Latihan 10 Soal Hidrolisis Garam dan Pembahasan (Bagian-4 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.

Sebagai dasar di bagian awal diberikan 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 31: Pengatur pH pada Produksi Sabun Batang

Larutan campuran 0,03 M Na₂SO₄ dan 0,02 M NH₄HSO₄ digunakan untuk menyesuaikan pH sabun batang.
Diketahui K_a2 H₂SO₄ = 1,2 × 10⁻², K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵, dan K_w = 10⁻¹⁴.

1. Jelaskan bagaimana ionisasi HSO₄⁻ bersaing dengan hidrolisis NH₄⁺ dalam larutan ini!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. HSO₄⁻ dominan sebagai asam kuat parsial, larutan sangat asam (pH ≈ 1,97).
2. pH = 1,97

Pembahasan:

1. Na₂SO₄ berasal dari asam kuat H₂SO₄ dan basa kuat NaOH → tidak terhidrolisis, ion SO₄²⁻ bersifat netral.
   NH₄HSO₄ terionisasi menjadi NH₄⁺ dan HSO₄⁻. HSO₄⁻ adalah asam kuat parsial (K_a2 = 1,2 × 10⁻²) yang terionisasi langsung menghasilkan H⁺, jauh lebih kuat daripada hidrolisis NH₄⁺ (K_h = 5,56 × 10⁻¹⁰). Oleh karena itu ionisasi HSO₄⁻ mendominasi → larutan sangat asam.
2. Konsentrasi HSO₄⁻ = 0,02 M. Misalkan [H⁺] = x, gunakan K_a2: \[ \begin{aligned} K_{a2} &= \frac{x^2}{[\text{HSO}_4^-] - x} \\[6pt] 1{,}2 \times 10^{-2} &= \frac{x^2}{0{,}02 - x} \end{aligned} \] Susun menjadi persamaan kuadrat: \[ \begin{aligned} x^2 + 0{,}012\,x - 2{,}4 \times 10^{-4} = 0 \end{aligned} \] Selesaikan dengan rumus ABC: \[ \begin{aligned} x &= \frac{-0{,}012 + \sqrt{(0{,}012)^2 + 4 \times 2{,}4 \times 10^{-4}}}{2} \\[6pt] &= \frac{-0{,}012 + \sqrt{1{,}44 \times 10^{-4} + 9{,}6 \times 10^{-4}}}{2} \\[6pt] &= \frac{-0{,}012 + \sqrt{1{,}104 \times 10^{-3}}}{2} \\[6pt] &= \frac{-0{,}012 + 0{,}03323}{2} \\[6pt] &= \frac{0{,}02123}{2} = 0{,}01062 \text{ M} \end{aligned} \] Maka pH: \[ \begin{aligned} \text{pH} &= -\log(0{,}01062) = 1{,}97 \end{aligned} \]

Soal 32: Larutan Penyegar pada Pengawetan Sayuran

Larutan mengandung 0,025 M NaCH₃COO, 0,015 M NH₄CH₃COO, dan 0,01 M NaF digunakan untuk pengawetan sayuran.
Diketahui K_a CH₃COOH = 1,8 × 10⁻⁵, K_a HF = 6,8 × 10⁻⁴, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis CH₃COO⁻ dan F⁻ memengaruhi dominasi NH₄⁺!
2. Tentukan konsentrasi ion OH⁻ dalam larutan!

Jawaban:

1. CH₃COO⁻ dominan, larutan basa (pH ≈ 7,21).
2. [OH⁻] = 1,63 × 10⁻⁷ M

Pembahasan:

1. Spesi yang terhidrolisis: \[ \begin{aligned} K_h(\text{CH}_3\text{COO}^-) &= \frac{K_w}{K_a(\text{CH}_3\text{COOH})} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10}, \\[6pt] [\text{CH}_3\text{COO}^-]_{\text{total}} &= 0,025 + 0,015 = 0,04 \text{ M}, \\[6pt] K_h(\text{F}^-) &= \frac{K_w}{K_a(\text{HF})} = \frac{10^{-14}}{6,8 \times 10^{-4}} = 1,47 \times 10^{-11}, \\[6pt] [\text{F}^-] &= 0,01 \text{ M}, \\[6pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10}, \\[6pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,015 \text{ M} \end{aligned} \] Hasil kali \(K_h \times C\): \[ \begin{aligned} K_h \times [\text{CH}_3\text{COO}^-] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,04 = 2,22 \times 10^{-11}, \\[6pt] K_h \times [\text{F}^-] &= 1,47 \times 10^{-11} \times 0,01 = 1,47 \times 10^{-13} \quad \text{(sangat kecil, diabaikan)}, \\[6pt] K_h \times [\text{NH}_4^+] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,015 = 8,34 \times 10^{-12} \end{aligned} \] Karena \(2,22 \times 10^{-11} > 8,34 \times 10^{-12}\), hidrolisis CH₃COO⁻ lebih dominan daripada NH₄⁺ → larutan bersifat basa. Kontribusi F⁻ sangat kecil sehingga diabaikan.
2. Dengan mengabaikan F⁻, sistem dianggap sebagai campuran garam CH₃COO⁻ (basa konjugat) dan NH₄⁺ (asam konjugat). Konsentrasi ion OH⁻ dihitung dengan: \[ \begin{aligned} [\text{OH}^-] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot K_b(\text{NH}_3) \cdot [\text{CH}_3\text{COO}^-]}{K_a(\text{CH}_3\text{COOH}) \cdot [\text{NH}_4^+]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{10^{-14} \times 1,8 \times 10^{-5} \times 0,04}{1,8 \times 10^{-5} \times 0,015}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{7,2 \times 10^{-21}}{2,7 \times 10^{-7}}} \\[8pt] &= \sqrt{2,667 \times 10^{-14}} \\[8pt] &= 1,63 \times 10^{-7} \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{pOH} &= -\log(1,63 \times 10^{-7}) = 6,79, \\[6pt] \text{pH} &= 14 - 6,79 = 7,21 \end{aligned} \]

Soal 33: Pengatur pH pada Produksi Tinta

Larutan campuran 0,02 M Na₂C₆H₅O₇, 0,03 M NH₄C₆H₅O₇, dan 0,01 M K₃C₆H₅O₇ digunakan untuk tinta.
Diketahui K_a3 asam sitrat = 4,0 × 10⁻⁷, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana konsentrasi C₆H₅O₇³⁻ yang tinggi memengaruhi hidrolisis NH₄⁺!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. C₆H₅O₇³⁻ dominan, larutan basa (pH ≈ 7,98).
2. pH = 7,98

Pembahasan:

1. Ion sitrat (C₆H₅O₇³⁻) berasal dari ketiga garam: Na₂C₆H₅O₇ (0,02 M), NH₄C₆H₅O₇ (0,03 M), dan K₃C₆H₅O₇ (0,01 M).
   Total [Cit³⁻] = 0,02 + 0,03 + 0,01 = 0,06 M.
   [NH₄⁺] = 0,03 M (hanya dari NH₄C₆H₅O₇).
   Konstanta hidrolisis: \[ \begin{aligned} K_h(\text{Cit}^{3-}) &= \frac{K_w}{K_{a3}} = \frac{10^{-14}}{4,0 \times 10^{-7}} = 2,5 \times 10^{-8}, \\[6pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \end{aligned} \] Hasil kali \(K_h \times C\): \[ \begin{aligned} K_h \times [\text{Cit}^{3-}] &= 2,5 \times 10^{-8} \times 0,06 = 1,5 \times 10^{-9}, \\[6pt] K_h \times [\text{NH}_4^+] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,03 = 1,67 \times 10^{-11} \end{aligned} \] Karena \(1,5 \times 10^{-9} \gg 1,67 \times 10^{-11}\), hidrolisis sitrat jauh lebih dominan → larutan bersifat basa. Konsentrasi sitrat yang besar menekan hidrolisis NH₄⁺ melalui pergeseran kesetimbangan.
2. pH larutan campuran garam dari asam lemah (K_a3) dan basa lemah (K_b NH₃) dengan perbandingan konsentrasi tidak sama dihitung dengan: \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot K_{a3} \cdot [\text{NH}_4^+]}{K_b \cdot [\text{Cit}^{3-}]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{10^{-14} \times 4,0 \times 10^{-7} \times 0,03}{1,8 \times 10^{-5} \times 0,06}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{1,2 \times 10^{-22}}{1,08 \times 10^{-6}}} \\[8pt] &= \sqrt{1,111 \times 10^{-16}} \\[8pt] &= 1,054 \times 10^{-8} \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{pH} &= -\log(1,054 \times 10^{-8}) = 7,98 \\[6pt] [\text{OH}^-] &= \frac{10^{-14}}{1,054 \times 10^{-8}} = 9,49 \times 10^{-7} \text{ M} \end{aligned} \] (Hasil ini juga dapat diperoleh dari kesetimbangan reaksi langsung NH₄⁺ + Cit³⁻ ⇌ NH₃ + HCit²⁻ dengan K = 1,39×10⁻³, yang memberikan pH ≈ 8,0.)

Soal 34: Larutan Penyegar pada Fermentasi Anggur

Larutan mengandung 0,015 M NaCN, 0,02 M NH₄CN, dan 0,025 M KCN digunakan dalam fermentasi anggur.
Diketahui K_a HCN = 4,0 × 10⁻¹⁰, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis CN⁻ yang berlebih memengaruhi pH larutan!
2. Tentukan persentase hidrolisis ion CN⁻!

Jawaban:

1. CN⁻ dominan, larutan sangat basa
2. 0,061%

Pembahasan:

1. \(\text{NaCN}\) dan \(\text{KCN}\) menghasilkan \(\text{CN}^-\) (basa kuat), \(\text{NH}_4\text{CN}\) menghasilkan \(\text{NH}_4^+\) (asam) dan \(\text{CN}^-\). \[ \begin{aligned} [\text{CN}^-] &= 0{,}015 + 0{,}02 + 0{,}025 \\[8pt]&= 0{,}06 \text{ M} \\[8pt] [\text{NH}_4^+] &= 0{,}02 \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} K_h(\text{CN}^-) &= \dfrac{K_w}{K_a} \\[8pt]&= \dfrac{10^{-14}}{4{,}0 \times 10^{-10}} \\[8pt]&= 2{,}5 \times 10^{-5} \\[8pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \dfrac{K_w}{K_b} \\[8pt]&= 5{,}56 \times 10^{-10} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} K_h \times C \;(\text{CN}^-) &= 2{,}5 \times 10^{-5} \times 0{,}06 \\[8pt]&= 1{,}5 \times 10^{-6} \\[8pt] K_h \times C \;(\text{NH}_4^+) &= 5{,}56 \times 10^{-10} \times 0{,}02 \\[8pt]&= 1{,}11 \times 10^{-11} \end{aligned} \] Karena \(1{,}5 \times 10^{-6} \gg 1{,}11 \times 10^{-11}\), \(\text{CN}^-\) sangat mendominasi → larutan sangat basa.
2. Menentukan persentase hidrolisis ion CN⁻
   
   $\begin{aligned} [OH^-] &= \sqrt{\dfrac{K_w \cdot K_b \cdot [\text{CN}^-]}{K_a \cdot [\text{NH}_4^+]}} \\[8pt] &= \sqrt{\dfrac{10^{-14} \cdot 1{,}8 \times 10^{-5} \cdot 0{,}06}{4{,}0 \times 10^{-10} \cdot 0{,}02}} \\[8pt] &= \sqrt{\dfrac{1{,}08 \times 10^{-20}}{8{,}0 \times 10^{-12}}} \\[8pt] &= \sqrt{1{,}35 \times 10^{-9}} \\[8pt] &= 3{,}67 \times 10^{-5}~\text{M} \end{aligned}$
   
   
   Persentase hidrolisis CN⁻:
   
   $\begin{aligned} \%~\text{hidrolisis} &= \dfrac{[\text{OH}^-]}{[\text{CN}^-]} \times 100\% \\[8pt] &= \dfrac{3{,}67 \times 10^{-5}}{0{,}06} \times 100\% \\[8pt] &= 0{,}061\% \end{aligned}$

Soal 35: Pengatur pH pada Produksi Pewarna Alami

Larutan campuran 0,04 M Na₂HPO₄, 0,02 M NH₄H₂PO₄, dan 0,01 M K₃PO₄ digunakan untuk pewarna alami.
Diketahui K_a2 H₃PO₄ = 6,2 × 10⁻⁸, K_a3 = 4,8 × 10⁻¹³, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis HPO₄²⁻ dan PO₄³⁻ mengatasi efek NH₄⁺!
2. Hitung konsentrasi ion OH⁻ dalam larutan!

Jawaban:

1. Ion PO₄³⁻ dari K₃PO₄ bereaksi sempurna dengan H₂PO₄⁻ dari NH₄H₂PO₄ membentuk HPO₄²⁻. Sistem yang terbentuk adalah buffer H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻ dengan perbandingan 0,01 : 0,06, sehingga pH sekitar 7,99. Efek NH₄⁺ diabaikan karena sangat lemah.
2. [OH⁻] = 9,77 × 10⁻⁷ M

Pembahasan:

1. Konsentrasi awal: \[ \begin{aligned} [\text{HPO}_4^{2-}] &= 0,04 \text{ M (dari Na}_2\text{HPO}_4), \\[4pt] [\text{H}_2\text{PO}_4^-] &= 0,02 \text{ M (dari NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4), \\[4pt] [\text{PO}_4^{3-}] &= 0,01 \text{ M (dari K}_3\text{PO}_4), \\[4pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,02 \text{ M (dari NH}_4\text{H}_2\text{PO}_4) \end{aligned} \] Reaksi antara PO₄³⁻ (basa) dan H₂PO₄⁻ (asam): \[ \text{PO}_4^{3-} + \text{H}_2\text{PO}_4^- \rightarrow 2\,\text{HPO}_4^{2-} \] Konstanta kesetimbangan reaksi ini: \[ K = \frac{K_{a2}}{K_{a3}} = \frac{6,2 \times 10^{-8}}{4,8 \times 10^{-13}} \approx 1,3 \times 10^5 \quad (\text{sangat besar}) \] Jadi reaksi berlangsung sempurna. PO₄³⁻ (0,01 M) menjadi pereaksi pembatas, habis bereaksi dengan 0,01 M H₂PO₄⁻. Setelah reaksi: \[ \begin{aligned} [\text{H}_2\text{PO}_4^-]_{\text{sisa}} &= 0,02 - 0,01 = 0,01 \text{ M}, \\[4pt] [\text{HPO}_4^{2-}]_{\text{total}} &= 0,04 + 0,02 = 0,06 \text{ M}, \\[4pt] [\text{PO}_4^{3-}] &\approx 0, \quad [\text{NH}_4^+] = 0,02 \text{ M (tidak bereaksi)} \end{aligned} \] Sistem menjadi buffer H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻. NH₄⁺ (K_a = 5,6×10⁻¹⁰) jauh lebih lemah dibandingkan buffer, sehingga tidak memengaruhi pH. Dengan demikian, hidrolisis HPO₄²⁻ dan PO₄³⁻ tidak lagi dominan karena reaksi telah mengubahnya menjadi buffer.
2. pH larutan dihitung dengan persamaan Henderson–Hasselbalch: \[ \begin{aligned} \text{p}K_{a2} &= -\log(6,2 \times 10^{-8}) = 7,21, \\[6pt] \text{pH} &= \text{p}K_{a2} + \log\frac{[\text{HPO}_4^{2-}]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]} \\[6pt] &= 7,21 + \log\frac{0,06}{0,01} = 7,21 + \log 6 = 7,21 + 0,78 = 7,99 \end{aligned} \] Konsentrasi ion H⁺: \[ [\text{H}^+] = 10^{-7,99} = 1,03 \times 10^{-8} \text{ M} \] Maka [OH⁻]: \[ [\text{OH}^-] = \frac{K_w}{[\text{H}^+]} = \frac{10^{-14}}{1,03 \times 10^{-8}} = \mathbf{9,77 \times 10^{-7}} \text{ M} \]

Soal 36: Pengatur pH pada Produksi Kecap

Larutan campuran 0,03 M Na₂CO₃ dan 0,02 M NH₄HCO₃ digunakan untuk menyesuaikan pH dalam produksi kecap.
Diketahui K_a1 H₂CO₃ = 4,3 × 10⁻⁷, K_a2 = 4,7 × 10⁻¹¹, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵, dan K_w = 10⁻¹⁴.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis CO₃²⁻ dan HCO₃⁻ memengaruhi kontribusi NH₄⁺ pada pH!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. Ion CO₃²⁻ bereaksi dengan NH₄⁺ membentuk HCO₃⁻ dan NH₃. Sistem yang terbentuk adalah buffer HCO₃⁻/CO₃²⁻ sekaligus buffer NH₄⁺/NH₃, dengan pH sekitar 9,90 (basa).
2. pH = 9,90

Pembahasan:

1. Konsentrasi awal: \[ \begin{aligned} [\text{CO}_3^{2-}] &= 0,03 \text{ M (dari Na}_2\text{CO}_3), \\[4pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,02 \text{ M (dari NH}_4\text{HCO}_3), \\[4pt] [\text{HCO}_3^-] &= 0,02 \text{ M (dari NH}_4\text{HCO}_3) \end{aligned} \] Ion CO\(_3^{2-}\) dan NH\(_4^+\) dapat bereaksi: \[ \text{CO}_3^{2-} + \text{NH}_4^+ \rightleftharpoons \text{HCO}_3^- + \text{NH}_3 \] Konstanta kesetimbangan reaksi ini: \[ K = \frac{K_a(\text{NH}_4^+)}{K_{a2}} = \frac{10^{-14}/(1,8\times10^{-5})}{4,7\times10^{-11}} = \frac{5,56\times10^{-10}}{4,7\times10^{-11}} \approx 11,8 \] Karena \(K\) cukup besar (≈12), reaksi berlangsung signifikan. Misalkan \(x\) = konsentrasi yang bereaksi. \[ \begin{aligned} K &= \frac{(0,02+x)(x)}{(0,03-x)(0,02-x)} = 11,8 \end{aligned} \] Penyelesaian persamaan kuadrat menghasilkan \(x \approx 0,0165\) M. Setelah kesetimbangan: \[ \begin{aligned} [\text{CO}_3^{2-}] &\approx 0,0135 \text{ M}, \\[4pt] [\text{NH}_4^+] &\approx 0,0035 \text{ M}, \\[4pt] [\text{HCO}_3^-] &\approx 0,0365 \text{ M}, \\[4pt] [\text{NH}_3] &\approx 0,0165 \text{ M} \end{aligned} \] Sistem mengandung dua pasangan buffer: \(\text{HCO}_3^-/\text{CO}_3^{2-}\) (p\(K_{a2}=10,33\)) dan \(\text{NH}_4^+/\text{NH}_3\) (p\(K_a=9,26\)). Keduanya memberikan pH yang konsisten: \[ \begin{aligned} \text{pH} &= 10,33 + \log\frac{0,0135}{0,0365} = 10,33 + \log 0,370 = 10,33 - 0,432 = 9,90, \\[4pt] \text{pH} &= 9,26 + \log\frac{0,0165}{0,0035} = 9,26 + \log 4,714 = 9,26 + 0,673 = 9,93 \end{aligned} \] Rata-rata pH ≈ 9,91. Dengan demikian larutan bersifat basa dan NH\(_4^+\) tidak berperan langsung karena sebagian besar telah bereaksi.
2. pH larutan diambil 9,90, maka konsentrasi ion H\(^+\) dan OH\(^-\): \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= 10^{-9,90} = 1,26 \times 10^{-10} \text{ M}, \\[6pt] [\text{OH}^-] &= \frac{10^{-14}}{1,26 \times 10^{-10}} = 7,94 \times 10^{-5} \text{ M} \end{aligned} \]

Soal 37: Larutan Penyegar pada Pengolahan Susu

Larutan mengandung 0,025 M Na₂SO₃, 0,015 M NH₄HSO₃, dan 0,01 M K₂SO₃ digunakan untuk pengolahan susu.
Diketahui K_a2 H₂SO₃ = 1,0 × 10⁻⁷, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis SO₃²⁻ mengatasi efek asam dari NH₄⁺ dan HSO₃⁻!
2. Tentukan konsentrasi ion OH⁻ dalam larutan!

Jawaban:

1. SO₃²⁻ dominan, larutan basa
2. [OH⁻] = 2,05 × 10⁻⁶ M

Pembahasan:

1. \(\text{Na}_2\text{SO}_3\) dan \(\text{K}_2\text{SO}_3\) menghasilkan \(\text{SO}_3^{2-}\) (basa). \(\text{NH}_4\text{HSO}_3\) menghasilkan \(\text{NH}_4^+\) (asam) dan \(\text{HSO}_3^-\) (amfoter; kontribusi hidrolisis basanya sangat lemah sehingga diabaikan). \[ \begin{aligned} [\text{SO}_3^{2-}] &= 0{,}025 + 0{,}01 \\[8pt]&= 0{,}035 \text{ M} \\[8pt] [\text{NH}_4^+] &= 0{,}015 \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} K_h(\text{SO}_3^{2-}) &= \dfrac{K_w}{K_{a2}} \\[8pt]&= \dfrac{10^{-14}}{1{,}0 \times 10^{-7}} \\[8pt]&= 1{,}0 \times 10^{-7} \\[8pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= 5{,}56 \times 10^{-10} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} K_h \times C \;(\text{SO}_3^{2-}) &= 1{,}0 \times 10^{-7} \times 0{,}035 \\[8pt]&= 3{,}5 \times 10^{-9} \\[8pt] K_h \times C \;(\text{NH}_4^+) &= 5{,}56 \times 10^{-10} \times 0{,}015 \\[8pt]&= 8{,}34 \times 10^{-12} \end{aligned} \] Karena \(3{,}5 \times 10^{-9} \gg 8{,}34 \times 10^{-12}\), \(\text{SO}_3^{2-}\) dominan → larutan basa.
2. $$\begin{aligned} [OH^-] &= \sqrt{\dfrac{K_w \cdot K_b \cdot [\text{SO}_3^{2-}]}{K_{a2} \cdot [\text{NH}_4^+]}} \\[8pt] &= \sqrt{\dfrac{10^{-14} \cdot 1{,}8 \times 10^{-5} \cdot 0{,}035}{1{,}0 \times 10^{-7} \cdot 0{,}015}} \\[8pt] &= \sqrt{\dfrac{6{,}3 \times 10^{-21}}{1{,}5 \times 10^{-9}}} \\[8pt] &= \sqrt{4{,}2 \times 10^{-12}} \\[8pt] &= 2{,}05 \times 10^{-6}~\text{M} \end{aligned}$
   
   
   $\begin{aligned} \text{pOH} &= -\log(2{,}05 \times 10^{-6}) \\[8pt] &= 5{,}69 \\[12pt] \text{pH} &= 14 - 5{,}69 \\[8pt] &= 8{,}31 \end{aligned}$

Soal 38: Pengatur pH pada Produksi Permen

Larutan campuran 0,04 M NaCH₃COO, 0,03 M NH₄CH₃COO, dan 0,02 M KCH₃COO digunakan untuk permen.
Diketahui K_a CH₃COOH = 1,8 × 10⁻⁵, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana kelebihan CH₃COO⁻ memengaruhi hidrolisis NH₄⁺ dalam larutan ini!
2. Hitung pH larutan campuran tersebut!

Jawaban:

1. CH₃COO⁻ dominan, larutan basa ringan (pH = 7,24).
2. pH = 7,24

Pembahasan:

1. NaCH₃COO dan KCH₃COO menghasilkan CH₃COO⁻ (basa). NH₄CH₃COO menghasilkan NH₄⁺ (asam) dan CH₃COO⁻ (basa). \[ \begin{aligned} [\text{CH}_3\text{COO}^-]_{\text{total}} &= 0,04 + 0,03 + 0,02 = 0,09 \text{ M}, \\[4pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,03 \text{ M} \end{aligned} \] Konstanta hidrolisis: \[ \begin{aligned} K_h(\text{CH}_3\text{COO}^-) &= \frac{K_w}{K_a} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10}, \\[6pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \end{aligned} \] Karena \(K_a = K_b\), nilai \(K_h\) kedua ion sama. Perbandingan hasil kali \(K_h \times C\): \[ \begin{aligned} K_h \times [\text{CH}_3\text{COO}^-] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,09 = 5,00 \times 10^{-11}, \\[6pt] K_h \times [\text{NH}_4^+] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,03 = 1,67 \times 10^{-11} \end{aligned} \] Karena \(5,00 \times 10^{-11} > 1,67 \times 10^{-11}\), hidrolisis CH₃COO⁻ lebih dominan → larutan basa ringan.
2. Konsentrasi OH⁻ dihitung dengan rumus untuk campuran garam asam lemah dan basa lemah (dengan konsentrasi tidak sama): \[ \begin{aligned} [\text{OH}^-] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot K_b \cdot [\text{CH}_3\text{COO}^-]}{K_a \cdot [\text{NH}_4^+]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{10^{-14} \times 1,8 \times 10^{-5} \times 0,09}{1,8 \times 10^{-5} \times 0,03}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{1,62 \times 10^{-20}}{5,4 \times 10^{-7}}} \\[8pt] &= \sqrt{3,0 \times 10^{-14}} \\[8pt] &= 1,73 \times 10^{-7} \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{pOH} &= -\log(1,73 \times 10^{-7}) = 6,76, \\[6pt] \text{pH} &= 14 - 6,76 = 7,24 \end{aligned} \]

Soal 39: Larutan Penyegar pada Produksi Minuman Berenergi

Larutan mengandung 0,02 M NaF, 0,03 M NH₄F, dan 0,015 M KF digunakan untuk minuman berenergi.
Diketahui K_a HF = 6,8 × 10⁻⁴, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis F⁻ dan NH₄⁺ saling memengaruhi pH larutan!
2. Tentukan persentase hidrolisis ion NH₄⁺!

Jawaban:

1. NH₄⁺ jauh mendominasi, larutan asam ringan (pH ≈ 6,38).
2. 1,39 × 10⁻³%

Pembahasan:

1. NaF dan KF menghasilkan F⁻ (basa sangat lemah). NH₄F menghasilkan NH₄⁺ (asam) dan F⁻. \[ \begin{aligned} K_h(\text{F}^-) &= \frac{K_w}{K_a(\text{HF})} = \frac{10^{-14}}{6,8 \times 10^{-4}} = 1,47 \times 10^{-11}, \\[6pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \end{aligned} \] Konsentrasi total: \[ \begin{aligned} [\text{F}^-]_{\text{total}} &= 0,02 + 0,03 + 0,015 = 0,065 \text{ M}, \\[4pt] [\text{NH}_4^+] &= 0,03 \text{ M} \end{aligned} \] Perbandingan hasil kali \(K_h \times C\): \[ \begin{aligned} K_h \times [\text{F}^-] &= 1,47 \times 10^{-11} \times 0,065 = 9,56 \times 10^{-13}, \\[6pt] K_h \times [\text{NH}_4^+] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,03 = 1,67 \times 10^{-11} \end{aligned} \] Karena \(1,67 \times 10^{-11} \gg 9,56 \times 10^{-13}\), hidrolisis NH₄⁺ sekitar 17 kali lebih dominan → larutan asam ringan.
2. Konsentrasi H⁺ dihitung dengan rumus untuk campuran asam lemah (NH₄⁺) dan basa lemah (F⁻) dengan konsentrasi tidak sama: \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot K_a(\text{HF}) \cdot [\text{NH}_4^+]}{K_b(\text{NH}_3) \cdot [\text{F}^-]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{10^{-14} \times 6,8 \times 10^{-4} \times 0,03}{1,8 \times 10^{-5} \times 0,065}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{2,04 \times 10^{-19}}{1,17 \times 10^{-6}}} \\[8pt] &= \sqrt{1,7436 \times 10^{-13}} \\[8pt] &= 4,18 \times 10^{-7} \text{ M} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{pH} &= -\log(4,18 \times 10^{-7}) = 6,38 \end{aligned} \] Persentase hidrolisis NH₄⁺: \[ \begin{aligned} \%\text{ hidrolisis} &= \frac{[\text{H}^+]}{[\text{NH}_4^+]} \times 100\% \\[8pt] &= \frac{4,18 \times 10^{-7}}{0,03} \times 100\% \\[8pt] &= 1,39 \times 10^{-3}\% \end{aligned} \]

Soal 40: Pengatur pH pada Pengolahan Minyak Kelapa

Larutan campuran 0,035 M Na₃C₆H₅O₇, 0,02 M NH₄C₆H₅O₇, dan 0,015 M K₃C₆H₅O₇ digunakan untuk pengolahan minyak kelapa.
Diketahui K_a3 asam sitrat = 4,0 × 10⁻⁷, K_b NH₃ = 1,8 × 10⁻⁵.

1. Jelaskan bagaimana hidrolisis C₆H₅O₇³⁻ yang berlebih memengaruhi pH larutan ini!
2. Hitung konsentrasi ion H⁺ dalam larutan!

Jawaban:

1. C₆H₅O₇³⁻ dominan, larutan basa (pH ≈ 8,10).
2. [H⁺] = 7,97 × 10⁻⁹ M

Pembahasan:

1. Ion sitrat (Cit³⁻) berasal dari ketiga garam: Na₃Cit (0,035 M), NH₄Cit (0,02 M), K₃Cit (0,015 M).
   Total [Cit³⁻] = 0,035 + 0,02 + 0,015 = 0,07 M.
   Ion NH₄⁺ hanya dari NH₄Cit, yaitu 0,02 M.
   Konstanta hidrolisis: \[ \begin{aligned} K_h(\text{Cit}^{3-}) &= \frac{K_w}{K_{a3}} = \frac{10^{-14}}{4,0 \times 10^{-7}} = 2,5 \times 10^{-8}, \\[6pt] K_h(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \end{aligned} \] Hasil kali \(K_h \times C\): \[ \begin{aligned} K_h \times [\text{Cit}^{3-}] &= 2,5 \times 10^{-8} \times 0,07 = 1,75 \times 10^{-9}, \\[6pt] K_h \times [\text{NH}_4^+] &= 5,56 \times 10^{-10} \times 0,02 = 1,11 \times 10^{-11} \end{aligned} \] Karena \(1,75 \times 10^{-9} \gg 1,11 \times 10^{-11}\), hidrolisis sitrat jauh lebih dominan. Konsentrasi sitrat yang tinggi menekan hidrolisis NH₄⁺ dan menggeser kesetimbangan ke arah basa → larutan basa.
2. Konsentrasi OH⁻ dihitung dengan rumus untuk campuran basa lemah (Cit³⁻) dan asam lemah (NH₄⁺): \[ \begin{aligned} [\text{OH}^-] &= \sqrt{\frac{K_w \cdot K_b \cdot [\text{Cit}^{3-}]}{K_{a3} \cdot [\text{NH}_4^+]}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{10^{-14} \times 1,8 \times 10^{-5} \times 0,07}{4,0 \times 10^{-7} \times 0,02}} \\[8pt] &= \sqrt{\frac{1,26 \times 10^{-20}}{8,0 \times 10^{-9}}} \\[8pt] &= \sqrt{1,575 \times 10^{-12}} \\[8pt] &= 1,255 \times 10^{-6} \text{ M} \end{aligned} \] Maka konsentrasi H⁺: \[ \begin{aligned} [\text{H}^+] &= \frac{K_w}{[\text{OH}^-]} = \frac{10^{-14}}{1,255 \times 10^{-6}} = 7,97 \times 10^{-9} \text{ M}, \\[6pt] \text{pH} &= -\log(7,97 \times 10^{-9}) = 8,10 \end{aligned} \]