Pembahasan Soal OSN Kab/Kota 2025 (Khusus Soal tentang Laju Reaksi)

Berikut pembahasan soal-soal OSN Kimia tingkat kabupaten/kota tahun 2025. Pada postingan ini disajikan khusus soal-soal tentang laju reaksi. Soal tentang bahasan ini berjumlah 4 item soal.

Soal OSN Kab/Kota tentang Laju Reaksi-1

Gambar berikut mengilustrasikan mekanisme suatu reaksi.

Pernyataan yang tidak sesuai dengan gambar tersebut adalah ....

1. Kurva II menunjukkan adanya beberapa tahap reaksi
2. Laju reaksi pada kurva I lebih besar dari kurva II
3. Energi pengaktifan kurva I lebih besar daripada kurva II
4. Pada kurva II menunjukkan beberapa senyawa antara
5. Kurva I menunjukkan reaksi tanda katalis

Pembahasan Soal Mekanisme Reaksi

Grafik:
Grafik menunjukkan dua lintasan reaksi:

• Kurva I: Memiliki satu puncak energi → menunjukkan satu tahap reaksi.
  
  
• Kurva II: Memiliki dua puncak dan satu lembah → menunjukkan dua tahap reaksi, dengan senyawa antara (intermediate) di lembah.

Analisis Pernyataan:

• A. Kurva II menunjukkan adanya beberapa tahap reaksi
  ✅ Benar. Dua puncak = dua tahap reaksi (setiap puncak adalah keadaan transisi, lembah adalah senyawa antara).
  
  
• B. Laju reaksi pada kurva I lebih besar dari kurva II
  ❌ Tidak sesuai. Energi aktivasi kurva I lebih tinggi dapat diartikan laju reaksi lebih lambat, bukan lebih cepat.
  
  
• C. Energi pengaktifan kurva I lebih besar daripada kurva II
  ✅ Benar. Terlihat jelas puncak kurva I lebih tinggi dari kurva II.
  
  
• D. Pada kurva II menunjukkan beberapa senyawa antara
  ✅ Benar. Titik lembah menunjukkan adanya senyawa antara.
  
  
• E. Kurva I menunjukkan reaksi tanpa katalis
  ✅ Benar. Energi aktivasi lebih tinggi mengindikasikan reaksi tanpa katalis.

Jadi pernyataan yang tidak sesuai dengan gambar adalah opsi B.

Jawaban yang tepat B. 

Soal OSN Kab/Kota tentang Laju Reaksi-2

Laju reaksi berikut diketahui hanya bergantung pada NO₂ dan merupakan reaksi orde 1.

NO₂(g) + CO(g) → NO(g) + CO₂(g)

Data eksperimen adalah sebagai berikut.

Waktu paruh t_½ reaksi tersebut adalah ....

1. 4987 detik
2. 5000 detik
3. 5400 detik
4. 6635 detik
5. 9000 detik

Pembahasan Waktu Paruh Suatu Reaksi

Laju reaksi hanya bergantung pada \(\ce{NO2}\) dan merupakan reaksi orde satu. Persamaan reaksinya:

\[\ce{NO2(g) + CO(g) -> NO(g) + CO2(g)}\]

Untuk reaksi orde satu, waktu paruh bersifat konstan dan diberikan oleh:

\[t_{\frac{1}{2}} = \frac{\ln(2)}{k} \approx \frac{0,693}{k}\]

Penentuan Tetapan Laju (\(k\))

Dengan data yang diberikan, hitung \(k\) menggunakan dua titik waktu:

• Dari \(t = 0 \, \text{s}\) ke \(t = 1000 \, \text{s}\):
  \([A]_0 = 0,500 \, \text{mol/L}\)
  \([A] = 0,435 \, \text{mol/L}\)

  \[ \begin{aligned} \ln\left(\frac{0,500}{0,435}\right) &= k \times 1000 \\ 0,1396 &= k \times 1000 \\ k &\approx \frac{0,1396}{1000} \\ &= 1,396 \times 10^{-4} \, \text{s}^{-1} \end{aligned} \]

• Dari \(t = 1000 \, \text{s}\) ke \(t = 2000 \, \text{s}\):
  \([A]_0 = 0,435 \, \text{mol/L}\), \([A] = 0,379 \, \text{mol/L}\)

  \[ \begin{aligned} \ln\left(\frac{0,435}{0,379}\right) &= k \times 1000 \\ 0,1381 &= k \times 1000 \\ k &\approx \frac{0,1381}{1000} \\ &= 1,381 \times 10^{-4} \, \text{s}^{-1} \end{aligned} \]

Hasil hitung rata-rata \(k \approx 1,39 \times 10^{-4} \, \text{s}^{-1}\), yang konsisten dengan reaksi orde satu.

Penghitungan Waktu Paruh

Menggunakan rumus \(t_{\frac{1}{2}} = \dfrac{0,693}{k}\):

• \(k \approx 1,39 \times 10^{-4} \, \text{s}^{-1}\)

  \( \begin{aligned} t_{\frac{1}{2}} &= \frac{0,693}{1,39 \times 10^{-4}} \\ &\approx 4989 \, \text{s} \end{aligned} \)

Jawaban yang mendekati hasil hitung adalah opsi A.

Soal OSN Kab/Kota tentang Laju Reaksi-3

Berikut adalah grafik konsentrasi terhadap waktu untuk reaksi A  → 3/2B + C pada 25 °C.

