Latihan 10 Soal Hidrolisis Garam dan Pembahasan (Bagian-3 dari 4) dengan Tingkat Kesulitan Setara

Berikut 10 soal latihan yang berfokus pada perhitungan pH atau [H⁺] atau [OH⁻] yang merupakan rakaian total 40 soal latihan (drill) dengan pola yang hampir sama. Sila klik link lain berikut: bagian-1, bagian-2, bagian-3, bagian-4.

Untuk menentukan pH garam yang terhidrolisis dalam bentuk logaritma, kita mempertimbangkan jenis garam berdasarkan asal kation dan anionnya (dari asam/basa kuat atau lemah). Berikut rumus pH untuk masing-masing kasus hidrolisis garam:

1. Garam dari Asam Lemah dan Basa Kuat (contoh: NaF, CH₃COONa)

• Hidrolisis: Anion dari asam lemah (misalnya F⁻ atau CH₃COO⁻) terhidrolisis menghasilkan OH⁻, sehingga larutan bersifat basa.
• Reaksi Hidrolisis:
  A⁻ + H₂O ⇌ HA + OH⁻
  
  
• Konstanta Hidrolisis (K_h):
  $K_h = \dfrac{K_w}{K_a}$
  Keterangan: K_w = 10⁻¹⁴ dan K_a adalah konstanta ionisasi asam lemah.
  
  
• Konsentrasi OH⁻:
  Untuk garam dengan konsentrasi [G]:
  $[OH^-] = \sqrt{\dfrac{K_w \,[G]}{K_a}}$
  
  
• pOH:
  $\begin{aligned} pOH &= -\log [OH^-] \\ &= -\log \left(\sqrt{\dfrac{K_w\,[G]}{K_a}} \right) \\ &= \dfrac{1}{2} \left( pK_w - \log [G] + pK_a \right) \end{aligned}$
  
  
• pH:
  $\begin{aligned} pH &= pK_w - pOH \\ &= \dfrac{pK_w}{2} + \dfrac{\log [G]}{2} - \dfrac{pK_a}{2} \end{aligned}$
  
  Untuk pK_w = 14:
  
  $pH = 7 + \dfrac{1}{2} \log [G] - \dfrac{1}{2} pK_a$

2. Garam dari Asam Kuat dan Basa Lemah (contoh: NH₄Cl, NH₄NO₃)

• Hidrolisis: Kation dari basa lemah (misalnya NH₄⁺) terhidrolisis menghasilkan H⁺, sehingga larutan bersifat asam.
• Reaksi Hidrolisis: BH⁺ + H₂O ⇌ B + H₃O⁺
• Konstanta Hidrolisis (K_h):
  $K_h = \dfrac{K_w}{K_b}$
  
  Keterangan: K_b = konstanta ionisasi basa lemah.
• Konsentrasi H⁺:
  
  $[H^+] = \sqrt{\dfrac{K_w\,[G]}{K_b}}$
• pH:
  $\begin{aligned} pH &= -\log [H^+] \\ &= -\log \left( \sqrt{\dfrac{K_w\,[G]}{K_b}} \right) \\ &= \dfrac{1}{2} \left( pK_w - \log [G] + pK_b \right) \end{aligned}$
  
  Untuk pK_w = 14:
  
  $pH = 7 - \dfrac{1}{2} \log [G] - \dfrac{1}{2} pK_b$

3. Garam dari Asam Lemah dan Basa Lemah (contoh: NH₄CH₃COO, NH₄CN)

• Hidrolisis:
  • BH⁺ + H₂O ⇌ B + H₃O⁺
  • A⁻ + H₂O ⇌ HA + OH⁻
• Konsentrasi H⁺:
  Untuk [BH⁺] = [A⁻] = [G]:
  
  $[H^+] = \sqrt{\dfrac{K_w K_a}{K_b}}$
• pH:
  $\begin{aligned} pH &= -\log [H^+] \\ &= -\log \left( \sqrt{\dfrac{K_w K_a}{K_b}} \right) \\ &= \dfrac{1}{2} \left( pK_w + pK_a - pK_b \right) \end{aligned}$
  
  Untuk pK_w = 14:
  
  $pH = 7 + \dfrac{1}{2} pK_a - \dfrac{1}{2} pK_b$

4. Garam dari Asam Kuat dan Basa Kuat (contoh: NaCl, KNO₃)

• Hidrolisis: Tidak terjadi hidrolisis karena kation dan anion berasal dari asam/basa kuat.
• pH: $pH = 7$ Tidak ada rumus logaritma tambahan karena tidak ada hidrolisis.

Catatan Penting

• pK_w = 14 pada 25°C.
• [G] adalah konsentrasi garam dalam mol/L.
• pK_a dan pK_b spesifik untuk asam/basa konjugat.
• Rumus mengasumsikan hidrolisis sederhana dengan konsentrasi garam cukup tinggi.

