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 #25.
Ketika ion iodat bereaksi dengan ion iodida dalam larutan asam, pernyataan mana tentang perubahan konsentrasi yang benar?
IO3-(aq) + 8 I-(aq) + 6 H+(aq) → 3 I3-(aq) + 3 H2O(l)
- 8 Δ[I-]/Δt = 3 Δ[I3-]/Δt
- 8 Δ[I-]/Δt = -3 Δ[I3-]/Δt
- 3 Δ[I-]/Δt = 8 Δ[I3-]/Δt
- 3 Δ[I-]/Δt = -8 Δ[I3-]/Δt
Penyelesaian: Laju Perubahan Konsentrasi untuk Reaksi Iodat dan Iodida
Reaksi: $\text{IO}_3^-(\text{aq}) + 8 \text{I}^-(\text{aq}) + 6 \text{H}^+(\text{aq}) \rightarrow 3 \text{I}_3^-(\text{aq}) + 3 \text{H}_2\text{O}(\text{l})$
Langkah-langkah:
- Tentukan hubungan laju perubahan konsentrasi berdasarkan koefisien stoikiometri.
- Gunakan persamaan laju: $-\dfrac{1}{a} \dfrac{\Delta[\text{reaktan}]}{\Delta t} = \dfrac{1}{b} \dfrac{\Delta[\text{produk}]}{\Delta t}$.
- Bandingkan $\Delta[\text{I}^-]/\Delta t$ dan $\Delta[\text{I}_3^-]/\Delta t$ dengan opsi.
Perhitungan:
Kesimpulan: Hubungan laju perubahan konsentrasi yang benar adalah $3 \dfrac{\Delta[\text{I}^-]}{\Delta t} = -8 \dfrac{\Delta[\text{I}_3^-]}{\Delta t}$, sesuai dengan koefisien stoikiometri reaksi.
Soal #26.
Untuk reaksi irreversible antara CO(g) dan Cl2(g) membentuk COCl2(g), hukum lajunya adalah Laju = k[CO][Cl2]. Dalam eksperimen dimana jumlah ekuimolar CO(g) dan Cl2(g) direaksikan, manakah yang akan berubah linear terhadap waktu reaksi?
- ln([CO])
- ln([COCl2])
- 1/[CO]
- 1/[COCl2]
Penyelesaian: Besaran yang Berubah Linear terhadap Waktu Reaksi
Reaksi: $\text{CO(g)} + \text{Cl}_2(\text{g}) \rightarrow \text{COCl}_2(\text{g})$
Hukum laju: $\text{Laju} = k[\text{CO}][\text{Cl}_2]$
Langkah-langkah:
- Karena ekuimolar, asumsikan $[\text{CO}] = [\text{Cl}_2] = a - x$, sehingga laju menjadi $\text{Laju} = k[\text{CO}]^2$.
- Integrasikan hukum laju orde dua untuk menentukan besaran yang linear terhadap waktu.
- Bandingkan dengan opsi yang diberikan.
Perhitungan:
Kesimpulan: Untuk reaksi orde dua dengan $[\text{CO}] = [\text{Cl}_2]$, besaran $\dfrac{1}{[\text{CO}]}$ berubah secara linear terhadap waktu reaksi.
Jawaban: C. $\dfrac{1}{[\text{CO}]}$
Soal #27.
Sampel mengandung radium-226 diukur tahun 1925 memiliki aktivitas 3,74 × 106 disintegrasi per detik. Sampel yang sama, diukur kembali tahun 2025, memiliki aktivitas 3,58 × 106 disintegrasi per detik. Berapa waktu paruh 226Ra?
- 620 tahun
- 1200 tahun
- 1600 tahun
- 2300 tahun
Penyelesaian: Waktu Paruh 226Ra
Langkah-langkah:
- Gunakan hukum peluruhan radioaktif: $A = A_0 e^{-\lambda t}$.
- Hitung konstanta peluruhan $\lambda$ dari rasio aktivitas.
- Hitung waktu paruh: $T_{1/2} = \dfrac{\ln 2}{\lambda}$.
Perhitungan:
Kesimpulan:Jawaban yang paling mendekati waktu paruh 226Ra adalah sekitar 1600 tahun.
Penyelesaian: Energi Aktivasi Reaksi
Kurva: $y = 19,471 - 4253,9x$, di mana $y = \ln(k)$, $x = \dfrac{1}{T}$.
Langkah-langkah:
- Gunakan persamaan Arrhenius: $\ln(k) = \ln(A) - \dfrac{E_a}{R} \cdot \dfrac{1}{T}$.
- Identifikasi gradien $m = -\dfrac{E_a}{R}$ dari kurva.
- Hitung $E_a = -m \cdot R$ dengan $R = 8,314 \, \text{J/mol.K}$.
Perhitungan:
Kesimpulan: Energi aktivasi reaksi adalah 35,4 kJ/mol, sesuai dengan reaksi penambahan piridin ke senyawa iridium yang memiliki mekanisme asosiatif tipikal.