Orde reaksi dan tetapan laju untuk reaksi di atas adalah ....

1. 1 dan 0,08242 menit^–1
2. 0 dan 8,11233 M/menit^–1
3. 1 dan 0,04621 menit^–1
4. 2 dan 0,08242 M^–1.menit^–1
5. 2 dan 0,04621 M^–1.menit^–1

Pembahasan Soal Laju Reaksi Berdasarkan Grafik

Untuk menyelesaikan soal ini dipilih setidaknya 3 pasang data waktu dan konsentrasi yang akan digunakan sebagai acuan dalam perhitungan. Berikut data yang dipilih.

Waktu (t, menit)	Konsentrasi ([A]t, M)
0	0,10
15	0,05
30	0,025

Langkah 1: Mengidentifikasi Orde Reaksi

Bentuk kurva biru untuk pereaksi berupa lengkungan eksponensial menurun.
Kemungkinan adalah reaksi orde 1.

Analisis waktu paruh (t_½) dari data:

1. Dari t = 0 ke t = 15 menit:
   • [A]₀ = 0,10 M → [A] = 0,05 M (turun setengah)
   • t_½ = 15 menit
     
     
2. Dari t = 15 ke t = 30 menit:
   • [A] = 0,05 M → [A] = 0,025 M (turun setengah lagi)
   • t_½ = 15 menit (sama)

Karena t_½ tetap, terkonfirmasi reaksi orde 1.

Langkah 2: Menghitung Tetapan Laju (k)

Rumus Orde 1:

$ t_{1/2} = \dfrac{\ln 2}{k} \implies k = \dfrac{\ln 2}{t_{1/2}} $

Substitusi nilai:

$ k = \dfrac{0,693}{15} \approx 0,0462 \text{ menit}^{-1} $

Langkah 3: Memverifikasi Konsistensi

Untuk t = 30 menit:

$ \ln\left(\dfrac{0,10}{0,025}\right) = k \cdot 30 $

$ \ln 4 = 30k \implies k = \dfrac{1,386}{30} \approx 0,0462 \text{ menit}^{-1} $

Nilai k konsisten → Orde 1 valid.

Kesimpulan berdasarkan grafik laju reaksi:

1. Orde Reaksi: 1 (karena t_½ konstan = 15 menit)
2. Tetapan Laju (k): 0,0462 menit^-1

Jawaban yang tepat C.

Soal OSN Kab/Kota tentang Laju Reaksi-4

Gas kloroetana, C₂H₅Cl terdekomposisi menjadi gas etena dan asam klorida sesuai persamaan reaksi berikut.

C₂H₅Cl(g) → C₂H₄(g) + HCl(g)

Dekomposisi C₂H₅Cl mengikuti reaksi orde-1. Pada 800 K, konsentrasi C₂H₅Cl berkurang dari 0,098 M menjadi 0,016 M selama 340 s. Pada wadah yang berbeda dengan temperatur 800 K, terdapat gas kloroetana dengan tekanan 0,040 atm. Waktu yang diperlukan agar tekanan total di dalam wadah menjadi 0,065 atm adalah ....

1. 120,4 detik
2. 15,21 detik
3. 282,1 detik
4. 184,1 detik
5. 450,1 detik

Penyelesaian Soal Dekomposisi Kloroetana (C₂H₅Cl)

1. Menentukan Konstanta Laju Reaksi (\( k \))

Reaksi dekomposisi kloroetana adalah orde pertama. Persamaan kinetika orde pertama:

$$ \begin{aligned} \ln \left( \frac{[\text{A}]_0}{[\text{A}]_t} \right) &= kt \\ \ln \left( \frac{0{,}098}{0{,}016} \right) &= k \times 340 \\ \ln (6{,}125) &= 340k \\ 1{,}812 &= 340k \\ k &= \frac{1{,}812}{340} \\ k &\approx 0{,}00533 \, \text{s}^{-1} \end{aligned} $$

2. Menghitung Waktu untuk Perubahan Tekanan

Reaksi dekomposisi dalam fase gas:

$$ \text{C}_2\text{H}_5\text{Cl (g)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_4 \text{(g)} + \text{HCl (g)} $$

Tekanan awal C₂H₅Cl (\( P_0 \)) = 0,040 atm. Misalkan tekanan yang terdekomposisi = \( x \).

$$ \begin{aligned} P_{\text{total}} &= (0{,}040 - x) + x + x \\ 0{,}065 &= 0{,}040 + x \\ x &= 0{,}025 \, \text{atm} \end{aligned} $$

Tekanan C₂H₅Cl sisa:

$$ \begin{aligned} P_{\text{C}_2\text{H}_5\text{Cl}} &= 0{,}040 - 0{,}025 \\ &= 0{,}015 \, \text{atm} \end{aligned} $$

Gunakan persamaan orde pertama untuk tekanan:

$$ \begin{aligned} \ln \left( \frac{P_0}{P_t} \right) &= kt \\ \ln \left( \frac{0{,}040}{0{,}015} \right) &= 0{,}00533 \times t \\ \ln \left( \frac{8}{3} \right) &= 0{,}00533t \\ 0{,}98083 &\approx 0{,}00533t \\ t &= \frac{0{,}98083}{0{,}00533} \\ t &\approx 184{,}02 \, \text{detik} \end{aligned} $$

Jadi waktu yang diperlukan agar tekanan total menjadi 0,065 atm adalah 184,02 detik.

Jawaban yang mendekati hasil hitung D.

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