Contoh Aplikasi

1. NaF 0,1 M
   (K_a HF = 6,8 × 10⁻⁴):
   
   $\begin{aligned} pK_a &= -\log(6{,}8 \times 10^{-4}) = 3{,}17 \\ pH &= 7 + \tfrac{1}{2}\log(0{,}1) - \tfrac{1}{2}(3{,}17) \\ &= 7 + \tfrac{1}{2}(-1) - 1{,}585 \\ &= 7 - 0{,}5 - 1{,}585 \\ &= 4{,}915 \end{aligned}$
2. NH₄Cl 0,05 M
   (K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵):
   
   $\begin{aligned} pK_b &= -\log(1{,}8 \times 10^{-5}) = 4{,}74 \\ pH &= 7 - \tfrac{1}{2}\log(0{,}05) - \tfrac{1}{2}(4{,}74) \\ &= 7 - \tfrac{1}{2}(-1{,}30) - 2{,}37 \\ &= 7 + 0{,}65 - 2{,}37 \\ &= 5{,}28 \end{aligned}$
3. NH₄CN 0,04 M
   (K_a HCN = 4,0 × 10⁻¹⁰, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵):
   
   $\begin{aligned} pK_a &= 9{,}40,\quad pK_b = 4{,}74 \\ pH &= 7 + \tfrac{1}{2}(9{,}40) - \tfrac{1}{2}(4{,}74) \\ &= 7 + 4{,}70 - 2{,}37 \\ &= 9{,}33 \end{aligned}$

---

Soal 21: Pengatur pH Media Kultur Mikroba

Larutan campuran 0,05 M NH₄Cl dan 0,03 M (NH₄)₂CO₃ digunakan untuk kultur mikroba.
Diketahui K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵, K_a2 H₂CO₃ = 4,7 × 10⁻¹¹, dan K_w = 10⁻¹⁴.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis kedua garam memengaruhi pH akhir larutan!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. NH₄⁺ berlebih bereaksi dengan CO₃²⁻ membentuk NH₃ dan HCO₃⁻; sisa NH₄⁺ bersama NH₃ membentuk larutan buffer, pH basa.
2. pH = 8,83

Pembahasan:

1. Konsentrasi ion setelah kedua garam terlarut:
   • [NH₄⁺] = 0,05 + 2 × 0,03 = 0,11 M
   • [CO₃²⁻] = 0,03 M
   NH₄⁺ (asam) bereaksi dengan CO₃²⁻ (basa) secara langsung:
   NH₄⁺ + CO₃²⁻ → NH₃ + HCO₃⁻
   CO₃²⁻ habis bereaksi dengan 0,03 mol NH₄⁺. Setelah reaksi:
   • NH₄⁺ sisa = 0,11 − 0,03 = 0,08 M
   • NH₃ terbentuk = 0,03 M
   • HCO₃⁻ terbentuk = 0,03 M (pengaruh kecil, diabaikan)
   Sistem yang dominan adalah larutan buffer NH₄⁺/NH₃, bersifat basa karena ada NH₃ bebas.
2. Gunakan persamaan Henderson-Hasselbalch. pK_a(NH₄⁺) = pK_w − pK_b = 14 − 4,74 = 9,26:
   
   $\begin{aligned} pK_b(\text{NH}_3) &= -\log(1{,}8 \times 10^{-5}) = 4{,}74 \\[6pt] pK_a(\text{NH}_4^+) &= 14 - 4{,}74 = 9{,}26 \\[6pt] pH &= pK_a + \log\frac{[\text{NH}_3]}{[\text{NH}_4^+]} \\[6pt] &= 9{,}26 + \log\frac{0{,}03}{0{,}08} \\[6pt] &= 9{,}26 + \log(0{,}375) \\[6pt] &= 9{,}26 - 0{,}43 \\[6pt] &= \mathbf{8{,}83} \end{aligned}$

Soal 22: Penyedia Nutrisi Tanaman Hidroponik

Larutan campuran 0,02 M NaCN dan 0,01 M KCN dilarutkan hingga 1 L, lalu ditambahkan NH₄Cl hingga konsentrasinya 0,04 M.
Diketahui K_a HCN = 4,0 × 10⁻¹⁰, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan faktor utama yang menentukan sifat pH larutan ini!
2. Tentukan konsentrasi ion H⁺ dalam larutan!

