Pembahasan Soal OSN-P Kimia 2024 (Kesetimbangan-Kelarutan)

Larutan amonium bisulfida dapat dibuat dengan melewatkan gas hidrogen sulfida melalui larutan amonia pekat. Proses pembentukannya melalui 3 tahap. Tahap I, gas hidrogen sulfida direaksikan dengan larutan amonia pekat pada suhu kamar untuk menghasilkan senyawa ammonium sulfida - ammonium bisulfida dengan rasio mol 1:2. Pada tahap II senyawa tersebut didinginkan hingga 0 °C dan dialirkan gas hidrogen sulfida secara kontinyu diperoleh senyawa ammonium sulfida - ammonium bisulfida dengan rasio mol 1:12. Tahap Ill, pengaliran gas hidrogen sulfida terus menerus pada temperatur 0 °C akan menghasilkan ammonium bisulfida.

Bagian-1	Bagian-6
Bagian-2	Bagian-7
Bagian-3	Bagian-8
Bagian-4	Bagian-9
Bagian-5	Bagian-10

Soal a.

Tentukan rumus kimia senyawa yang terbentuk pada tahap I, tahap II, dan tahap III.

Proses Pembuatan Ammonium Bisulfida

Larutan ammonium bisulfida dapat dibuat dengan melewatkan gas hidrogen sulfida (H₂S) melalui larutan amonia pekat (NH₃). Proses pembentukannya melalui 3 tahap:

Tahap I

Gas H₂S direaksikan dengan larutan NH₃ pekat pada suhu kamar, menghasilkan campuran ammonium sulfida ((NH₄)₂S) dan ammonium bisulfida (NH₄HS) dengan rasio mol 1 : 2.

Reaksi yang terjadi:

• H₂S + 2 NH₃ → (NH₄)₂S
• H₂S + NH₃ → NH₄HS

Produk senyawa pada Tahap I: (NH₄)₂S · 2 NH₄HS

Tahap II

Campuran dari Tahap I didinginkan hingga 0°C dan dialiri H₂S secara kontinu, menghasilkan rasio mol (NH₄)₂S : NH₄HS = 1 : 12.

Produk senyawa pada Tahap II: (NH₄)₂S · 12 NH₄HS

Tahap III

Pengaliran H₂S terus-menerus pada 0°C mengubah semua (NH₄)₂S menjadi NH₄HS, sehingga hanya terbentuk ammonium bisulfida murni.

Produk senyawa pada Tahap III: NH₄HS

Kesimpulan Produk Setiap Tahap:

• Tahap I: (NH₄)₂S · 2 NH₄HS → Rumus Kimia: N₄H₁₈S₃
• Tahap II: (NH₄)₂S · 12 NH₄HS → Rumus Kimia: N₁₄H₆₈S₁₃
• Tahap III: NH₄HS → Rumus Kimia: NH₅S

Soal b.

Amonium bisulfida padat juga dikenal sebagai born busuk (stinky bomb) akibat reaksi dekomposisinya menjadi gas hidrogen sulfida dan gas ammonia pada temperature ruang. Pada temperatur 25 °C terjadi kesetimbangan reaksi dekomposisi tersebut dan memiliki harga KP = 0,120.

Sebuah labu dengan volume 5,00 L diisi dengan 0,300 g H2S(g) pada 25 °C. Padatan NH4HS kemudian ditambahkan hingga terdapat sisa padatan yang tidak terdekomposisi. Tekanan awal gas H2S pada labu tersebut adalah .... atm.

Perhitungan Tekanan Awal H₂S

Data Diketahui:

• Massa H₂S = 0,300 g
• Volume (V) = 5,00 L
• Suhu (T) = 25^oC = 298,15 K
• Konstanta gas (R) = 0,08206 L·atm·K^-1·mol^-1

Langkah 1: Hitung Mol H₂S

$ \begin{aligned} n_{\text{H}_2\text{S}} &= \frac{\text{massa}}{\text{massa molar}} \\\\ &= \frac{0,300}{34,08} \\\\ &= 0,00880 \text{ mol} \end{aligned}$

Langkah 2: Hitung Tekanan Awal

$\begin{aligned} P &= \frac{nRT}{V} \\\\ &= \frac{(0,00880)(0,08206)(298,15)}{5,00} \\\\ &= 0,0430 \text{ atm} \end{aligned}$

Hasil Akhir: Tekanan awal H₂S = 0,0430 atm

Soal c.

Reaksi dekomposisi terjadi jika ....

• [ ] Hanya terdapat H₂S
• [ ] Hanya terdapat NH₄HS
• [ ] Terdapat NH₃ dan H₂S
• [ ] Terdapat NH₄HS, NH₃ dan H₂S

Analisis Reaksi Dekomposisi

Interpretasi 1: Syarat Mulai Dekomposisi

Jika "terjadi" diartikan sebagai inisiasi reaksi:

• Cukup dengan adanya NH₄HS saja
• Reaksi dapat dimulai meski produk belum terdeteksi
• Contoh: Padatan NH₄HS mulai terurai di ruang hampa

Interpretasi 2: Syarat Dekomposisi Berlangsung

Jika "terjadi" diartikan sebagai reaksi sedang berproses:

• Diperlukan NH₄HS (reaktan) dan
• NH₃ + H₂S (produk)
• Menggambarkan reaksi dalam keadaan berjalan

Konklusi:

Kalimat "Reaksi dekomposisi terjadi jika..." memang memiliki ambiguitas:

1. Jika mengacu pada kondisi awal: NH₄HS saja sudah cukup
2. Jika mengacu pada proses berlangsung: perlu ketiga spesies hadir

Dalam konteks soal sebelumnya (kesetimbangan), interpretasi ke-2 lebih tepat karena:

• Soal membahas sistem kesetimbangan (⇌) dimana reaktan dan produk harus ada bersama
• Pilihan jawaban dirancang untuk menguji pemahaman keadaan kesetimbangan

Soal d.

Tekanan parsial NH₃ dan H₂S pada saat kesetimbangan tercapai masing-masing adalah: p(NH₃) = ..... atm dan p(H₂S) = ..... atm

Konteks Soal:

Reaksi dekomposisi NH₄HS padat:

NH₄HS(s) ⇌ NH₃(g) + H₂S(g)

• K_p = 0,120 pada 25°C
• Volume labu = 5,00 L
• Labu awalnya berisi 0,300 g H₂S (0,00880 mol)

Perhitungan Tekanan Parsial Saat Kesetimbangan

Langkah 1: Hitung tekanan awal H₂S

$ \begin{aligned} P_{\text{H}_2\text{S}} &= \frac{nRT}{V} \\ &= \frac{(0,00880\ \text{mol})(0,08206\ \text{L.atm.K}^{-1}\text{.mol}^{-1})(298,15\ \text{K})}{5,00\ \text{L}} \\ &= 0,0430\ \text{atm} \end{aligned}$

Langkah 2: Misalkan tekanan NH₃ saat setimbang = x

$ \begin{aligned} K_p &= P_{\text{NH}_3} \times P_{\text{H}_2\text{S}} \\ 0,\!120 &= x(0,\!0430 + x) \\ x^2 + 0,\!0430x - 0,\!120 &= 0 \end{aligned}$

$ \begin{aligned} x &= \frac{-0,\!0430 \pm \sqrt{(0,\!0430)^2 + 4(0,\!120)}}{2} \\ &= \frac{-0,\!0430 \pm \sqrt{0,\!001849 + 0,\!480}}{2} \\ &= 0,\!320\ \text{atm} \end{aligned}$

$ \begin{aligned} P(\text{NH}_3) &= 0,\!320\ \text{atm} \\ P(\text{H}_2\text{S}) &= 0,\!0430 + 0,\!320 = 0,\!363\ \text{atm} \end{aligned}$

Soal e.

Fraksi mol H₂S pada campuran gas pada saat kesetimbangan tercapai adalah ....

Total mol gas = mol NH₃ + mol H₂S

Fraksi mol H₂S:

$ \begin{aligned} X_{\text{H}_2\text{S}} &= \frac{P_{\text{H}_2\text{S}}}{P_{\text{NH}_3} + P_{\text{H}_2\text{S}}} \\ &= \frac{0,\!363}{0,\!320 + 0,\!363} \\ &= \frac{0,\!363}{0,\!683} \\ &\approx 0,\!532 \end{aligned} $

Fraksi mol H₂S = 0,532

Soal f.

Massa minimum NH₄HS yang harus ditambahkan ke dalam labu agar terjadi kesetimbangan adalah .... g

Langkah 1: Hitung mol NH₃ yang terbentuk

$ \begin{aligned} n_{\text{NH}_3} &= \frac{PV}{RT} \\ &= \frac{(0,\!320\ \text{atm})(5,\!00\ \text{L})}{(0,\!08206\ \text{L.atm.K}^{-1}\text{.mol}^{-1})(298,\!15\ \text{K})} \\ &\approx 0,\!0654\ \text{mol} \end{aligned} $

Langkah 2: Hitung massa NH₄HS yang terurai

$ \begin{aligned} \text{Massa} &= n \times M \\ &= (0,\!0654\ \text{mol})(51,\!11\ \text{g/mol}) \\ &\approx 3,\!34\ \text{g} \end{aligned} $

Catatan: Karena ada sisa padatan, massa yang ditambahkan > 3,34 g

Massa minimum NH₄HS ≈ 3,34 g (nilai eksak tergantung batas kesetimbangan)