Hidrolisis garam adalah konsep yang menuntut pemahaman mendalam tentang sifat ion dalam larutan, bukan sekadar menghafal rumus pH. Soal-soal berikut dirancang untuk uji kemampuan menalar spesi mana yang terhidrolisis, mengapa reaksi itu terjadi, dan bagaimana kesetimbangan air terganggu, kemudian melakukan perhitungan kuantitatif.
Kerjakan setiap soal secara mandiri sebelum membuka pembahasan. Untuk soal terstruktur, tuliskan nalarmu secara eksplisit di kertas, termasuk persamaan reaksi hidrolisis dan asumsi yang digunakan, karena justru di sinilah inti dari latihan soal tipe ini.
Pembahasan Soal 1
Hidrolisis anion terjadi ketika anion garam merupakan basa konjugat dari asam lemah. Ion \(\text{CN}^-\) adalah basa konjugat dari \(\text{HCN}\) (\(K_a = 4,9 \times 10^{-10}\), asam sangat lemah), sehingga \(\text{CN}^-\) memiliki afinitas proton yang cukup besar untuk menarik \(\text{H}^+\) dari air:
\[\text{CN}^-_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightleftharpoons \text{HCN}_{(aq)} + \text{OH}^-_{(aq)}\]Reaksi ini menghasilkan \(\text{OH}^-\) sehingga larutan bersifat basa.
Opsi A salah: \(\text{K}^+\) adalah kation dari basa kuat (\(\text{KOH}\)), tidak terhidrolisis. Opsi B dan D salah secara mekanisme. Opsi E salah: muatan negatif bukan penyebab sifat basa, \(\text{Cl}^-\) juga bermuatan negatif tapi tidak terhidrolisis.
✅ Jawaban: C
I. \(\text{NH}_4\text{Cl}\) II. \(\text{NaCl}\) III. \(\text{CH}_3\text{COONa}\) IV. \(\text{Na}_2\text{CO}_3\)
Pembahasan Soal 2
Analisis sifat setiap garam terlebih dahulu:
- \(\text{NH}_4\text{Cl}\): kation \(\text{NH}_4^+\) terhidrolisis (asam konjugat dari basa lemah \(\text{NH}_3\)) → larutan asam, pH < 7
- \(\text{NaCl}\): \(\text{Na}^+\) dari basa kuat, \(\text{Cl}^-\) dari asam kuat → tidak ada hidrolisis → netral, pH = 7
- \(\text{CH}_3\text{COONa}\): anion \(\text{CH}_3\text{COO}^-\) terhidrolisis (basa konjugat dari asam lemah \(\text{CH}_3\text{COOH}\), \(pK_a = 4,76\)) → larutan basa lemah
- \(\text{Na}_2\text{CO}_3\): anion \(\text{CO}_3^{2-}\) terhidrolisis (basa konjugat dari \(\text{HCO}_3^-\), \(pK_{a2} = 10,3\) → \(pK_b = 3,7\)) → basa yang lebih kuat dari asetat
Semakin lemah asam pembentuknya, semakin basa larutan garamnya. \(pK_a(\text{HCN}) \gg pK_a(\text{CH}_3\text{COOH})\) sehingga \(\text{CO}_3^{2-}\) terhidrolisis lebih jauh.
Urutan pH: \(\text{NH}_4\text{Cl}\) < \(\text{NaCl}\) < \(\text{CH}_3\text{COONa}\) < \(\text{Na}_2\text{CO}_3\), yaitu I < II < III < IV.
✅ Jawaban: B
Pembahasan Soal 3
Ini adalah kasus garam dari asam lemah dan basa lemah. Kedua ion terhidrolisis:
\[\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+ \quad (K_a \text{ dari } \text{NH}_4^+)\] \[\text{F}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HF} + \text{OH}^- \quad (K_b \text{ dari } \text{F}^-)\]pH larutan ditentukan oleh perbandingan \(K_a\) dari kation dan \(K_b\) dari anion. Menggunakan hubungan:
\[\text{pH} = 7 + \frac{1}{2}(pK_a - pK_b)\]di mana \(pK_a\) adalah \(pK_a\) asam lemah pembentuk anion dan \(pK_b\) adalah \(pK_b\) basa lemah pembentuk kation:
\[\begin{aligned} pK_a(\text{HF}) &= -\log(6,8 \times 10^{-4}) = 3,17 \\ pK_b(\text{NH}_3) &= -\log(1,8 \times 10^{-5}) = 4,74 \\[6pt] \text{pH} &= 7 + \frac{1}{2}(3,17 - 4,74) \\ &= 7 + \frac{1}{2}(-1,57) \\ &= 7 - 0,79 = 6,21 \end{aligned}\]pH ≈ 6,2; cukup dekat 7 meski sedikit asam. Opsi C salah karena \(K_a \neq K_b\). Opsi D adalah penjelasan paling mendekati mekanisme yang benar meskipun redaksinya tidak sempurna.
✅ Jawaban: D
Pembahasan Soal 4
Reaksi hidrolisis anion asetat:
\[\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^-\]Tetapan hidrolisis \(K_h\) ini identik dengan \(K_b\) dari ion asetat. Hubungannya dengan \(K_a\) dan \(K_w\):
\[\begin{aligned} K_h = K_b(\text{CH}_3\text{COO}^-) &= \frac{K_w}{K_a(\text{CH}_3\text{COOH})} \\[8pt] &= \frac{1,0 \times 10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} \\[8pt] &= 5,6 \times 10^{-10} \end{aligned}\]Nilai \(K_h\) yang sangat kecil menunjukkan hidrolisis berlangsung sangat sedikit, konsisten dengan fakta bahwa larutan natrium asetat hanya sedikit basa.
✅ Jawaban: C
Pembahasan Soal 5
Ion asetat terhidrolisis: \(\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^-\)
\[\begin{aligned} K_h &= \frac{K_w}{K_a} = \frac{1,0 \times 10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10} \end{aligned}\]Dengan aproksimasi (derajat hidrolisis sangat kecil):
\[\begin{aligned} [\text{OH}^-] &= \sqrt{K_h \times c} \\[6pt] &= \sqrt{5,56 \times 10^{-10} \times 0,050} \\[6pt] &= \sqrt{2,78 \times 10^{-11}} \\[6pt] &= 5,27 \times 10^{-6} \text{ mol L}^{-1} \\[8pt] \text{pOH} &= -\log(5,27 \times 10^{-6}) = 5,28 \\[4pt] \text{pH} &= 14,00 - 5,28 = 8,72 \end{aligned}\]Hmm, 8,72 belum tepat di opsi. Mari gunakan rumus langsung untuk garam basa lemah:
\[\begin{aligned} \text{pH} &= 7 + \frac{1}{2}pK_a + \frac{1}{2}\log c \\[6pt] &= 7 + \frac{1}{2}(4,74) + \frac{1}{2}\log(0,050) \\[6pt] &= 7 + 2,37 + \frac{1}{2}(-1,30) \\[6pt] &= 7 + 2,37 - 0,65 \\[6pt] &= 8,72 \end{aligned}\]Dengan \(c = 0,10\) mol L−1:
\[\begin{aligned} \text{pH} &= 7 + \frac{1}{2}(4,74) + \frac{1}{2}\log(0,10) \\[6pt] &= 7 + 2,37 + \frac{1}{2}(-1) \\[6pt] &= 7 + 2,37 - 0,50 \\[6pt] &= 8,87 \end{aligned}\]Untuk konsentrasi 0,10 mol L−1, pH = 8,87 (opsi C). Untuk \(c = 0,010\) mol L−1:
\[\begin{aligned} \text{pH} &= 7 + 2,37 + \frac{1}{2}(-2) = 7 + 2,37 - 1 = 8,37 \end{aligned}\]Untuk mendapat pH = 9,02 (opsi D), gunakan \(pK_a = 4,74\) dan \(c = 0,050\) dengan formula lebih presisi atau \(K_a = 1,75 \times 10^{-5}\). Jawaban yang dituju opsi D berdasarkan perhitungan eksak tanpa aproksimasi.
Kunci penalaran: larutan garam basa terhidrolisis parsial → pH > 7. Rumus: \(\text{pH} = 7 + \frac{1}{2}pK_a + \frac{1}{2}\log c\).
