Kesetimbangan Kimia, 50 Soal & Pembahasan (Edisi 2025)

Berikut ini beberapa contoh soal biasa dan kontekstual untuk materi kesetimbangan kimia. Beberapa diberikan dalam bentuk terapan kesetimbangan kimia dalam industri atau keseharian. Soal ini dapat digunakan memperkaya wawasan siswa yang sedang belajar kimia di MA/SMA/SMK.

Soal 1: Dalam reaksi kesetimbangan \( A(g) + B(g) \rightleftharpoons 2C(g) \), jika tekanan total sistem dinaikkan pada suhu tetap, bagaimana pengaruhnya terhadap jumlah mol C saat kesetimbangan?

Menurut prinsip Le Chatelier, ketika tekanan sistem dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah yang memiliki jumlah mol gas lebih sedikit. Pada reaksi ini:

Jumlah mol gas di kiri = 1 + 1 = 2 mol

Jumlah mol gas di kanan = 2 mol

Karena jumlah mol gas di kedua sisi sama, perubahan tekanan tidak mempengaruhi posisi kesetimbangan. Jadi, jumlah mol C tetap.

Soal 2: Diketahui reaksi kesetimbangan \( N_2O_4(g) \rightleftharpoons 2NO_2(g) \) memiliki \( K_p = 0{,}1 \) pada 25°C. Jika tekanan parsial N₂O₄ saat setimbang adalah 0,8 atm, berapakah tekanan parsial NO₂?

Rumus \( K_p \) untuk reaksi ini:

\[ K_p = \dfrac{(P_{NO_2})^2}{P_{N_2O_4}} \]

Substitusi nilai yang diketahui:

\[ 0{,}1 = \dfrac{(P_{NO_2})^2}{0{,}8} \]

\[ (P_{NO_2})^2 = 0{,}1 \times 0{,}8 = 0{,}08 \]

\[ P_{NO_2} = \sqrt{0{,}08} \approx 0{,}28 \text{ atm} \]

Soal 3: Untuk reaksi \( 2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g) \), jika volume sistem diperkecil pada suhu tetap, bagaimana pengaruhnya terhadap nilai K_p dan jumlah SO₃ yang terbentuk?

Perubahan volume hanya mempengaruhi posisi kesetimbangan tetapi tidak mempengaruhi nilai K_p karena K_p hanya bergantung pada suhu.

Ketika volume diperkecil, kesetimbangan bergeser ke arah yang memiliki jumlah mol gas lebih sedikit. Dalam reaksi ini:

Jumlah mol gas di kiri = 2 + 1 = 3 mol

Jumlah mol gas di kanan = 2 mol

Kesetimbangan bergeser ke kanan (menghasilkan lebih banyak SO₃).

Jadi, K_p tetap, tetapi jumlah SO₃ meningkat.

Soal 4: Dalam wadah 1 L, 0,1 mol HI dipanaskan hingga terurai menurut reaksi \( 2HI(g) \rightleftharpoons H_2(g) + I_2(g) \). Jika pada kesetimbangan terbentuk 0,02 mol H₂, berapakah nilai K_c?

Reaksi: \( 2HI \rightleftharpoons H_2 + I_2 \)

Mula-mula: [HI] = 0,1 M; [H₂] = [I₂] = 0

Perubahan: [H₂] = [I₂] = +0,02 M

Karena koefisien HI = 2, maka [HI] berkurang 2 × 0,02 = 0,04 M

Setimbang: [HI] = 0,1 - 0,04 = 0,06 M; [H₂] = [I₂] = 0,02 M

\[ K_c = \dfrac{[H_2][I_2]}{[HI]^2} = \dfrac{(0{,}02)(0{,}02)}{(0{,}06)^2} = \dfrac{0{,}0004}{0{,}0036} \approx 0{,}111 \]

Soal 5: Mengapa penambahan katalis tidak mempengaruhi posisi kesetimbangan kimia?

Katalis mempercepat laju reaksi baik ke arah maju maupun mundur dengan besar yang sama, sehingga tidak mengubah rasio konsentrasi produk dan reaktan saat kesetimbangan. Katalis hanya membantu sistem mencapai kesetimbangan lebih cepat tetapi tidak mengubah nilai konstanta kesetimbangan (K_c atau K_p).

Soal 6: Untuk reaksi endoterm \( N_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2NO(g) \), bagaimana pengaruh peningkatan suhu terhadap jumlah NO dalam kesetimbangan?

Pada reaksi endoterm, kenaikan suhu akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm (kanan) untuk menyerap panas berlebih. Karena pembentukan NO adalah reaksi endoterm, maka jumlah NO dalam kesetimbangan akan meningkat ketika suhu dinaikkan.

Soal 7: Diketahui reaksi \( A(g) + B(g) \rightleftharpoons C(g) \) memiliki K_c = 4 pada suhu tertentu. Jika 1 mol A dan 1 mol B dicampur dalam wadah 1 L, berapa konsentrasi C saat setimbang?

Misal perubahan konsentrasi C saat setimbang = x M

\[ K_c = \dfrac{[C]}{[A][B]} \]

\[ 4 = \dfrac{x}{(1-x)(1-x)} \]

\[ 4(1 - 2x + x^2) = x \]

\[ 4x^2 - 9x + 4 = 0 \]

Penyelesaian persamaan kuadrat:

\[ x = \dfrac{9 \pm \sqrt{81 - 64}}{8} = \dfrac{9 \pm \sqrt{17}}{8} \]

Hanya x ≈ 0,72 M yang masuk akal (karena x tidak boleh > 1)

Jadi, [C] ≈ 0,72 M

Soal 8: Jika pada reaksi \( PCl_5(g) \rightleftharpoons PCl_3(g) + Cl_2(g) \) derajat disosiasinya 0,3 pada tekanan 2 atm, hitunglah K_p!

Misal mula-mula 1 mol PCl₅:

Terdisosiasi: 0,3 mol → terbentuk 0,3 mol PCl₃ dan 0,3 mol Cl₂

Sisa PCl₅: 0,7 mol

Total mol saat setimbang: 0,7 + 0,3 + 0,3 = 1,3 mol

Fraksi mol masing-masing:

\( X_{PCl_5} = \dfrac{0{,}7}{1{,}3} \); \( X_{PCl_3} = X_{Cl_2} = \dfrac{0{,}3}{1{,}3} \)

Tekanan parsial:

\( P_{PCl_5} = 2 \times \dfrac{0{,}7}{1{,}3} \approx 1{,}08 \) atm

\( P_{PCl_3} = P_{Cl_2} = 2 \times \dfrac{0{,}3}{1{,}3} \approx 0{,}46 \) atm

\[ K_p = \dfrac{P_{PCl_3} \times P_{Cl_2}}{P_{PCl_5}} = \dfrac{0{,}46 \times 0{,}46}{1{,}08} \approx 0{,}196 \]

Soal 9: Mengapa dalam industri pembuatan amonia (proses Haber) digunakan tekanan tinggi sekitar 200 atm?

Reaksi pembuatan amonia: \( N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) \)

Sisi kiri memiliki 4 mol gas (1 + 3), sedangkan sisi kanan memiliki 2 mol gas. Menurut prinsip Le Chatelier, tekanan tinggi akan menggeser kesetimbangan ke arah yang memiliki jumlah mol gas lebih sedikit (kanan), sehingga meningkatkan hasil NH₃. Tekanan tinggi juga meningkatkan laju reaksi.

Soal 10: Untuk reaksi \( CO(g) + 2H_2(g) \rightleftharpoons CH_3OH(g) \), jika K_p pada 500 K adalah 1,5 × 10^-5 atm^-2, berapakah K_c pada suhu yang sama? (R = 0,082 L.atm/mol.K)

Hubungan K_p dan K_c:

\[ K_p = K_c (RT)^{\Delta n} \]

Dimana \( \Delta n \) = jumlah mol gas produk - reaktan = 1 - (1 + 2) = -2

\[ 1{,}5 \times 10^{-5} = K_c (0{,}082 \times 500)^{-2} \]

\[ 1{,}5 \times 10^{-5} = K_c (41)^{-2} \]

\[ K_c = 1{,}5 \times 10^{-5} \times 41^2 \]

\[ K_c = 1{,}5 \times 10^{-5} \times 1681 \approx 0{,}0252 \]

Soal 11: Dalam sistem kesetimbangan heterogen \( CaCO_3(s) \rightleftharpoons CaO(s) + CO_2(g) \), bagaimana pengaruh penambahan CaO terhadap tekanan CO₂ saat setimbang?

Penambahan padatan (CaO) tidak mempengaruhi kesetimbangan karena konsentrasi padatan tetap. Tekanan CO₂ saat setimbang hanya bergantung pada suhu (K_p = P_CO2).

Soal 12: Pada reaksi kesetimbangan \( 2NOBr(g) \rightleftharpoons 2NO(g) + Br_2(g) \), sebanyak 2 mol NOBr dimasukkan ke dalam wadah 1 L dan terurai 80% pada suhu tertentu. Hitung:

1. Tekanan parsial masing-masing gas saat setimbang jika tekanan total sistem adalah 3 atm!
2. Nilai K_p dan K_c!

a. Tekanan Parsial:

Reaksi: \( 2NOBr \rightleftharpoons 2NO + Br_2 \)

Mol awal NOBr = 2 mol

Terurai 80% = 1,6 mol → Sisa NOBr = 0,4 mol

Terbentuk NO = 1,6 mol, Br₂ = 0,8 mol

Total mol setimbang = 0,4 + 1,6 + 0,8 = 2,8 mol

Fraksi mol:

\( X_{NOBr} = \dfrac{0{,}4}{2{,}8} \approx 0{,}143 \)

\( X_{NO} = \dfrac{1{,}6}{2{,}8} \approx 0{,}571 \)

\( X_{Br_2} = \dfrac{0{,}8}{2{,}8} \approx 0{,}286 \)

Tekanan parsial:

\( P_{NOBr} = 3 \times 0{,}143 = \underline{0{,}429 \text{ atm}} \)

\( P_{NO} = 3 \times 0{,}571 = \underline{1{,}713 \text{ atm}} \)

\( P_{Br_2} = 3 \times 0{,}286 = \underline{0{,}858 \text{ atm}} \)

b. Nilai K_p dan K_c:

\[ K_p = \dfrac{(P_{NO})^2 (P_{Br_2})}{(P_{NOBr})^2} = \dfrac{(1{,}713)^2 (0{,}858)}{(0{,}429)^2} \approx \underline{13{,}9} \]

Hubungan K_p dan K_c:

\[ K_p = K_c (RT)^{\Delta n} \]

\(\Delta n = (2+1) - 2 = 1 \)

\[ K_c = \dfrac{K_p}{(RT)^1} = \dfrac{13{,}9}{0{,}082 \times T} \] (Nilai tergantung suhu T)

Soal 13: Dalam reaksi kesetimbangan \( Fe^{3+}(aq) + SCN^-(aq) \rightleftharpoons FeSCN^{2+}(aq) \) (merah), jika ditambahkan:

1. EDTA (pengompleks Fe³⁺)
2. Kristal NaSCN
3. Es (suhu diturunkan)

Jelaskan perubahan warna yang terjadi dan berikan alasannya!

a. Penambahan EDTA:

EDTA mengikat Fe³⁺ membentuk kompleks stabil, mengurangi [Fe³⁺]. Kesetimbangan bergeser ke kiri (mengurangi FeSCN²⁺ merah). Warna memudar.

b. Penambahan NaSCN:

NaSCN meningkatkan [SCN^-]. Kesetimbangan bergeser ke kanan (menambah FeSCN²⁺ merah). Warna semakin pekat.

c. Penurunan Suhu:

Jika reaksi eksoterm (ΔH < 0), penurunan suhu menggeser kesetimbangan ke kanan. Warna semakin pekat. Jika endoterm (ΔH > 0), sebaliknya.

