Soal Larutan Penyangga Ditambahkan Asam/Basa Bervalensi Dua

TL;DR (Prinsip Dasar): Perhitungan pH larutan penyangga setelah penambahan asam atau basa bervalensi dua pada dasarnya tidak berbeda dengan penambahan asam atau basa monovalen. Yang membedakan hanyalah jumlah ion H⁺ atau OH⁻ yang dilepaskan: setiap 1 mol asam bervalensi dua (misal H₂SO₄) memberikan 2 mol H⁺, dan setiap 1 mol basa bervalensi dua (misal Ba(OH)₂) memberikan 2 mol OH⁻.

Dengan demikian, langkah-langkah penyelesaian tetap menggunakan persamaan Henderson–Hasselbalch setelah menghitung perubahan mol komponen penyangga akibat reaksi netralisasi, hanya saja jumlah mol H⁺ atau OH⁻ yang bereaksi adalah dua kali lipat dari jumlah mol asam/basa yang ditambahkan.

Soal 1

Buffer Asetat + H₂SO₄

Sebanyak 500 mL larutan penyangga mengandung CH₃COOH 0,2 M dan CH₃COONa 0,2 M. (pKa CH₃COOH = 4,76). Hitung pH setelah ditambahkan 0,005 mol H₂SO₄.

📖 Penyelesaian Soal 1

1. Mol awal:
   

   \(n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = 0,2 \times 0,5 = 0,1\ \text{mol}\);

   \(n_{\text{CH}_3\text{COO}^-} = 0,2 \times 0,5 = 0,1\ \text{mol}\).

2. H₂SO₄ bervalensi dua → \(n_{\text{H}^+} = 2 \times 0,005 = 0,01\ \text{mol}\).
3. Reaksi: \(\text{H}^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \to \text{CH}_3\text{COOH}\).
   
   \(\begin{aligned} n_{\text{CH}_3\text{COO}^-}^{\text{akhir}} &= 0,1 - 0,01 = 0,09\ \text{mol} \\ n_{\text{CH}_3\text{COOH}}^{\text{akhir}} &= 0,1 + 0,01 = 0,11\ \text{mol} \end{aligned}\)
4. 
   
   \(\begin{aligned} pH &= pKa + \log\dfrac{[\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{CH}_3\text{COOH}]}\\ &= 4,76 + \log\dfrac{0,09}{0,11} \\ &= 4,76 + \log(0,81818) \\ &= 4,76 - 0,0872 \\ &= 4,673 \end{aligned}\)

Soal 2

Buffer Amonia + Ba(OH)₂

Larutan penyangga NH₃ – NH₄Cl memiliki volume 1 L dengan [NH₃] = 0,15 M dan [NH₄⁺] = 0,10 M. (pKa NH₄⁺ = 9,25).Hitung pH setelah ditambahkan 0,002 mol Ba(OH)₂.

📖 Penyelesaian Soal 2

1. Mol awal: \(n_{\text{NH}_3} = 0,15\ \text{mol}\); \(n_{\text{NH}_4^+} = 0,10\ \text{mol}\).
2. Ba(OH)₂ → \(n_{\text{OH}^-} = 2 \times 0,002 = 0,004\ \text{mol}\).

3. Reaksi: \(\text{OH}^- + \text{NH}_4^+ \to \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}\).

   
   \(\begin{aligned} n_{\text{NH}_4^+}^{\text{akhir}} &= 0,10 - 0,004\\&= 0,096\ \text{mol} \\\\ n_{\text{NH}_3}^{\text{akhir}} &= 0,15 + 0,004 \\&= 0,154\ \text{mol} \end{aligned}\)
4. 
   
   \(\begin{aligned}pH &= pK_a + \log\dfrac{[\text{NH}_3]}{[\text{NH}_4^+]}\\ & = 9,25 + \log\dfrac{0,154}{0,096}\\ &= 9,25 + \log(1,60417) \\ &= 9,25 + 0,2052\\&= 9,455 \end{aligned}\)

Soal 3

Buffer Asetat + Ba(OH)₂

Suatu buffer mengandung 0,08 mol CH₃COOH dan 0,12 mol CH₃COONa dalam 400 mL larutan (pKa = 4,76). Hitung pH setelah ditambahkan 0,003 mol Ba(OH)₂.

📖 Penyelesaian Soal 3

1. Mol awal: \(n_{\text{HA}} = 0,08\ \text{mol}\); \(n_{\text{A}^-} = 0,12\ \text{mol}\).
2. \(n_{\text{OH}^-} = 2 \times 0,003 = 0,006\ \text{mol}\).
3. Reaksi: \(\text{OH}^- + \text{CH}_3\text{COOH} \to \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O}\).
   
   \(\begin{aligned} n_{\text{HA}}^{\text{akhir}} &= 0,08 - 0,006 = 0,074\ \text{mol} \\ n_{\text{A}^-}^{\text{akhir}} &= 0,12 + 0,006 = 0,126\ \text{mol} \end{aligned}\)
4. 
   
   \(\begin{aligned} pH &= 4,76 + \log\dfrac{0,126}{0,074}\\ &= 4,76 + \log(1,7027) \\ &= 4,76 + 0,2311\\ &= 4,991 \end{aligned}\)

Soal 4

Buffer Amonia + H₂SO₄

Larutan penyangga NH₃ 0,25 M dan NH₄Cl 0,20 M (volume 500 mL). pKa NH₄⁺ = 9,25. Berapa pH setelah ditambahkan 0,006 mol H₂SO₄?

📖 Penyelesaian Soal 4

1. Mol awal: \(n_{\text{NH}_3} = 0,25 \times 0,5 = 0,125\ \text{mol}\); \(n_{\text{NH}_4^+} = 0,20 \times 0,5 = 0,100\ \text{mol}\).
2. H₂SO₄ 0,006 mol → \(n_{\text{H}^+} = 0,012\ \text{mol}\).
3. Reaksi: \(\text{H}^+ + \text{NH}_3 \to \text{NH}_4^+\). \[\begin{aligned} n_{\text{NH}_3}^{\text{akhir}} &= 0,125 - 0,012 = 0,113\ \text{mol} \\ n_{\text{NH}_4^+}^{\text{akhir}} &= 0,100 + 0,012 = 0,112\ \text{mol} \end{aligned}\]
4. pH = \(9,25 + \log\dfrac{0,113}{0,112} = 9,25 + \log(1,00893)\) \[\begin{aligned} &= 9,25 + 0,00387 = 9,254 \end{aligned}\]

Soal 5

Buffer Amonia + Ba(OH)₂

Sebanyak 500 mL larutan penyangga mengandung NH₃ 0,2 M dan NH₄Cl 0,1 M. Diketahui \(K_b\) NH₃ = \(1,8 \times 10^{-5}\) (p\(K_a\) NH₄⁺ = 9,25).

1. Hitung pH awal larutan penyangga tersebut.
2. Jika ke dalam larutan ditambahkan 0,002 mol Ba(OH)₂, hitung pH setelah penambahan.
3. Tentukan massa Ba(OH)₂ yang ditambahkan (mM Ba(OH)₂ = 171,34 g/mol).

📖 Penyelesaian Soal 5

1. pH awal: \(n_{\text{NH}_3} = 0,2 \times 0,5 = 0,1\ \text{mol}\); \(n_{\text{NH}_4^+} = 0,1 \times 0,5 = 0,05\ \text{mol}\). \[\begin{aligned} \text{pH} &= 9,25 + \log\dfrac{0,1}{0,05} = 9,25 + \log 2 = 9,25 + 0,3010 = 9,551 \end{aligned}\]
2. Penambahan Ba(OH)₂ 0,002 mol → \(n_{\text{OH}^-} = 0,004\ \text{mol}\). Reaksi: \(\text{OH}^- + \text{NH}_4^+ \to \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}\). \[\begin{aligned} n_{\text{NH}_4^+}^{\text{akhir}} &= 0,05 - 0,004 = 0,046\ \text{mol} \\ n_{\text{NH}_3}^{\text{akhir}} &= 0,1 + 0,004 = 0,104\ \text{mol} \end{aligned}\] pH = \(9,25 + \log\dfrac{0,104}{0,046} = 9,25 + \log(2,2609) = 9,25 + 0,3543 = 9,604\)
3. Massa Ba(OH)₂ = \(0,002 \times 171,34 = 0,34268\ \text{g}\) ≈ \(0,343\ \text{g}\).

Soal 6

Buffer Asetat + H₂SO₄

Suatu larutan penyangga CH₃COOH – CH₃COONa memiliki volume 1 L dengan pH = 5,00. Diketahui pKa CH₃COOH = 4,76.

1. Jika jumlah total mol kedua komponen adalah 0,2 mol, tentukan \(n_{\text{CH}_3\text{COOH}}\) dan \(n_{\text{CH}_3\text{COONa}}\) awal.
2. Ke dalam larutan ditambahkan 0,002 mol H₂SO₄. Hitung pH setelah penambahan.
3. Berapa massa H₂SO₄ (mM = 98,08 g/mol) yang ditambahkan?

📖 Penyelesaian Soal 6

1. Komposisi awal: \[\begin{aligned} 5,00 &= 4,76 + \log\dfrac{n_{\text{A}^-}}{n_{\text{HA}}} \\ \log\dfrac{n_{\text{A}^-}}{n_{\text{HA}}} &= 0,24 \quad\Rightarrow\quad \dfrac{n_{\text{A}^-}}{n_{\text{HA}}} = 10^{0,24} = 1,7378 \end{aligned}\] \(n_{\text{HA}} + n_{\text{A}^-} = 0,2\) → \(n_{\text{HA}} = 0,07306\ \text{mol}\); \(n_{\text{A}^-} = 0,12694\ \text{mol}\).
2. H₂SO₄ 0,002 mol → \(n_{\text{H}^+} = 0,004\ \text{mol}\). Reaksi H⁺ + A^- → HA. \[\begin{aligned} n_{\text{A}^-}^{\text{akhir}} &= 0,12694 - 0,004 = 0,12294\ \text{mol} \\ n_{\text{HA}}^{\text{akhir}} &= 0,07306 + 0,004 = 0,07706\ \text{mol} \end{aligned}\] pH = \(4,76 + \log\dfrac{0,12294}{0,07706} = 4,76 + \log(1,5957) = 4,76 + 0,2029 = 4,963\)
3. Massa H₂SO₄ = \(0,002 \times 98,08 = 0,19616\ \text{g}\) ≈ \(0,196\ \text{g}\).

🏅 Soal 7

Buffer HA + Ba(OH)₂ + H₂SO₄

Suatu larutan penyangga terdiri dari asam lemah HA (pKa = 4,25) dan garam NaA. Volume total larutan = 250 mL. Konsentrasi awal HA = 0,15 M dan NaA = 0,10 M. Ke dalam larutan ini ditambahkan sejumlah \(x\) gram Ba(OH)₂ (mM = 171,34). Setelah penambahan, pH larutan berubah menjadi 4,55.

1. Tentukan massa Ba(OH)₂ (\(x\)) yang ditambahkan.
2. Hitung konsentrasi ion Ba²⁺ dalam larutan setelah penambahan (asumsikan volume tetap 250 mL).
3. Jika setelah itu ditambahkan lagi 0,005 mol H₂SO₄ ke dalam larutan yang sama (setelah penambahan Ba(OH)₂), hitung pH akhir larutan.

📖 Penyelesaian Soal 7 (Olimpiade)

1. Mol awal: \(n_{\text{HA}} = 0,15 \times 0,25 = 0,0375\ \text{mol}\); \(n_{\text{A}^-} = 0,10 \times 0,25 = 0,0250\ \text{mol}\). pH awal = \(4,25 + \log(0,0250/0,0375) = 4,25 - 0,1761 = 4,074\).
2. Misal \(n_{\text{Ba(OH)}_2} = a\) mol → \(n_{\text{OH}^-} = 2a\). Reaksi: OH^- + HA → A^- + H₂O. \[\begin{aligned} n_{\text{HA}}^{\text{akhir}} &= 0,0375 - 2a \\ n_{\text{A}^-}^{\text{akhir}} &= 0,0250 + 2a \end{aligned}\]

   pH akhir = 4,55 → \(4,55 = 4,25 + \log\dfrac{0,0250 + 2a}{0,0375 - 2a}\)

   \(\log\dfrac{0,0250 + 2a}{0,0375 - 2a} = 0,30\) → \(\dfrac{0,0250 + 2a}{0,0375 - 2a} = 10^{0,30} = 1,9953\).

   Selesaikan:

   \(0,0250 + 2a = 1,9953(0,0375 - 2a)\)

   \(0,0250 + 2a = 0,07482 - 3,9906a\)

   \(5,9906a = 0,04982\) → \(a = 0,008316\ \text{mol}\).

3. Massa Ba(OH)₂ = \(0,008316 \times 171,34 = 1,424\ \text{g}\).
4. \([\text{Ba}^{2+}] = \dfrac{0,008316}{0,250} = 0,03326\ \text{M}\).

5. Setelah penambahan Ba(OH)₂:

   \(n_{\text{HA}} = 0,0375 - 0,016632 = 0,020868\ \text{mol}\);

   \(n_{\text{A}^-} = 0,0250 + 0,016632 = 0,041632\ \text{mol}\).

   H₂SO₄ 0,005 mol → \(n_{\text{H}^+} = 0,010\ \text{mol}\).

   Reaksi H⁺ + A^- → HA.
   \(n_{\text{A}^-}^{\text{akhir}} = 0,041632 - 0,010 = 0,031632\ \text{mol}\);

   \(n_{\text{HA}}^{\text{akhir}} = 0,020868 + 0,010 = 0,030868\ \text{mol}\).

   pH = \(4,25 + \log\dfrac{0,031632}{0,030868} = 4,25 + \log(1,02475) = 4,25 + 0,01062 = 4,261\).

🏅 Soal 8

Buffer NH₃/NH₄Cl + H₂SO₄ + Ba(OH)₂ (Kapasitas Buffer)

Sebanyak 100 mL NH₃ 0,3 M dicampur dengan 150 mL NH₄Cl 0,2 M. Diketahui pKa NH₄⁺ = 9,25.

1. Hitung pH awal larutan penyangga campuran tersebut.
2. Ke dalam larutan ditambahkan larutan H₂SO₄ 0,05 M sehingga pH turun menjadi 8,90. Tentukan volume H₂SO₄ 0,05 M yang ditambahkan (dalam mL).
3. Hitung massa H₂SO₄ (mM = 98,08) yang terkandung dalam volume tersebut.
4. Setelah penambahan H₂SO₄, ke dalam larutan yang sama ditambahkan lagi 0,003 mol Ba(OH)₂. Hitung pH akhir larutan setelah penambahan basa bervalensi dua tersebut.

📖 Penyelesaian Soal 8 (Olimpiade)

1. \(n_{\text{NH}_3} = 0,3 \times 0,100 = 0,0300\ \text{mol}\); \(n_{\text{NH}_4^+} = 0,2 \times 0,150 = 0,0300\ \text{mol}\). pH awal = \(9,25 + \log\dfrac{0,0300}{0,0300} = 9,25\).
2. Misal \(V\) liter H₂SO₄ 0,05 M, \(n_{\text{H}^+} = 0,10V\). Reaksi H⁺ + NH₃ → NH₄⁺. \[\begin{aligned} n_{\text{NH}_3}^{\text{akhir}} &= 0,0300 - 0,10V \\ n_{\text{NH}_4^+}^{\text{akhir}} &= 0,0300 + 0,10V \end{aligned}\]

   pH = 8,90 → \(8,90 = 9,25 + \log\dfrac{0,0300 - 0,10V}{0,0300 + 0,10V}\)

   \(\log\dfrac{0,0300 - 0,10V}{0,0300 + 0,10V} = -0,35\) → \(\dfrac{0,0300 - 0,10V}{0,0300 + 0,10V} = 10^{-0,35} = 0,44668\).

   Selesaikan: \(0,0300 - 0,10V = 0,44668(0,0300 + 0,10V)\)

   \(0,0300 - 0,10V = 0,0134004 + 0,044668V\)

   \(0,0165996 = 0,144668V\) → \(V = 0,11475\ \text{L} = 114,75\ \text{mL}\).

3. \(n_{\text{H}_2\text{SO}_4} = 0,05 \times 0,11475 = 0,0057375\ \text{mol}\) → massa = \(0,0057375 \times 98,08 = 0,5625\ \text{g}\).
4. Setelah penambahan H₂SO₄:

   \(n_{\text{NH}_3} = 0,0300 - 0,011475 = 0,018525\ \text{mol}\);

   \(n_{\text{NH}_4^+} = 0,0300 + 0,011475 = 0,041475\ \text{mol}\).

   Tambah Ba(OH)₂ 0,003 mol → \(n_{\text{OH}^-} = 0,006\ \text{mol}\). Reaksi OH^- + NH₄⁺ → NH₃ + H₂O.

   \(n_{\text{NH}_4^+}^{\text{akhir}} = 0,041475 - 0,006 = 0,035475\ \text{mol}\);

   \(n_{\text{NH}_3}^{\text{akhir}} = 0,018525 + 0,006 = 0,024525\ \text{mol}\).

   pH = \(9,25 + \log\dfrac{0,024525}{0,035475} = 9,25 + \log(0,6914) = 9,25 - 0,1603 = 9,090\).