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 #13.
Sebanyak 1,53 g gas menempati volume 264 mL pada tekanan 722 mm Hg dan suhu 22 °C. Apa rumus molekul gas tersebut?
- C2F6
- C3HF5
- C3HF5O
- C3F6O
Penyelesaian: Rumus Molekul Gas
Langkah-langkah:
- Hitung jumlah mol gas menggunakan hukum gas ideal: $PV = nRT$.
- Hitung massa molar gas: $M = \dfrac{\text{massa}}{n}$.
- Hitung massa molar masing-masing pilihan.
- Bandingkan massa molar hasil perhitungan dengan pilihan.
Perhitungan Jumlah Mol:
Perhitungan Massa Molar:
Perhitungan Massa Molar Pilihan:
Pilihan | Rumus | Massa Molar (g/mol) |
---|---|---|
A | C2F6 | 2 × 12,01 + 6 × 19,00 = 138,02 |
B | C3HF5 | 3 × 12,01 + 1,01 + 5 × 19,00 = 132,04 |
C | C3HF5O | 3 × 12,01 + 1,01 + 5 × 19,00 + 16,00 = 148,04 |
D | C3F6O | 3 × 12,01 + 6 × 19,00 + 16,00 = 166,03 |
Kesimpulan: Massa molar gas (147,7 g/mol) paling mendekati massa molar C3HF5O (148,04 g/mol), dengan selisih hanya 0,34 g/mol, yang wajar dalam batas ketelitian eksperimen.
Jawaban: C. C3HF5O
Soal #14.
Satu mol gas mana yang akan memiliki volume paling mendekati 22,4 L pada 0 °C dan tekanan 1 atm?
- H2
- CO2
- SF6
- Xe
Penyelesaian: Gas dengan Volume Paling Mendekati 22,4 L (gas ideal) pada STP (Kualitatif)
Gas yang molekulnya kecil (seperti He, Ne, H₂) dan nonpolar cenderung berperilaku seperti gas ideal karena gaya London (gaya dispersi) yang lemah dan volume molekul yang relatif kecil dibandingkan volume total gas.
Analisis Kualitatif Pilihan:
Gas | Massa Molar (g/mol) |
Sifat Molekul | Penyimpangan |
---|---|---|---|
H2 | 2,02 | Molekul kecil, nonpolar, gaya London lemah |
Minimal |
CO2 | 44,01 | Molekul sedang, sedikit polar, gaya antar molekul sedang |
Sedang |
SF6 | 146,06 | Molekul besar, nonpolar, gaya London kuat |
Besar |
Xe | 131,29 | Atom besar, nonpolar, gaya London cukup kuat |
Sedang |
- H2 Massa molar rendah, gaya antar molekul lemah, volume sangat mendekati 22,4 L
- CO2 Massa molar sedang, gaya antar molekul lebih kuat, volume lebih kecil dari 22,4 L
- SF6 Massa molar tinggi, gaya antar molekul kuat, volume jauh lebih kecil dari 22,4 L
- Xe Massa molar tinggi, gaya antar molekul cukup kuat, volume lebih kecil dari H2
Kesimpulan: H2 memiliki massa molar terkecil dan gaya antar molekul paling lemah, sehingga penyimpangannya dari perilaku gas ideal minimal. Volumenya paling mendekati 22,4 L pada STP.
Jawaban: H2
Soal #15.
Dua silinder baja identik pada suhu yang sama berisi massa yang sama dari CO(g) dan C2H2(g). Besaran mana yang akan lebih besar untuk silinder yang berisi C2H2?
I. Tekanan
II. Kecepatan molekuler rata-rata
- Hanya I
- Hanya II
- Keduanya I dan II
- Bukan I maupun II
Penyelesaian: Besaran yang Lebih Besar untuk C2H2
Langkah-langkah:
- Hitung massa molar CO dan C2H2 untuk menentukan jumlah mol.
- Bandingkan tekanan menggunakan hukum gas ideal: $P = \dfrac{nRT}{V}$.
- Bandingkan kecepatan molekuler rata-rata: $v_{\text{avg}} = \sqrt{\dfrac{8RT}{\pi M}}$.
Perhitungan Massa Molar:
I. Tekanan:
Tekanan C2H2 lebih besar karena jumlah mol lebih banyak.
II. Kecepatan Molekuler Rata-rata:
Kecepatan molekuler rata-rata C2H2 lebih besar karena massa molarnya lebih kecil.
Kesimpulan: Baik tekanan (I) maupun kecepatan molekuler rata-rata (II) lebih besar untuk C2H2.
Jawaban: C. Keduanya I dan II
Soal #16.
Titik kritis karbon dioksida adalah 31,0 °C dan 72,8 atm. Manakah yang paling menggambarkan komposisi sampel CO2 murni pada 29,0 °C dan 75 atm?
- Hanya gas CO2 yang ada
- Hanya cairan CO2 yang ada
- Campuran gas CO2 dan cairan CO2 ada
- Hanya CO2 superkritis yang ada
Penyelesaian: Komposisi CO2 pada 29,0 °C dan 75 atm
Langkah-langkah:
- Bandingkan suhu dan tekanan sampel (29,0 °C, 75 atm) dengan titik kritis CO2 (31,0 °C, 72,8 atm).
- Gunakan diagram fase CO2 untuk menentukan fase (gas, cair, campuran, atau superkritis).
Analisis Kondisi:
Kesimpulan: Pada 29,0 °C (di bawah suhu kritis) dan 75 atm (di atas tekanan kritis), CO2 berada dalam fase cair sepenuhnya, karena tekanan tinggi mendorongnya ke fase cair dan suhu belum cukup untuk menjadi superkritis.
Jawaban: B. Hanya cairan CO2 yang ada
Soal #17.
Titik didih normal etana (C2H6) adalah -88,5 °C, sedangkan titik didih normal fluorometana (CH3F) adalah -78,4 °C. Perbedaan jenis gaya antarmolekul mana yang paling bertanggung jawab untuk titik didih fluorometana yang lebih tinggi?
- Gaya dispersi London
- Interaksi dipol-dipol
- Interaksi ion-dipol
- Ikatan hidrogen
Penyelesaian: Gaya Antarmolekul untuk Titik Didih CH3F yang Lebih Tinggi
Langkah-langkah:
- Identifikasi sifat molekul C2H6 dan CH3F (polaritas, massa molar).
- Analisis gaya antarmolekul yang ada pada masing-masing senyawa.
- Tentukan gaya yang menyebabkan titik didih CH3F (-78,4 °C) lebih tinggi dari C2H6 (-88,5 °C).
Perhitungan Massa Molar:
Analisis Gaya Antarmolekul:
Senyawa | Polaritas | Gaya Antarmolekul | Titik Didih (°C) |
---|---|---|---|
C2H6 | Nonpolar | Gaya dispersi London | -88,5 |
CH3F | Polar | Gaya dispersi London, interaksi dipol-dipol |
-78,4 |
Kesimpulan: Interaksi dipol-dipol pada CH3F, yang tidak ada pada C2H6, adalah gaya antarmolekul yang paling bertanggung jawab atas titik didih CH3F yang lebih tinggi.
Jawaban: B. Interaksi dipol-dipol
Soal #18.
Logam kadmium mengkristal dalam struktur heksagonal terpadat. Berapa banyak atom tetangga terdekat yang dimiliki atom kadmium dalam struktur ini?
- 4
- 6
- 8
- 12
Penyelesaian: Jumlah Tetangga Terdekat Atom Kadmium dalam Struktur HCP
Langkah-langkah:
- Pahami struktur kristal heksagonal terpadat (HCP).
- Tentukan bilangan koordinasi (jumlah tetangga terdekat) dalam struktur HCP.
- Terapkan pada kadmium yang mengkristal dalam HCP.
Analisis Struktur HCP:
Kesimpulan: Dalam struktur heksagonal terpadat, setiap atom kadmium memiliki 12 atom tetangga terdekat.
Jawaban: 12
Soal #19.
Entalpi standar fusi 1,4-diklorobenzena adalah 18,2 kJ mol-1 dan entropi standar fusinya adalah 55,3 J mol-1 K-1. Berapa titik leleh 1,4-diklorobenzena?
- 37,1 °C
- 56,0 °C
- 101 °C
- 329 °C
Penyelesaian: Titik Leleh 1,4-Diklorobenzena
Langkah-langkah:
- Gunakan rumus $\Delta G = \Delta H - T \Delta S = 0$ pada titik leleh, sehingga $T = \dfrac{\Delta H}{\Delta S}$.
- Konversi $\Delta H_{\text{fus}}^\circ$ ke J/mol dan hitung suhu dalam Kelvin.
- Konversi suhu ke °C dan bulatkan sesuai angka signifikan.
Perhitungan:
Kesimpulan: Titik leleh 1,4-diklorobenzena adalah sekitar 56,0 °C.
Jawaban: 56,0 °C
Soal #20.
Berapakah ΔH°reaksi untuk reaksi fase gas etena dan fluorin berikut?
C2H4(g) + 6 F2(g) → 2 CF4(g) + 4 HF(g) ΔH°reaksi = ???
Zat | ΔH°f (kJ mol-1) |
---|---|
C2H4(g) | 52,4 |
CF4(g) | -679,0 |
HF(g) | -273,3 |
- -2503,6 kJ mol-1
- -1004,7 kJ mol-1
- 1004,7 kJ mol-1
- 2503,6 kJ mol-1
Penyelesaian: Entalpi Reaksi C2H4 + 6 F2 → 2 CF4 + 4 HF
Langkah-langkah:
- Gunakan hukum Hess: $\Delta H^\circ_{\text{reaksi}} = \sum (\text{koefisien} \times \Delta H^\circ_{\text{f, produk}}) - \sum (\text{koefisien} \times \Delta H^\circ_{\text{f, reaktan}})$.
- Hitung entalpi produk dan reaktan menggunakan data $\Delta H^\circ_{\text{f}}$.
- Tentukan $\Delta H^\circ_{\text{reaksi}}$.
Perhitungan:
Kesimpulan: Entalpi standar reaksi adalah -2503,6 kJ/mol.
Jawaban: A. -2503,6 kJ mol-1
Soal #21.
Reaksi mana yang spontan pada kondisi standar?
I. N2H4(l) → N2(g) + 2 H2(g) Kp = 1,4 × 1026
II. MgCO3(s) → MgO(s) + CO2(g) Kp = 7,0 × 10-9
- Hanya I
- Hanya II
- Keduanya I dan II
- Bukan I maupun II
Penyelesaian: Reaksi Spontan pada Kondisi Standar
Langkah-langkah:
- Gunakan hubungan $\Delta G^\circ = -RT \ln K_p$, di mana reaksi spontan jika $\Delta G^\circ < 0$ (atau $K_p > 1$).
- Analisis nilai $K_p$ untuk masing-masing reaksi.
Analisis Reaksi:
Kesimpulan: Hanya reaksi I spontan pada kondisi standar karena $K_p \gg 1$, sedangkan reaksi II tidak spontan karena $K_p \ll 1$.
Jawaban: A. Hanya I
Soal #22.
Galium padat meleleh pada 29,8 °C dengan entalpi fusi 5,59 kJ mol-1. Kapasitas panas galium padat adalah 26,1 J mol-1 K-1 dan kapasitas panas galium cair adalah 28,5 J mol-1 K-1. Jika massa yang sama dari galium padat pada 20,0 °C dan galium cair pada 60,0 °C dicampur dalam wadah terisolasi, berapa suhu setelah campuran mencapai kesetimbangan?
- 29,8 °C
- 40,0 °C
- 40,4 °C
- 40,9 °C
Penyelesaian: Suhu Kesetimbangan Galium
Langkah-langkah:
- Gunakan konservasi energi: Panas yang dilepaskan galium cair = panas yang diserap galium padat.
- Asumsikan suhu kesetimbangan pada titik leleh (29,8 °C) karena suhu awal berada di kedua sisi titik leleh.
- Hitung panas untuk perubahan suhu dan fase, lalu seimbangkan.
Data:
Perhitungan pada Tf = 29,8 °C:
Kesimpulan: Suhu kesetimbangan adalah 29,8 °C, karena panas yang dilepaskan galium cair menyeimbangkan pemanasan galium padat ke titik leleh dan melelehkan sebagian galium padat, menghasilkan campuran padat dan cair.
Jawaban: 29,8 °C
Soal #23.
Berapakah Ksp AgBr pada 298 K?
Spesi | ΔG°f (298 K, kJ mol-1) |
---|---|
Ag+(aq) | 77,1 |
Br-(aq) | -102,8 |
AgBr(s) | -96,9 |
- 3,3 × 10-13
- 3,1 × 10-14
- 1,0 × 10-17
- 3,2 × 10-22
Penyelesaian: Ksp AgBr pada 298 K
Reaksi: $\text{AgBr(s)} \rightleftharpoons \text{Ag}^+(\text{aq}) + \text{Br}^-(\text{aq})$
Langkah-langkah:
- Hitung $\Delta G^\circ$ reaksi menggunakan $\Delta G^\circ = \sum \Delta G^\circ_{\text{f, produk}} - \sum \Delta G^\circ_{\text{f, reaktan}}$.
- Gunakan $\Delta G^\circ = -RT \ln K_{\text{sp}}$ untuk menghitung $K_{\text{sp}}$.
Perhitungan:
Kesimpulan: Nilai $K_{\text{sp}}$ AgBr pada 298 K adalah sekitar $3,3 \times 10^{-13}$.
Jawaban: $3,3 \times 10^{-13}$
Soal #24.
Untuk reaksi kimia dalam kondisi setimbang, pernyataan mana yang harus benar?
I. ΔSreaksi > 0
II. ΔGreaksi = 0
- Hanya I
- Hanya II
- Keduanya I dan II
- Bukan I maupun II
Penyelesaian: Pernyataan yang Benar untuk Reaksi dalam Kondisi Setimbang
Langkah-langkah:
- Analisis pernyataan I: $\Delta S_{\text{reaksi}} > 0$ berdasarkan sifat entropi pada kesetimbangan.
- Analisis pernyataan II: $\Delta G_{\text{reaksi}} = 0$ berdasarkan sifat energi bebas Gibbs pada kesetimbangan.
Analisis:
Entropi reaksi tidak harus positif; bisa positif, negatif, atau nol tergantung reaksi.
Tidak ada syarat ΔSreaksi > 0 untuk kesetimbangan.
Pernyataan I: ΔGreaksi = 0
Pada kesetimbangan, Δ G = 0, karena tidak ada dorongan reaksi ke arah maju atau mundur.
Hubungan: Δ G° = -RT ln K, tetapi pada kesetimbangan, Δ G = 0
Kesimpulan: Hanya pernyataan II ($\Delta G_{\text{reaksi}} = 0$) yang harus benar untuk reaksi dalam kondisi setimbang. Pernyataan I ($\Delta S_{\text{reaksi}} > 0$) tidak selalu benar.
Jawaban: B. Hanya II
Tidak ada komentar:
Posting Komentar