Soal 14: Dalam reaksi kesetimbangan \( 2A(g) + B(g) \rightleftharpoons 3C(g) \), tekanan total sistem saat setimbang adalah 8 atm. Jika derajat disosiasi A adalah 0,5 dan nilai K_p = 0,25 atm^-1, hitung tekanan parsial gas C!

Misal awal A = 2 mol, B = 1 mol:

Terurai A = 0,5 × 2 mol = 1 mol → Sisa A = 1 mol

Bereaksi B = ½ × 1 mol = 0,5 mol → Sisa B = 0,5 mol

Terbentuk C = ³⁄₂ × 1 mol = 1,5 mol

Total mol setimbang = 1 (A) + 0,5 (B) + 1,5 (C) = 3 mol

Fraksi mol C = \( \dfrac{1{,}5}{3} = 0{,}5 \)

Tekanan parsial C = \( 0{,}5 \times 8 \; atm = \underline{4 \; atm} \).

Verifikasi K_p:

\( P_A = \dfrac{1}{3} \times 8 \approx 2{,}67 \; atm; \ P_B = \dfrac{0{,}5}{3} \times 8 \approx 1{,}33 \; atm \)

\[ K_p = \dfrac{(P_C)^3}{(P_A)^2 (P_B)} = \dfrac{4^3}{(2{,}67)^2 \times 1{,}33} \approx 0{,}25 \; atm^{-1} \] (sesuai data soal).

Soal 15: Reaksi \( X(g) + Y(g) \rightleftharpoons 2Z(g) \) memiliki K_c = 16 pada suhu 300 K. Jika dalam wadah 1 L dicampur 0,4 mol X, 0,4 mol Y, dan 0,8 mol Z, tentukan arah reaksi untuk mencapai kesetimbangan!

Hitung Q_c:

\[ [X] = 0{,}4 \; M; \ [Y] = 0{,}4 \; M; \ [Z] = 0{,}8 \; M \]

\[ Q_c = \dfrac{[Z]^2}{[X][Y]} = \dfrac{(0{,}8)^2}{(0{,}4)(0{,}4)} = 4 \]

Karena Q_c (4) < K_c (16), sistem bergeser ke kanan (menghasilkan lebih banyak Z).

Soal 16: Diketahui reaksi \( 2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g) \) bersifat eksoterm. Jika suhu sistem dinaikkan, bagaimana pengaruhnya terhadap:

1. Nilai K_p
2. Jumlah mol SO₃ saat setimbang

a. Nilai K_p:

Karena reaksi eksoterm (ΔH < 0), K_p akan berkurang ketika suhu dinaikkan (prinsip Le Chatelier).

b. Jumlah mol SO₃:

Kesetimbangan bergeser ke kiri (ke arah endoterm), sehingga jumlah mol SO₃ berkurang.

Soal 17: Pada reaksi \( N_2O_4(g) \rightleftharpoons 2NO_2(g) \), jika 4 mol N₂O₄ dimasukkan ke dalam wadah 2 L dan terurai 50% pada suhu tertentu, hitung K_c!

Terurai 50% = 2 mol N₂O₄ terurai:

\[ N_2O_4 \rightleftharpoons 2NO_2 \]

Awal: 4 mol → 0 mol

Setimbang: 2 mol → 4 mol

Konsentrasi setimbang:

\[ [N_2O_4] = \dfrac{2 \;mol}{2 \text{ L}} = 1 \;M \]

\[ [NO_2] = \dfrac{4 \;mol}{2 \; L} = 2 \; M \]

\[ K_c = \dfrac{[NO_2]^2}{[N_2O_4]} = \dfrac{(2)^2}{1} = \underline{4} \]

Soal 18: Reaksi \( CO(g) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO_2(g) + H_2(g) \) memiliki K_c = 4 pada 500 K. Jika dalam wadah 2 L dimasukkan 1 mol CO, 1 mol H₂O, dan 2 mol CO₂, prediksi arah reaksi!

Hitung Q_c:

\[ [CO] = \dfrac{1}{2} = 0{,}5 \;M; \ [H_2O] = 0{,}5 \; M; \ [CO_2] = \dfrac{2}{2} = 1 \; M; \ [H_2] = 0 \; M \]

\[ Q_c = \dfrac{[CO_2][H_2]}{[CO][H_2O]} = \dfrac{1 \times 0}{0{,}5 \times 0{,}5} = 0 \]

Karena Q_c (0) < K_c (4), sistem akan bergeser ke kanan (menghasilkan CO₂ dan H₂) hingga Q_c = K_c.

Soal 19: Pada reaksi kesetimbangan:
\[ 2NO_2(g) \rightleftharpoons N_2O_4(g) \quad \Delta H = -57{,2} \;kJ/mol \]
Jika volume sistem diperkecil 2 kali pada suhu tetap, bagaimana pengaruhnya terhadap:

1. Nilai \( K_p \)
2. Jumlah mol \( N_2O_4 \) saat setimbang

a) Nilai \( K_p \):
- Tidak berubah, karena \( K_p \) hanya bergantung pada suhu.

b) Jumlah mol \( N_2O_4 \):
- Volume diperkecil → tekanan meningkat.
- Menurut Prinsip Le Chatelier, sistem bergeser ke arah dengan jumlah mol gas lebih sedikit (kanan: \( 2 \; mol \rightarrow 1 \; mol \)).
- Jadi, jumlah mol \( N_2O_4 \) bertambah.

Persamaan:
\[ K_p = \dfrac{P_{N_2O_4}}{(P_{NO_2})^2} \] Tekanan parsial berubah, tetapi rasio \( K_p \) tetap konstan.

Soal 20: Reaksi dekomposisi endoterm:
\[ PCl_5(g) \rightleftharpoons PCl_3(g) + Cl_2(g) \quad \Delta H > 0 \]
Jika suhu dinaikkan, bagaimana pengaruhnya terhadap:

1. Konsentrasi \( Cl_2 \) saat setimbang
2. Nilai \( K_c \)

a) Konsentrasi \( Cl_2 \):
- Reaksi endoterm menyerap panas (\(\Delta H > 0\)).
- Kenaikan suhu menggeser kesetimbangan ke kanan (menghasilkan lebih banyak produk).
- Jadi, \([Cl_2]\) meningkat.

b) Nilai \( K_c \):
- Untuk reaksi endoterm, kenaikan suhu meningkatkan nilai \( K_c \):
\[ \ln \left( \dfrac{K_2}{K_1} \right) = -\dfrac{\Delta H}{R} \left( \dfrac{1}{T_2} - \dfrac{1}{T_1} \right) \] - Karena \(\Delta H > 0\) dan \( T_2 > T_1 \), maka \( K_2 > K_1 \).

Soal 21: Pada sistem kesetimbangan:
\[ 2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g) \]
Jika gas inert (Argon) dimasukkan pada volume tetap, bagaimana pengaruhnya terhadap:

1. Tekanan parsial \( SO_3 \)
2. Derajat disosiasi \( SO_2 \)

a) Tekanan parsial \( SO_3 \):
- Gas inert tidak bereaksi dengan komponen sistem.
- Pada volume tetap, konsentrasi semua spesi tidak berubah.
- Tekanan parsial \( SO_3 \) tetap.

b) Derajat disosiasi \( SO_2 \):
- Karena tidak ada perubahan konsentrasi reaktan/produk, derajat disosiasi tidak berubah.
- Catatan: Jika volume diperbesar, tekanan parsial turun dan kesetimbangan bergeser ke arah lebih banyak mol gas.

Soal 22: Reaksi kesetimbangan:
\[ H_2(g) + I_2(g) \rightleftharpoons 2HI(g) \quad K_c = 50 \]
Awal: \([H_2] = 0{,}1 \; M, [I_2] = 0{,}1 \; M, [HI] = 0{,}4 \;M\).
Jika ditambahkan katalis dan \([H_2]\) dinaikkan menjadi \(0{,}2 \; M\), bagaimana pengaruhnya terhadap:

1. Waktu capai kesetimbangan
2. Konsentrasi \( HI \) saat setimbang

a) Waktu capai kesetimbangan:
- Katalis mempercepat laju reaksi maju dan mundur secara seimbang.
- Kesetimbangan tercapai lebih cepat, tetapi tidak mengubah posisi kesetimbangan.

b) Konsentrasi \( HI \):
- Hitung kuosien reaksi (\( Q_c \)) awal:
\[ Q_c = \dfrac{[HI]^2}{[H_2][I_2]} = \dfrac{(0.4)^2}{(0.1)(0.1)} = 16 \]
- Karena \( Q_c = 16 < K_c = 50 \), sistem bergeser ke kanan.
- Penambahan \([H_2]\) memperbesar \( Q_c \), tetapi tetap \( Q_c < K_c \), sehingga \([HI]\) bertambah.

Soal 23: Pada reaksi kesetimbangan:
\[ N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) \quad \Delta H = -92 \text{ kJ} \]
Jika tekanan sistem dinaikkan pada suhu konstan, bagaimana pengaruhnya terhadap:

1. Nilai konstanta kesetimbangan \( K_p \)
2. Persentase hasil \( NH_3 \)

a) Nilai \( K_p \):
- Tidak berubah karena \( K_p \) hanya bergantung pada suhu.

b) Persentase hasil \( NH_3 \):
- Peningkatan tekanan menggeser kesetimbangan ke arah jumlah mol gas lebih sedikit (kanan: \( 4 \; mol \rightarrow 2 \;mol \)).
- Persentase \( NH_3 \) meningkat.

Persamaan:
\[ K_p = \dfrac{(P_{NH_3})^2}{(P_{N_2})(P_{H_2})^3} \] Tekanan parsial berubah, tetapi rasio \( K_p \) tetap konstan.

Soal 24: Reaksi kesetimbangan:
\[ CaCO_3(s) \rightleftharpoons CaO(s) + CO_2(g) \]
Jika sejumlah \( CaO \) ditambahkan ke dalam sistem, bagaimana pengaruhnya terhadap:

1. Tekanan \( CO_2 \) dalam wadah
2. Jumlah \( CaCO_3 \) saat setimbang

a) Tekanan \( CO_2 \):
- Penambahan padatan \( CaO \) tidak mempengaruhi kesetimbangan karena konsentrasi padatan tetap.
- Tekanan \( CO_2 \) tetap.

b) Jumlah \( CaCO_3 \):
- Karena posisi kesetimbangan tidak berubah, jumlah \( CaCO_3 \) tetap konstan.

Catatan:
Kesetimbangan heterogen hanya dipengaruhi oleh spesi gas (\( CO_2 \)) dalam perhitungan \( K_p \).

Soal 25: Pada reaksi:
\[ 2NO(g) + Br_2(g) \rightleftharpoons 2NOBr(g) \quad \Delta H < 0 \]
Jika suhu sistem diturunkan, bagaimana pengaruhnya terhadap:

1. Nilai \( K_c \)
2. Warna gas dalam wadah (diketahui \( NOBr \) tak berwarna, \( Br_2 \) coklat)

a) Nilai \( K_c \):
- Reaksi eksoterm (\(\Delta H < 0\)).
- Penurunan suhu menggeser kesetimbangan ke arah eksoterm (kanan).
- Nilai \( K_c \) meningkat.

b) Warna gas:
- Kesetimbangan bergeser ke kanan (menghasilkan \( NOBr \) tak berwarna).
- Konsentrasi \( Br_2 \) (coklat) berkurang.
- Warna gas semakin pudar.

Soal 26: Untuk reaksi \( Fe^{3+}(aq) + SCN^-(aq) \rightleftharpoons FeSCN^{2+}(aq) \) (merah), jika ditambahkan EDTA (pengompleks Fe³⁺), bagaimana warna larutan?

EDTA akan mengikat Fe³⁺ membentuk kompleks yang lebih stabil, sehingga [Fe³⁺] berkurang. Menurut Le Chatelier, kesetimbangan bergeser ke kiri (mengurangi FeSCN²⁺ merah). Warna larutan akan memudar.

Soal 27: Dalam wadah tertutup, kesetimbangan \( 2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g) \) memiliki K_p = 2,5 × 10⁹ atm^-1 pada 500 K. Jika P_SO2 = 0,01 atm dan P_O2 = 0,02 atm, hitung P_SO3 saat setimbang!

\[ K_p = \dfrac{(P_{SO_3})^2}{(P_{SO_2})^2 (P_{O_2})} \]

\[ 2{,}5 \times 10^9 = \dfrac{(P_{SO_3})^2}{(0{,}01)^2 (0{,}02)} \]

\[ (P_{SO_3})^2 = 2{,}5 \times 10^9 \times 2 \times 10^{-6} = 5 \times 10^3 \]

\[ P_{SO_3} = \sqrt{5 \times 10^3} \approx 70{,}7 \text{ atm} \]

Soal 28: Reaksi \( CO(g) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO_2(g) + H_2(g) \) memiliki ΔH = -41 kJ. Bagaimana cara meningkatkan hasil H₂?

1. Turunkan suhu: Reaksi eksoterm, suhu rendah menggeser ke produk
2. Buang CO₂: Mengurangi produk menggeser ke kanan
3. Gunakan katalis: Mempercepat tercapainya kesetimbangan (tidak mengubah K)
4. Tekanan tidak berpengaruh karena jumlah mol gas sama di kedua sisi.

Soal 29: Jika K_a CH₃COOH = 1,8 × 10^-5, berapa volume NaOH 0,1 M yang harus ditambahkan ke 50 mL CH₃COOH 0,1 M untuk mencapai pH = 4,74?

pH = pK_a = 4,74 → [CH₃COOH] = [CH₃COO^-] (larutan penyangga dengan perbandingan 1:1)

Misal volume NaOH = V mL:

Mol OH^- = 0,1V mmol (bereaksi dengan CH₃COOH)

Sisa CH₃COOH = 5 - 0,1V mmol

CH₃COO^- terbentuk = 0,1V mmol

Agar perbandingan 1:1 → 5 - 0,1V = 0,1V → V = 25 mL

Soal 30: Dalam sistem kesetimbangan \( PCl_5(g) \rightleftharpoons PCl_3(g) + Cl_2(g) \), jika pada suhu tertentu derajat disosiasi (α) adalah 0,6 dan tekanan total 2 atm, hitung K_p!

Misal awal PCl₅ = 1 mol:

Terurai = 0,6 mol → Sisa PCl₅ = 0,4 mol

Terbentuk PCl₃ = Cl₂ = 0,6 mol

Total mol setimbang = 0,4 + 0,6 + 0,6 = 1,6 mol

Fraksi mol: \( X_{PCl_5} = \dfrac{0{,}4}{1{,}6} = 0{,}25 \); \( X_{PCl_3} = X_{Cl_2} = \dfrac{0{,}6}{1{,}6} = 0{,}375 \)

Tekanan parsial: \( P_{PCl_5} = 2 \times 0{,}25 = 0{,}5 \; atm \); \( P_{PCl_3} = P_{Cl_2} = 2 \times 0{,}375 = 0{,}75 \; atm \)

\[ K_p = \dfrac{P_{PCl_3} \times P_{Cl_2}}{P_{PCl_5}} = \dfrac{0{,}75 \times 0{,}75}{0{,}5} = 1{,}125 \;atm \]

Soal 31: Diketahui reaksi \( 2A(g) + B(g) \rightleftharpoons C(g) \) memiliki K_c = 10 pada suhu tertentu. Jika dalam wadah 1 L dicampur 2 mol A, 1 mol B, dan 4 mol C, prediksikan arah reaksi!

Hitung kuosien reaksi (Q_c):

\[ Q_c = \dfrac{[C]}{[A]^2 [B]} = \dfrac{4}{(2)^2 (1)} = 1 \]

Karena Q_c (1) < K_c (10), sistem akan bergeser ke kanan (menghasilkan lebih banyak C) hingga Q_c = K_c.

Soal 32: Untuk reaksi \( CaCO_3(s) \rightleftharpoons CaO(s) + CO_2(g) \), jika K_p = 0,25 atm pada suhu tertentu, berapa massa CaCO₃ yang terurai dalam wadah 2 L? (Ar Ca = 40, C = 12, O = 16)

K_p = P_CO2 = 0,25 atm

Gunakan persamaan gas ideal:

\[ n_{CO_2} = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{0{,}25 \times 2}{0{,}082 \times T} = \dfrac{0{,}5}{0{,}082T} \text{ mol} \]

Setiap 1 mol CaCO₃ terurai menghasilkan 1 mol CO₂, sehingga mol CaCO₃ terurai = \( \dfrac{0{,}5}{0{,}082T} \) mol.

Massa molar CaCO₃ = 100 g/mol

Massa terurai = \( \dfrac{0{,}5}{0{,}082T} \times 100 \approx \dfrac{61}{T} \; gram \) (bergantung suhu absolut T).

Soal 33: Dalam reaksi kesetimbangan \( 2HI(g) \rightleftharpoons H_2(g) + I_2(g) \), jika tekanan parsial HI saat setimbang adalah 0,8 atm dan K_p = 0,25, hitung tekanan total sistem!

\[ K_p = \dfrac{P_{H_2} \times P_{I_2}}{(P_{HI})^2} \]

Karena koefisien H₂ dan I₂ sama, maka P_H2 = P_I2 = x:

\[ 0{,}25 = \dfrac{x \times x}{(0{,}8)^2} \rightarrow x^2 = 0{,}16 \rightarrow x = 0{,}4 \text{ atm} \]

Tekanan total = P_HI + P_H2 + P_I2 = 0,8 + 0,4 + 0,4 = 1,6 atm.

Soal 34: Reaksi \( 2NO_2(g) \rightleftharpoons N_2O_4(g) \) bersifat eksoterm. Jika suhu diturunkan, bagaimana pengaruhnya terhadap warna gas? (NO₂ coklat, N₂O₄ tak berwarna)

Penurunan suhu pada reaksi eksoterm menggeser kesetimbangan ke kanan (menghasilkan lebih banyak N₂O₄ tak berwarna). Warna gas akan semakin pudar karena konsentrasi NO₂ berkurang.

Soal 35: Larutan penyangga dibuat dengan mencampur 100 mL CH₃COOH 0,2 M dan 100 mL NaOH 0,1 M. Jika K_a CH₃COOH = 1,8 × 10^-5, hitung pH campuran!

Reaksi netralisasi:

CH₃COOH + OH^- → CH₃COO^- + H₂O

Mol CH₃COOH awal = 100 × 0,2 = 20 mmol

Mol NaOH = 100 × 0,1 = 10 mmol (habis bereaksi)

Sisa CH₃COOH = 10 mmol, terbentuk CH₃COO^- = 10 mmol

\[ [H^+] = K_a \times \dfrac{[\mathsf{asam}]}{[\mathsf{basa\;konjugasi}]} = 1{,}8 \times 10^{-5} \times \dfrac{10}{10} = 1{,}8 \times 10^{-5} \]

pH = -log(1,8 × 10^-5) ≈ 4,74

Soal 36: Jika K_sp BaSO₄ = 1,1 × 10^-10 dan K_sp BaCO₃ = 5,1 × 10^-9, dapatkah BaSO₄ diubah menjadi BaCO₃ dengan menambahkan larutan Na₂CO₃ pekat? Jelaskan!

Reaksi pertukaran:

\[ BaSO_4(s) + CO_3^{2-}(aq) \rightleftharpoons BaCO_3(s) + SO_4^{2-}(aq) \]

Konstanta kesetimbangan reaksi:

\[ K = \dfrac{K_{sp}(BaSO_4)}{K_{sp}(BaCO_3)} = \dfrac{1{,}1 \times 10^{-10}}{5{,}1 \times 10^{-9}} \approx 0{,}0216 \]

Karena K kecil (~10^-2), kesetimbangan condong ke kiri. Namun, jika [CO₃^2-] dibuat sangat tinggi (misal dengan Na₂CO₃ pekat), Q dapat dibuat > K sehingga reaksi bergeser ke kanan. Mungkin terjadi tetapi membutuhkan konsentrasi CO₃^2- sangat tinggi.

Soal 37: Pada reaksi kesetimbangan:
\[ 2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g) \quad \Delta H = -198 \text{ kJ} \]
Dalam industri pembuatan asam sulfat (Proses Kontak), mengapa:

1. Digunakan katalis V₂O₅?
2. Suhu operasi dipertahankan sekitar 400-450°C meskipun reaksi eksoterm?

a) Penggunaan V₂O₅:
- Katalis mempercepat tercapainya kesetimbangan tanpa mengubah posisinya.
- V₂O₅ dipilih karena efisiensi tinggi dan tidak mudah teracuni.

b) Suhu 400-450°C:
- Meskipun suhu rendah menguntungkan hasil (reaksi eksoterm), tetapi:
- Laju reaksi terlalu lambat pada suhu rendah.
- Suhu ini merupakan kompromi optimal antara kinetika dan termodinamika.

Soal 38: Diketahui reaksi:
\[ Fe^{3+}(aq) + SCN^-(aq) \rightleftharpoons FeSCN^{2+}(aq) \quad (\text{merah}) \]
Jika ke dalam sistem ditambahkan:

1. Larutan NaF (membentuk kompleks [FeF₆]^3-)
2. Larutan AgNO₃ (mengendapkan AgSCN)

Jelaskan perubahan warna yang terjadi dan alasannya!

a) Penambahan NaF:
- F^- membentuk kompleks stabil dengan Fe³⁺.
- [Fe³⁺] berkurang → kesetimbangan bergeser ke kiri.
- Warna merah memudar karena [FeSCN²⁺] berkurang.

b) Penambahan AgNO₃:
- Ag⁺ mengikat SCN^- membentuk endapan AgSCN.
- [SCN^-] berkurang → kesetimbangan bergeser ke kiri.
- Warna merah memudar.

Soal 39: Dalam wadah tertutup 1 L terdapat kesetimbangan:
\[ 2HI(g) \rightleftharpoons H_2(g) + I_2(g) \]
Jika 0,4 mol HI terurai 25% pada suhu tertentu, hitung:

1. Nilai K_c
2. Tekanan total sistem jika K_p = 0,25 pada suhu tersebut

a) Nilai K_c:
- Terurai 25% → 0,1 mol HI terurai:
\[Sisa HI = 0{,}3 \; mol, \;Terbentuk \; H_2 = 0{,}05 \;mol, I_2 = 0{,}05 \;mol \]
\[ K_c = \dfrac{[H_2][I_2]}{[HI]^2} = \dfrac{(0{,}05)(0{,}05)}{(0{,}3)^2} \approx 0{,}0278 \]

b) Tekanan total:
- Hubungan K_p dan K_c:
\[ K_p = K_c(RT)^{\Delta n} \quad (\Delta n = 0) \]
- Karena K_p = K_c = 0,25, gunakan K_c hasil (a):
- Data tidak konsisten, kemungkinan ada kesalahan soal.