Jawaban: C. 35,4 kJ mol-1
Soal #29.
Siklopropana diusulkan untuk berisomerisasi menjadi propena melalui radikal bebas sebagai berikut. Reaksi keseluruhan diamati mengikuti hukum laju Laju = k[siklo-C3H6]. Jika k2 jauh lebih kecil dari k-1, berapa nilai k dalam bentuk k1, k-1, dan k2?
- k1
- k1/k-1
- k1k2
- k1k2/k-1
Penyelesaian: Nilai \(k\) dalam Bentuk \(k_1\), \(k_{-1}\), dan \(k_2\)
Reaksi: $\text{siklo-C}_3\text{H}_6 \xrightarrow{k_1} \cdot\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\cdot \xrightarrow{k_2} \text{CH}_3\text{CH}=\text{CH}_2$, dengan $\text{Laju} = k[\text{siklo-C}_3\text{H}_6]$ dan $k_2 \ll k_{-1}$.
Langkah-langkah:
- Identifikasi mekanisme radikal bebas dengan keseimbangan parsial.
- Hubungkan laju dengan konstanta \(k_1\), \(k_{-1}\), dan \(k_2\).
Perhitungan:
Kesimpulan: Nilai \(k\) dalam bentuk \(k_1\), \(k_{-1}\), dan \(k_2\) adalah $\dfrac{k_1 k_2}{k_{-1}}$.
Jawaban: D. $\dfrac{k_1 k_2}{k_{-1}}$
Penyelesaian: Grafik Perubahan Konsentrasi MnO4- terhadap Waktu
Reaksi: $2\text{MnO}_4^- + 5\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 + 6\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Mn}^{2+} + 10\text{CO}_2 + 8\text{H}_2\text{O}$, bersifat autokatalitik dengan $\text{Mn}^{2+}$ sebagai katalis.
Langkah-langkah:
- Identifikasi perilaku autokatalitik: laju awal lambat, meningkat dengan $\text{Mn}^{2+}$, lalu melambat.
- Deskripsikan grafik konsentrasi $\text{MnO}_4^-$ vs waktu.
Analisis:
Kesimpulan: Grafik yang paling tepat A.
Soal #31.
Pernyataan mana yang harus benar pada kesetimbangan?
I. Konstanta laju untuk reaksi maju dan balik sama.
II. Laju reaksi maju dan balik sama.
- Hanya I
- Hanya II
- Keduanya I dan II
- Bukan I maupun II
Penyelesaian: Pernyataan yang Harus Benar pada Kesetimbangan
Langkah-langkah:
- Analisis pernyataan I: Konstanta laju reaksi maju dan balik sama.
- Analisis pernyataan II: Laju reaksi maju dan balik sama.
Perhitungan:
Kesimpulan: Hanya pernyataan II yang harus benar pada kesetimbangan.
Jawaban: B. Hanya II
Soal #32.
Apa ekspresi konstanta kesetimbangan untuk reaksi berikut?
AgCl(s) + 2 NH3(aq) ⇌ Ag(NH3)2+(aq) + Cl-(aq)
- $K_{\text{eq}} = \dfrac{[\text{AgCl}][\text{NH}_3]}{[\text{Ag(NH}_3\text{)}_2^+][\text{Cl}^-]}$
- $K_{\text{eq}} = \dfrac{[\text{AgCl}][\text{NH}_3]^2}{[\text{Ag(NH}_3\text{)}_2^+][\text{Cl}^-]}$
- $K_{\text{eq}} = \dfrac{[\text{Ag(NH}_3\text{)}_2^+][\text{Cl}^-]}{[\text{AgCl}][\text{NH}_3]^2}$
- $\color{red}{K_{\text{eq}} = \dfrac{[\text{Ag(NH}_3\text{)}_2^+][\text{Cl}^-]}{[\text{NH}_3]^2}}$
Penyelesaian: Ekspresi Konstanta Kesetimbangan
Reaksi: $\text{AgCl(s)} + 2 \text{NH}_3(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{Ag(NH}_3)_2^+(\text{aq}) + \text{Cl}^-(\text{aq})$
Langkah-langkah:
- Identifikasi spesies yang termasuk dalam ekspresi $K$ (hanya fase larutan, bukan padat).
- Buat ekspresi berdasarkan koefisien stoikiometri.
Perhitungan:
Kesimpulan: Ekspresi konstanta kesetimbangan adalah $\dfrac{[\text{Ag(NH}_3)_2^+][\text{Cl}^-]}{[\text{NH}_3]^2}$.
Jawaban: $\dfrac{[\text{Ag(NH}_3)_2^+][\text{Cl}^-]}{[\text{NH}_3]^2}$
Soal #33. Asam fosfat memiliki nilai pKa yaitu pKa1 = 2,15, pKa2 = 7,20, dan pKa3 = 12,35. Spesi mana yang paling melimpah pada pH = 11,5?
