Pembahasan Soal OSN-P Kimia 2024 (Kesetimbangan Asam-Basa)

Berikut tiga senyawa turunan sianida XCN yaitu asam sianat (HOCN), sianamida (H₂NCN), dan metil sianida (CH₃CN).

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

Soal a.

Di antara ketiga senyawa tersebut yang memiliki nilai pK_a yang paling kecil adalah ...

Pembahasan:

Nilai pK_a yang paling kecil menunjukkan asam yang paling kuat. Kekuatan asam dapat dibandingkan berdasarkan:

1. Asam Sianat (HOCN):
   • Memiliki gugus -OH yang sangat elektronegatif
   • Basa konjugat (OCN^-) distabilkan oleh resonansi
   • Stabilisasi muatan negatif pada oksigen lebih efektif
     
     
2. Sianamida (H₂NCN):
   • Gugus -NH₂ kurang elektronegatif dibanding -OH
   • Stabilisasi basa konjugat lebih lemah
     
     
3. Metil Sianida (CH₃CN):
   • Gugus alkil (CH₃) bersifat melepaskan elektron
   • Sangat sulit melepas proton (H⁺)
   • Basa konjugat tidak stabil

Jawaban: Asam sianat (HOCN) memiliki pK_a paling kecil karena merupakan asam terkuat di antara ketiganya, ditunjukkan oleh kemampuan stabilisasi basa konjugat yang lebih baik melalui efek resonansi dengan gugus oksigen yang elektronegatif.

Soal b.

Ion/molekul yang tidak terdapat pada reaksi kesetimbangan asam sianat dalam air adalah ...

• OCN^-
• HOCN
• tidak tahu
• OCN^-
• H₃O⁺

Pembahasan:

Reaksi kesetimbangan asam sianat (HOCN) dalam air:

$\begin{aligned} \text{HOCN} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{OCN}^- + \text{H}_3\text{O}^+ \end{aligned}$

Analisis masing-masing opsi:

• HOCN:
  • Spesies asam awal
  • Ada dalam kesetimbangan
• OCN^-:
  • Merupakan basa konjugat (OCN^-)
  • Ada dalam kesetimbangan
• CN^-:
  • Tidak terlibat dalam kesetimbangan asam sianat
  • Merupakan spesies berbeda (asam sianida/HCN)
  • Tidak ada mekanisme pembentukan CN^- dari HOCN
• H₃O⁺:
  • Produk hasil protonasi air
  • Ada dalam kesetimbangan

Jawaban: CN^- (ion sianida) karena tidak terlibat dalam kesetimbangan asam sianat dan merupakan sistem kimia yang berbeda.

Soal c.

Salah satu cara penentuan kadar ion sianida (CN^-) dalam sampel air yaitu dengan metoda titrasi argentometri, di mana ion sianida bereaksi dengan ion perak(l) dan menghasilkan senyawa [Ag(CN)₂]^-. Reaksi tersebut dapat dijelaskan dengan teori asam-basa yaitu teori ...

Pembahasan:

Reaksi yang terjadi:

$\begin{aligned} \text{Ag}^+ + 2\text{CN}^- \rightarrow [\text{Ag(CN)}_2]^- \end{aligned}$

Analisis teori asam-basa yang sesuai:

1. Teori Arrhenius:
   • Tidak relevan karena tidak melibatkan ion H⁺ atau OH^-
     
     
2. Teori Brønsted-Lowry:
   • Tidak ada transfer proton dalam reaksi ini
     
     
3. Teori Lewis:
   • CN^- bertindak sebagai basa Lewis (donor pasangan elektron)
   • Ag⁺ bertindak sebagai asam Lewis (akseptor pasangan elektron)
   • Terbentuk kompleks koordinasi [Ag(CN)₂]^-

Jawaban:
Teori Lewis, karena reaksi ini melibatkan pembentukan kompleks koordinasi melalui donor-akseptor pasangan elektron bebas.

Soal d.

Sampel cairan yang mengandung kalsium sianida (Ca(CN)₂) sebanyak 5 mL diencerkan dengan air dalam labu takar 50 mL. Kemudian, larutan sampel tersebut sebanyak 25 mL dititrasi dengan larutan perak nitrat (AgNO₃) 0,001 M dan mencapai titik akhir titrasi pada penggunaan larutan AgNO₃ sebanyak 12,50 mL. Jumlah ion sianida total dalam sampel cairan sebanyak .... mol , serta konsentrasi Ca(CN)₂ dalam labu takar 50 mL adalah .... ppm.

Pembahasan:

1. Menghitung mol CN^- total dalam sampel awal (5 mL):

$\begin{aligned} \text{Reaksi titrasi: } \text{Ag}^+ + 2\text{CN}^- &\rightarrow [\text{Ag(CN)}_2]^- \\\\ \text{mol AgNO}_3 \text{ digunakan} &= 0,001 \text{ M} \times 0,0125 \text{ L} \\\\ &= 1,25 \times 10^{-5} \text{ mol} \\\\ \text{mol CN}^- \text{ dalam 25 mL aliquot} &= 2 \times \text{mol Ag}^+ \\\\ &= 2 \times 1,25 \times 10^{-5} \\\\ &= 2,5 \times 10^{-5} \text{ mol} \\\\ \text{mol CN}^- \text{ total dalam 50 mL} &= 2,5 \times 10^{-5} \times \frac{50}{25} \\\\ &= 5,0 \times 10^{-5} \text{ mol} \\\\ \text{mol CN}^- \text{ dalam sampel awal 5 mL} &= 5,0 \times 10^{-5} \text{ mol}\\ \end{aligned}$

2. Menghitung konsentrasi Ca(CN)₂ dalam ppm:

Ca(CN)₂ -> Ca²⁺ + 2CN^-
$\begin{aligned} \text{mol Ca(CN)}_2 &= \frac{1}{2} \times \text{mol CN}^- \\\\ &= \frac{1}{2} \times 5,0 \times 10^{-5} \text{ mol}\\\\ &= 2,5 \times 10^{-5} \text{ mol} \\\\ \text{Massa Ca(CN)}_2 &= 2,5 \times 10^{-5} \text{ mol} \times 92 \text{ g/mol} \\\\ &= 2,3 \times 10^{-3} \text{ g} \\\\ &= 2,3 \text{ mg} \\\\ \text{Konsentrasi dalam 50 mL} &= \frac{2,3 \text{ mg}}{0,05 \text{ L}} \\\\ &= 46 \text{ mg/L} \\\\ &= 46 \text{ ppm} \end{aligned}$

Jawaban:

• Jumlah ion sianida total: $5,0 \times 10^{-5}$ mol
• Konsentrasi Ca(CN)₂: 46 ppm

Soal e.

Bila diketahui pK_a HCN = 9,31, pH larutan Ca(CN)₂ 0,05 M adalah ... . Diketahui pK_w = 14.

Pembahasan:

Ca(CN)₂ adalah garam yang terhidrolisis parsial dalam air:

$\begin{aligned} \text{Ca(CN)}_2 &\rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{CN}^- \\ \text{CN}^- + \text{H}_2\text{O} &\rightleftharpoons \text{HCN} + \text{OH}^- \end{aligned}$

Langkah perhitungan:

1. Menentukan K_b CN^-:
   $\begin{aligned} \text{pK}_a \text{HCN} &= 9,31 \\ \text{pK}_w &= 14 \\ \text{pK}_b &= \text{pK}_w - \text{pK}_a \\ &= 14 - 9,31 \\ &= 4,69 \\ K_b &= 10^{-4,69} \approx 2,04 \times 10^{-5} \end{aligned}$
2. Menghitung [OH^-]:
   $\begin{aligned} [\text{CN}^-] &= 2 \times 0,05 \text{ M} = 0,1 \text{ M} \\ [\text{OH}^-] &= \sqrt{K_b \times [\text{CN}^-]} \\ &= \sqrt{2,04 \times 10^{-5} \times 0,1} \\ &= \sqrt{2,04 \times 10^{-6}} \\ &= 1,43 \times 10^{-3} \text{ M} \end{aligned}$
3. Menghitung pOH dan pH:
   $\begin{aligned} \text{pOH} &= -\log(1,43 \times 10^{-3}) \\ &\approx 2,85 \\ \text{pH} &= 14 - \text{pOH} \\ &= 14 - 2,85 \\ &= 11,15 \end{aligned}$

Jawaban: pH larutan Ca(CN)₂ 0,05 M adalah 11,15