Pembahasan Soal OSN Kab/Kota 2025 (Khusus Soal tentang Reaksi Redoks dan Sel Elektrokimia)

Berikut pembahasan soal-soal OSN Kimia tingkat kabupaten/kota tahun 2025. Pada postingan ini disajikan khusus soal-soal tentang reaksi redoks dan sel elektrokimia. Soal tentang bahasan ini berjumlah 5 item soal.

Soal OSN Kab/Kota tentang Reaksi Redoks & Sel Elektrokimia-1

Sel elektrolisis terdiri dua elektroda tembaga yang dicelupkan dalam larutan tembaga (II) sulfat. Jika arus 0,35 A dialirkan melalui sel tersebut selama 1300 detik, manakah di antara pernyataan berikut yang benar?

Massa anode bertambah 0,15 g
Massa anode bertambah 0,30 g
Massa anode berkurang 0,15 g
Massa anode berkurang 0,30 g
Massa anode tetap

Pembahasan Soal Elektrolisis

Untuk menjawab soal ini, kita perlu menghitung massa tembaga yang bereaksi pada elektroda (anode dan katode) selama proses elektrolisis, lalu menentukan perubahan massa pada anode berdasarkan opsi yang diberikan.

Langkah-langkah Penyelesaian

Reaksi Elektrolisis

Dalam larutan tembaga (II) sulfat (CuSO₄), ion tembaga (Cu²⁺) akan bereaksi.

Pada katode (reduksi): $ Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu $ (tembaga mengendap, massa katode bertambah).
Pada anode (oksidasi): $ Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^- $ (tembaga dari anode larut, massa anode berkurang).
Jadi, massa anode akan berkurang karena tembaga dari elektroda anode larut ke dalam larutan.

Data yang Diketahui

Arus (I) = 0,35 A
Waktu (t) = 1300 detik
Massa molar tembaga (M_Cu) = 63,5 g/mol
Bilangan Faraday (F) = 96500 C/mol
Elektron yang terlibat per atom tembaga (n) = 2 (karena $ Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^- $)

Hitung Muatan Listrik

$$ \begin{aligned} Q &= I \times t \\ &= 0,35 \, \text{A} \times 1300 \, \text{s} \\ &= 455 \, \text{C} \end{aligned} $$

Hitung Jumlah Mol Tembaga yang Bereaksi

Berdasarkan hukum Faraday, jumlah mol tembaga ($ n_{Cu} $) yang bereaksi dihitung dengan:

$$ \begin{aligned} n_{Cu} &= \frac{Q}{n \cdot F} \\ &= \frac{455}{2 \cdot 96500} \\ &= \frac{455}{193000} \\ &\approx 0,002356 \, \text{mol} \end{aligned} $$

Hitung Massa Tembaga yang Larut dari Anode

Massa tembaga ($ m_{Cu} $) yang larut dari anode adalah:

$$ \begin{aligned} m_{Cu} &= n_{Cu} \cdot M_{Cu} \\ &= 0,002356 \, \text{mol} \times 63,5 \, \text{g/mol} \\ &\approx 0,1496 \, \text{g} \end{aligned} $$

Dibulatkan, massa tembaga yang larut ≈ 0,15 g.

Analisis Perubahan Massa Anode

Karena tembaga larut dari anode, massa anode berkurang sebesar 0,15 g.

Jawaban yang tepat C.

Soal OSN Kab/Kota tentang Reaksi Redoks & Sel Elektrokimia-2

Potensial sel Ni(s)|Ni²⁺(aq) (1,00 M)||Ag⁺(aq) (1,00 M)|Ag(s) pada 298 K adalah 1,05 V. Ke dalam masing-masing sel ditambahkan natrium sianida dengan konsentrasi CN– 1,00 M. Jika diketahui K_f[Ni(CN)₄]^2– = 2,0 × 10³¹ dam K_f[Ag(CN)₂]^– = 9,8 × 10²¹, potensial sel yang baru adalah ....

0,68 V
0,78 V
1,33 V
1,43 V
1,57 V

Pembahasan Potensial Sel

Untuk menghitung potensial sel yang baru setelah penambahan natrium sianida, perlu mempertimbangkan efek pembentukan kompleks ion sianida pada konsentrasi ion bebas Ni²⁺ dan Ag⁺, lalu menghitung potensial sel menggunakan persamaan Nernst.

Langkah-langkah Penyelesaian

Potensial Sel Awal

Sel elektrokimia: Ni(s) | Ni²⁺(aq, 1,00 M) || Ag⁺(aq, 1,00 M) | Ag(s)

Potensial sel awal (E^°_sel) = 1,05 V pada 298 K.

Reaksi sel:

Anode (oksidasi): $ \text{Ni(s)} \rightarrow \text{Ni}^{2+}(\text{aq}) + 2e^- $
Katode (reduksi): $ \text{Ag}^+(\text{aq}) + e^- \rightarrow \text{Ag(s)} $
Reaksi keseluruhan: $ \text{Ni(s)} + 2\text{Ag}^+(\text{aq}) \rightarrow \text{Ni}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{Ag(s)} $

Potensial standar (E^°):

$ E^\circ(\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}) = -0,25 \, \text{V} $ (reduksi)
$ E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0,80 \, \text{V} $
$ \begin{aligned} E^\circ_{\text{sel}} &= E^\circ_{\text{katode}} - E^\circ_{\text{anode}} \\ &= 0,80 - (-0,25) \\ &= 1,05 \, \text{V} \end{aligned} $

Karena konsentrasi awal kedua ion adalah 1,00 M, potensial sel sesuai dengan E^°_sel = 1,05 V.

Efek Penambahan Natrium Sianida

Natrium sianida (NaCN) menghasilkan ion CN^- (1,00 M), yang membentuk kompleks dengan Ni²⁺ dan Ag⁺:

Ni²⁺ membentuk [Ni(CN)₄]^2- dengan konstanta pembentukan (K_f) = $ 2,0 \times 10^{31} $.
Ag⁺ membentuk [Ag(CN)₂]^- dengan K_f = $ 9,8 \times 10^{21} $.

Pembentukan kompleks ini mengurangi konsentrasi ion bebas [Ni²⁺] dan [Ag⁺] dalam larutan, yang memengaruhi potensial sel melalui persamaan Nernst.

Persamaan Nernst

Persamaan Nernst: $ E_{\text{sel}} = E^\circ_{\text{sel}} - \dfrac{0,0592}{n} \log Q $

n = jumlah elektron yang ditransfer = 2
(dari reaksi sel: Ni → Ni²⁺ + 2e^-, 2Ag⁺ + 2e^- → 2Ag).
$ Q = \dfrac{[\text{Ni}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} $.

Kita perlu menghitung konsentrasi [Ni²⁺] dan [Ag⁺] setelah pembentukan kompleks.

Konsentrasi Ion Bebas [Ni²⁺]

Reaksi pembentukan kompleks: $ \text{Ni}^{2+} + 4\text{CN}^- \rightleftharpoons [\text{Ni(CN)}_4]^{2-} $

$ K_f = \dfrac{[\text{Ni(CN)}_4]^{2-}}{[\text{Ni}^{2+}][\text{CN}^-]^4} = 2,0 \times 10^{31} $

Misalkan [Ni²⁺] bebas = x, maka:

[Ni(CN)₄]^2- ≈ 1,00 M (karena K_f sangat besar, hampir semua Ni²⁺ membentuk kompleks).
[CN^-] awal = 1,00 M, dikurangi 4 × [Ni(CN)₄]^2- ≈ 1,00 M.

Karena K_f sangat besar, [Ni²⁺] sangat kecil:

$$ \begin{aligned} 2,0 \times 10^{31} &= \dfrac{[\text{Ni(CN)}_4]^{2-}}{[\text{Ni}^{2+}][\text{CN}^-]^4} \\ &= \dfrac{1,00}{x \cdot (1,00 - 4x)^4} \end{aligned} $$

Karena x sangat kecil, $ 1,00 - 4x \approx 1,00 $:

$$ \begin{aligned} 2,0 \times 10^{31} &\approx \dfrac{1,00}{x \cdot 1,00^4} \\ x &\approx \dfrac{1,00}{2,0 \times 10^{31}} \\ &= 5,0 \times 10^{-32} \, \text{M} \end{aligned} $$

Jadi, [Ni²⁺] ≈ $ 5,0 \times 10^{-32} \, \text{M} $.

Konsentrasi Ion Bebas [Ag⁺]

Reaksi pembentukan kompleks: $ \text{Ag}^+ + 2\text{CN}^- \rightleftharpoons [\text{Ag(CN)}_2]^- $

$ K_f = \dfrac{[\text{Ag(CN)}_2]^-}{[\text{Ag}^+][\text{CN}^-]^2} = 9,8 \times 10^{21} $

Misalkan [Ag⁺] bebas = y, maka:

[Ag(CN)₂]^- ≈ 1,00 M (karena K_f besar).
[CN^-] awal = 1,00 M, dikurangi 2 × [Ag(CN)₂]^- ≈ 2 × 1,00 = 2,00 M.

Karena K_f besar, [Ag⁺] sangat kecil:

$$ \begin{aligned} 9,8 \times 10^{21} &= \dfrac{[\text{Ag(CN)}_2]^-}{[\text{Ag}^+][\text{CN}^-]^2} \\ &= \dfrac{1,00}{y \cdot (1,00 - 2y)^2} \end{aligned} $$

Karena y kecil, $ 1,00 - 2y \approx 1,00 $:

$$ \begin{aligned} 9,8 \times 10^{21} &\approx \dfrac{1,00}{y \cdot 1,00^2} \\ y &\approx \dfrac{1,00}{9,8 \times 10^{21}} \\ &= 1,02 \times 10^{-22} \, \text{M} \end{aligned} $$

Jadi, [Ag⁺] ≈ $ 1,02 \times 10^{-22} \, \text{M} $.

Hitung Q (Konstanta Reaksi)

$$ \begin{aligned} Q &= \dfrac{[\text{Ni}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} \\ &= \dfrac{5,0 \times 10^{-32}}{(1,02 \times 10^{-22})^2} \end{aligned} $$

$$ \begin{aligned} (1,02 \times 10^{-22})^2 &= 1,04 \times 10^{-44} \\ Q &= \dfrac{5,0 \times 10^{-32}}{1,04 \times 10^{-44}} \\ &\approx 4,81 \times 10^{12} \end{aligned} $$

Hitung Potensial Sel Baru

$$ \begin{aligned} E_{\text{sel}} &= E^\circ_{\text{sel}} - \dfrac{0,0592}{n} \log Q \\ &= 1,05 - \dfrac{0,0592}{2} \log (4,81 \times 10^{12}) \end{aligned} $$

$$ \begin{aligned} \log (4,81 \times 10^{12}) &= \log 4,81 + \log 10^{12} \\ &\approx 0,682 + 12 \\ &= 12,682 \end{aligned} $$

$$ \begin{aligned} E_{\text{sel}} &= 1,05 - \dfrac{0,0592}{2} \times 12,682 \\ &= 1,05 - 0,0296 \times 12,682 \\ &\approx 1,05 - 0,375 \\ &\approx 0,675 \, \text{V} \end{aligned} $$

Dibulatkan, $ E_{\text{sel}} \approx 0,68 \, \text{V} $.

Jawaban yang tepat A.

Soal OSN Kab/Kota tentang Reaksi Redoks & Sel Elektrokimia-3

Nilai potensial reduksi standar ion selenat (HSeO₄^–(aq)) menjadi Se(s) pada suasana asam pada 298 K adalah ....

0,33 V
0,88 V
0,94 V
1,56 V
1,89 V

Penentuan Potensial Reduksi Standar Ion Selenat

Untuk menentukan nilai potensial reduksi standar ($E^\circ$) dari reaksi:

$$\begin{aligned} \text{HSeO}_4^-(aq) + 7\text{H}^+(aq) + 6e^- \rightarrow \text{Se}(s) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \end{aligned}$$

Kita dapat menggabungkan dua reaksi yang diberikan dengan mempertimbangkan jumlah elektron dan kesetimbangan energi bebas ($\Delta G$).

Langkah-langkah Penyelesaian:

Reaksi 1: $$\begin{aligned} \text{H}_2\text{SeO}_3(aq) + 4\text{H}^+(aq) + 4e^- &\rightarrow \text{Se}(s) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \\ E^\circ &= 0,74 \, \text{V} \end{aligned}$$

$$\begin{aligned} \Delta G_1 &= -nFE^\circ \\ &= -4 \times F \times 0,74 \\ &= -2,96F \end{aligned}$$

Reaksi 2: $$\begin{aligned} \text{HSeO}_4^-(aq) + 3\text{H}^+(aq) + 2e^- &\rightarrow \text{H}_2\text{SeO}_3(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \\ E^\circ &= 1,15 \, \text{V} \end{aligned}$$

$$\begin{aligned} \Delta G_2 &= -nFE^\circ \\ &= -2 \times F \times 1,15 \\ &= -2,30F \end{aligned}$$

Gabungkan kedua reaksi:

$$\begin{aligned} \text{HSeO}_4^- + 3\text{H}^+ + 2e^- &\rightarrow \text{H}_2\text{SeO}_3 + \text{H}_2\text{O} \\ \text{H}_2\text{SeO}_3 + 4\text{H}^+ + 4e^- &\rightarrow \text{Se} + 3\text{H}_2\text{O} \\ \hline \text{HSeO}_4^- + 7\text{H}^+ + 6e^- &\rightarrow \text{Se} + 4\text{H}_2\text{O} \end{aligned}$$

Catatan: Ada perbedaan jumlah H₂O antara soal (3H₂O) dan hasil perhitungan (4H₂O).

Hitung $\Delta G$ total: $$\begin{aligned} \Delta G_{\text{total}} &= \Delta G_1 + \Delta G_2 \\ &= -2,96F + (-2,30F) \\ &= -5,26F \end{aligned}$$

Hitung $E^\circ$ total: $$\begin{aligned} \Delta G_{\text{total}} &= -nFE^\circ_{\text{total}} \\ -5,26F &= -6F \times E^\circ_{\text{total}} \\ E^\circ_{\text{total}} &= \frac{5,26}{6} \\ &\approx 0,8767 \, \text{V} \end{aligned}$$

Jadi nilai potensial reduksi standar ($E^\circ$) untuk reaksi:

$$\begin{aligned} \text{HSeO}_4^-(aq) + 7\text{H}^+(aq) + 6e^- \rightarrow \text{Se}(s) + 3\text{H}_2\text{O}(l) \end{aligned}$$

adalah $0{,}88 \, \text{V}$ (pembulatan ke dua desimal).

Jawaban yang tepat B.

Soal OSN Kab/Kota tentang Reaksi Redoks & Sel Elektrokimia-4

Elektrolisis 1,00 g garam tembaga(II) membutuhkan arus 0,100 A selama 123 menit untuk mengendapkan seluruh logam tembaga. Rumus kimia garam tembaga tersebut adalah ...

CuCl₂
Cu(CH₃COO)₂
Cu(NO₃)₂
CuBr₂
Cu(ClO₄)₂

Penentuan Rumus Garam Tembaga(II)

Data yang Diketahui:

Massa garam tembaga(II) = 1,00 g
Arus (I) = 0,100 A
Waktu (t) = 123 menit = 7380 s
Reaksi reduksi: Cu²⁺ + 2e^- → Cu
Konstanta Faraday (F) = 96500 C/mol
Massa molar (MM) Cu = 63,55 g/mol

Langkah 1: Hitung Muatan Total (Q)

$$\begin{aligned} Q &= I \times t \\ &= 0,100 \text{ A} \times 7380 \text{ s} \\ &= 738,0 \text{ C} \end{aligned}$$

Langkah 2: Hitung Mol Elektron

$$\begin{aligned} n_{e^-} &= \frac{Q}{F} \\ &= \frac{738,0 \text{ C}}{96500 \text{ C/mol}} \\ &= 0,0076477 \text{ mol} \end{aligned}$$

Langkah 3: Hitung Mol Tembaga

$$\begin{aligned} \text{Cu}^{2+} + 2e^- &\rightarrow \text{Cu} \\ n_{\text{Cu}} &= \frac{n_{e^-}}{2} \\ &= \frac{0,0076477 \text{ mol}}{2} \\ &= 0,0038238 \text{ mol} \end{aligned}$$

Langkah 4: Hitung Massa Molar Garam

$$\begin{aligned} MM_{\text{garam}} &= \frac{\text{massa garam}}{n_{\text{Cu}}} \\ &= \frac{1,\!00}{0,\!0038238} \\ &= 261,\!52 \text{ g/mol} \end{aligned}$$

Pilihan yang Tersedia:

Opsi	Rumus	Massa Molar (g/mol)
A	CuCl₂	134,45
B	Cu(CH₃COO)₂	181,63
C	Cu(NO₃)₂	187,56
D	CuBr₂	223,35
E	Cu(ClO₄)₂	262,45

Jawaban yang mendekati hasil hitung adalah pilihan E dengan seliish hanya 262,45 - 261,52 = 0,93 g/mol

Soal OSN Kab/Kota tentang Reaksi Redoks & Sel Elektrokimia-5

Nilai Ksp Hg₂Cl₂ pada 298 K adalah ....

2,6 × 10^–17
2,8 × 10^–12
3,3 × 10^–11
5,1 × 10^–9
5,7 × 10^–6

Soal ini juga sudah dibahasa pada bagian pembahasan tentang Ksp.

Mohon koreksi bila ada pembahasan yang kurang tepat. Terima kasih.

Pages