- H3PO4
- H2PO4-
- HPO42-
- PO43-
Penyelesaian: Spesi yang Paling Melimpah pada pH 11,5
Nilai p\(K_a\): p\(K_{a1} = 2,15\), p\(K_{a2} = 7,20\), p\(K_{a3} = 12,35\). pH = 11,5.
Langkah-langkah:
- Bandingkan pH dengan p\(K_a\) untuk menentukan rentang dominasi spesi.
- Gunakan pendekatan Henderson-Hasselbalch untuk konfirmasi.
Perhitungan:
Kesimpulan: Spesi yang paling melimpah pada pH 11,5 adalah $\text{HPO}_4^{2-}$.
Jawaban: C. $\text{HPO}_4^{2-}$
Soal #34.
Suatu buffer dibuat dengan mencampurkan 0,900 mol Na[CH3CO2] dan 0,500 mol HCl dalam air secukupnya untuk membuat 2,50 L larutan. Berapa pH larutan ini? pKa CH3COOH adalah 4,75.
- 4,49
- 4,65
- 4,85
- 5,01
Penyelesaian: pH Larutan Buffer
Komposisi: 0,900 mol $\text{Na[CH}_3\text{CO}_2]$, 0,500 mol $\text{HCl}$, volume 2,50 L, p$K_a = 4,75$.
Langkah-langkah:
- Hitung mol tersisa setelah reaksi $\text{HCl}$ dengan $\text{CH}_3\text{CO}_2^-$.
- Hitung konsentrasi $\text{CH}_3\text{CO}_2^-$ dan $\text{CH}_3\text{COOH}$.
- Gunakan persamaan Henderson-Hasselbalch.
Perhitungan:
Kesimpulan: pH larutan buffer ini adalah 4,65.
Jawaban: 4,65
Soal #35.
Sebuah wadah tertutup dengan volume 1,00 L berisi campuran kesetimbangan N2O4(g) dan NO2(g) pada suhu tertentu. Besaran mana yang akan meningkat jika volume wadah dinaikkan menjadi 2,00 L sementara suhu dijaga tetap?
I. Jumlah mol NO2(g)
II. Tekanan parsial NO2(g)
- Hanya I
- Hanya II
- Keduanya I dan II
- Bukan I maupun II
Penyelesaian: Besaran yang Meningkat saat Volume Dinaikkan
Reaksi: $\text{N}_2\text{O}_4(\text{g}) \rightleftharpoons 2 \text{NO}_2(\text{g})$, volume dari 1,00 L menjadi 2,00 L, suhu tetap.
Langkah-langkah:
- Analisis efek perubahan volume berdasarkan prinsip Le Chatelier.
- Evaluasi perubahan jumlah mol dan tekanan parsial.
Perhitungan:
Kesimpulan: Hanya jumlah mol $\text{NO}_2(\text{g})$ yang akan meningkat.
Jawaban: A. Hanya I
Soal #36.
Suatu larutan mengandung 0,05 M untuk masing-masing anion fluorida (F-), karbonat (CO32-), dan fosfat (PO43-). Ketika ion kalsium ditambahkan perlahan ke larutan ini, dalam urutan apa padatan akan mengendap? Nilai Ksp adalah: CaF2, 3,9 × 10-11; CaCO3, 3,8 × 10-9; Ca3(PO4)2, 1,0 × 10-25.
- Pertama CaF2, lalu CaCO3, kemudian Ca3(PO4)2
- Pertama CaF2, lalu Ca3(PO4)2, kemudian CaCO3
- Pertama Ca3(PO4)2, lalu CaF2, kemudian CaCO3
- Pertama Ca3(PO4)2, lalu CaCO3, kemudian CaF2
Penyelesaian: Urutan Pengendapan Padatan
Larutan: $[\text{F}^-] = [\text{CO}_3^{2-}] = [\text{PO}_4^{3-}] = 0,05 \, \text{M}$. Nilai $K_{sp}$: $\text{CaF}_2 = 3,9 \times 10^{-11}$, $\text{CaCO}_3 = 3,8 \times 10^{-9}$, $\text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 = 1,0 \times 10^{-25}$.
Langkah-langkah:
- Hitung $[\text{Ca}^{2+}]$ minimum untuk memulai pengendapan berdasarkan $K_{sp}$.
- Bandinkan urutan berdasarkan konsentrasi $\text{Ca}^{2+}$ terendah.
Perhitungan:
Kesimpulan: Urutan pengendapan adalah $\text{CaF}_2$, lalu $\text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2$, kemudian $\text{CaCO}_3$ berdasarkan $[\text{Ca}^{2+}]$ minimum yang diperlukan.
Jawaban: B. Pertama $\text{CaF}_2$, lalu $\text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2$, kemudian $\text{CaCO}_3$
Tidak ada komentar:
Posting Komentar