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 #37.
Berapa bilangan oksidasi rata-rata besi dalam halotrikit, FeAl2(SO4)4·22H2O?
- 0
- +2
- +2,5
- +3
Penyelesaian: Bilangan Oksidasi Rata-rata Besi
Rumus: $\text{FeAl}_2(\text{SO}_4)_4 \cdot 22\text{H}_2\text{O}$.
Langkah-langkah:
- Tetapkan bilangan oksidasi unsur yang diketahui.
- Hitung bilangan oksidasi $\text{Fe}$ berdasarkan muatan netral senyawa.
Perhitungan:
Kesimpulan: Bilangan oksidasi rata-rata besi dalam halotrikit adalah +2.
Jawaban: +2
Soal #38.
Reaksi setengah mana yang terjadi di anoda selama elektrolisis natrium iodida dalam air?
- Na+(aq) + e- → Na(s)
- 2 H2O(l) + 2 e- → H2(g) + 2 OH-(aq)
- 2 I-(aq) → I2(s) + 2 e-
- 2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e-
Penyelesaian: Reaksi Setengah di Anode
Elektrolisis $\text{NaI}$ dalam air.
Langkah-langkah:
- Identifikasi reaksi oksidasi di anode berdasarkan potensial reduksi.
- Bandingkan oksidasi $\text{I}^-$ dan $\text{H}_2\text{O}$.
Perhitungan:
Kesimpulan: Reaksi setengah yang terjadi di anode adalah $2\text{I}^-(\text{aq}) \rightarrow \text{I}_2(\text{s}) + 2\text{e}^-$.
Jawaban: C. $2 \text{I}^-(\text{aq}) \rightarrow \text{I}_2(\text{s}) + 2 \text{e}^-$
Soal #39.
Dalam sel elektrokimia, terjadi reaksi berikut. Perubahan mana yang akan menurunkan potensial sel?
Fe2+(aq) + Ag+(aq) → Fe3+(aq) + Ag(s)
I. Menurunkan konsentrasi Fe2+(aq)
II. Meningkatkan ukuran elektroda perak
- Hanya I
- Hanya II
- Keduanya I dan II
- Bukan I maupun II
Penyelesaian
Potensial sel ($E_{\text{sel}}$) dapat dihitung menggunakan persamaan Nernst:
$$\begin{aligned} E_{\text{sel}} &= E^\circ_{\text{sel}} - \frac{RT}{nF} \ln Q \\ &= E^\circ_{\text{sel}} - \frac{0.0257}{n} \ln Q \quad \text{(pada 298 K)} \end{aligned}$$Untuk reaksi:
$$\begin{aligned} \text{Fe}^{2+} + \text{Ag}^+ &\rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{Ag} \\ Q &= \frac{[\text{Fe}^{3+}]}{[\text{Fe}^{2+}][\text{Ag}^+]} \end{aligned}$$Analisis Opsi I:
Menurunkan $[\text{Fe}^{2+}]$ akan meningkatkan nilai $Q$ karena $Q$ berbanding terbalik dengan $[\text{Fe}^{2+}]$. Jika $Q$ meningkat, $\ln Q$ juga meningkat, sehingga potensial sel ($E_{\text{sel}}$) menurun.
Analisis Opsi II:
Meningkatkan ukuran elektroda perak tidak memengaruhi konsentrasi $\text{Ag}^+$ atau $\text{Ag}(\text{s})$ karena $\text{Ag}(\text{s})$ adalah fase murni (aktivitas = 1). Dengan demikian, tidak ada perubahan pada $Q$ atau $E_{\text{sel}}$.
Kesimpulan
Hanya perubahan I (menurunkan $[\text{Fe}^{2+}]$) yang menurunkan potensial sel. Jadi, jawaban yang benar adalah:
A. Hanya I
Soal #40.
Sebanyak 180 mL larutan yang mengandung 0,024 M AgNO3 dan Cu(NO3)2 dielektrolisis dengan arus 0,70 A selama 350 s. Apa yang mengendap di katoda?
- Hanya Ag
- Hanya Cu
- 2,5 × 10-3 mol Ag dan sedikit Cu
- 2,5 × 10-3 mol Cu dan sedikit Ag
Penyelesaian Soal #40
Diketahui:
- Volume larutan = 180 mL = 0,180 L
- Konsentrasi $\text{AgNO}_3$ = 0,024 M
- Konsentrasi $\text{Cu(NO}_3\text{)}_2$ = 0,024 M (asumsi, karena tidak disebutkan berbeda)
- Arus ($I$) = 0,70 A
- Waktu ($t$) = 350 s
1. Hitung jumlah muatan yang dialirkan:
$$\begin{aligned} Q &= I \times t \\ &= 0,70 \text{ A} \times 350 \text{ s} \\ &= 245 \text{ C} \end{aligned}$$2. Hitung mol elektron yang terlibat:
$$\begin{aligned} n_e &= \frac{Q}{F} \\ &= \frac{245 \text{ C}}{96485 \text{ C/mol}} \\ &\approx 0,00254 \text{ mol} \end{aligned}$$3. Analisis reaksi reduksi di katoda:
Spesi yang dapat tereduksi di katoda adalah $\text{Ag}^+$ dan $\text{Cu}^{2+}$.
- $\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag}$ (1 mol $e^-$ untuk 1 mol $\text{Ag}$)
- $\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}$ (2 mol $e^-$ untuk 1 mol $\text{Cu}$)
4. Hitung mol $\text{Ag}^+$ dan $\text{Cu}^{2+}$ dalam larutan:
$$\begin{aligned} n_{\text{Ag}^+} &= 0,024 \text{ M} \times 0,180 \text{ L} = 0,00432 \text{ mol} \\ n_{\text{Cu}^{2+}} &= 0,024 \text{ M} \times 0,180 \text{ L} = 0,00432 \text{ mol} \end{aligned}$$5. Bandingkan kebutuhan elektron:
- Untuk mengendapkan semua $\text{Ag}^+$: butuh $0,00432 \text{ mol } e^-$
- Untuk mengendapkan semua $\text{Cu}^{2+}$: butuh $2 \times 0,00432 = 0,00864 \text{ mol } e^-$
6. Kesimpulan:
Karena elektron yang tersedia ($0,00254 \text{ mol}$) lebih sedikit daripada yang dibutuhkan untuk mengendapkan semua $\text{Ag}^+$ ($0,00432 \text{ mol}$), maka hanya $\text{Ag}$ yang mengendap di katoda.
Jawaban: Hanya $\text{Ag}$ yang mengendap di katoda.
Soal #41.
Berapa potensial standar sel bahan bakar dimana metanol teroksidasi menjadi karbon dioksida dan oksigen tereduksi menjadi air?
| Reaksi setengah | E° (V) |
|---|---|
| CO2(g) + 6 H+(aq) + 6 e- → CH3OH(l) + H2O(l) | -0,02 |
| O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e- → 2 H2O(l) | 1,23 |
- 0,30 V
- 0,31 V
- 1,21 V
- 1,25 V
Penyelesaian Soal #41
1. Tulis reaksi oksidasi metanol:
Kita perlu membalik reaksi pertama karena metanol teroksidasi:
$$\begin{aligned} \text{CH}_3\text{OH}(\text{l}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \rightarrow \text{CO}_2(\text{g}) + 6 \text{H}^+(\text{aq}) + 6 \text{e}^- \\ E^\circ_{\text{oks}} = +0,02 \text{ V} \quad (\text{kebalikan tanda}) \end{aligned}$$2. Tulis reaksi reduksi oksigen:
Reaksi kedua tetap karena oksigen tereduksi:
$$\begin{aligned} \text{O}_2(\text{g}) + 4 \text{H}^+(\text{aq}) + 4 \text{e}^- \rightarrow 2 \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \\ E^\circ_{\text{red}} = +1,23 \text{ V} \end{aligned}$$3. Samakan jumlah elektron:
Kalikan reaksi oksidasi dengan 2 dan reaksi reduksi dengan 3 untuk menyamakan jumlah elektron (12 e-):
$$\begin{aligned} 2 \text{CH}_3\text{OH} + 2 \text{H}_2\text{O} &\rightarrow 2 \text{CO}_2 + 12 \text{H}^+ + 12 \text{e}^- \\ 3 \text{O}_2 + 12 \text{H}^+ + 12 \text{e}^- &\rightarrow 6 \text{H}_2\text{O} \\ \hline 2 \text{CH}_3\text{OH} + 3 \text{O}_2 &\rightarrow 2 \text{CO}_2 + 4 \text{H}_2\text{O} \end{aligned}$$4. Hitung potensial sel standar:
$$\begin{aligned} E^\circ_{\text{sel}} &= E^\circ_{\text{red}} - E^\circ_{\text{oks}} \\ &= 1,23 \text{ V} - (-0,02 \text{ V}) \\ &= 1,25 \text{ V} \end{aligned}$$Jawaban: Potensial standar sel bahan bakar tersebut adalah 1,25 V.
Soal #42.
Potensial setengah sel pada 298 K untuk reduksi suatu oksoanion menjadi lebih negatif sebesar 0,118 V untuk setiap kenaikan 1 satuan pH. Berapa banyak proton dan elektron yang terlibat dalam reaksi setengah ini?
- 1 proton, 1 elektron
- 1 proton, 2 elektron
- 2 proton, 1 elektron
- 3 proton, 2 elektron
Penyelesaian Soal #42
Diketahui:
- Sensitivitas pH: $\frac{dE}{d(\text{pH})} = -0,118 \text{ V}$
- Suhu: 298 K
1. Hubungan antara potensial dan pH:
Untuk reaksi reduksi yang melibatkan $\text{H}^+$, potensial setengah sel mengikuti persamaan:
$$\begin{aligned} E &= E^\circ - \frac{0,0591}{n} \log \left( \frac{1}{[\text{H}^+]^m} \right) \\ &= E^\circ + \frac{0,0591 \times m}{n} \text{pH} \end{aligned}$$2. Turunan terhadap pH:
$\begin{aligned} \frac{dE}{d(\text{pH})} &= \frac{0,0591 \times m}{n} \end{aligned}$3. Substitusi nilai yang diketahui:
$\begin{aligned} -0,118 &= \frac{0,0591 \times m}{n} \end{aligned}$4. Menentukan rasio m/n:
$\begin{aligned} \frac{m}{n} &= \frac{-0,118}{0,0591} \\ &= -2 \end{aligned}$5. Interpretasi hasil:
Tanda negatif menunjukkan bahwa proton ($\text{H}^+$) berada di sisi produk (reaksi oksidasi). Untuk reaksi reduksi, kita ambil nilai absolut:
$\begin{aligned} \left| \frac{m}{n} \right| = 2 \quad \Rightarrow \quad \frac{m}{n} = 2 \end{aligned}$Artinya, rasio proton terhadap elektron adalah 2:1. Contoh bilangan bulat terkecil yang memenuhi:
- Jumlah proton ($m$) = 2
- Jumlah elektron ($n$) = 1
Jawaban: Reaksi setengah sel tersebut melibatkan 2 proton dan 1 elektron.
Soal #43.
Atom mana yang memiliki energi ionisasi pertama terkecil?
- Mg
- Al
- Si
- P
Penyelesaian Soal #43
Energi ionisasi pertama adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron terluar dari suatu atom dalam keadaan gas. Kita akan menganalisis unsur-unsur pada periode yang sama (periode 3):
| Unsur | Konfigurasi Elektron | Keterangan |
|---|---|---|
| Mg (Magnesium) | [Ne] 3s2 | Elektron valensi pada orbital s yang stabil |
| Al (Aluminium) | [Ne] 3s2 3p1 | Elektron p tunggal lebih mudah dilepas |
| Si (Silikon) | [Ne] 3s2 3p2 | Elektron p berpasangan, lebih stabil |
| P (Fosfor) | [Ne] 3s2 3p3 | Konfigurasi setengah penuh yang stabil |
Analisis Tren:
- Mg: Memiliki konfigurasi penuh pada orbital 3s, membutuhkan energi relatif tinggi untuk melepaskan elektron.
- Al: Memiliki 1 elektron tunggal pada orbital 3p yang lebih mudah dilepas karena:
- Efek perisai dari elektron 3s
- Orbital p lebih terluar daripada orbital s
- Si: Elektron p mulai berpasangan, meningkatkan energi ionisasi.
- P: Konfigurasi setengah penuh yang stabil membuat energi ionisasi lebih tinggi.
Pengecualian Tren Periodik:
Walaupun secara umum energi ionisasi meningkat dari kiri ke kanan dalam periode, terdapat pengecualian antara golongan IIA (Mg) dan IIIA (Al) karena perbedaan jenis orbital valensi (s vs p).
Jawaban: Al (Aluminium) memiliki energi ionisasi pertama terkecil.
Soal #44.
Berapa banyak elektron dalam atom uranium (U) keadaan dasar yang memiliki bilangan kuantum utama n = 4?
- 4
- 16
- 18
- 32
Penyelesaian Soal #44
Untuk menentukan jumlah elektron dengan bilangan kuantum utama n = 4 dalam atom uranium (U) keadaan dasar:
1. Konfigurasi Elektron Uranium (Z = 92):
Konfigurasi elektron lengkap uranium:
$$\text{1s}^2 \text{2s}^2 \text{2p}^6 \text{3s}^2 \text{3p}^6 \text{3d}^{10} \text{4s}^2 \text{4p}^6 \text{4d}^{10} \text{4f}^{14} \text{5s}^2 \text{5p}^6 \text{5d}^{10} \text{6s}^2 \text{6p}^6 \text{6d}^1 \text{5f}^3 \text{7s}^2$$2. Elektron dengan n = 4:
Subkulit dengan n = 4:
- 4s (2 elektron)
- 4p (6 elektron)
- 4d (10 elektron)
- 4f (14 elektron)
3. Perhitungan Total:
$$\begin{aligned} \text{Total elektron n=4} &= 2 (\text{4s}) + 6 (\text{4p}) + 10 (\text{4d}) + 14 (\text{4f}) \\ &= 32 \text{ elektron} \end{aligned}$$4. Verifikasi:
Jumlah maksimum elektron untuk n=4 menurut rumus $2n^2$:
$\begin{aligned} 2 \times 4^2 = 32 \text{ elektron} \end{aligned}$Konfigurasi uranium menunjukkan semua orbital n=4 terisi penuh.
Jawaban: Terdapat 32 elektron dengan bilangan kuantum utama n = 4 dalam atom uranium keadaan dasar.
Soal #45.
Sifat foton mana yang berbanding lurus dengan frekuensinya?
- Energi
- Momentum
- Kecepatan
- Panjang gelombang
Penyelesaian Soal #45
Hubungan sifat-sifat foton dengan frekuensi (ν):
| Sifat Foton | Persamaan | Hubungan dengan Frekuensi |
|---|---|---|
| Energi (E) | E = hν | Berbanding lurus (h = konstanta Planck) |
| Momentum (p) | p = h/λ = hν/c | Berbanding lurus (c = kecepatan cahaya) |
| Kecepatan | c = λν | Konstan (c ≈ 3×108 m/s) |
| Panjang gelombang (λ) | λ = c/ν | Berbanding terbalik |
Analisis Opsi:
- Energi - Benar (E ∝ ν)
- Momentum - Benar (p ∝ ν)
- Kecepatan - Salah (konstan)
- Panjang gelombang - Salah (berbanding terbalik)
Catatan Khusus:
Meskipun momentum juga berbanding lurus dengan frekuensi, pertanyaan biasanya mengacu pada hubungan yang paling fundamental (energi). Dalam konteks soal pilihan ganda dengan satu jawaban benar, energi adalah jawaban utama yang diharapkan.
Jawaban: A. Energi (dan secara teknis B juga benar, tetapi dalam konteks soal ini A lebih tepat)
Soal #46.
Spektroskopi fotoelektron dari Ar memberikan informasi tentang sifat apa dari Ar?
I. Energi ionisasi
II. Struktur subkulit elektron
- Hanya I
- Hanya II
- Keduanya I dan II
- Bukan I maupun II
Penyelesaian Soal #46
Spektroskopi fotoelektron (PES) adalah teknik yang mengukur energi elektron yang dilepaskan ketika foton dengan energi tertentu menumbuk atom.
Analisis Informasi yang Didapat:
| Informasi | Penjelasan | Contoh Data Argon |
|---|---|---|
| I. Energi Ionisasi | PES secara langsung mengukur energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari orbital tertentu (energi ionisasi parsial) | Puncak spektrum menunjukkan energi ionisasi untuk masing-masing subkulit (3p, 3s, 2p, dll.) |
| II. Struktur Subkulit Elektron | Posisi puncak menunjukkan subkulit elektron, dan intensitas puncak menunjukkan jumlah elektron dalam subkulit tersebut | Pola puncak mengungkap konfigurasi elektron [Ne]3s23p6 |
Bukti Eksperimen untuk Argon:
Spektrum PES argon menunjukkan:
- Puncak pada ~15.8 eV (elektron 3p)
- Puncak pada ~29.2 eV (elektron 3s)
- Puncak pada ~248 eV (elektron 2p)
Data ini membuktikan bahwa PES memberikan informasi tentang:
- Energi ionisasi masing-masing subkulit (I benar)
- Struktur subkulit dan konfigurasi elektron (II benar)
Kesimpulan:
Spektroskopi fotoelektron dari Ar memberikan informasi tentang kedua sifat tersebut.
Jawaban: C. Keduanya I dan II
Soal #47.
Pernyataan mana tentang fluorin yang benar?
I. Memiliki keelektronegatifan tertinggi dibanding semua unsur.
II. Afinitas elektronnya memiliki magnitudo terbesar dibanding semua unsur.
- Hanya I
- Hanya II
- Keduanya I dan II
- Bukan I maupun II
Penyelesaian Soal #47
Mari kita analisis kedua pernyataan tentang fluorin (F):
| Pernyataan | Analisis | Kebenaran |
|---|---|---|
| I. Keelektronegatifan tertinggi |
| Benar |
| II. Afinitas elektron terbesar |
| Salah |
Penjelasan Tambahan:
1. Keelektronegatifan fluorin: - Nilai 4.0 dalam skala Pauling adalah yang tertinggi - Disebabkan oleh: * Jari-jari atom kecil * Muatan inti efektif besar * Kebutuhan 1 elektron untuk mencapai konfigurasi oktet
2. Afinitas elektron: - Klorin lebih besar karena: * Orbital 3p lebih besar sehingga tolakan elektron tambahan berkurang * Fluorin memiliki tolakan elektron lebih besar dalam orbital 2p yang kecil
Jawaban: A. Hanya I (Pernyataan I benar, II salah)
Soal #48.
Torium-232 meluruh dengan emisi pertama partikel alfa, kemudian partikel beta, kemudian partikel beta kedua, dan kemudian partikel alfa kedua. Apa nuklida anak setelah peluruhan keempat?
- 228Th
- 228Ac
- 224Ra
- 224Rn
Penyelesaian Soal #48
Kita akan melacak rangkaian peluruhan Torium-232 (Th-232) melalui empat tahap:
| Tahap | Jenis Peluruhan | Perubahan | Nuklida Hasil |
|---|---|---|---|
| 1 | Peluruhan α | $\begin{aligned} &Z: 90 \rightarrow 88 \\ &A: 232 \rightarrow 228 \end{aligned}$ | Ra-228 (Radium) |
| 2 | Peluruhan β⁻ | $\begin{aligned} &Z: 88 \rightarrow 89 \\ &A: 228 \text{ (tetap)} \end{aligned}$ | Ac-228 (Aktinium) |
| 3 | Peluruhan β⁻ | $\begin{aligned} &Z: 89 \rightarrow 90 \\ &A: 228 \text{ (tetap)} \end{aligned}$ | Th-228 (Torium) |
| 4 | Peluruhan α | $\begin{aligned} &Z: 90 \rightarrow 88 \\ &A: 228 \rightarrow 224 \end{aligned}$ | Ra-224 (Radium) |
Rincian Perhitungan:
- Peluruhan α pertama: $\begin{aligned} ^{232}_{90}\text{Th} \rightarrow ^{228}_{88}\text{Ra} + ^4_2\alpha \end{aligned}$
- Peluruhan β⁻ pertama: $\begin{aligned} ^{228}_{88}\text{Ra} \rightarrow ^{228}_{89}\text{Ac} + ^0_{-1}\beta^- + \bar{\nu}_e \end{aligned}$
- Peluruhan β⁻ kedua: $\begin{aligned} ^{228}_{89}\text{Ac} \rightarrow ^{228}_{90}\text{Th} + ^0_{-1}\beta^- + \bar{\nu}_e \end{aligned}$
- Peluruhan α kedua: $\begin{aligned} ^{228}_{90}\text{Th} \rightarrow ^{224}_{88}\text{Ra} + ^4_2\alpha \end{aligned}$
Diagram Rantai Peluruhan:
Th-232 →(α) Ra-228 →(β⁻) Ac-228 →(β⁻) Th-228 →(α) Ra-224
Jawaban: Nuklida anak setelah peluruhan keempat adalah Radium-224 (Ra-224).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar