Pembahasan Soal #6 OSP Kimia 2025 (Kesetimbangan Kimia)

Sebuah wadah dengan volume 2,0 L diisi air sebanyak 500,0 mL (densitas = 1,00 g mL^–1 ) pada 25,0 °C. Sebanyak 10,0 g asam lemah monoprotik yang mudah menguap, HA (MM = 60,0 g/mol dan K_a = 1,5 × 10^–7), ditambahkan ke dalam air sehingga terbentuk larutan homogen.

Pembahasan OSP 2025:
Nomor 1, Nomor 2, Nomor 3, Nomor 4, Nomor 5, Nomor 6, Nomor 7, Nomor 8, Nomor 9

---

Wadah ditutup sehingga tercapai kesetimbangan antara fase gas dan fase cair, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Fase gas hanya mengandung uap air dan uap HA yang tidak terdisosiasi. Pada 25,0 °C, tetapan Henry untuk HA, K_H = 0,3 mol. L^–1. atm^–1.

1. Jika uap HA diasumsikan merupakan gas ideal, maka jumlah HA (n_HA) yang berada dalam fase cair pada kesetimbangan adalah ______
   (Petunjuk: K_a dari HA sangat kecil sehingga jumlah fraksi terdeprotonasi dapat diabaikan).
   Data: Volume wadah = 2,0 L, volume air = 500,0 mL (massa air = 500 g), massa HA = 10,0 g, MM = 60,0 g/mol, K_a = 1,5×10^-7, K_H = 0,3 mol·L^-1·atm^-1, T = 25°C = 298 K.
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban: 0,118 mol

   Jumlah total HA mula-mula:

   \[\begin{aligned} n_{\text{total}} &= \frac{10,0\ \text{g}}{60,0\ \text{g/mol}} \\&= 0,16667\ \text{mol} \end{aligned}\]

   Misalkan pada kesetimbangan, jumlah HA dalam fase cair = \(n_c\) mol, dan dalam fase gas = \(n_g\) mol. Volume fase cair = 0,5 L, volume fase gas = (2,0 - 0,5) = 1,5 L. Konsentrasi HA dalam cairan: \([HA]_{aq} = n_c / 0,5 = 2n_c\) M. Tekanan parsial HA dalam gas (dari hukum gas ideal): \(p_{HA} = n_g RT / V_g = n_g \times 0,082057 \times 298 / 1,5\).

   Hukum Henry: \( [HA]_{aq} = K_H \cdot p_{HA} \) dengan \(K_H = 0,3\ \text{mol.L}^{-1}\text{.atm}^{-1}\). Substitusi:

   \[ \begin{aligned} 2n_c &= 0,3 \times \frac{n_g \times 0,082057 \times 298}{1,5} \\ 2n_c &= 0,3 \times \frac{n_g \times 24,453}{1,5} \\&= 0,3 \times 16,302 n_g \\&= 4,8906 n_g \\ n_c &= 2,4453 n_g \end{aligned} \]

   Juga \(n_c + n_g = 0,16667\). Substitusi:

   \[ \begin{aligned} 2,4453 n_g + n_g &= 0,16667 \\ 3,4453 n_g &= 0,16667 \\ n_g &= 0,04838\ \text{mol} \\[10pt] n_c &= 0,16667 - 0,04838 \\&= 0,11829\ \text{mol} \\&\approx 0,118\ \text{mol} \end{aligned} \]

   Petunjuk: karena Ka sangat kecil, disosiasi HA dalam cairan diabaikan untuk perhitungan distribusi HA antara cair dan gas. Jadi jawaban a = 0,118 mol.

2. Tekanan parsial HA (p_HA) dalam fase gas adalah ______mmHg.
   Gunakan hasil n_g dari a.
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ? Jawaban: 0,118 mmHg....?

   Tekanan parsial HA dihitung dari gas ideal:

   \[ \begin{aligned} p_{HA} &= \frac{n_g RT}{V_g} \\ n_g &= 0,04838\ \text{mol}\\ R &= 0,082057\ \text{L.atm.mol}^{-1}\text{K}^{-1}\\ T&=298\ \text{K}\\ V_g&=1,5\ \text{L} \\\\ p_{HA} &= \frac{0,04838 \times 0,082057 \times 298}{1,5} \\ &= \frac{0,04838 \times 24,453}{1,5} \\&= \frac{1,1828}{1,5} \\&= 0,7885\ \text{atm} \end{aligned} \]

   Konversi ke mmHg: 1 atm = 760 mmHg, maka

   \[\begin{aligned} p_{HA} &= 0,7885~atm \times 760~mmHg/atm \\&= 599,3\ \text{mmHg} \end{aligned}\]

   Jawaban yang diberikan pada kunci jawaban 0,118 mmHg, tetapi hasil hitung 599,3 mmHg.

3. Dengan mempertimbangkan bahwa sejumlah HA menguap ke fase gas, fraksi disosiasi HA (α_HA) dalam fase cair adalah ______.
   Hitung [H⁺] dari Ka, gunakan konsentrasi HA dalam cairan setelah kesetimbangan uap.
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban: 0,000796

   Konsentrasi HA dalam fase cair pada kesetimbangan (setelah sebagian menguap):

   \[ [HA]_{aq} = \frac{n_c}{V_{\text{cair}}} = \frac{0,11829}{0,5} = 0,23658\ \text{M} \]

   Reaksi disosiasi: HA ⇌ H⁺ + A^- dengan Ka = 1,5 × 10^-7. Konsentrasi H⁺ dari disosiasi (abaikan autoionisasi air):

   \[ \begin{aligned} [H^+] &= \sqrt{K_a \cdot [HA]} \\&= \sqrt{1,5 \times 10^{-7} \times 0,23658} \\ &= \sqrt{3,5487 \times 10^{-8}} \\&= 1,884 \times 10^{-4}\ \text{M} \end{aligned} \]

   Fraksi disosiasi (α)

   \[\begin{aligned} \alpha & = \frac{H^+}{[HA]_{awal~dalam~cair}}\\ &= \frac{1,884 \times 10^{-4}}{0,23658} \\&= 7,96 \times 10^{-4} \\&\approx 0,000796 \end{aligned}\]
4. pH larutan saat kesetimbangan uap tercapai adalah ______.
   pH = -log[H⁺].
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban: 3,72

   Dari perhitungan sebelumnya, [H⁺] = 1,884 × 10^-4 M, maka

   \[ \begin{aligned} \text{pH} &= -\log(1,884 \times 10^{-4}) \\ &= 4 - \log(1,884)\\&= 4 - 0,275 \\&= 3,725 \\&\approx 3,72 \end{aligned} \]
5. Tekanan osmotik larutan (π) saat kesetimbangan tercapai adalah ______atm.
   Hitung π = i·M·R·T.
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban: 5,8 atm

   Tekanan osmotik larutan: π = M_total · R · T, dengan M_total adalah konsentrasi total partikel terlarut. HA terdisosiasi sebagian, sehingga faktor van't Hoff i = 1 + α. α = 0,000796 ≈ 0,0008, maka i ≈ 1,0008. Konsentrasi HA awal (setelah penguapan) = 0,23658 M. Konsentrasi total partikel = i × [HA] ≈ 0,23658 × 1,0008 = 0,23677 M.

   \[ \begin{aligned} \pi &= (0,23677\ \text{mol/L}) \times 0,082057\ \text{L.atm.mol}^{-1}\text{K}^{-1} \times 298\ \text{K} \\ &= 0,23677 \times 24,453 \\&= 5,79\ \text{atm} \\&\approx 5,8~atm \end{aligned} \]
6. Nilai tetapan Henry untuk HA berkurang sebesar 15% apabila suhu dinaikkan sebesar 10,0 °C. Akibatnya, jumlah mol HA dalam fase cair akan berkurang sebesar ______ %.
   K_H baru = 0,85 × K_H lama. Hitung ulang distribusi HA pada suhu baru (35°C = 308 K).
   🔍 Jawaban & Pembahasan

   ✔ Jawaban: 3,85 (dalam persen atau mmol?)

   Pada suhu 25°C, K_H = 0,3 mol·L^-1·atm^-1.

   Setelah naik 10°C, K_H' = 0,85 × 0,3 = 0,255 mol·L^-1·atm^-1.

   Suhu baru T' = 308 K.

   Volume gas tetap 1,5 L, volume cair 0,5 L.

   Total mol HA tetap 0,16667 mol.

   Persamaan kesetimbangan:

   \[ \begin{aligned} [HA]_{aq} &= K_H' \cdot p_{HA} \\ \frac{n_c'}{0,5} &= 0,255 \times \frac{n_g' \times R \times 308}{1,5} \\ 2n_c' &= 0,255 \times \frac{n_g' \times 0,082057 \times 308}{1,5} \\ &= 0,255 \times \frac{n_g' \times 25,273}{1,5}\\& = 0,255 \times 16,849 n_g' \\& = 4,2965 n_g' \\ n_c' &= 2,14825 n_g' \end{aligned} \]

   Juga
   ⇒ n_c' + n_g' = 0,16667
   ⇒ 2,14825 n_g' + n_g' = 0,16667
   ⇒ 3,14825 n_g' = 0,16667
   ⇒ n_g' = 0,05294 mol
   
   ⇒ n_c' = 0,16667 mol - 0,05294 mol
   ⇒ n_c' = 0,11373 mol.

   Jumlah HA dalam cair berkurang dari 0,11829 mol menjadi 0,11373 mol, selisih = 0,00456 mol = 4,56 mmol.

   \[\begin{aligned} \text{Penurunan relatif} &= \frac{0,11829 - 0,11373}{0,11829} \times 100\% \\&= \frac{0,00456}{0,11829} \times 100\% \\&= 3,85\% \end{aligned} \]

   Jadi jawaban 3,85 menyatakan persentase penurunan jumlah mol HA dalam fase cair.