Soal 1: Pemurnian Air dengan Katalis
Sebuah perusahaan air minum menggunakan katalis untuk mempercepat reaksi penguraian hidrogen peroksida (H2O2) menjadi air dan oksigen dalam proses pemurnian. Tanpa katalis, reaksi berlangsung dengan laju 0,002 mol/L·detik. Dengan katalis, laju meningkat menjadi 0,024 mol/L·detik pada kondisi yang sama. Jika konsentrasi awal H2O2 adalah 0,5 M, berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menguraikan 80% H2O2 dengan katalis?
Penyelesaian:
Laju reaksi dengan katalis = 0,024 mol/L·detik. Konsentrasi awal [H2O2] = 0,5 M. 80% terdekomposisi berarti 0,8 × 0,5 = 0,4 M teruraikan.
Karena laju konstan (orde nol terhadap katalis), waktu dihitung dengan: $ t = \dfrac{\Delta [H_2O_2]}{laju} = \dfrac{0{,}4}{0{,}024}$ = 16,67 detik.
Jawaban: 16,67 detik.
Soal 2: Pembakaran Bensin di Mesin Mobil
Pada mesin mobil, pembakaran bensin (oktana, C8H18) menghasilkan CO2 dan H2O. Laju reaksi dipengaruhi suhu. Pada 25°C, laju reaksi adalah 0,01 mol/L·s, sedangkan pada 50°C meningkat menjadi 0,04 mol/L·s. Jika energi aktivasi reaksi diketahui 50 kJ/mol, hitung konstanta laju pada 75°C! (R = 8,314 J/mol·K)
Penyelesaian:
Gunakan persamaan Arrhenius:
$ \ln\left(\dfrac{k_2}{k_1}\right) = \dfrac{E_a}{R} \left(\dfrac{1}{T_1} - \dfrac{1}{T_2}\right) $.
Diketahui:
$ k_1$ = 0,01 (298 K), $ k_2$ = 0,04 (323 K), $ E_a = 50{,}000$ J/mol.
Hitung $ k_3 $ pada 348 K:
$ \ln\left(\dfrac{0,04}{0,01}\right) = \dfrac{50{,}000}{8{,}314} \left(\dfrac{1}{298} - \dfrac{1}{323}\right) $. $ \ln(4) = 1{,}386 $,
selesaikan untuk verifikasi $ E_a $, lalu hitung $ k_3 $.
Hasil: $ k_3 \approx$ 0,15 mol/L·s.
Jawaban: 0,15 mol/L·s.
Soal 3: Fermentasi Anggur
Dalam pembuatan anggur, glukosa difermentasi menjadi etanol. Laju reaksi awal adalah 0,05 M/jam. Setelah 2 jam, konsentrasi glukosa turun dari 1 M menjadi 0,8 M. Apakah reaksi ini mengikuti kinetika orde nol, satu, atau dua? Jelaskan!
Penyelesaian:
Laju awal = 0,05 M/jam.
Penurunan konsentrasi = 0,2 M dalam 2 jam, laju rata-rata = 0,1 M/2 jam = 0,05 M/jam.
Orde nol: laju konstan = $ -\dfrac{\Delta [A]}{\Delta t} $.
Laju awal sama dengan laju rata-rata (0,05 M/jam), sesuai orde nol.
Orde satu: $ \ln\left(\dfrac{[A]_0}{[A]}\right) = kt $, tidak konsisten.
Orde dua: $ \dfrac{1}{[A]} - \dfrac{1}{[A]_0} = kt $, juga tidak cocok.
Jawaban: Orde nol.
Soal 4: Penyimpanan Makanan dengan Gas Nitrogen
Gas nitrogen digunakan untuk memperlambat oksidasi makanan. Reaksi oksidasi lipid memiliki laju 0,03 mol/L·hari di udara biasa. Dengan nitrogen, laju turun 60%. Berapa persen lipid yang teroksidasi setelah 5 hari di udara biasa dan dengan nitrogen jika konsentrasi awal lipid 0,5 M?
Penyelesaian:
Udara biasa: laju = 0,03 M/hari, lipid teroksidasi = $ 0{,}03 \times 5 = 0{,}15$ M, persen = $ \dfrac{0{,}15}{0{,}5} \times 100 = 30\% $.
Dengan nitrogen: laju = 0,03 × (1 - 0,6) = 0,012 M, lipid teroksidasi = 0,012 × 5 = 0,06 M, persen = $ \dfrac{0{,}06}{0{,}5} \times 100 = 12\% $.
Jawaban: 30% (udara biasa), 12% (dengan nitrogen).
Soal 5: Produksi Amonia di Industri
Dalam sintesis amonia (N2 + 3H2 → 2NH3), laju pembentukan NH3 adalah 0,02 mol/L·s pada tekanan 200 atm. Jika tekanan dinaikkan menjadi 400 atm, laju meningkat 4 kali lipat. Tentukan orde reaksi total!
Penyelesaian:
Tekanan naik 2 kali (200 → 400 atm), laju naik 4 kali (0,02 → 0,08 mol/L·s).
Laju ~ $ [konsentrasi]^n $, dan konsentrasi ~ tekanan.
$ \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^n = \dfrac{laju_2}{laju_1} $
$ 2^n = 4 $,
$ n = 2 $.
Jawaban: Orde total = 2.
Soal 6: Polusi Udara dan Katalis Mobil
Katalis pada mobil mengurangi emisi CO dengan reaksi CO + ½O2 → CO2. Tanpa katalis, laju 0,005 M/s pada [CO] = 0,1 M. Dengan katalis, laju jadi 0,015 M/s pada konsentrasi sama. Mengapa katalis efektif, dan berapa faktor peningkatan lajunya?
Penyelesaian:
Katalis efektif karena menurunkan energi aktivasi, mempercepat reaksi tanpa ikut bereaksi. Faktor peningkatan = $ \dfrac{0{,}015}{0{,}005} = 3 $ kali.
Jawaban: Katalis menurunkan $ E_a $, faktor peningkatan = 3.
Soal 7: Pengawet Kayu
Reaksi pelapukan kayu oleh jamur memiliki laju 0,01 g/cm2·hari pada 20°C. Pada 30°C, laju menjadi 0,018 g/cm2 hari. Jika pengawet kayu menurunkan laju 50% pada 20°C, hitung laju dengan pengawet pada 30°C!
Penyelesaian:
Tanpa pengawet: laju naik dari 0,01 (293 K) ke 0,018 (303 K). Pakai Arrhenius untuk $ E_a $, lalu hitung faktor pengawet (0,5 × 0,01 = 0,005 pada 20°C).
Rasio laju = 1,8, maka dengan pengawet pada 30°C = 0,005 × 1,8 = 0,009 g/cm2.hari.
Jawaban: 0,009 g/cm2.hari.
Soal 8: Fotosintesis dan Intensitas Cahaya
Laju fotosintesis (pembentukan glukosa) meningkat dari 0,02 mol/L·jam pada intensitas cahaya 100 lux menjadi 0,03 mol/L·jam pada 150 lux. Jelaskan hubungan intensitas cahaya dengan laju, dan prediksi laju pada 200 lux!
Penyelesaian:
Intensitas naik 1,5 kali (100 → 150 lux), laju naik 1,5 kali (0,02 → 0,03). Hubungan linier: laju ~ intensitas.
Pada 200 lux (2 kali 100 lux), laju = 0,02 × 2 = 0,04 mol/L·jam.
Jawaban: Linier, laju pada 200 lux = 0,04 mol/L·jam.
Soal 9: Produksi Kertas dan Pemutihan
Dalam industri kertas, pemutihan pulp menggunakan klorin dioksida (ClO2) memiliki laju reaksi 0,015 mol/L·menit pada 30°C. Jika suhu dinaikkan ke 40°C, laju menjadi 0,027 mol/L·menit. Hitung energi aktivasi reaksi ini! (R = 8,314 J/mol·K)
Penyelesaian:
Gunakan persamaan Arrhenius: $ \ln\left(\dfrac{k_2}{k_1}\right) = \dfrac{E_a}{R} \left(\dfrac{1}{T_1} - \dfrac{1}{T_2}\right) $.
Diketahui: $ k_1 = 0{,}015 $ (303 K), $ k_2 = 0{,}027 $ (313 K).
$ \ln\left(\dfrac{0{,}027}{0{,}015}\right) = \dfrac{E_a}{8{,}314} \left(\dfrac{1}{303} - \dfrac{1}{313}\right) $.
$ \ln(1{,}8) = 0{,}587 = \dfrac{E_a}{8{,}314} \times 0{,}0001056 $
$ E_a = \dfrac{0{,}587}{0{,}0001056} \times 8{,}314 \approx 46{,}200$ J/mol = 46,2 kJ/mol.
Jawaban: 46,2 kJ/mol.
Soal 10: Pengolahan Limbah Pestisida
Degradasi pestisida DDT dalam air mengikuti kinetika orde satu dengan konstanta laju 0,02 jam-1. Jika konsentrasi awal DDT adalah 0,1 M, berapa lama waktu yang dibutuhkan agar konsentrasi tersisa 10% dari awal?
Penyelesaian:
Orde satu: $ \ln\left(\dfrac{[A]_0}{[A]}\right) = kt $.
Konsentrasi tersisa 10% = 0,01 M, $ [A]_0$ = 0,1 M, $ k$ = 0,02 jam-1.
$ \ln\left(\dfrac{0{,}1}{0{,}01}\right) = 0{,}02 \times t $.
$ \ln(10) = 2{,}303 $, maka $ t = \dfrac{2{,}303}{0{,}02}$ = 115,15 jam.
Jawaban: 115,15 jam.
Soal 11: Pengawetan Ikan dengan Asap
Reaksi oksidasi lemak pada ikan diasap memiliki laju 0,008 mol/kg·hari tanpa pengawetan. Dengan asap, laju turun menjadi 0,002 mol/kg·hari. Jika 0,5 kg lemak teroksidasi dalam 10 hari tanpa asap, berapa hari lemak yang sama teroksidasi dengan asap?
Penyelesaian:
Tanpa asap: laju = 0,008 mol/kg·hari, total oksidasi = 0,008 × 10 = 0,08 mol/kg, untuk 0,5 kg = 0,04 mol.
Dengan asap: laju = 0,002 mol/kg·hari, waktu = $ \dfrac{0{,}04}{0{,}002}$ = 20 hari untuk 0,5 kg.
Jawaban: 20 hari.
Soal 12: Produksi Sabun
Reaksi saponifikasi (trigliserida + NaOH → sabun + gliserol) memiliki laju awal 0,05 M/menit pada [NaOH] = 0,2 M. Ketika [NaOH] dinaikkan menjadi 0,4 M, laju menjadi 0,1 M/menit. Tentukan orde reaksi terhadap NaOH!
Penyelesaian:
Laju ~ $k$ [NaOH]n
$ \dfrac{laju_2}{laju_1} = \left(\dfrac{[NaOH]_2}{[NaOH]_1}\right)^n $.
$ \dfrac{0,1}{0,05} = \left(\dfrac{0{,}4}{0{,}2}\right)^n $.
$ 2 = 2^n $, $ n = 1 $.
Jawaban: Orde 1 terhadap NaOH.
Soal 13: Pengendapan Kalsium pada Pipa
Reaksi pengendapan CaCO3 di pipa air mengikuti orde dua dengan konstanta laju 0,03 M -1s -1. Jika konsentrasi awal Ca2+ dan CO32- masing-masing 0,05 M, berapa waktu yang dibutuhkan hingga konsentrasi Ca2+ tersisa 0,01 M?
Penyelesaian:
Orde dua: $ \dfrac{1}{[A]} - \dfrac{1}{[A]_0} = kt $.
[Ca2+] awal = 0,05 M, tersisa 0,01 M.
$ \dfrac{1}{0{,}01} - \dfrac{1}{0{,}05} = 0{,}03 \times t $.
$ 100 - 20 = 0{,}03\;t $,
$ t = \dfrac{80}{0{,}03}$ = 2666,67 detik $\approx$ 44,44 menit.
Jawaban: 44,44 menit.
Soal 14: Penggunaan Enzim pada Deterjen
Enzim protease dalam deterjen mempercepat hidrolisis protein. Tanpa enzim, laju reaksi 0,001 M/menit pada 25°C. Dengan enzim, laju menjadi 0,009 M/menit. Berapa kali lipat enzim meningkatkan laju, dan mengapa enzim efektif?
Penyelesaian:
Faktor peningkatan = $ \dfrac{0{,}009}{0{,}001} = 9 $ kali lipat.
Enzim efektif karena menurunkan energi aktivasi dengan menyediakan jalur reaksi alternatif (konsep dari Chang).
Jawaban: 9 kali lipat; enzim menurunkan $ E_a $.
Soal 15: Reaksi Fotokimia pada Cat
Degradasi cat akibat sinar UV mengikuti kinetika orde nol dengan laju 0,004 mol/m 2·jam. Jika lapisan cat mengandung 0,02 mol/m 2 pigmen, berapa jam cat akan habis terdegradasi?
Penyelesaian:
Orde nol: $ [A] = [A]_0 - kt $.
Ketika habis, $ [A] = 0 $.
$ 0 = 0,02 - 0,004 \times t $.
$ t = \dfrac{0,02}{0,004}$ = 5 jam.
Jawaban: 5 jam.
Soal 16: Penyulingan Minyak Atsiri
Reaksi oksidasi minyak atsiri pada penyulingan memiliki laju 0,01 M/jam pada 20°C dan 0,025 M/jam pada 35°C. Jika konsentrasi awal 0,2 M, bandingkan persentase oksidasi setelah 4 jam pada kedua suhu!
Penyelesaian:
20°C: oksidasi = $ 0,01 \times 4 = 0,04 \, \text{M} $, persen = $ \dfrac{0,04}{0,2} \times 100 = 20\% $.
35°C: oksidasi = $ 0,025 \times 4 = 0,1 \, \text{M} $, persen = $ \dfrac{0,1}{0,2} \times 100 = 50\% $.
Jawaban: 20% (20°C), 50% (35°C).
Soal 17: Pembuatan Kaca Tempered
Dalam proses pembuatan kaca tempered, reaksi penguatan permukaan dengan ion natrium memiliki laju 0,012 mol/m 2·jam pada 400°C. Pada 450°C, laju meningkat menjadi 0,030 mol/m 2·jam. Hitung energi aktivasi reaksi ini! (R = 8,314 J/mol·K)
Penyelesaian:
Gunakan persamaan Arrhenius: $ \ln\left(\dfrac{k_2}{k_1}\right) = \dfrac{E_a}{R} \left(\dfrac{1}{T_1} - \dfrac{1}{T_2}\right) $.
Diketahui: $ k_1 = 0{,}012 $ (673 K), $ k_2 = 0{,}030 $ (723 K).
$ \ln\left(\dfrac{0{,}030}{0{,}012}\right) = \dfrac{E_a}{8{,}314} \left(\dfrac{1}{673} - \dfrac{1}{723}\right) $.
$ \ln(2,5) = 0{,}916 = \dfrac{E_a}{8{,}314} \times 0{,}000103 $.
$ E_a = \dfrac{0{,}916}{0{,}000103} \times 8{,}314 \approx 73{,}900$ J/mol = 73,9 kJ/mol.
Jawaban: 73,9 kJ/mol.
Soal 18: Pengolahan Minyak Kelapa Sawit
Hidrolisis minyak kelapa sawit menjadi asam lemak mengikuti kinetika orde satu dengan konstanta laju 0,05 jam -1. Jika konsentrasi minyak awal 0,8 M, berapa waktu yang dibutuhkan agar 75% minyak terhidrolisis?
Penyelesaian:
Orde satu: $ \ln\left(\dfrac{[A]_0}{[A]}\right) = kt $.
75% terhidrolisis, tersisa 25% = 0,2 M.
$ \ln\left(\dfrac{0{,}8}{0{,}2}\right) = 0{,}05 \times t $.
$ \ln(4) = 1{,}386 $, $ t = \dfrac{1{,}386}{0{,}05}$ = 27,72 jam.
Jawaban: 27,72 jam.
Soal 19: Penyemprotan Insektisida
Degradasi insektisida di udara mengikuti orde nol dengan laju 0,002 mol/L·menit. Jika 0,05 mol insektisida disemprotkan ke udara 10 L, berapa menit hingga semua insektisida terdegradasi?
Penyelesaian:
Konsentrasi awal = $ \dfrac{0{,}05}{10}$ = 0,005 M.
Orde nol: $ [A] = [A]_0 - kt $, saat habis $ [A] = 0 $.
$ 0 = 0{,}005 - 0{,}002 \times t $.
$ t = \dfrac{0{,}005}{0{,}002}$ = 2,5 menit.
Jawaban: 2,5 menit.
Soal 20: Proses Vulkanisasi Karet
Reaksi vulkanisasi karet dengan sulfur memiliki laju 0,03 M/jam pada [sulfur] = 0,1 M. Ketika [sulfur] dinaikkan menjadi 0,2 M, laju menjadi 0,12 M/jam. Tentukan orde reaksi terhadap sulfur!
Penyelesaian:
Laju ~ $ k [sulfur]^n $.
$ \dfrac{laju_2}{laju_1} = \left(\dfrac{[sulfur]_2}{[sulfur]_1}\right)^n $.
$ \dfrac{0,12}{0,03} = \left(\dfrac{0,2}{0,1}\right)^n $.
$ 4 = 2^n $, $ n = 2 $.
Jawaban: Orde 2 terhadap sulfur.
Soal 21: Penyediaan Gas Medis Oksigen
Reaksi dekomposisi KClO3 menjadi O2 (2KClO3 → 2KCl + 3O2) memiliki laju pembentukan O2 0,06 mol/L·menit dengan katalis MnO2. Tanpa katalis, laju hanya 0,015 mol/L·menit. Berapa faktor peningkatan laju oleh katalis?
Penyelesaian:
Faktor peningkatan = $ \dfrac{laju\;dengan\;katalis}{laju\;tanpa\;katalis} = \dfrac{0{,}06}{0{,}015} = 4 $.
Jawaban: 4 kali lipat.
Soal 22: Pengolahan Air Laut menjadi Air Tawar
Reaksi oksidasi ion Fe2+ menjadi Fe3+ dalam pengolahan air laut memiliki laju 0,01 M/jam pada 25°C dan 0,018 M/jam pada 35°C. Jika konsentrasi awal Fe2+ adalah 0,05 M, bandingkan waktu hingga 50% Fe2+ teroksidasi pada kedua suhu!
Penyelesaian:
50% teroksidasi = 0,025 M. Orde nol:
$ t = \dfrac{\Delta [A]}{laju} $.
25°C: $ t = \dfrac{0,025}{0,01} = 2,5 \, \text{jam} $.
35°C: $ t = \dfrac{0,025}{0,018} \approx 1,39 \, \text{jam} $.
Jawaban: 2,5 jam (25°C), 1,39 jam (35°C).
Soal 23: Produksi Baterai Lithium
Reaksi oksidasi litium dalam baterai mengikuti orde dua dengan konstanta laju 0,04 M -1s-1. Jika konsentrasi awal Li adalah 0,1 M, berapa detik hingga konsentrasi tersisa 0,02 M?
Penyelesaian:
Orde dua: $ \dfrac{1}{[A]} - \dfrac{1}{[A]_0} = kt $.
$ \dfrac{1}{0{,}02} - \dfrac{1}{0{,}1} = 0{,}04 \times t $.
$ 50 - 10 = 0{,}04 t $,
$ t = \dfrac{40}{0{,}04}$ = 1000 detik.
Jawaban: 1000 detik (16,67 menit).
Soal 24: Pembuatan Keramik
Reaksi pengerasan keramik pada suhu tinggi memiliki laju 0,008 mol/kg·jam pada 800°C. Pada 850°C, laju menjadi 0,014 mol/kg·jam. Hitung energi aktivasi reaksi ini! (R = 8,314 J/mol·K)
Penyelesaian:
$ \ln\left(\dfrac{0{,}014}{0{,}008}\right) = \dfrac{E_a}{8{,}314} \left(\dfrac{1}{1073} - \dfrac{1}{1123}\right) $.
$ \ln(1{,}75) = 0{,}559 = \dfrac{E_a}{8{,}314} \times 0{,}0000415 $.
$ E_a = \dfrac {0{,}559}{0{,}0000415} \times 8{,}314 \approx$ 112,000 J/mol = 112 kJ/mol.
Jawaban: 112 kJ/mol.
Soal 25: Penggunaan Bahan Bakar Roket
Reaksi pembakaran hidrazin (N2H4) dalam roket menghasilkan N2 dan H2O dengan laju 0,05 M/s pada tekanan 1 atm. Pada 2 atm, laju menjadi 0,20 M/s. Tentukan orde reaksi total!
Penyelesaian:
Tekanan naik 2 kali, laju naik 4 kali.
$ \left(\dfrac{P_2}{P_1}\right)^n = \dfrac{laju_2}{laju_1} $.
$ 2^n = \dfrac{0,20}{0,05} $.
$ 2^n = 4 $, $ n = 2 $.
Jawaban: Orde total = 2.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar