10 Model Kesulitan pada Pokok Bahasa Asam Basa - Analisis Kesulitan dan Contoh Soal

Berikut adalah analisis variasi soal asam basa tingkat SMA yang sering dianggap sulit oleh siswa di Indonesia, disertai penjelasan mengapa dan contoh soalnya.

Model-model kesulitan yang dihadapi siswa

1 Titrasi Asam Lemah - Basa Kuat dan Penentuan pH di Titik Ekuivalen

Mengapa Sulit?

Siswa sering menghafal "pH di titik ekuivalen titrasi asam lemah-basa kuat adalah >7" tanpa memahami alasannya. Soal tidak hanya menanyakan pH, tetapi juga konsentrasi spesies tertentu. Perhitungan melibatkan hidrolisis garam dan penggunaan tetapan hidrolisis $(K_h)$.

Contoh Soal:

25 mL $CH_3COOH$ 0,1 M $(K_a = 10^{-5})$ dititrasi dengan $NaOH$ 0,1 M. Tentukan pH pada saat titik ekuivalen.

Penyelesaian:

Saat titik ekuivalen, semua $CH_3COOH$ berubah menjadi $CH_3COONa$

Mol $CH_3COOH$ awal = $25 \text{ mL} \times 0,1 \text{ M} = 2,5$ mmol

Mol $NaOH$ yang dibutuhkan = 2,5 mmol. Volume $NaOH$ = 25 mL. Volume total = 50 mL

Konsentrasi $CH_3COONa = \dfrac{2,5 \text{ mmol}}{50 \text{ mL}} = 0,05$ M

Garam $CH_3COONa$ terhidrolisis: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$

$[OH^-] = \sqrt{K_h \times [Garam]}$, dimana $K_h = \dfrac{K_w}{K_a}$

$\begin{aligned}K_h &= \dfrac{10^{-14}}{10^{-5}} \\&= 10^{-9}\end{aligned}$

$\begin{aligned}[OH^-] &= \sqrt{10^{-9} \times 0,05} \\&= \sqrt{5 \times 10^{-11}} \\&\approx 7,07 \times 10^{-6}~M\end{aligned}$

$\begin{aligned}pOH &= -\log(7,07 \times 10^{-6})\\& \approx 5,15\end{aligned}$

$\begin{aligned}pH &= 14 - 5,15 \\&= 8,85\end{aligned}$

2 Campuran Asam/Basa (bufer) yang Tidak Biasa

Mengapa Sulit?

Siswa terbiasa dengan bufer yang dibuat dari "asam lemah + basa konjugasinya" dalam mol yang seimbang. Soal mencampurkan "asam lemah berlebih dengan basa kuat" atau sebaliknya, yang sebenarnya juga membentuk bufer, tetapi siswa tidak menyadarinya. Membutuhkan analisis stoikiometri reaksi penetralan terlebih dahulu.

Contoh Soal:

Ke dalam 100 mL larutan $NH_3$ 0,1 M $(K_b = 10^{-5})$ ditambahkan 50 mL larutan $HCl$ 0,1 M. Tentukan pH campuran tersebut.

Penyelesaian:

n NH₃ awal = 100 mL × 0,1 M = 10 mmol

n HCl yang ditambahkan = 50 mL × 0,1 M = 5 mmol

Reaksi: NH₃ + HCl → NH₄Cl

Mula-mula: NH₃ = 10 mmol, HCl = 5 mmol

Reaksi: NH₃ berkurang 5 mmol, HCl habis, NH₄Cl bertambah 5 mmol

Sisa: NH₃ = 5 mmol, NH₄Cl = 5 mmol

Campuran sisa adalah larutan penyangga basa

Volume total campuran = 150 mL

$\begin{aligned}[OH^-] &= K_b \times \dfrac{\text{mol basa}}{\text{mol garam}}\\& = 10^{-5} \times \dfrac{5}{5}\\&= 10^{-5}~M\end{aligned}$

$\begin{aligned}pOH =& -\log(10^{-5})\\& = 5\end{aligned}$

$\begin{aligned}pH &= 14 - 5 \\&= 9\end{aligned}$

3 Soal Konseptual Teori Asam-Basa Arrhenius, Brønsted-Lowry, dan Lewis

Mengapa Sulit?

Menuntut pemahaman mendalam, bukan sekadar penghafalan. Siswa harus bisa mengklasifikasikan suatu spesi dalam kerangka teori yang berbeda.

Contoh Soal:

Perhatikan senyawa dan ion berikut: (1) $NH_3$, (2) $CO_3^{2-}$, (3) $AlCl_3$, (4) $H_2O$. Manakah yang dapat bertindak sebagai asam Lewis tetapi bukan sebagai asam Arrhenius?

Penyelesaian:

Asam Arrhenius: melepaskan ion $H^+$ dalam air

Asam Lewis: menerima pasangan elektron

$NH_3$: dapat menerima $H^+$ (basa), bukan asam

$CO_3^{2-}$: dapat menerima $H^+$ (basa), bukan asam

$AlCl_3$: asam Lewis (atom Al menerima pasangan elektron), bukan asam Arrhenius

$H_2O$: bersifat amfoter

Jawaban: (3) $AlCl_3$

4 Perhitungan pH Asam/Basa Poliprotik atau Campuran Asam

Mengapa Sulit?

Asam poliprotik memiliki lebih dari satu nilai $K_a$. Untuk asam kuat poliprotik seperti $H_2SO_4$, ionisasi tahap pertama sempurna, sedangkan tahap kedua tidak. Siswa sering menganggap semua $H^+$ berasal dari ionisasi sempurna.

Contoh Soal:

Hitung pH larutan $H_2SO_4$ 0,01 M. (Diketahui $K_{a2} H_2SO_4 = 1,2 \times 10^{-2}$)

Penyelesaian:

Ionisasi tahap 1: $H_2SO_4 \rightarrow H^+ + HSO_4^-$ (sempurna)

Jadi $[H^+] = 0,01$ M dan $[HSO_4^-] = 0,01$ M

Ionisasi tahap 2: $HSO_4^- \rightleftharpoons H^+ + SO_4^{2-}$ ($K_a = 0,012$)

Misalkan $[H^+]$ tambahan dari tahap 2 = $y$

$[H^+]_{total} = 0,01 + y$

$[HSO_4^-] = 0,01 - y$

$[SO_4^{2-}] = y$

$\begin{aligned}K_a &= \dfrac{[H^+][SO_4^{2-}]}{[HSO_4^-]}\\& = \dfrac{(0,01 + y)(y)}{(0,01 - y)}\\& = 0,012\end{aligned}$

Dengan pendekatan, diperoleh $y \approx 0,0045$

$\begin{aligned}[H^+]_{total} &\approx 0,01 + 0,0045\\& = 0,0145~M\end{aligned}$

$pH = -\log(0,0145) \approx 1,84$

5 Hubungan Kuantitatif   $\dfrac{K_a}{K_b}$   dengan Kekuatan Asam/Basa dan % Ionisasi

Mengapa Sulit?

Siswa sering hanya menghafal "$K_a$ besar = asam kuat" tanpa bisa menghubungkannya dengan besaran terukur seperti persen ionisasi. Soal menanyakan perbandingan pH atau % ionisasi dari dua asam lemah dengan $K_a$ yang berbeda.

Contoh Soal:

Dua buah asam lemah HX dan HY memiliki konsentrasi yang sama. Jika $K_a$ HX = $2 \times K_a$ HY, manakah pernyataan yang benar?

a) pH HX = pH HY

b) pH HX > pH HY

c) pH HX < pH HY

d) $[H^+]$ HX = $2 \times [H^+]$ HY

Penyelesaian:

Untuk asam lemah: $[H^+] = \sqrt{K_a \times [Asam]}$

Jika [Asam] sama, maka $[H^+] \propto \sqrt{K_a}$

Jika $K_a$ HX = $2 \times K_a$ HY, maka $[H^+]$ HX = $\sqrt{2} \times [H^+]$ HY

Karena $[H^+]$ HX > $[H^+]$ HY, maka pH HX < pH HY

Opsi d) salah karena hubungannya bukan linier melainkan akar

Jawaban: c) pH HX < pH HY

6 Konsep pH Larutan Garam dari Asam Lemah dan Basa Lemah

Mengapa Sulit?

Siswa terbiasa dengan rumus "hidrolisis parsial". Untuk garam dari asam lemah dan basa lemah, baik kation maupun anion terhidrolisis. Rumus pH-nya berbeda dan melibatkan perbandingan $K_a$ dan $K_b$.

Contoh Soal:

Diketahui ammonium asetat ($CH_3COONH_4$) merupakan garam dari asam lemah $CH_3COOH$ ($K_a = 10^{-5}$) dan basa lemah $NH_3$ ($K_b = 10^{-5}$). Hitung pH larutan $CH_3COONH_4$ 0,1 M.

Penyelesaian:

Untuk garam asam lemah-basa lemah:
$\begin{aligned}[H^+] &= \sqrt{\dfrac{K_w \times K_a}{K_b}}\\ &= \sqrt{\dfrac{10^{-14} \times 10^{-5}}{10^{-5}}} \\&= \sqrt{10^{-14}} \\&= 10^{-7}~M\end{aligned}$

$pH = 7$

Karena $K_a = K_b$, maka pH = 7 (netral)

7 Pengenceran Asam/Basa Lemah vs. Kuat

Mengapa Sulit?

Siswa sering menganggap pengenceran akan selalu mengubah pH secara linear. Mereka bingung mengapa mengencerkan asam lemah 10x tidak mengubah pH sebanyak 1 satuan (seperti pada asam kuat). Perhitungan asam lemah setelah pengenceran melibatkan perubahan derajat ionisasi ($\alpha$).

Contoh Soal:

Asam lemah HA 0,1 M memiliki pH = 3. Jika diencerkan 10x, hitung pH larutan setelah pengenceran.

Penyelesaian:

$\begin{aligned}[H^+]~awal &= 10^{-3}\\&= \sqrt{K_a \times 0,1}\\ K_a &= 10^{-5}\end{aligned}$

Setelah pengenceran: M = 0,01 M

$\begin{aligned}[H^+] &= \sqrt{10^{-5} \times 0,01}\\& = \sqrt{10^{-7}} \\&\approx 3,16 \times 10^{-4}~M\end{aligned}$

$\begin{aligned}pH &= -\log(3,16 \times 10^{-4}) \\&\approx 3,5\end{aligned}$

Hanya naik 0,5, bukan 1 satuan seperti pada asam kuat

8 bufer dengan Penambahan Sedikit Air (Pengenceran)

Mengapa Sulit?

Siswa menghafal "larutan bufer pH-nya tidak berubah dengan pengenceran". Ini tidak sepenuhnya benar. Yang tidak berubah adalah perbandingan [Asam]/[Garam] atau mol asam/mol garam. pH bufer memang relatif stabil, tetapi dengan pengenceran signifikan, perhitungan menggunakan rumus bufer menjadi kurang akurat.

Contoh Soal:

bufer asam format ($K_a=10^{-4}$) dibuat dengan mencampur 100 mL HCOOH 0,1 M dan 100 mL HCOONa 0,1 M. Hitung pH sebelum dan setelah ditambah 900 mL air.

Penyelesaian:

Sebelum:
$\begin{aligned}pH &= pK_a + \log\dfrac{[A^-]}{[HA]}\\& = 4 + \log(1) \\&= 4\end{aligned}$

Sesudah: Volume total = 1100 mL

$[HCOOH] = [HCOONa] = \dfrac{0,01 \text{ mol}}{1,1 \text{ L}} \approx 0,0091$ M

$\begin{aligned}pH &= 4 + \log(1)\\& = 4~(tetap)\end{aligned}$

9 Soal EBTANAS/UNAS tentang "Larutan dengan pH Sama"

Mengapa Sulit?

Soal ini menguji pemahaman mendalam tentang konsentrasi vs kekuatan asam. Siswa sering terkecoh dengan konsentrasi yang berbeda.

Contoh Soal:

Diberikan empat larutan:

1. HCl 0,1 M

2. $H_2SO_4$ 0,05 M

3. $CH_3COOH$ 0,1 M

4. $NH_4Cl$ 0,1 M

Manakah pasangan larutan yang mungkin memiliki pH sama?

Penyelesaian:

HCl 0,1 M:
$[H^+] = 0,1$ M, pH = 1

$H_2SO_4$
0,05 M: [H^+] ≈ 0,1 M, pH ≈ 1

$CH_3COOH$ 0,1 M:
$\begin{aligned}[H^+] &= \sqrt{10^{-5} \times 0,1}\\&= 10^{-3}~M\end{aligned}$,
pH= 3

$NH_4Cl$ 0,1 M:
$\begin{aligned}[H^+] &= \sqrt{\dfrac{10^{-14}}{10^{-5}} \times 0,1}\\& = 10^{-5}~M\end{aligned}$
pH = 5

Jawaban: Larutan (1) dan (2) memiliki pH yang (hampir) sama

10 Titrasi dengan Indikator dan Rentang pH

Mengapa Sulit?

Siswa tidak menghubungkan konsep kurva titrasi dengan pemilihan indikator. Mereka bingung mengapa indikator yang berbeda bisa memberikan hasil yang berbeda untuk titrasi yang sama.

Contoh Soal:

Perhatikan data trayek pH indikator:

- Metil Merah (MM): 4,2 - 6,3

- Fenolftalein (PP): 8,3 - 10,0

Titrasi manakah yang tepat menggunakan indikator fenolftalein?

a) Asam kuat vs basa kuat

b) Asam lemah vs basa kuat

c) Asam kuat vs basa lemah

d) Asam lemah vs basa lemah

Penyelesaian:

Fenolftalein berubah di pH basa (8,3-10,0)

Cocok untuk titrasi dimana titik ekuivalen-nya berada dalam rentang basa

Asam lemah vs basa kuat memiliki titik ekuivalen > 7 (basa), jadi PP tepat

Asam kuat vs basa kuat titik ekuivalen = 7, PP masih bisa tapi kurang ideal

Asam kuat vs basa lemah titik ekuivalen < 7 (asam), PP tidak tepat

Jawaban: b) Asam lemah vs basa kuat