathsf{pH_{awal} - 1} \\ & = \mathsf{(9 + \log 5) - 1}\\ & = \mathsf{9 - 1 + \log 5}\\ & = \mathsf{8 + \log 5}\\ \end{align} - Konversi pHAkhir ke [OH–]Akhir \begin{align} \mathsf{[pH]_{Akhir}} & = \mathsf{14 - pOH_{Akhir}} \\ \mathsf{[pH]_{Akhir}} & = \mathsf{14 + \log~[OH^-]_{Akhir}} \\ \mathsf{8 + \log 5} & = \mathsf{14 + \log~[OH^-]_{Akhir}}\\ \mathsf{\log~[OH^-]_{Akhir}} & = \mathsf{14 - (8 + \log~5)}\\ & = \mathsf{14 - 8 - \log~5}\\ & = \mathsf{6 - \log~5}\\ \mathsf{[OH^-]_{Akhir}} & = \mathsf{5 \times 10^{-6}~M}\\ \end{align}
- Ekuivalensi jumlah zat yang harus ditambahkan ke dalam larutan penyangga. Karena diharapkan pH turun dari penyangga basa maka perlu ditambahkan larutan zat bersifat asam. \begin{align} \mathsf{[OH^-]} & = \mathsf{K_b \times \dfrac{n_{NH_3} - n_{H^+}}{2(n_{(NH_4)_2SO_4} + n_{H^+})}}\\\\ \mathsf{5 \times 10^{-6}} & = \mathsf{2 \times 10^{-5} \times \dfrac{0{,}5 - n_{H^+}}{2 \cdot (0{,}1 + n_{H^+})}}\\\\ \mathsf{\dfrac{2 \cdot 5 \times 10^{-6}}{2 \times 10^{-5}}} & = \mathsf{\dfrac{0{,}5 - n_{H^+}}{0{,}1 + n_{H^+}}}\\\\ \mathsf{0{,}5} & = \mathsf{\dfrac{0{,}5 - n_{H^+}}{0{,}1 + n_{H^+}}}\\\\ \mathsf{0{,}5 (0{,}1 + n_{H^+})} & = \mathsf{0{,}5 - n_{H^+}}\\\\ \mathsf{0{,}05 + 0{,}5 \cdot n_{H^+}} & = \mathsf{0{,}5 - n_{H^+}}\\\\ \mathsf{1{,}5 \cdot n_{H^+}} & = \mathsf{0{,}45}\\\\ \mathsf{n_{H^+}} & = \mathsf{\dfrac{0{,}45}{1{,}5}}\\\\ & = \mathsf{0{,}30~mol}\\\\ & = \mathsf{0{,}30~mol \times 1000~mmol/mol}\\\\ & = \mathsf{300~mmol}\\ \end{align}
-
Dari pilihan yang tersedia zat yang bersifat asam adalah HCl dan H2SO4. Di sini hanya 300 mL HCl 1 M yang memberikan n = 300 mmol. Sementara 300 mL H2SO4 1 M memberikan n = 2 × 300 mmol atau 600 mmol.
Jadi jawaban yang tepat adalah C. 300 mL HCl 1 M.
Prinsip penyelesaian 1 arah model soal seperti ini sama dengan yang pernah dibahas di sini. Namun dengan alat tersebut perlu penyesuaian jumlah pasangan konjugat, apakah 1 : 1 atau 1 : 2.
Untuk pasangan asam-basa dengan konjugatnya 1 : 1 (seperti NH3 dengan NH4Cl atau HF dengan NaF) dapat menggunakan prinsip pada tautan tersebut, bila 1 : 2 (seperti CH3COOH dengan Ca(CH3COO)2 atau NH3 dengan (NH4)2SO4) perlu sedikit adaptasi untuk mengalikan 2 dari konjugatnya seperti dalam soal di atas.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar