Bagian 1/5: Pembahasan Soal Olimpiade Kimia USA 2025 - Ujian Lokal

Berikut adalah pembahasan soal olimpiade kimia tingkat lokal di Amerika yang dapat digunakan sebagai bahan latihan persiapan mengikuti kompetisi serupa di Indonesia. Beberapa kali terdeteksi soal-soal OSN-K di Indonesia mengadopsi soal dari kompetisi di negara tersebut. Jumlah soal ada 60 butir (terjemahan) yang pembahasannya dibagi menjadi 5 bagian, @12 butir soal.

Soal #1.
Berapa banyak atom nitrogen yang terdapat dalam 486 g N₂O₅?

1. 1,35 × 10²⁴
2. 2,71 × 10²⁴
3. 5,42 × 10²⁴
4. 1,90 × 10²⁵

Penyelesaian: Banyaknya atom N dalam 486 g N₂O₅.

$\begin{aligned} \text{Massa molar N}_2\text{O}_5 &= (2 \times 14.01 \, \text{g/mol}) + (5 \times 16,00 \, \text{g/mol}) \\ &= 28,02 \, \text{g/mol} + 80,00 \, \text{g/mol} \\ &= 108,02 \, \text{g/mol} \\ \\ \text{Jumlah mol N}_2\text{O}_5 &= \frac{\text{massa}}{\text{massa molar}} \\ &= \frac{486 \, \text{g}}{108,02 \, \text{g/mol}} \\ &= 4.50 \, \text{mol} \\ \\ \text{Jumlah molekul N}_2\text{O}_5 &= \text{mol} \times N_A \\ &= 4,50 \, \text{mol} \times 6,022 \times 10^{23} \, \text{molekul/mol} \\ &= 2,71 \times 10^{24} \, \text{molekul} \\ \\ \text{Jumlah atom N} &= \text{jumlah molekul} \times 2 \, \text{atom N/molekul} \\ &= 2,71 \times 10^{24} \, \text{molekul} \times 2 \\ &= 5,42 \times 10^{24} \, \text{atom} \end{aligned}$

Soal #2.
Apa rumus empiris senyawa yang mengandung 50% S dan 50% O berdasarkan massa?

1. SO
2. S₂O
3. SO₂
4. S₂O₃

Penyelesaian: Rumus Empiris Senyawa dengan 50% S dan 50% O

Langkah-langkah:

1. Asumsikan massa senyawa 100 g, sehingga massa S = 50 g dan massa O = 50 g.
2. Hitung jumlah mol S dan O menggunakan massa molar (S = 32.06 g/mol, O = 16.00 g/mol).
3. Tentukan rasio mol dengan membagi kedua jumlah mol dengan mol terkecil.
4. Sederhanakan rasio untuk mendapatkan rumus empiris.

$\begin{aligned} \text{Mol S} &= \frac{\text{massa S}}{\text{massa molar S}} \\ &= \frac{50 \, \text{g}}{32,06 \, \text{g/mol}} \\ &= 1,56 \, \text{mol} \\ \\ \text{Mol O} &= \frac{\text{massa O}}{\text{massa molar O}} \\ &= \frac{50 \, \text{g}}{16,00 \, \text{g/mol}} \\ &= 3,13 \, \text{mol} \\ \\ \text{Rasio mol S : O} &= \frac{1,56}{1,56} : \frac{3,13}{1,56} \\ &= 1 : 2 \\ \\ \text{Rumus empiris} &= \text{S}_1\text{O}_2 \\ &= \text{SO}_2 \end{aligned}$

Jadi, rumus empiris senyawa adalah $\text{SO}_2$.

Soal #3.
Berapa banyak klorin yang diperlukan untuk bereaksi dengan 13,5 g aluminium membentuk aluminium klorida?

1. 13,5 g
2. 26,6 g
3. 40,5 g
4. 53,2 g

Penyelesaian: Jumlah Klorin untuk Bereaksi dengan 13,5 g Aluminium

Persamaan reaksi: $2\text{Al} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{AlCl}_3$

Langkah-langkah:

1. Hitung mol Al menggunakan massa molar Al (26,98 g/mol).
2. Gunakan rasio stoikiometri dari persamaan reaksi (2 mol Al : 3 mol Cl₂).
3. Hitung mol Cl₂ yang diperlukan.
4. Konversi mol Cl₂ ke massa menggunakan massa molar Cl₂ (70,90 g/mol).

$\begin{aligned} \text{Mol Al} &= \frac{\text{massa Al}}{\text{massa molar Al}} \\ &= \frac{13,5 \, \text{g}}{26,98 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,50 \, \text{mol} \\ \\ \text{Rasio mol Al : Cl}_2 &= 2 : 3 \\ \text{Mol Cl}_2 &= \frac{3}{2} \times \text{mol Al} \\ &= \frac{3}{2} \times 0,50 \, \text{mol} \\ &= 0,75 \, \text{mol} \\ \\ \text{Massa Cl}_2 &= \text{mol Cl}_2 \times \text{massa molar Cl}_2 \\ &= 0,75 \, \text{mol} \times 70,90 \, \text{g/mol} \\ &= 53,18 \, \text{g} \end{aligned}$

Jadi, jumlah klorin (Cl$_2$) yang diperlukan adalah $53,2 \, \text{g}$.

Soal #4.
Larutan 0,500 L KI 0,150 M dicampur dengan 0,250 L CaI₂ 0,200 M. Berapa konsentrasi ion iodida dalam larutan akhir?

1. 0,167 M
2. 0,175 M
3. 0,233 M
4. 0,275 M

Penyelesaian: Konsentrasi Ion Iodida dalam Larutan Akhir

Langkah-langkah:

1. Hitung mol I_- dari KI (1 mol KI → 1 mol I_-).
2. Hitung mol I_- dari CaI₂ (1 mol CaI₂ → 2 mol I_-).
3. Jumlahkan total mol I_-.
4. Hitung volume total larutan.
5. Hitung konsentrasi I_- ([I_-] = total mol I_- / volume total).

$\begin{aligned} \text{Mol KI} &= \text{konsentrasi KI} \times \text{volume KI} \\ &= 0,150 \, \text{M} \times 0,500 \, \text{L} \\ &= 0,075 \, \text{mol} \\ \text{Mol I}_\text{-} \text{ dari KI} &= 0,075 \, \text{mol} \times 1 \\ &= 0,075 \, \text{mol} \\ \\ \text{Mol CaI}_2 &= \text{konsentrasi CaI}_2 \times \text{volume CaI}_2 \\ &= 0,200 \, \text{M} \times 0,250 \, \text{L} \\ &= 0,050 \, \text{mol} \\ \text{Mol I}_\text{-} \text{ dari CaI}_2 &= 0,050 \, \text{mol} \times 2 \\ &= 0,100 \, \text{mol} \\ \\ \text{Total mol I}_\text{-} &= 0,075 \, \text{mol} + 0,100 \, \text{mol} \\ &= 0,175 \, \text{mol} \\ \\ \text{Volume total} &= 0,500 \, \text{L} + 0,250 \, \text{L} \\ &= 0,750 \, \text{L} \\ \\ [\text{I}_\text{-}] &= \frac{\text{total mol I}_\text{-}}{\text{volume total}} \\ &= \frac{0,175 \, \text{mol}}{0,750 \, \text{L}} \\ &= 0,233 \, \text{M} \end{aligned}$

Jadi, konsentrasi ion iodida dalam larutan akhir adalah $0,233 \, \text{M}$.

Soal #5.
Satu-satunya sumber tembaga dalam sampel bijih adalah mineral malasit, Cu₂CO₃(OH)₂ (M = 221,1). Sampel bijih 1,00 kg dilebur untuk mendapatkan 47,0 g tembaga metalik. Dengan asumsi pemulihan tembaga sempurna, berapa persen massa bijih yang merupakan malasit?

1. 4,70%
2. 8,18%
3. 16,4%
4. 32,8%

Penyelesaian: Persen Massa Malasit dalam Bijih

Langkah-langkah:

1. Hitung mol Cu dari 47,0 g tembaga menggunakan massa molar Cu (63,55 g/mol).
2. Tentukan mol Cu₂CO₃(OH)₂ (1 mol Cu₂CO₃(OH)₂ → 2 mol Cu).
3. Hitung massa Cu₂CO₃(OH)₂ menggunakan massa molar (221,1 g/mol).
4. Hitung persen massa Cu₂CO₃(OH)₂ dalam bijih (1000 g).

$\begin{aligned} \text{Mol Cu} &= \frac{\text{massa Cu}}{\text{massa molar Cu}} \\ &= \frac{47,0 \, \text{g}}{63,55 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,739 \, \text{mol} \\ \\ \text{Mol Cu}_2\text{CO}_3\text{(OH)}_2 &= \frac{\text{mol Cu}}{2} \\ &= \frac{0,739 \, \text{mol}}{2} \\ &= 0,370 \, \text{mol} \\ \\ \text{Massa Cu}_2\text{CO}_3\text{(OH)}_2 &= \text{mol Cu}_2\text{CO}_3\text{(OH)}_2 \times \text{massa molar} \\ &= 0,370 \, \text{mol} \times 221,1 \, \text{g/mol} \\ &= 81,81 \, \text{g} \\ \\ \text{Persen massa} &= \frac{\text{massa Cu}_2\text{CO}_3\text{(OH)}_2}{\text{massa bijih}} \times 100\% \\ &= \frac{81,81 \, \text{g}}{1000 \, \text{g}} \times 100\% \\ &= 8,18\% \\ \end{aligned}$

Jadi, persen massa malasit dalam bijih adalah $8,18\%$.

Soal #6.
Larutan air manakah yang memiliki titik didih tertinggi ketika 10,00 g zat dilarutkan dalam 100,0 g air?

1. H₂SO₄
2. Li₂SO₄
3. Na₂SO₄
4. MgSO₄

Penyelesaian: Larutan dengan Titik Didih Tertinggi

Langkah-langkah:

1. Hitung mol zat terlarut dari 10,00 g menggunakan massa molar.
2. Hitung molalitas (\(m = \frac{\text{mol zat terlarut}}{0,100 \, \text{kg}}\)).
3. Gunakan faktor van’t Hoff (\(i\)): H₂SO₄ (\(i = 2,5\); karena faktanya HSO4^- tidak terurai seluruhnya dengan Ka =1,2 × 10^-2), Li₂SO₄ (\(i = 3\)), Na₂SO₄ (\(i = 3\)), MgSO₄ (\(i = 2\)).
4. Hitung kenaikan titik didih (\(\Delta T_b = i \cdot K_b \cdot m\), dengan \(K_b = 0,52 \, \text{°C/m}\)).

A. H₂SO₄

$\begin{aligned} \text{Mol H}_2\text{SO}_4 &= \frac{\text{massa H}_2\text{SO}_4}{\text{massa molar H}_2\text{SO}_4} \\ &= \frac{10,00 \, \text{g}}{98,08 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,102 \, \text{mol} \\ \text{Molalitas} &= \frac{0,102 \, \text{mol}}{0,100 \, \text{kg}} \\ &= 1,02 \, \text{m} \\ \Delta T_b &= i \cdot K_b \cdot m \\ &= 2,5 \times 0,52 \, \text{°C/m} \times 1,02 \, \text{m} \\ &= 1,33 \, \text{°C} \end{aligned}$

B. Li₂SO₄

$\begin{aligned} \text{Mol Li}_2\text{SO}_4 &= \frac{\text{massa Li}_2\text{SO}_4}{\text{massa molar Li}_2\text{SO}_4} \\ &= \frac{10,00 \, \text{g}}{109,94 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,091 \, \text{mol} \\ \text{Molalitas} &= \frac{0,091 \, \text{mol}}{0,100 \, \text{kg}} \\ &= 0,91 \, \text{m} \\ \Delta T_b &= i \cdot K_b \cdot m \\ &= 3 \times 0,52 \, \text{°C/m} \times 0,91 \, \text{m} \\ &= 1,42 \, \text{°C} \end{aligned}$

C. Na₂SO₄

$\begin{aligned} \text{Mol Na}_2\text{SO}_4 &= \frac{\text{massa Na}_2\text{SO}_4}{\text{massa molar Na}_2\text{SO}_4} \\ &= \frac{10,00 \, \text{g}}{142,04 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,070 \, \text{mol} \\ \text{Molalitas} &= \frac{0,070 \, \text{mol}}{0,100 \, \text{kg}} \\ &= 0,70 \, \text{m} \\ \Delta T_b &= i \cdot K_b \cdot m \\ &= 3 \times 0,52 \, \text{°C/m} \times 0,70 \, \text{m} \\ &= 1,09 \, \text{°C} \end{aligned}$

D. MgSO₄

$\begin{aligned} \text{Mol MgSO}_4 &= \frac{\text{massa MgSO}_4}{\text{massa molar MgSO}_4} \\ &= \frac{10,00 \, \text{g}}{120,37 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,083 \, \text{mol} \\ \text{Molalitas} &= \frac{0,083 \, \text{mol}}{0,100 \, \text{kg}} \\ &= 0,83 \, \text{m} \\ \Delta T_b &= i \cdot K_b \cdot m \\ &= 2 \times 0,52 \, \text{°C/m} \times 0,83 \, \text{m} \\ &= 0,86 \, \text{°C} \end{aligned}$

Kesimpulan: Li₂SO₄ memiliki \(\Delta T_b\) tertinggi (1,42 °C), sehingga larutan Li₂SO₄ memiliki titik didih tertinggi.

Soal #7.
Senyawa mana yang dapat digunakan untuk menghilangkan Ca²⁺ dari air sadah?

1. LiCl
2. Na₂CO₃
3. KNO₃
4. K₂SO₄

Penyelesaian: Senyawa untuk Menghilangkan Ca²⁺ dari Air Sadah

Langkah-langkah:

1. Identifikasi senyawa yang menghasilkan ion yang dapat bereaksi dengan Ca²⁺ untuk membentuk endapan tidak larut.
2. Analisis kelarutan senyawa kalsium yang terbentuk dari masing-masing pilihan.

Analisis Pilihan:

$\begin{aligned} \text{A. LiCl} &: \text{LiCl} \rightarrow \text{Li}^+ + \text{Cl}^- \\ &\text{Ca}^{2+} + 2\text{Cl}^- \rightarrow \text{CaCl}_2 \ (\text{larut}) \\ \text{B. Na}_2\text{CO}_3 &: \text{Na}_2\text{CO}_3 \rightarrow 2\text{Na}^+ + \text{CO}_3^{2-} \\ &\text{Ca}^{2+} + \text{CO}_3^{2-} \rightarrow \text{CaCO}_3 \downarrow \ (\text{hampir tidak larut}) \\ \text{C. KNO}_3 &: \text{KNO}_3 \rightarrow \text{K}^+ + \text{NO}_3^- \\ &\text{Ca}^{2+} + 2\text{NO}_3^- \rightarrow \text{Ca(NO}_3\text{)}_2 \ (\text{larut}) \\ \text{D. K}_2\text{SO}_4 &: \text{K}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{K}^+ + \text{SO}_4^{2-} \\ &\text{Ca}^{2+} + \text{SO}_4^{2-} \rightarrow \text{CaSO}_4 \ (\text{cukup larut}) \end{aligned}$

Kesimpulan: Hanya Na₂CO₃ menghasilkan ion CO₃^2- yang membentuk endapan CaCO₃ yang hampir tidak larut, sehingga efektif menghilangkan Ca²⁺ dari air sadah.

Soal #8.
Penambahan larutan perak nitrat ke dalam larutan 1,0 M senyawa mana yang akan menghasilkan endapan kuning?

I. NaCl

II. KI

1. Hanya I
2. Hanya II
3. Keduanya I dan II
4. Bukan I maupun II

Penyelesaian: Senyawa yang Menghasilkan Endapan Kuning dengan AgNO₃

Langkah-langkah:

1. Identifikasi ion dari NaCl dan KI yang bereaksi dengan Ag⁺ dari AgNO₃.
2. Tentukan kelarutan dan warna endapan yang terbentuk.

Analisis Pilihan:

$\begin{aligned} \text{NaCl} &: \text{NaCl} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^- \\ &\text{Ag}^+ + \text{Cl}^- \rightarrow \text{AgCl} \downarrow \ (\text{endapan putih}) \\ \text{KI} &: \text{KI} \rightarrow \text{K}^+ + \text{I}^- \\ &\text{Ag}^+ + \text{I}^- \rightarrow \text{AgI} \downarrow \ (\text{endapan kuning pucat}) \end{aligned}$

Kesimpulan: Hanya KI menghasilkan endapan kuning (AgI) saat bereaksi dengan AgNO₃, sedangkan NaCl menghasilkan endapan putih (AgCl).

Jawaban: KI

Soal #9.
Seorang siswa membersihkan buret untuk persiapan titrasi di mana buret akan diisi dengan NaOH 0,100 M. Apa yang harus digunakan untuk bilasan terakhir buret?

1. Etanol
2. Air suling
3. HCl 0,100 M
4. NaOH 0,100 M

Penyelesaian: Bilasan Terakhir untuk Buret dengan NaOH 0,100 M

Langkah-langkah:

1. Identifikasi bilasan yang tidak mengubah konsentrasi atau sifat larutan NaOH 0,100 M.
2. Analisis efek masing-masing pilihan terhadap larutan titran.

Analisis Pilihan:

$\begin{aligned} \text{A. Etanol} &: \text{Tidak cocok, etanol dapat bereaksi dengan NaOH atau meninggalkan residu.} \\ \text{B. Air suling} &: \text{Sisa air suling mengencerkan NaOH, mengubah konsentrasi.} \\ \text{C. HCl 0,100 M} &: \text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} \\ &\text{Sisa HCl menetralkan NaOH, mengurangi konsentrasi efektif.} \\ \text{D. NaOH 0,100 M} &: \text{Sisa bilasan sama dengan larutan titran, tidak mengubah konsentrasi.} \end{aligned}$

Kesimpulan: Bilasan terakhir harus menggunakan NaOH 0,100 M untuk mencegah pengenceran atau reaksi yang mengubah konsentrasi titran.

Jawaban: D. NaOH 0,100 M

Soal #10.
Dalam pelarut apa iodin padat larut memberikan larutan berwarna ungu?

1. Air
2. Etanol
3. Karbon tetraklorida
4. Larutan KI 0,1 M dalam air

Soal #11. Peralatan gelas mana yang paling cocok untuk menyiapkan larutan perak nitrat 0,1500 M?

1. Labu takar 50 mL
2. Labu bulat 50 mL
3. Labu Erlenmeyer 50 mL
4. Silinder ukur 50 mL

Penyelesaian: Peralatan Gelas untuk Larutan AgNO₃ 0,1500 M

Langkah-langkah:

1. Identifikasi peralatan gelas yang memberikan akurasi volume tertinggi untuk menyiapkan larutan 0,1500 M.
2. Analisis fungsi dan ketelitian masing-masing peralatan.

Contoh Perhitungan Konsentrasi dengan Labu Takar 50 mL:

$\begin{aligned} \text{Massa molar AgNO}_3 &= 107,87 \, \text{(Ag)} + 14,01 \, \text{(N)} + 3 \times 16,00 \, \text{(O)} \\ &= 169,88 \, \text{g/mol} \\ \text{Mol AgNO}_3 &= \text{konsentrasi} \times \text{volume} \\ &= 0,1500 \, \text{M} \times 0,0500 \, \text{L} \\ &= 0,00750 \, \text{mol} \\ \text{Massa AgNO}_3 &= 0,00750 \, \text{mol} \times 169,88 \, \text{g/mol} \\ &= 1,274 \, \text{g} \end{aligned}$

Timbang 1,274 g AgNO₃, larutkan dalam air, lalu encerkan hingga tanda batas 50 mL pada labu takar untuk mendapatkan larutan 0,1500 M.

Analisis Pilihan:

$\begin{aligned} \text{A. Labu takar 50 mL} &: \text{Akurasi volume tinggi, ideal untuk larutan standar.} \\ \text{B. Labu bulat 50 mL} &: \text{Tidak presisi untuk pengukuran volume.} \\ \text{C. Labu Erlenmeyer 50 mL} &: \text{Tidak akurat untuk volume tertentu.} \\ \text{D. Silinder ukur 50 mL} &: \text{Kurang presisi dibandingkan labu takar.} \end{aligned}$

Kesimpulan: Labu takar 50 mL adalah peralatan paling cocok karena memberikan akurasi volume tertinggi untuk menyiapkan larutan AgNO₃ 0,1500 M.

Jawaban: A. Labu takar 50 mL

Soal #12.
Sebanyak 2,00 g sampel NaHCO₃(s) dipanaskan dalam krusibel 10,00 g untuk menguapkan H₂O dan CO₂. Data massa dalam tabel dikumpulkan dengan memanaskan krusibel kemudian secara periodik membiarkannya dingin ke suhu kamar dan menimbangnya kembali. Pengukuran manakah yang pertama kali setelah pemanasan bisa dihentikan?

Pengukuran	Massa krusibel dan padatan
0	12,00 g
1	11,48 g
2	11,24 g
3	11,25 g
4	11,24 g

1. Pengukuran 1
2. Pengukuran 2
3. Pengukuran 3
4. Pengukuran 4

Penyelesaian: Pengukuran Pertama untuk Menghentikan Pemanasan NaHCO₃ (Revisi)

Reaksi: $2\text{NaHCO}_3(\text{s}) \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3(\text{s}) + \text{H}_2\text{O}(\text{g}) + \text{CO}_2(\text{g})$

Langkah-langkah:

1. Hitung massa teoritis Na₂CO₃ setelah dekomposisi 2,00 g NaHCO₃.
2. Analisis data pengukuran untuk menemukan massa konstan (perbedaan ≤0,01 g).
3. Tentukan pengukuran pertama dengan massa konstan dibandingkan pengukuran berikutnya.

Perhitungan Teoritis:

$\begin{aligned} \text{Massa molar NaHCO}_3 &= 22,99 + 1,01 + 12,01 + 3 \times 16,00 \\ &= 84,01 \, \text{g/mol} \\ \text{Massa molar Na}_2\text{CO}_3 &= 2 \times 22,99 + 12,01 + 3 \times 16,00 \\ &= 105,99 \, \text{g/mol} \\ \text{Mol NaHCO}_3 &= \frac{\text{massa NaHCO}_3}{\text{massa molar NaHCO}_3} \\ &= \frac{2,00 \, \text{g}}{84,01 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,0238 \, \text{mol} \\ \text{Mol Na}_2\text{CO}_3 &= \frac{0,0238 \, \text{mol}}{2} \\ &= 0,0119 \, \text{mol} \\ \text{Massa Na}_2\text{CO}_3 &= 0,0119 \, \text{mol} \times 105,99 \, \text{g/mol} \\ &= 1,26 \, \text{g} \\ \text{Massa krusibel + Na}_2\text{CO}_3 &= 10,00 \, \text{g} + 1,26 \, \text{g} \\ &= 11,26 \, \text{g} \end{aligned}$

Analisis Data Pengukuran:

$\begin{aligned} \text{Pengukuran 1} &: 11,48 \, \text{g} \ (\text{perbedaan } 0,24 \, \text{g dari pengukuran 2, belum konstan}) \\ \text{Pengukuran 2} &: 11,24 \, \text{g} \ (\text{mendekati teoritis } 11,26 \, \text{g}) \\ \text{Pengukuran 3} &: 11,25 \, \text{g} \ (\text{perbedaan } 0,01 \, \text{g dari pengukuran 2, hampir konstan}) \\ \text{Pengukuran 4} &: 11,24 \, \text{g} \ (\text{perbedaan } 0,01 \, \text{g dari pengukuran 3, konstan}) \end{aligned}$

Kesimpulan: Massa dianggap konstan pada Pengukuran 3, karena hanya berbeda 0,01 g dari Pengukuran 2 (11,24 g) dan Pengukuran 4 (11,24 g), yang menunjukkan dekomposisi selesai. Perbedaan kecil ini (≤0,01 g) berada dalam batas toleransi timbangan analitik. Pengukuran 3 adalah pengukuran pertama yang mengkonfirmasi stabilitas massa dibandingkan dengan pengukuran berikutnya.

Jawaban: C. Pengukuran 3