Berikut pembahasan soal-soal OSN Kimia tingkat kabupaten/kota tahun 2025. Pada postingan ini disajikan khusus soal-soal terkait gas dan kesetimbangan kimia. Soal tentang bahasan ini masing-masing berjumlah 3 dan 2 item soal.
Soal OSN Kab/Kota tentang Gas-1
Seorang siswa ingin mengidentifikasi suatu gas tertentu dengan membandingkan dengan gas metana melalui percobaan laju efusi gas dalam suatu kontainer pada T dan P yang sama. Dari hasil percobaan, diketahui bahwa rasio laju efusi gas metana terhadap gas tersebut adalah 2 berbanding 1. Kemungkinan gas tersebut adalah ....
- NO2
- NO
- CO2
- SO2
- NH3
Identifikasi Gas Menggunakan Hukum Graham
Untuk mengidentifikasi gas yang dimaksud, kita menggunakan Hukum Graham tentang efusi gas:
$$ \begin{aligned} \frac{r_1}{r_2} &= \sqrt{\frac{M_2}{M_1}} \end{aligned} $$keterangan:
• \( r_1 \) dan \( r_2 \) = laju efusi gas 1 dan gas 2
• \( M_1 \) dan \( M_2 \) = massa molar gas 1 dan gas 2
Data Percobaan:
$$ \begin{aligned} \frac{r_{CH_4}}{r_X} &= \frac{2}{1} \\ M_{CH_4} &= 16\ \text{g/mol} \end{aligned} $$Penyelesaian:
Substitusi ke Hukum Graham:
$$ \begin{aligned} \frac{2}{1} &= \sqrt{\frac{M_X}{16}} \\ \left(\frac{2}{1}\right)^2 &= \frac{M_X}{16} \\ 4 &= \frac{M_X}{16} \\ M_X &= 4 \times 16 \\ M_X &= 64\ \text{g/mol} \end{aligned} $$Analisis massa molar pilihan gas:
$\text{A.}\ NO_2 = 14 + 32 = 46\ \text{g/mol}$$\text{B.}\ NO = 14 + 16 = 30\ \text{g/mol}$
$\text{C.}\ CO_2 = 12 + 32 = 44\ \text{g/mol}$
$\text{D.}\ SO_2 = 32 + 32 = 64\ \text{g/mol}$
$\text{E.}\ NH_3 = 14 + 3 = 17\ \text{g/mol}$
Jawaban yang tepat D.
Soal OSN Kab/Kota tentang Gas-2
Dua buah sampel gas, Ar dan He berada pada kondisi suhu, tekanan dan volume yang sama. Dengan mengasumsikan kedua gas bersifat ideal, pernyataan di bawah ini yang benar terkait dengan jumlah partikel (N), kecepatan rata-rata (v̄rms) dan densitas (ρ) adalah ....
- N Ar = N He, v̄rms Ar > v̄rms He dan ρ Ar > ρ He
- N Ar = N He, v̄rms Ar < v̄rms He dan ρ Ar > ρ He
- N Ar > N He, v̄rms Ar = v̄rms He dan ρ Ar < ρ He
- N Ar = N He, v̄rms Ar = v̄rms He dan ρ Ar = ρ He
- N Ar > N He, v̄rms Ar > v̄rms He dan ρ Ar = ρ He
Analisis Gas Ideal Ar dan He pada Kondisi Sama
Diketahui dua gas ideal (Ar dan He) berada pada kondisi:
$$ \begin{aligned} T_{Ar} &= T_{He} \\ P_{Ar} &= P_{He} \\ V_{Ar} &= V_{He} \end{aligned} $$1. Jumlah Partikel (N)
Berdasarkan Hukum Avogadro:
$$ \begin{aligned} PV &= NkT \\ \text{Karena } P,V,T \text{ sama} &\Rightarrow N_{Ar} = N_{He} \end{aligned} $$2. Kecepatan Rata-Rata (v̄rms)
Rumus kecepatan RMS:
$$ \begin{aligned} v_{rms} &= \sqrt{\frac{3kT}{m}} \\ \frac{v_{rms,Ar}}{v_{rms,He}} &= \sqrt{\frac{m_{He}}{m_{Ar}}} \\ m_{Ar} &= 40\ \text{g/mol} > m_{He} = 4\ \text{g/mol} \\ &\Rightarrow v_{rms,Ar} < v_{rms,He} \end{aligned} $$3. Densitas (ρ)
Rumus densitas:
$$ \begin{aligned} \rho &= \frac{m}{V} = \frac{nM}{V} \\ \frac{\rho_{Ar}}{\rho_{He}} &= \frac{M_{Ar}}{M_{He}} = \frac{40}{4} = 10 \\ &\Rightarrow \rho_{Ar} > \rho_{He} \end{aligned} $$Kesimpulan:
Pernyataan yang benar:
$ \begin{aligned} N_{Ar} &= N_{He} \\ v_{rms,Ar} &< v_{rms,He} \\ \rho_{Ar} &> \rho_{He} \end{aligned} $Soal OSN Kab/Kota tentang Gas-3
Suatu sampel gas N2 yang dikumpulkan di atas permukaan air pada 25 °C dan tekanan 732 mmHg memiliki volume sebesar 250 mL. Volume gas N2 kering tersebut pada kondisi 0 °C dan 1 atm adalah .... (Tekanan uap murni H2O pada 25 °C = 24 mmHg)
- 213,4 mL
- 220,6 mL
- 227,8 mL
- 249,5 mL
- 270,0 mL
Pembahasan Sol
Untuk menyelesaikan soal ini, kita akan menggunakan Hukum Gas Ideal dan Hukum Dalton tentang Tekanan Parsial. Berikut langkah-langkahnya:
Menentukan tekanan parsial gas N₂ (PN₂)
Gas N₂ dikumpulkan di atas air, sehingga tekanan total (Ptotal) merupakan jumlah tekanan parsial N₂ (PN₂) dan tekanan uap air (PH₂O):
$$ \begin{aligned} P_{\text{total}} &= P_{\text{N}_2} + P_{\text{H}_2\text{O}} \\ 732 \, \text{mmHg} &= P_{\text{N}_2} + 24 \, \text{mmHg} \\ P_{\text{N}_2} &= 732 \, \text{mmHg} - 24 \, \text{mmHg} \\ P_{\text{N}_2} &= 708 \, \text{mmHg} \end{aligned} $$Menggunakan Hukum Gas untuk mengubah kondisi ke keadaan standar (STP)
Kita ingin mencari volume N₂ kering pada 0 °C (273 K) dan 1 atm (760 mmHg). Kita bisa menggunakan Hukum Gabungan Gas:
$$ \begin{aligned} \frac{P_1 V_1}{T_1} &= \frac{P_2 V_2}{T_2} \\ \frac{708 \, \text{mmHg} \times 250 \, \text{mL}}{298 \, \text{K}} &= \frac{760 \, \text{mmHg} \times V_2}{273 \, \text{K}} \\ \end{aligned} $$Menghitung V₂ (volume N₂ kering pada STP)
$$ \begin{aligned} V_2 &= \frac{708 \times 250 \times 273}{298 \times 760} \\ &= \frac{48\,321\,000}{226\,480} \\ &\approx 213,\!4 \, \text{mL} \end{aligned} $$Jawaban yang tepat A.
Soal OSN Kab/Kota tentang Kesetimbangan Kimia dan Sifat Koligatif
Dalam air (massa jenis = 1 g/mL), reaksi kesetimbangan berikut berlangsung pada suhu rendah:
A(aq) + B(aq) ⇌ C(aq)
Pada awal reaksi, kedua reaktan memiliki jumlah (mol) yang sama. Sebelum produk terbentuk, titik beku larutan adalah –0,410 °C. Setelah sistem mencapai kesetimbangan, titik beku larutan meningkat menjadi –0,328 °C. Seluruh spesi merupakan senyawa nonelektrolit dan nonvolatil. Nilai tetapan kesetimbangan (K) untuk reaksi tersebut adalah .... (Kf air = 1,86 °C.kg/mol; asumsikan bahwa proses pelarutan dan reaksi tidak menyebabkan perubahan volume larutan)
- 2,5
- 10,1
- 25,2
- 100,8
- 186,0
Perhitungan Tetapan Kesetimbangan (K)
Diketahui reaksi:
\( \text{A (aq)} + \text{B (aq)} \rightleftharpoons \text{C (aq)} \)
Data:
- Titik beku awal (sebelum reaksi): –0,410 °C
- Titik beku saat kesetimbangan: –0,328 °C
- \( K_f = 1{,}86 \ ^\circ\text{C} \cdot \text{kg/mol} \)
- Semua spesi nonelektrolit dan nonvolatil
- Volume larutan dianggap tetap
Langkah 1: Menghitung molalitas awal
Sebelum reaksi berlangsung:
$$ \begin{aligned} \Delta T_{f,\text{awal}} &= 0{,}410 \ ^\circ\text{C} \\ m_{\text{awal}} &= \frac{\Delta T_f}{K_f} = \frac{0{,}410}{1{,}86} = 0{,}220 \ \text{mol/kg} \end{aligned} $$
Karena hanya A dan B yang ada (masing-masing mol = x):
$$ \begin{aligned} m_{\text{awal}} &= \frac{2x}{1} = 0{,}220 \\ x &= 0{,}110 \ \text{mol} \end{aligned} $$
Langkah 2: Menghitung molalitas setelah kesetimbangan
Setelah kesetimbangan tercapai:
$$ \begin{aligned} \Delta T_{f,\text{akhir}} &= 0{,}328 \ ^\circ\text{C} \\ m_{\text{akhir}} &= \frac{0{,}328}{1{,}86} = 0{,}176 \ \text{mol/kg} \end{aligned} $$
Reaksi: A + B ⇌ C, maka:
$$ \begin{aligned} \text{[A]} &= 0{,}110 - y \\ \text{[B]} &= 0{,}110 - y \\ \text{[C]} &= y \end{aligned} $$
Total mol zat terlarut setelah reaksi:
$$ \begin{aligned} (0{,}110 - y) + (0{,}110 - y) + y &= 0{,}220 - y \\ 0{,}220 - y &= 0{,}176 \\ y &= 0{,}044 \ \text{mol} \end{aligned} $$
Langkah 3: Menghitung Tetapan Kesetimbangan
Gunakan rumus kesetimbangan:
$$ K = \frac{[C]}{[A][B]} $$
Dengan konsentrasi:
$$ \begin{aligned} [A] = [B] &= 0{,}110 - 0{,}044 = 0{,}066 \ \text{mol/L} \\ [C] &= 0{,}044 \ \text{mol/L} \end{aligned} $$
Maka:
$$ \begin{aligned} K &= \frac{0{,}044}{0{,}066 \times 0{,}066} \\ &= \frac{0{,}044}{0{,}004356} \\ &\approx 10{,}1 \end{aligned} $$
Jawaban yang tepat B.
Soal OSN Kab/Kota tentang Kesetimbangan Kimia
Perhatikan reaksi kesetimbangan yang melibatkan reaksi di bawah ini
\( \frac{1}{2} \text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons \text{NO}_2(g) \quad (K_1) \)
\( 2 \text{NO}_2(g) \rightleftharpoons 2 \text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \quad (K_2) \)
\( \text{NOBr}(g) \rightleftharpoons \text{NO}(g) + \frac{1}{2} \text{Br}_2(g) \quad (K_3) \)
Tetapan kesetimbangan untuk reaksi pembentukan 1 mol gas NOBr adalah ....
$ \begin{aligned} \text{A.} \quad & K_1 K_2 (K_3)^{1/2} \\ \text{B.} \quad & K_1 - \frac{K_2}{2} - K_3 \\ \text{C.} \quad & K_1 (K_2)^{1/2} K_3 \\ \text{D.} \quad & K_1 + (K_2)^{1/2} - K_3 \\ \text{E.} \quad & \frac{K_1 (K_2)^{1/2}}{K_3} \end{aligned}$Pembahasan Soal Tetapan Kesetimbangan
Diketahui tiga reaksi kesetimbangan berikut:
\( \frac{1}{2} \text{N}_2(g) + \text{O}_2(g) \rightleftharpoons \text{NO}_2(g) \quad (K_1) \)
\( 2 \text{NO}_2(g) \rightleftharpoons 2 \text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \quad (K_2) \)
\( \text{NOBr}(g) \rightleftharpoons \text{NO}(g) + \frac{1}{2} \text{Br}_2(g) \quad (K_3) \)
Ditanyakan: Tetapan kesetimbangan untuk reaksi pembentukan 1 mol gas NOBr, yaitu:
\( \frac{1}{2} \text{N}_2 + \frac{1}{2} \text{O}_2 + \frac{1}{2} \text{Br}_2 \rightarrow \text{NOBr} \)
Langkah-langkah:
-
Gunakan reaksi (1) langsung:
\( \frac{1}{2} \text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{NO}_2 \quad (K_1) \) -
Bagi reaksi (2) dengan 2:
\( \text{NO}_2 \rightarrow \text{NO} + \frac{1}{2} \text{O}_2 \quad (K_2^{1/2}) \) -
Balik reaksi (3):
\( \text{NO} + \frac{1}{2} \text{Br}_2 \rightarrow \text{NOBr} \quad \left(\frac{1}{K_3}\right) \)
Menjumlahkan semua reaksi:
$$ \begin{aligned} &\frac{1}{2} \text{N}_2 + \text{O}_2 \xrightarrow{K_1} \text{NO}_2 \\ &\text{NO}_2 \xrightarrow{K_2^{1/2}} \text{NO} + \frac{1}{2} \text{O}_2 \\ &\text{NO} + \frac{1}{2} \text{Br}_2 \xrightarrow{1/K_3} \text{NOBr} \\ \\ \text{Hasil penjumlahan:} \quad & \frac{1}{2} \text{N}_2 + \cancel{\text{O}_2} + \cancel{\text{NO}_2} + \cancel{\text{NO}} + \frac{1}{2} \text{Br}_2 &\rightarrow \cancel{\text{NO}_2} + \cancel{\text{NO}} + \cancel{\frac{1}{2} \text{O}_2} + \text{NOBr} \\ \\ \text{Hasil akhirnya:} \quad & \frac{1}{2} \text{N}_2 + \frac{1}{2} \text{O}_2 + \frac{1}{2} \text{Br}_2 \rightarrow \text{NOBr} \end{aligned}$$
Gabungan Tetapan Kesetimbangan:
$$ \begin{aligned} K &= K_1 \cdot K_2^{1/2} \cdot \frac{1}{K_3} \\ &= \frac{K_1 \cdot (K_2)^{1/2}}{K_3} \end{aligned} $$
Tidak ada komentar:
Posting Komentar