Soal 40: Reaksi dekomposisi termal:
\[ NH_4Cl(s) \rightleftharpoons NH_3(g) + HCl(g) \]
Jika pada suhu 300 K tekanan total dalam wadah tertutup adalah 2 atm, hitung:

1. Nilai K_p
2. Massa NH₄Cl yang terurai (Ar N=14, H=1, Cl=35,5)

a) Nilai K_p:
- Tekanan parsial NH₃ = tekanan parsial HCl = 1 atm (karena perbandingan koefisien 1:1).
\[ K_p = P_{NH_3} \times P_{HCl} = 1 \times 1 = \underline{1 \; atm^2} \]

b) Massa NH₄Cl terurai:
- Gunakan persamaan gas ideal untuk mol total gas:
\[ n = \dfrac{PV}{RT} = \dfrac{2 \times V}{0{,}082 \times 300} \] - Karena perbandingan NH₃:HCl = 1:1, maka mol NH₄Cl terurai = mol NH₃ = 1 mol (untuk V=12,3 L).
- Massa molar NH₄Cl = 53,5 g/mol:
\[ Massa = 1 \times 53{,}5 = \underline{53{,}5 \;gram} \]

Soal 41: Pada reaksi kesetimbangan:
\[ CO(g) + 2H_2(g) \rightleftharpoons CH_3OH(g) \quad \Delta H = -90 \text{ kJ/mol} \]
Jika pada suhu tertentu dicapai kesetimbangan dengan [CO] = 0,1 M, [H₂] = 0,2 M, dan [CH₃OH] = 0,05 M, hitung:

1. Nilai K_c pada suhu tersebut
2. Konsentrasi H₂ baru jika volume sistem diperbesar 2 kali pada suhu yang sama

a) Nilai K_c:
\[ K_c = \dfrac{[CH_3OH]}{[CO][H_2]^2} = \dfrac{0,05}{(0,1)(0,2)^2} = \underline{12,5} \]

b) Konsentrasi H₂ baru:
- Volume diperbesar 2x → konsentrasi awal menjadi setengahnya.
- Kesetimbangan bergeser ke kiri (jumlah mol gas lebih banyak).
Misal pergeseran = x:
\[ 12,5 = \dfrac{0,025 - x}{(0,05 + x)(0,1 + 2x)^2} \]
Solusi numerik memberikan x ≈ 0,008 M.
\[ [H_2]_{baru} = 0,1 + 2(0,008) = \underline{0,116 \text{ M}} \]

Soal 42: Dalam industri pembuatan NO (Proses Ostwald):
\[ N_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2NO(g) \quad \Delta H = +180 \text{ kJ/mol} \]
Jelaskan strategi optimal untuk:

1. Meningkatkan hasil NO
2. Mempertahankan laju produksi yang tinggi

a) Meningkatkan hasil NO:
- Gunakan suhu tinggi (reaksi endoterm).
- Pertahankan tekanan rendah (jumlah mol gas sama di kedua sisi).
- Tambahkan katalis platinum untuk mencapai kesetimbangan lebih cepat.

b) Mempertahankan laju produksi:
- Operasikan pada suhu 1000-1200°C (kompromi kinetika-termodinamika).
- Gunakan katalis logam mulia (Pt-Rh) tahan suhu tinggi.
- Desain reaktor aliran untuk mengurangi waktu kontak.

Soal 43: Diketahui sistem kesetimbangan:
\[ PCl_5(g) \rightleftharpoons PCl_3(g) + Cl_2(g) \]
Jika 0,2 mol PCl₅ dalam wadah 1 L terurai 40% pada suhu T, kemudian suhu diubah menjadi T' dimana K_c menjadi 2 kali semula, hitung:

1. Derajat disosiasi baru (α') pada suhu T'
2. Apakah reaksi bersifat eksoterm atau endoterm? Buktikan!

a) Derajat disosiasi baru:
- Pada suhu T (α=0,4):
\[ K_c = \dfrac{(0,08)(0,08)}{0,12} \approx 0,053 \]
- Pada suhu T' (K_c'=0,106):
\[ 0,106 = \dfrac{(0,2α')^2}{0,2(1-α')} \]
Solusi: α' ≈ 0,55

b) Sifat reaksi:
- Kenaikan suhu meningkatkan K_c → kesetimbangan bergeser ke kanan.
- Berdasarkan Prinsip Le Chatelier, reaksi bersifat endoterm (ΔH > 0).

Soal 44: Pada reaksi kesetimbangan:
\[ 2NO_2(g) \rightleftharpoons N_2O_4(g) \quad \Delta H = -57{,}2 \text{ kJ/mol} \]
Sebanyak 4 mol NO₂ dimasukkan ke dalam wadah 2 L. Pada kesetimbangan, 25% NO₂ telah terkonversi. Hitung:

1. Nilai K_c dan K_p pada suhu 300 K
2. Persentase konversi NO₂ jika suhu dinaikkan menjadi 350 K

a) K_c dan K_p:
- Terkonversi 25% → 1 mol NO₂ bereaksi:
\[ [NO_2] = \dfrac{3 \; mol}{2 \; L} = 1{,}5 \;M, \quad [N_2O_4] = \dfrac{0{,}5 \; mol}{2 \; L} = 0,25 \; M \]
\[ K_c = \dfrac{[N_2O_4]}{[NO_2]^2} = \dfrac{0{,}25}{(1{,}5)^2} \approx 0,111 \]
\[ K_p = K_c(RT)^{\Delta n} = 0{,}111 \times (0{,}082 \times 300)^{-1} \approx 0{,}0045 \;atm^{-1} \]

b) Persentase konversi pada 350 K:
- Reaksi eksoterm → kenaikan suhu mengurangi K_c.
- Dengan perhitungan van't Hoff, persentase konversi akan menurun (misal menjadi ~15%).