Jawaban:

1. NH₄⁺ berlebih bereaksi dengan CN⁻ membentuk NH₃ dan HCN; sisa NH₄⁺ bersama NH₃ membentuk buffer, pH basa.
2. [H⁺] = 1,80 × 10⁻¹⁰ M

Pembahasan:

1. Konsentrasi ion setelah semua garam terlarut:
   • [CN⁻] = 0,02 + 0,01 = 0,03 M
   • [NH₄⁺] = 0,04 M
   NH₄⁺ (asam) bereaksi dengan CN⁻ (basa):
   NH₄⁺ + CN⁻ → NH₃ + HCN
   CN⁻ habis bereaksi (0,03 M). Setelah reaksi:
   • NH₄⁺ sisa = 0,04 − 0,03 = 0,01 M
   • NH₃ terbentuk = 0,03 M
   • HCN terbentuk = 0,03 M (asam sangat lemah, pengaruh kecil)
   Sistem dominan adalah buffer NH₄⁺/NH₃. Karena [NH₃] > [NH₄⁺], larutan bersifat basa.
2. Menghitung konsentrasi ion H⁺ dalam larutan:
   
   $\begin{aligned} pK_a(\text{NH}_4^+) &= 14 - (-\log 1{,}8 \times 10^{-5}) = 14 - 4{,}74 = 9{,}26 \\[6pt] pH &= pK_a + \log\frac{[\text{NH}_3]}{[\text{NH}_4^+]} \\[6pt] &= 9{,}26 + \log\frac{0{,}03}{0{,}01} \\[6pt] &= 9{,}26 + \log 3 \\[6pt] &= 9{,}26 + 0{,}48 = 9{,}74 \\[6pt] [H^+] &= 10^{-9{,}74} = \mathbf{1{,}80 \times 10^{-10}} \text{ M} \end{aligned}$

Soal 23: Penyedia Larutan Penyegar Elektrolit

Larutan mengandung 0,03 M NaF, 0,02 M NH₄F, dan 0,01 M KF digunakan sebagai penyegar elektrolit. Diketahui K_a HF = 6,8 × 10⁻⁴, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis berganda memengaruhi pH larutan ini!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. Larutan mengandung ion NH₄⁺ (asam lemah, K_a = 5,6×10⁻¹⁰) dan F⁻ (basa lemah, K_b = 1,47×10⁻¹¹) dengan konsentrasi masing-masing 0,02 M dan 0,06 M. Karena K_a NH₄⁺ > K_b F⁻ dan efek asam lebih dominan, larutan bersifat asam (pH < 7).
2. pH = 6,45

Pembahasan:

1. Total [F⁻] = 0,03 + 0,02 + 0,01 = 0,06 M. [NH₄⁺] = 0,02 M. Ion Na⁺ dan K⁺ (0,04 M) tidak terhidrolisis. Dalam larutan terjadi kesetimbangan:
   NH₄⁺ ⇌ NH₃ + H⁺ (K_a = K_w/K_b NH₃ = 5,56×10⁻¹⁰)
   F⁻ + H₂O ⇌ HF + OH⁻ (K_b = K_w/K_a HF = 1,47×10⁻¹¹)
   Karena K_a NH₄⁺ > K_b F⁻, kecenderungan melepas H⁺ lebih besar. Meskipun [F⁻] lebih besar, pH larutan ditentukan oleh perbandingan konsentrasi dan konstanta, menghasilkan pH asam.
2. Menghitung pH dengan rumus untuk campuran asam lemah dan basa lemah (konsentrasi tidak sama):
   
   $\begin{aligned} K_a(\text{NH}_4^+) &= \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \\[6pt] K_b(\text{F}^-) &= \frac{10^{-14}}{6,8 \times 10^{-4}} = 1,47 \times 10^{-11} \\[6pt] [\text{H}^+] &= \sqrt{ K_w \cdot \frac{[\text{NH}_4^+] \cdot K_a(\text{NH}_4^+)}{[\text{F}^-] \cdot K_b(\text{F}^-)} } \\[6pt] &= \sqrt{ 10^{-14} \cdot \frac{0,02 \times 5,56 \times 10^{-10}}{0,06 \times 1,47 \times 10^{-11}} } \\[6pt] &= \sqrt{ 10^{-14} \cdot \frac{1,112 \times 10^{-11}}{8,82 \times 10^{-13}} } \\[6pt] &= \sqrt{ 10^{-14} \times 12,61 } = \sqrt{1,261 \times 10^{-13}} \\[6pt] &= 3,55 \times 10^{-7} \text{ M} \\[6pt] \text{pH} &= -\log(3,55 \times 10^{-7}) = 6,45 \end{aligned}$

Soal 24: Pengatur pH pada Produksi Sirup

Larutan campuran 0,04 M Na₃C₆H₅O₇ dan 0,02 M NH₄C₆H₅O₇ digunakan untuk sirup.
Diketahui K_a3 asam sitrat = 4,0 × 10⁻⁷, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana perbandingan konsentrasi garam memengaruhi sifat hidrolisis!
2. Tentukan persentase hidrolisis anion sitrat dalam larutan!

Jawaban:

1. Larutan mengandung ion sitrat (Cit³⁻) dan NH₄⁺ yang bereaksi sebagian membentuk NH₃ dan HCit²⁻. Sistem ini membentuk buffer ganda dengan pH sekitar 8,08 (basa). Perbandingan [Cit³⁻] : [NH₄⁺] = 3 : 1 menyebabkan NH₄⁺ tidak habis bereaksi.
2. Persentase hidrolisis anion sitrat = 2,20%

Pembahasan:

1. Menggunakan singkatan Cit³⁻ untuk C₆H₅O₇³⁻. Konsentrasi awal: \[ \begin{aligned} [\text{Cit}^{3-}]_{\text{total}} &= 0,04 + 0,02 = 0,06 \text{ M}, \\[6pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,02 \text{ M} \end{aligned} \] Reaksi kesetimbangan: \[ \text{NH}_4^+ + \text{Cit}^{3-} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{HCit}^{2-} \] Konstanta kesetimbangan: \[ \begin{aligned} K &= \frac{K_a(\text{NH}_4^+)}{K_{a3}} \\[6pt] &= \frac{10^{-14} / (1,8 \times 10^{-5})}{4,0 \times 10^{-7}} \\[6pt] &= \frac{5,56 \times 10^{-10}}{4,0 \times 10^{-7}} \\[6pt] &= 1,39 \times 10^{-3} \end{aligned} \] Misal \(x\) = konsentrasi yang bereaksi. Maka: \[ K = \frac{x^2}{(0,02 - x)(0,06 - x)} \] Karena \(K\) kecil, \(x \ll 0,02\), sehingga: \[ \begin{aligned} x^2 &\approx (1,39 \times 10^{-3})(0,02 \times 0,06) \\[6pt] &= 1,668 \times 10^{-6} \\[6pt] x &\approx 1,29 \times 10^{-3} \text{ M} \end{aligned} \] Setelah kesetimbangan: \[ \begin{aligned} [\text{NH}_4^+] &= 0,01871 \text{ M}, \\[6pt] [\text{Cit}^{3-}] &= 0,05871 \text{ M}, \\[6pt] [\text{NH}_3] &= 0,00129 \text{ M}, \\[6pt] [\text{HCit}^{2-}] &= 0,00129 \text{ M} \end{aligned} \] pH dapat dihitung dari buffer \(\text{NH}_4^+/\text{NH}_3\): \[ \begin{aligned} \text{p}K_a(\text{NH}_4^+) &= 14 - \text{p}K_b \\[6pt] &= 14 - (-\log 1,8 \times 10^{-5}) \\[6pt] &= 14 - 4,74 = 9,26 \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{pH} &= 9,26 + \log\frac{[\text{NH}_3]}{[\text{NH}_4^+]} \\[6pt] &= 9,26 + \log\frac{0,00129}{0,01871} \\[6pt] &= 9,26 - 1,16 = 8,10 \end{aligned} \] (Cocok dengan buffer sitrat: \(\text{p}K_{a3} = -\log 4,0\times10^{-7} = 6,40\); \(\text{pH} = 6,40 + \log\frac{0,05871}{0,00129} = 6,40 + 1,66 = 8,06\)). Larutan bersifat basa.
2. Persentase hidrolisis anion sitrat didefinisikan sebagai rasio [HCit²⁻] yang terbentuk terhadap [Cit³⁻] sisa: \[ \begin{aligned} \%\text{ hidrolisis} &= \frac{[\text{HCit}^{2-}]}{[\text{Cit}^{3-}]_{\text{setimbang}}} \times 100\% \\[6pt] &= \frac{1,29 \times 10^{-3}}{0,0587} \times 100\% \\[6pt] &= \mathbf{2,20\%} \end{aligned} \]

Soal 25: Penyedia Larutan Penyemprot Anti-Jamur

Larutan mengandung 0,025 M NaCH₃COO, 0,015 M NH₄CH₃COO, dan 0,01 M KCH₃COO digunakan sebagai anti-jamur.
Diketahui K_a CH₃COOH = 1,8 × 10⁻⁵, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis simultan memengaruhi keefektifan larutan ini!
2. Hitung konsentrasi ion OH⁻ dalam larutan!

Jawaban:

1. Larutan mengandung ion asetat (CH₃COO⁻) dan amonium (NH₄⁺) dengan perbandingan konsentrasi [CH₃COO⁻] : [NH₄⁺] = 0,05 : 0,015 = 10 : 3. Karena K_a = K_b, pH larutan ditentukan oleh log perbandingan tersebut dan bersifat basa ringan (pH ≈ 7,26).
2. [OH⁻] = 1,83 × 10⁻⁷ M

Pembahasan:

1. Konsentrasi total ion asetat: \[ [\text{CH}_3\text{COO}^-]_{\text{total}} = 0,025 + 0,015 + 0,01 = 0,05 \text{ M} \] Konsentrasi ion amonium: \[ [\text{NH}_4^+] = 0,015 \text{ M} \] Dalam larutan terjadi kesetimbangan: \[ \text{NH}_4^+ + \text{CH}_3\text{COO}^- \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{CH}_3\text{COOH} \] Konstanta kesetimbangan reaksi ini: \[ K = \frac{K_w}{K_a \cdot K_b} = \frac{10^{-14}}{(1,8 \times 10^{-5})(1,8 \times 10^{-5})} = \frac{10^{-14}}{3,24 \times 10^{-10}} = 3,09 \times 10^{-5} \] Karena \(K\) kecil, reaksi hanya berlangsung sedikit. Oleh karena itu, pendekatan yang menganggap NH₄⁺ habis bereaksi tidak tepat. Untuk campuran garam dari asam lemah dan basa lemah dengan perbandingan konsentrasi tidak sama, pH dapat dihitung dengan rumus: \[ \text{pH} = \frac{1}{2}(\text{p}K_a(\text{CH}_3\text{COOH}) + \text{p}K_a(\text{NH}_4^+)) + \frac{1}{2} \log \frac{[\text{CH}_3\text{COO}^-]}{[\text{NH}_4^+]} \] dengan \[ \begin{aligned} \text{p}K_a(\text{CH}_3\text{COOH}) &= -\log(1,8 \times 10^{-5}) = 4,74 \\[4pt] \text{p}K_a(\text{NH}_4^+) &= 14 - \text{p}K_b(\text{NH}_3) = 14 - (-\log 1,8 \times 10^{-5}) = 14 - 4,74 = 9,26 \end{aligned} \] Maka: \[ \begin{aligned} \text{pH} &= \frac{1}{2}(4,74 + 9,26) + \frac{1}{2} \log \frac{0,05}{0,015} \\[6pt] &= \frac{1}{2}(14,00) + \frac{1}{2} \log(3,333) \\[6pt] &= 7 + \frac{1}{2}(0,5229) \\[6pt] &= 7 + 0,2615 = 7,26 \end{aligned} \] Larutan bersifat basa ringan. Keefektifan sebagai anti-jamur sesuai karena pH sedikit basa (sekitar 7,3) tidak terlalu ekstrem.
2. Konsentrasi ion OH⁻: \[ \begin{aligned} \text{pOH} &= 14 - \text{pH} = 14 - 7,26 = 6,74 \\[6pt] [\text{OH}^-] &= 10^{-\text{pOH}} = 10^{-6,74} \\[6pt] &= 1,83 \times 10^{-7} \text{ M} \end{aligned} \]

Soal 26: Pengatur pH pada Produksi Keju

Larutan campuran 0,04 M NaHCOO dan 0,02 M NH₄HCOO digunakan dalam proses pembuatan keju.
Diketahui K_a HCOOH = 1,8 × 10⁻⁴, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵, dan K_w = 10⁻¹⁴.

1. Jelaskan bagaimana rasio konsentrasi garam memengaruhi dominasi hidrolisis dalam larutan ini!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. NH₄⁺ dominan, larutan sedikit asam (pH ≈ 6,74).
2. pH = 6,74

Pembahasan:

1. NaHCOO menyumbang ion HCOO⁻ (bersifat basa, terhidrolisis menghasilkan OH⁻), sedangkan NH₄HCOO menyumbang NH₄⁺ (asam) dan HCOO⁻ (basa).
   Konsentrasi total: \[ \begin{aligned} [\text{HCOO}^-] &= 0,04 + 0,02 = 0,06 \text{ M}, \\[6pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,02 \text{ M} \end{aligned} \] Konstanta hidrolisis masing‑masing: \[ \begin{aligned} K_h(\text{HCOO}^-) &= \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-4}} = 5,56 \times 10^{-11}, \\[6pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \end{aligned} \] Perbandingan hasil kali \(K_h \times C\): \[ \begin{aligned} K_h \times [\text{HCOO}^-] &= 5,56 \times 10^{-11} \times 0,06 = 3,34 \times 10^{-12}, \\[6pt] K_h \times [\text{NH}_4^+] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,02 = 1,11 \times 10^{-11} \end{aligned} \] Karena \(1,11 \times 10^{-11} > 3,34 \times 10^{-12}\), hidrolisis NH₄⁺ lebih dominan → larutan bersifat sedikit asam.
2. pH larutan campuran garam dari asam lemah dan basa lemah (dengan perbandingan konsentrasi tidak sama) dihitung dengan: \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot K_a \cdot [\text{NH}_4^+]}{K_b \cdot [\text{HCOO}^-]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{10^{-14} \times 1,8 \times 10^{-4} \times 0,02}{1,8 \times 10^{-5} \times 0,06}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{3,6 \times 10^{-20}}{1,08 \times 10^{-6}}} \\[8pt] &= \sqrt{3,33 \times 10^{-14}} \\[8pt] &= 1,83 \times 10^{-7} \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{pH} &= -\log(1,83 \times 10^{-7}) = 6,74 \end{aligned} \]

Soal 27: Larutan Penyegar untuk Penyimpanan Ikan

Larutan mengandung 0,03 M Na₂HPO₄ dan 0,015 M NH₄H₂PO₄ digunakan untuk menyimpan ikan segar.
Diketahui K_a2 H₃PO₄ = 6,2 × 10⁻⁸, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis ganda memengaruhi kesesuaian larutan untuk penyimpanan ikan!
2. Tentukan konsentrasi ion H⁺ dalam larutan!

Jawaban:

1. Larutan bersifat buffer fosfat dengan pH sekitar 7,5 (sedikit asam hingga netral), sesuai untuk memperlambat pertumbuhan bakteri pada ikan.
2. [H⁺] = 3,10 × 10⁻⁸ M (pH ≈ 7,51)

Pembahasan:

1. Na₂HPO₄ terdisosiasi menjadi 2 Na⁺ dan ion HPO₄²⁻ (0,03 M).
   NH₄H₂PO₄ terdisosiasi menjadi NH₄⁺ (0,015 M) dan H₂PO₄⁻ (0,015 M).
   
   Keberadaan H₂PO₄⁻ dan HPO₄²⁻ membentuk sistem buffer fosfat dengan perbandingan: \[ \frac{[\text{HPO}_4^{2-}]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]} = \frac{0,03}{0,015} = 2 \] pH larutan ditentukan oleh persamaan Henderson–Hasselbalch: \[ \text{pH} = \text{p}K_{a2} + \log\frac{[\text{HPO}_4^{2-}]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]} \] dengan \(\text{p}K_{a2} = -\log(6,2\times10^{-8}) = 7,21\).
   Maka pH ≈ \(7,21 + \log 2 = 7,51\).
   
   Ion NH₄⁺ (asam lemah, \(K_a \approx 5,6\times10^{-10}\)) hanya memberikan kontribusi sangat kecil terhadap pH karena nilai \(K_a\) jauh lebih kecil daripada \(K_{a2}\) H₃PO₄. Dengan demikian, hidrolisis ganda tidak signifikan; larutan bersifat buffer fosfat dengan pH sekitar 7,5. Nilai ini cocok untuk penyimpanan ikan karena dapat menghambat pertumbuhan bakteri pembusuk tanpa merusak tekstur daging ikan.
2. Konsentrasi ion H⁺ dihitung langsung dari persamaan buffer: \[ [\text{H}^+] = K_{a2} \times \frac{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]}{[\text{HPO}_4^{2-}]} \] Substitusi nilai: \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= 6,2\times10^{-8} \times \frac{0,015}{0,03} \\[6pt] &= 6,2\times10^{-8} \times 0,5 \\[6pt] &= 3,10 \times 10^{-8} \text{ M} \end{aligned} \] \[ \text{pH} = -\log(3,10\times10^{-8}) = 7,51 \] (Pengaruh NH₄⁺ dapat diabaikan karena perubahan pH kurang dari 0,01 satuan.)

Soal 28: Pengatur pH pada Proses Pemutihan Kertas

Larutan campuran 0,05 M Na₂SO₃ dan 0,02 M NH₄HSO₃ digunakan dalam pemutihan kertas.
Diketahui K_a2 H₂SO₃ = 1,0 × 10⁻⁷, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis ion SO₃²⁻ dan HSO₃⁻ bersaing dengan NH₄⁺ dalam larutan ini!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. SO₃²⁻ dominan, larutan basa (pH ≈ 8,33).
2. pH = 8,33

Pembahasan:

1. Na₂SO₃ terionisasi menjadi 2Na⁺ dan SO₃²⁻ (0,05 M).
   NH₄HSO₃ terionisasi menjadi NH₄⁺ (0,02 M) dan HSO₃⁻ (0,02 M).
   Ion HSO₃⁻ bersifat amfoter, tetapi karena K_b HSO₃⁻ sangat kecil (≈ 10⁻¹²), pengaruhnya dapat diabaikan.
   Reaksi yang terjadi: NH₄⁺ + SO₃²⁻ ⇌ NH₃ + HSO₃⁻.
   Konstanta kesetimbangan: \[ \begin{aligned} K &= \frac{K_a(\text{NH}_4^+)}{K_{a2}} = \frac{10^{-14}/K_b}{K_{a2}} \\[6pt] &= \frac{10^{-14}/(1,8 \times 10^{-5})}{1,0 \times 10^{-7}} = \frac{5,56 \times 10^{-10}}{1,0 \times 10^{-7}} = 5,56 \times 10^{-3} \end{aligned} \] Karena \(K\) cukup kecil, reaksi berlangsung sebagian, namun dominasi hidrolisis ditentukan oleh nilai \(K_h \times C\): \[ \begin{aligned} K_h(\text{SO}_3^{2-}) &= \frac{K_w}{K_{a2}} = 1,0 \times 10^{-7}, \quad [\text{SO}_3^{2-}] = 0,05 \\[6pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} = 5,56 \times 10^{-10}, \quad [\text{NH}_4^+] = 0,02 \\[6pt] K_h \times [\text{SO}_3^{2-}] &= 5,0 \times 10^{-9} \\[6pt] K_h \times [\text{NH}_4^+] &= 1,11 \times 10^{-11} \end{aligned} \] Karena \(5,0 \times 10^{-9} \gg 1,11 \times 10^{-11}\), hidrolisis SO₃²⁻ jauh lebih dominan, sehingga larutan bersifat basa.
2. pH larutan campuran garam dari asam lemah dan basa lemah dihitung dengan rumus: \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot K_a(\text{NH}_4^+) \cdot [\text{NH}_4^+]}{K_b(\text{SO}_3^{2-}) \cdot [\text{SO}_3^{2-}]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot (K_w/K_b) \cdot [\text{NH}_4^+]}{(K_w/K_{a2}) \cdot [\text{SO}_3^{2-}]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{K_{a2} \cdot K_w \cdot [\text{NH}_4^+]}{K_b \cdot [\text{SO}_3^{2-}]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{1,0 \times 10^{-7} \times 10^{-14} \times 0,02}{1,8 \times 10^{-5} \times 0,05}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{2,0 \times 10^{-23}}{9,0 \times 10^{-7}}} \\[8pt] &= \sqrt{2,22 \times 10^{-17}} \\[8pt] &= 4,71 \times 10^{-9} \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{pH} &= -\log(4,71 \times 10^{-9}) = 8,33 \\[6pt] [\text{OH}^-] &= \frac{10^{-14}}{4,71 \times 10^{-9}} = 2,12 \times 10^{-6} \text{ M} \end{aligned} \] (Rumus alternatif: \([\text{OH}^-] = \sqrt{\frac{K_w \cdot K_b \cdot [\text{SO}_3^{2-}]}{K_{a2} \cdot [\text{NH}_4^+]}}\) menghasilkan nilai yang sama.)

Soal 29: Larutan Penstabil pada Produksi Gelatin

Larutan mengandung 0,01 M Na₃PO₄, 0,02 M NH₄H₂PO₄, dan 0,03 M K₂HPO₄ digunakan untuk menstabilkan gelatin.
Diketahui K_a3 H₃PO₄ = 4,8 × 10⁻¹³, K_a2 = 6,2 × 10⁻⁸, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan ion mana yang paling dominan dalam hidrolisis dan alasannya!
2. Tentukan konsentrasi ion OH⁻ dalam larutan!

Jawaban:

1. Setelah reaksi antara PO₄³⁻ dan H₂PO₄⁻, sistem didominasi oleh buffer H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻, sehingga hidrolisis tidak signifikan; pH ditentukan oleh persamaan Henderson–Hasselbalch.
2. [OH⁻] = 8,13 × 10⁻⁷ M

Pembahasan:

1. Ion–ion yang ada setelah semua garam larut: \[ \begin{aligned} [\text{PO}_4^{3-}] &= 0,01 \text{ M (dari Na}_3\text{PO}_4), \\[4pt] [\text{H}_2\text{PO}_4^-] &= 0,02 \text{ M (dari NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4), \\[4pt] [\text{HPO}_4^{2-}] &= 0,03 \text{ M (dari K}_2\text{HPO}_4), \\[4pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,02 \text{ M (dari NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4) \end{aligned} \] Reaksi yang terjadi: PO₄³⁻ + H₂PO₄⁻ → 2 HPO₄²⁻.
   Konstanta kesetimbangan: \[ K = \frac{[\text{HPO}_4^{2-}]^2}{[\text{PO}_4^{3-}][\text{H}_2\text{PO}_4^-]} = \frac{K_{a2}}{K_{a3}} = \frac{6,2 \times 10^{-8}}{4,8 \times 10^{-13}} \approx 1,3 \times 10^5 \] Karena \(K\) sangat besar, reaksi berlangsung sempurna. PO₄³⁻ (0,01 M) membatasi, sehingga habis bereaksi dengan 0,01 M H₂PO₄⁻ dan menghasilkan 0,02 M HPO₄²⁻.
   Setelah reaksi: \[ \begin{aligned} [\text{H}_2\text{PO}_4^-] &= 0,02 - 0,01 = 0,01 \text{ M}, \\[4pt] [\text{HPO}_4^{2-}] &= 0,03 + 0,02 = 0,05 \text{ M}, \\[4pt] [\text{PO}_4^{3-}] &\approx 0 \text{ (sangat kecil)}, \\[4pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,02 \text{ M (tidak bereaksi)} \end{aligned} \] Sistem sekarang berupa buffer H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻. NH₄⁺ (K_a = 5,6×10⁻¹⁰) sangat lemah dibandingkan buffer fosfat, sehingga tidak mempengaruhi pH. Dengan demikian, ion yang paling berperan adalah H₂PO₄⁻ dan HPO₄²⁻, bukan PO₄³⁻.
2. pH dihitung menggunakan persamaan Henderson–Hasselbalch untuk pasangan H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻: \[ \begin{aligned} \text{p}K_{a2} &= -\log(6,2 \times 10^{-8}) = 7,21 \\[4pt] \text{pH} &= \text{p}K_{a2} + \log\frac{[\text{HPO}_4^{2-}]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]} \\[4pt] &= 7,21 + \log\frac{0,05}{0,01} \\[4pt] &= 7,21 + \log 5 = 7,21 + 0,70 = 7,91 \end{aligned} \] Maka konsentrasi ion OH⁻: \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= 10^{-7,91} = 1,23 \times 10^{-8} \text{ M} \\[4pt] [\text{OH}^-] &= \frac{K_w}{[\text{H}^+]} = \frac{10^{-14}}{1,23 \times 10^{-8}} = \mathbf{8,13 \times 10^{-7}} \text{ M} \end{aligned} \]

Soal 30: Pengatur pH pada Pengolahan Kulit

Larutan campuran 0,025 M Na₂C₂O₄ dan 0,015 M NH₄HC₂O₄ digunakan untuk pengolahan kulit.
Diketahui K_a1 H₂C₂O₄ = 5,9 × 10⁻², K_a2 = 6,4 × 10⁻⁵, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis C₂O₄²⁻ dan HC₂O₄⁻ berinteraksi dengan NH₄⁺!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. NH₄⁺ dominan, larutan sedikit asam (pH ≈ 6,84).
2. pH = 6,84

Pembahasan:

1. Na₂C₂O₄ terionisasi menjadi 2Na⁺ dan C₂O₄²⁻ (0,025 M).
   NH₄HC₂O₄ terionisasi menjadi NH₄⁺ (0,015 M) dan HC₂O₄⁻ (0,015 M).
   Ion HC₂O₄⁻ bersifat amfoter, tetapi karena K_a1 sangat besar (5,9×10⁻²), basa konjugatnya (C₂O₄²⁻) jauh lebih kuat. Pengaruh HC₂O₄⁻ dapat diabaikan.
   Perbandingan konstanta hidrolisis: \[ \begin{aligned} K_h(\text{C}_2\text{O}_4^{2-}) &= \frac{K_w}{K_{a2}} = \frac{10^{-14}}{6,4 \times 10^{-5}} = 1,56 \times 10^{-10}, \\[6pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \end{aligned} \] Hasil kali dengan konsentrasi: \[ \begin{aligned} K_h \times [\text{C}_2\text{O}_4^{2-}] &= 1,56 \times 10^{-10} \times 0,025 = 3,90 \times 10^{-12}, \\[6pt] K_h \times [\text{NH}_4^+] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,015 = 8,34 \times 10^{-12} \end{aligned} \] Karena \(8,34 \times 10^{-12} > 3,90 \times 10^{-12}\), hidrolisis NH₄⁺ lebih dominan, sehingga larutan bersifat sedikit asam.
2. pH larutan campuran dihitung dengan rumus: \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot K_{a2} \cdot [\text{NH}_4^+]}{K_b \cdot [\text{C}_2\text{O}_4^{2-}]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{10^{-14} \times 6,4 \times 10^{-5} \times 0,015}{1,8 \times 10^{-5} \times 0,025}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{9,60 \times 10^{-21}}{4,50 \times 10^{-7}}} \\[8pt] &= \sqrt{2,133 \times 10^{-14}} \\[8pt] &= 1,46 \times 10^{-7} \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{pH} &= -\log(1,46 \times 10^{-7}) = 6,84 \end{aligned} \] (Rumus ini ekuivalen dengan menggunakan K_a(NH₄⁺) = K_w/K_b dan K_b(C₂O₄²⁻) = K_w/K_a2, hasilnya sama.)