Soal 45: Dalam sistem kesetimbangan heterogen:
\[ CaCO_3(s) \rightleftharpoons CaO(s) + CO_2(g) \]
Diketahui K_p = 0,25 atm pada suhu T. Jika ke dalam wadah 5 L berisi CaCO₃ dan CaO ditambahkan 2 g CO₂ (Ar C=12, O=16), tentukan:

1. Arah pergeseran kesetimbangan
2. Massa CaCO₃ yang terbentuk saat kesetimbangan baru tercapai

a) Arah pergeseran:
- Mol CO₂ ditambahkan = 2/44 ≈ 0,0455 mol
\[ P_{CO_2} = \dfrac{nRT}{V} = \dfrac{0.0455 \times 0,082 \times T}{5} \approx 0,00075T \text{ atm} \]
- Karena P_CO2 > K_p (0.25 atm), kesetimbangan bergeser ke kiri.

b) Massa CaCO₃ terbentuk:
- CO₂ yang bereaksi = 0,0455 - (0.25×5)/(0.082T) mol
- Massa CaCO₃ = mol × 100 g/mol ≈ 1.14 g (asumsi T=300 K)

Soal 46: Reaksi fasa gas:
\[ A(g) + 2B(g) \rightleftharpoons C(g) \]
memiliki K_p = 2.5 × 10^-3 atm^-2 pada 400 K. Dalam wadah 10 L dicampur 1 mol A, 2 mol B, dan 1 mol C. Prediksikan:

1. Arah reaksi untuk mencapai kesetimbangan
2. Tekanan parsial C saat setimbang jika tekanan total = 5 atm

a) Arah reaksi:
\[ Q_p = \dfrac{P_C}{P_A \cdot P_B^2} = \dfrac{(n_C)}{(n_A)(n_B)^2} \times \left(\dfrac{P_{tot}}{n_{tot}}\right)^{-2} \]
Hitung numerik menunjukkan Q_p > K_p → bergeser ke kiri.

b) Tekanan parsial C:
- Gunakan aproksimasi dan substitusi ke persamaan K_p:
\[ 2.5 \times 10^{-3} = \dfrac{x}{(1+x)(2+2x)^2} \times \left(\dfrac{5}{4-x}\right)^{-2} \]
Solusi numerik memberikan x ≈ 0,12 → P_C ≈ 0.15 atm.

Soal 47: Reaksi kesetimbangan:
\[ 2HI(g) \rightleftharpoons H_2(g) + I_2(g) \quad K_c = 0,25 \]
Sebanyak 3 mol HI dimasukkan dalam wadah 1 L. Hitung:

1. Derajat disosiasi (α) HI saat setimbang
2. Persentase peningkatan α jika volume sistem diperbesar 4 kali pada suhu tetap

a) Derajat disosiasi:
\[ K_c = \dfrac{(1.5α)^2}{(3(1-α))^2} = 0,25 \]
\[ \dfrac{α}{1-α} = 0,5 \Rightarrow α = \underline{0.333} \text{ (33.3%)} \]

b) Peningkatan α:
- Volume diperbesar → konsentrasi turun → kesetimbangan bergeser ke kanan.
- Perhitungan baru dengan V = 4 L menghasilkan α ≈ 0,5.
- Persentase peningkatan = \(\dfrac{0.5-0.333}{0.333} \times 100\% \approx \underline{50\%}\)

Soal 48: Dalam sistem kesetimbangan:
\[ N_2O_4(g) \rightleftharpoons 2NO_2(g) \]
diketahui 50% N₂O₄ terdisosiasi pada tekanan total 6 atm. Hitung:

1. Nilai K_p
2. Tekanan total saat derajat disosiasi menjadi 75%

a) K_p saat α=50%:
- Fraksi mol: \( X_{N_2O_4} = \dfrac{1-α}{1+α} = \dfrac{0{,}5}{1{,}5} \), \( X_{NO_2} = \dfrac{2α}{1+α} = \dfrac{1}{1{,}5} \)
- Tekanan parsial: \( P_{N_2O_4} = 2 \; atm, P_{NO_2} = 4 \; atm \)
\[ K_p = \dfrac{(P_{NO_2})^2}{P_{N_2O_4}} = \dfrac{16}{2} = \underline{8 \;atm} \]

b) P_tot saat α=75%:
\[ K_p = 8 = \dfrac{(2α)^2 P_{tot}}{(1-α^2)} \Rightarrow P_{tot} = \underline{10{,}5 \; atm} \]

Soal 49: Reaksi dehidrogenasi:
\[ C_6H_{12}(g) \rightleftharpoons C_6H_6(g) + 3H_2(g) \quad \Delta H > 0 \]
Jelaskan pengaruh:

1. Penambahan katalis Pt/Al₂O₃
2. Penurunan tekanan parsial H₂ dengan menyedot gas keluar

a) Katalis Pt/Al₂O₃:
- Mempercepat tercapainya kesetimbangan tetapi tidak mengubah posisi kesetimbangan.
- Menurunkan energi aktivasi untuk reaksi maju dan mundur.

b) Penyedotan H₂:
- Mengurangi [H₂] → kesetimbangan bergeser ke kanan (Le Chatelier).
- Meningkatkan konversi C₆H₁₂ menjadi C₆H₆.

Soal 50: Kesetimbangan disosiasi:
\[ PCl_5(g) \rightleftharpoons PCl_3(g) + Cl_2(g) \]
Dalam wadah 2 L terdapat 0,4 mol PCl₅ dan 0,2 mol Cl₂. Jika K_c = 0,025, hitung:

1. Konsentrasi semua spesi saat setimbang
2. Derajat disosiasi PCl₅ dalam sistem ini

a) Konsentrasi setimbang:
\[ K_c = 0,025 = \dfrac{[PCl_3][Cl_2]}{[PCl_5]} = \dfrac{(x)(0{,}1+x)}{(0{,}2-x)} \]
Solusi: x ≈ 0,033 M
\[ [PCl_5] = 0{,}167\; M, [PCl_3] = 0{,}033\; M, [Cl_2] = 0{,}133 M \]

b) Derajat disosiasi:
\[ α = \dfrac{mol\;terurai}{mol\;awal} = \dfrac{0{,}033 \times 2}{0{,}4} = \underline{0{,}165} (16{,}5%)} \]