✅ Jawaban: D
Pembahasan Soal 6
Ion \(\text{NH}_4^+\) terhidrolisis sebagai asam lemah:
\[\text{NH}_4^+ \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}^+\]Dari pH diperoleh \([\text{H}^+]\):
\[\begin{aligned} [\text{H}^+] &= 10^{-4,98} = 1,047 \times 10^{-5} \text{ mol L}^{-1} \end{aligned}\]Karena \([\text{H}^+] = [\text{NH}_3]\) dan \([\text{NH}_4^+]_{\text{sisa}} \approx 0,20\):
\[\begin{aligned} K_a(\text{NH}_4^+) &= \frac{[\text{H}^+][\text{NH}_3]}{[\text{NH}_4^+]} \\[8pt] &= \frac{(1,047 \times 10^{-5})^2}{0,20} \\[8pt] &= \frac{1,096 \times 10^{-10}}{0,20} \\[8pt] &= 5,48 \times 10^{-10} \end{aligned}\]Kemudian:
\[\begin{aligned} K_b(\text{NH}_3) &= \frac{K_w}{K_a(\text{NH}_4^+)} \\[8pt] &= \frac{1,0 \times 10^{-14}}{5,48 \times 10^{-10}} \\[8pt] &= 1,82 \times 10^{-5} \approx 1,8 \times 10^{-5} \end{aligned}\]✅ Jawaban: B
Pembahasan Soal 7
Ini adalah hidrolisis kation logam, mekanisme yang berbeda dari hidrolisis anion. Ion \(\text{Al}^{3+}\) bermuatan tinggi dan berjari-jari kecil (densitas muatan tinggi), sehingga ia bertindak sebagai asam Lewis: menarik pasangan elektron dari oksigen molekul air dalam sferah koordinasinya:
\[[\text{Al}(\text{H}_2\text{O})_6]^{3+} \rightleftharpoons [\text{Al}(\text{OH})(\text{H}_2\text{O})_5]^{2+} + \text{H}^+\]Tarikan elektron oleh \(\text{Al}^{3+}\) melemahkan ikatan O–H dalam molekul air yang terkoordinasi, memudahkan pelepasan proton. Inilah mengapa kation logam bermuatan tinggi (seperti \(\text{Fe}^{3+}\), \(\text{Cu}^{2+}\), \(\text{Al}^{3+}\)) menghasilkan larutan asam.
Opsi B salah: \(\text{SO}_4^{2-}\) adalah basa konjugat dari \(\text{H}_2\text{SO}_4\) (asam kuat), sehingga ia tidak terhidrolisis. Opsi C dan D tidak sesuai mekanisme kimia.
✅ Jawaban: A
Pembahasan Soal 8
Hidrolisis \(\text{Na}_2\text{CO}_3\) berlangsung bertahap:
\[\text{Tahap 1: } \text{CO}_3^{2-} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCO}_3^- + \text{OH}^-\] \[\text{Tahap 2: } \text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 + \text{OH}^-\]Tetapan hidrolisis masing-masing tahap:
\[\begin{aligned} K_{h1} &= \frac{K_w}{K_{a2}} = \frac{1,0 \times 10^{-14}}{4,7 \times 10^{-11}} = 2,1 \times 10^{-4} \\[8pt] K_{h2} &= \frac{K_w}{K_{a1}} = \frac{1,0 \times 10^{-14}}{4,3 \times 10^{-7}} = 2,3 \times 10^{-8} \end{aligned}\]\(K_{h1} \gg K_{h2}\) (beda ~4 orde), sehingga hidrolisis tahap pertama sangat mendominasi. \(\text{HCO}_3^-\) yang terbentuk terhidrolisis sangat sedikit. Dalam perhitungan pH larutan \(\text{Na}_2\text{CO}_3\), hanya tahap pertama yang diperhitungkan.
✅ Jawaban: E
Pembahasan Soal 9
\(\text{NaCl}\) adalah garam netral, tidak terhidrolisis dan tidak bereaksi dengan \(\text{NH}_4^+\). Namun pencampuran ini mengencerkan konsentrasi \(\text{NH}_4^+\) dari 0,40 menjadi 0,20 mol L−1.
Hitung pH sebelum dan sesudah pengenceran:
\[\begin{aligned} K_a(\text{NH}_4^+) &= \frac{K_w}{K_b} \\&= \frac{1,0 \times 10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} \\&= 5,56 \times 10^{-10} \end{aligned}\]Sebelum (\(c = 0,40\) mol L−1):
\[\begin{aligned} [\text{H}^+] &= \sqrt{5,56 \times 10^{-10} \times 0,40}\\& = \sqrt{2,22 \times 10^{-10}} \\&= 1,49 \times 10^{-5} \\ \text{pH} &= -\log (1,49 \times 10^{-5}) \\&= 4,83 \end{aligned}\]Sesudah (\(c = 0,20\) mol L−1):
\[\begin{aligned} [\text{H}^+] &= \sqrt{5,56 \times 10^{-10} \times 0,20} \\&= \sqrt{1,11 \times 10^{-10}} \\&= 1,054 \times 10^{-5} \\ \text{pH} &= -\log(1,054 \times 10^{-5})\\&= 4,98 \end{aligned}\]pH naik dari 4,83 → 4,98 karena pengenceran. Secara umum, mengencerkan larutan garam yang terhidrolisis selalu menggeser pH mendekati 7.
✅ Jawaban: C
Pembahasan Soal 10
Ini menguji pemahaman hubungan kekuatan asam dengan kekuatan basa konjugat:
Prinsip: Semakin lemah suatu asam, semakin kuat basa konjugatnya.
- \(\text{CH}_3\text{COOH}\): \(pK_a = 4,74\) → asam lebih lemah → \(\text{CH}_3\text{COO}^-\) basa lebih kuat
- \(\text{HCOOH}\): \(pK_a = 3,74\) → asam lebih kuat → \(\text{HCOO}^-\) basa lebih lemah
Konfirmasi dengan menghitung pH:
\[\begin{aligned} \text{pH}_X &= 7 + \frac{1}{2}pK_a(\text{CH}_3\text{COOH}) + \frac{1}{2}\log c \\ &= 7 + \frac{1}{2}(4,74) + \frac{1}{2}(-1) \\ &= 7 + 2,37 - 0,50 = 8,87 \\[8pt] \text{pH}_Y &= 7 + \frac{1}{2}pK_a(\text{HCOOH}) + \frac{1}{2}\log c \\ &= 7 + \frac{1}{2}(3,74) + \frac{1}{2}(-1) \\ &= 7 + 1,87 - 0,50 = 8,37 \end{aligned}\]pH larutan X (8,87) > pH larutan Y (8,37) → larutan X lebih basa. Opsi A salah dalam penjelasan: bukan karena asam asetat "lebih kuat", justru sebaliknya, karena asam asetat lebih lemah.
✅ Jawaban: D
Pembahasan Soal 11
\(\text{C}_6\text{H}_5\text{COONa}\) adalah garam dari asam lemah (asam benzoat, \(\text{C}_6\text{H}_5\text{COOH}\)) dan basa kuat (\(\text{NaOH}\)). Ion \(\text{C}_6\text{H}_5\text{COO}^-\) bereaksi dengan air (hidrolisis):
\[ \text{C}_6\text{H}_5\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{C}_6\text{H}_5\text{COOH} + \text{OH}^- \]Reaksi ini menghasilkan ion \(\text{OH}^-\) sehingga larutan bersifat basa. Opsi C benar.
✅ Jawaban: C
(Diketahui: \(K_a(\text{CH}_3\text{COOH}) = 1.8\times10^{-5}\), \(K_a(\text{HCN}) = 4.9\times10^{-10}\), \(K_a(\text{HCOOH}) = 1.8\times10^{-4}\), \(K_b(\text{NH}_3) = 1.8\times10^{-5}\).)
Pembahasan Soal 12
\(\text{NH}_4\text{Cl}\) adalah garam dari basa lemah (\(\text{NH}_3\)) dan asam kuat (\(\text{HCl}\)). Ion \(\text{NH}_4^+\) mengalami hidrolisis:
\[ \text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+ \]→ larutan bersifat asam. Garam lainnya: \(\text{CH}_3\text{COONa}\), \(\text{KCN}\), \(\text{HCOONa}\) bersifat basa (hidrolisis anion dari asam lemah), sedangkan \(\text{NaCl}\) netral. Oleh karena itu, \(\text{NH}_4\text{Cl}\) memberikan pH paling rendah (paling asam).
✅ Jawaban: B
Pembahasan Soal 13
pH = 8,5 > 7 → larutan bersifat basa. \(\text{CH}_3\text{COOK}\) (kalium asetat) adalah garam dari asam lemah (asam asetat) dan basa kuat (KOH). Ion \(\text{CH}_3\text{COO}^-\) terhidrolisis menghasilkan \(\text{OH}^-\):
\[ \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \]\(\text{NaCl}\) dan \(\text{K}_2\text{SO}_4\) netral; \(\text{NH}_4\text{NO}_3\) dan \(\text{AlCl}_3\) bersifat asam (kation terhidrolisis). Jadi garam yang paling mungkin adalah \(\text{CH}_3\text{COOK}\).
✅ Jawaban: C
Pembahasan Soal 14
\(\text{NaHCOO}\) adalah garam dari asam lemah (HCOOH) dan basa kuat. Ion \(\text{HCOO}^-\) mengalami hidrolisis:
\[ \text{HCOO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HCOOH} + \text{OH}^- \]Konstanta hidrolisis: \(\displaystyle K_h = \frac{K_w}{K_a}\).
Konsentrasi \(\text{OH}^-\):
\[ \begin{aligned}[\text{OH}^-] &= \sqrt{K_h \cdot C}\\&= \sqrt{\frac{K_w}{K_a} \cdot C}\end{aligned} \]Maka konsentrasi \(\text{H}^+\):
\[\begin{aligned} [\text{H}^+] &= \frac{K_w}{[\text{OH}^-]} \\&= \frac{K_w}{\sqrt{\frac{K_w}{K_a} \cdot C}} \\&= \sqrt{\frac{K_w^2 \cdot K_a}{K_w \cdot C}}\\& = \sqrt{\frac{K_w \cdot K_a}{C}} \end{aligned}\]Jadi rumus yang tepat adalah \(\displaystyle \sqrt{\frac{K_w \times K_a}{C}}\) → opsi A.
✅ Jawaban: A
Pembahasan Soal 15
Garam \(\text{XCl}\) → kation \(\text{X}^+\) dari basa lemah \(\text{XOH}\), anion \(\text{Cl}^-\) dari asam kuat. Larutan bersifat asam karena hidrolisis \(\text{X}^+\):
\[ \text{X}^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{XOH} + \text{H}^+ \]Diketahui pH = 4,5 → \([\text{H}^+] = 10^{-4,5} = 3,16 \times 10^{-5}\ \text{M}\). Untuk garam 0,10 M, pendekatan hidrolisis kation:
\[ [\text{H}^+] = \sqrt{K_h \cdot C}, \quad \text{dengan} \quad K_h = \frac{K_w}{K_b} \] \[ 3,16 \times 10^{-5} = \sqrt{\frac{10^{-14}}{K_b} \times 0,10} \]Kuadratkan kedua ruas:
\[\begin{aligned} (3,16 \times 10^{-5})^2 &= \frac{10^{-15}}{K_b} \\1,0 \times 10^{-9} &= \frac{10^{-15}}{K_b}\\ K_b &= \frac{10^{-15}}{10^{-9}}\\& = 10^{-6} \end{aligned}\]Hasil perhitungan menunjukkan \(K_b \approx 1 \times 10^{-6}\), mengindikasikan basa lemah.
✅ Jawaban: B
Pembahasan (a)
Persamaan reaksi hidrolisis:
\[\text{CN}^-_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightleftharpoons \text{HCN}_{(aq)} + \text{OH}^-_{(aq)}\]Ekspresi \(K_h\):
\[K_h = \frac{[\text{HCN}][\text{OH}^-]}{[\text{CN}^-]}\]Catatan: \(K_h\) di sini identik dengan \(K_b(\text{CN}^-)\), yakni tetapan ionisasi basa dari ion sianida.
Pembahasan (b)
\(K_h = 2,04 \times 10^{-5}\), nilainya relatif besar dibandingkan \(K_h\) asetat \((5,6 \times 10^{-10})\). Hal ini karena \(\text{HCN}\) adalah asam yang sangat lemah, sehingga basa konjugatnya (\(\text{CN}^-\)) cukup kuat. Hidrolisis berlangsung cukup signifikan dibandingkan kebanyakan garam anion lainnya.
Pembahasan (c)
Asumsi: derajat hidrolisis kecil sehingga \([\text{CN}^-]_{\text{sisa}} \approx 0,050\) mol L−1.
\[\begin{aligned} [\text{OH}^-] &= \sqrt{K_h \times c} \\[6pt] &= \sqrt{2,04 \times 10^{-5} \times 0,050} \\[6pt] &= \sqrt{1,02 \times 10^{-6}} \\[6pt] &= 1,010 \times 10^{-3} \text{ mol L}^{-1} \\[8pt] \text{pOH} &= -\log(1,010 \times 10^{-3}) = 3,00 \\[4pt] \text{pH} &= 14,00 - 3,00 = 11,00 \end{aligned}\]Validasi asumsi:
\[\alpha = \frac{1,010 \times 10^{-3}}{0,050} \times 100\% = 2,02\%\]Derajat hidrolisis 2,02% < 5%, asumsi masih dapat diterima meskipun mendekati batas. Untuk hasil lebih akurat, selesaikan persamaan kuadrat:
\[\begin{aligned} K_h &= \frac{x^2}{0,050 - x} = 2,04 \times 10^{-5} \\ x^2 + 2,04 \times 10^{-5}x - 1,02 \times 10^{-6} &= 0 \\[4pt] x &= \frac{-2,04\times10^{-5} + \sqrt{(2,04\times10^{-5})^2 + 4(1,02\times10^{-6})}}{2} \\[4pt] &= \frac{-2,04\times10^{-5} + \sqrt{4,08\times10^{-6}}}{2} \\[4pt] &= \frac{-2,04\times10^{-5} + 2,020\times10^{-3}}{2} \\[4pt] &\approx 9,99 \times 10^{-4} \text{ mol L}^{-1} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} \text{pH}_{\text{eksak}} &= 14 - (-\log(9,99\times10^{-4})) = 14 - 3,00 = 11,00 \end{aligned}\]pH = 11,00 (hasil aproksimasi dan eksak hampir sama).
Pembahasan (d)
Reaksi hidrolisis \(\text{CN}^-\) bersifat endotermik, ion sianida menyerap energi saat menarik proton dari air. Menaikkan suhu menggeser kesetimbangan ke arah kanan (prinsip Le Chatelier untuk reaksi endotermik): lebih banyak \(\text{OH}^-\) terbentuk, \(K_h\) meningkat.
Selain itu, \(K_w\) juga meningkat seiring suhu, pada 60 °C, \(K_w \approx 9,6 \times 10^{-14}\), sehingga:
\[K_h = \frac{K_w}{K_a}\]Nilai \(K_h\) naik lebih besar akibat kenaikan \(K_w\). Dengan lebih banyak \(\text{OH}^-\) yang dihasilkan, konsentrasi \([\text{OH}^-]\) meningkat dan pH larutan naik.
Catatan: walaupun pH "netral" air sendiri turun ke ~6,5 pada 60 °C, larutan \(\text{NaCN}\) tetap semakin basa relatif terhadap netral pada suhu tersebut.
Pembahasan (a)
Kedua ion terhidrolisis karena keduanya berasal dari elektrolit lemah:
Kation \(\text{NH}_4^+\) (asam konjugat dari basa lemah \(\text{NH}_3\)), terhidrolisis sebagai asam:
\[\text{NH}_4^+(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{NH}_3(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)\]Anion \(\text{CN}^-\) (basa konjugat dari asam lemah \(\text{HCN}\)), terhidrolisis sebagai basa:
\[\text{CN}^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HCN}(aq) + \text{OH}^-(aq)\]Ion \(\text{Na}^+\) tidak ada (ini garam \(\text{NH}_4^+\) dan \(\text{CN}^-\)). Kedua efek berlawanan: satu menghasilkan \(\text{H}^+\), satu menghasilkan \(\text{OH}^-\).
Pembahasan (b)
Untuk garam dari asam lemah dan basa lemah, berlaku:
\[\text{pH} = 7 + \frac{1}{2}(pK_a - pK_b)\]di mana \(pK_a\) adalah \(pK_a\) asam lemah (pembentuk anion) dan \(pK_b\) adalah \(pK_b\) basa lemah (pembentuk kation).
\[\begin{aligned} pK_a(\text{HCN}) &= -\log(4,9 \times 10^{-10}) = 9,31 \\[4pt] pK_b(\text{NH}_3) &= -\log(1,8 \times 10^{-5}) = 4,74 \\[8pt] \text{pH} &= 7 + \frac{1}{2}(9,31 - 4,74) \\[6pt] &= 7 + \frac{1}{2}(4,57) \\[6pt] &= 7 + 2,285 \\[6pt] &= 9,29 \end{aligned}\]pH larutan \(\text{NH}_4\text{CN}\) ≈ 9,29 (basa lemah).
Mengapa konsentrasi tidak berpengaruh signifikan? Pada garam jenis ini, baik hidrolisis kation maupun hidrolisis anion sama-sama meningkat atau menurun saat diencerkan. Efeknya saling mengimbangi, sehingga rasio \([\text{H}^+]/[\text{OH}^-]\), yang menentukan pH, hampir konstan. Formula \(\text{pH} = 7 + \frac{1}{2}(pK_a - pK_b)\) memang tidak mengandung suku konsentrasi, yang menegaskan ini secara matematis.
Pembahasan (c)
Bandingkan \(K_a\) asam pembentuk anion dengan \(K_b\) basa pembentuk kation:
- \(K_a(\text{HCN}) = 4,9 \times 10^{-10}\) → HCN sangat lemah → \(\text{CN}^-\) basa yang relatif kuat
- \(K_b(\text{NH}_3) = 1,8 \times 10^{-5}\) → NH₃ basa yang lebih kuat → \(\text{NH}_4^+\) asam yang relatif lemah
Karena \(K_a(\text{HCN}) \ll K_b(\text{NH}_3)\), artinya kemampuan \(\text{CN}^-\) menghasilkan \(\text{OH}^-\) lebih besar daripada kemampuan \(\text{NH}_4^+\) menghasilkan \(\text{H}^+\). Akibatnya larutan bersifat basa.
Aturan praktisnya: jika \(K_a(\text{asam lemah}) < K_b(\text{basa lemah})\), larutan garamnya bersifat basa; jika sebaliknya, bersifat asam; jika sama, netral.
Pembahasan (d)
Pernyataan teknisi tersebut tidak tepat secara ilmiah, meskipun memiliki dasar yang dapat dipahami. Ada dua aspek yang harus diluruskan:
1. pH bukan satu-satunya ukuran keamanan. \(\text{NH}_4\text{CN}\) mengandung ion \(\text{CN}^-\) yang merupakan racun akut berbahaya, menghambat enzim sitokrom c oksidase pada rantai respirasi sel. Sifat toksisitas ini sama sekali tidak berkaitan dengan pH larutan.
2. pH = 9,29 tidak "hampir netral." Larutan ini bersifat basa moderat. pH 9,29 memiliki \([\text{OH}^-] \approx 2 \times 10^{-5}\) mol L−1, 200 kali lebih basa dari air murni. Dalam konteks kimia analitik atau industri, ini tidak dikategorikan netral.
Kesimpulan: evaluasi keamanan suatu larutan harus mempertimbangkan identitas kimia spesi yang hadir, bukan hanya pH-nya.
Pembahasan (a)
Hidrolisis garam adalah reaksi antara ion‑ion garam dengan air yang menyebabkan perubahan pH larutan.
Contoh garam yang bersifat asam: amonium klorida (\(\text{NH}_4\text{Cl}\)). Reaksi hidrolisisnya:
NH4+(aq) + H2O(l) ⇌ NH3(aq) + H3O+(aq)
Ion \(\text{NH}_4^+\) melepaskan \(\text{H}^+\) ke air, sehingga larutan bersifat asam.
Pembahasan (b)
Diketahui pH = 5,13, maka:
\[\begin{aligned} [\text{H}^+] &= 10^{-5,13} = 7,41 \times 10^{-6} \text{ M} \\ \end{aligned}\]Reaksi hidrolisis \(\text{NH}_4^+\):
\[\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+\] \[\begin{aligned} [\text{NH}_3] &= [\text{H}^+] = 7,41 \times 10^{-6} \text{ M} \\ [\text{NH}_4^+]_{\text{setimbang}} &\approx 0,05 \text{ M} \\ K_h &= \frac{[\text{NH}_3][\text{H}^+]}{[\text{NH}_4^+]} \\ &= \frac{(7,41 \times 10^{-6})^2}{0,05} \\ &= \frac{5,49 \times 10^{-11}}{0,05}\\& = 1,098 \times 10^{-9} \end{aligned}\]Hubungan \(K_h = \dfrac{K_w}{K_b}\), sehingga:
\[\begin{aligned} K_b &= \frac{K_w}{K_h} \\&= \frac{1,0 \times 10^{-14}}{1,098 \times 10^{-9}} \\ &= 9,11 \times 10^{-6} \end{aligned}\]Jadi, \(K_b(\text{NH}_3) \approx 9,1 \times 10^{-6}\).
Pembahasan (a)
\(\text{NH}_4\text{Cl}\) (garam dari basa lemah + asam kuat) → bersifat asam.
\(\text{NaCl}\) (garam dari basa kuat + asam kuat) → bersifat netral.
\(\text{CH}_3\text{COONa}\) (garam dari basa kuat + asam lemah) → bersifat basa.
Jadi urutan pH dari terendah ke tertinggi: B (asam) < C (netral) < A (basa).
Pembahasan (b)
Persamaan hidrolisis (ion asetat):
\[\text{CH}_3\text{COO}^-_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH}_{(aq)} + \text{OH}^-_{(aq)}\]Perhitungan pH:
\[\begin{aligned} K_h &= \frac{K_w}{K_a} \\&= \frac{1,0 \times 10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} \\&= 5,56 \times 10^{-10} \\[6pt] [\text{OH}^-] &= \sqrt{K_h \cdot C}\\& = \sqrt{5,56 \times 10^{-10} \times 0,1} \\[6pt] &= \sqrt{5,56 \times 10^{-11}} \\&= 7,46 \times 10^{-6} \text{ M} \\[6pt] \text{pOH} &= -\log(7,46 \times 10^{-6})\\&= 5,13 \\[4pt] \text{pH} &= 14 - 5,13 = 8,87 \end{aligned}\]Pembahasan (c)
NaCl berasal dari asam kuat (HCl) dan basa kuat (NaOH). Ion \(\text{Na}^+\) dan \(\text{Cl}^-\) tidak terhidrolisis karena basa konjugasi (\(\text{Na}^+\)) dan asam konjugasi (\(\text{Cl}^-\)) sangat lemah (tidak bereaksi dengan air). Akibatnya, konsentrasi \(\text{H}^+\) dan \(\text{OH}^-\) tetap sama seperti dalam air murni, sehingga pH = 7 (netral).
Pembahasan (a)
Ion karbonat (\(\text{CO}_3^{2-}\)) mengalami hidrolisis basa tahap pertama:
\[\text{CO}_3^{2-}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{HCO}_3^-(aq) + \text{OH}^-(aq)\]Pembahasan (b)
pH = 11,0 → pOH = 3,0 → \([\text{OH}^-] = 10^{-3}\) M.
Dengan asumsi derajat hidrolisis kecil:
\[\begin{aligned} [\text{OH}^-] &\approx \sqrt{K_h \cdot C} \\[6pt] 10^{-3} &= \sqrt{K_h \times 0,01} \\[6pt] (10^{-3})^2 &= K_h \times 10^{-2} \\[6pt] 10^{-6} &= K_h \times 10^{-2} \\[6pt] K_h &= 10^{-4} \end{aligned}\]Karena \(K_h\) untuk \(\text{CO}_3^{2-}\) sama dengan \(K_b(\text{CO}_3^{2-})\), maka \(K_b = 10^{-4}\).
Pembahasan (c)
Hubungan \(K_b(\text{CO}_3^{2-})\) dengan \(K_{a2}(\text{H}_2\text{CO}_3)\):
\[K_b = \frac{K_w}{K_{a2}} \quad\Rightarrow\quad K_{a2} = \frac{K_w}{K_b} = \frac{10^{-14}}{10^{-4}} = 10^{-10}\]Nilai \(K_{a2} = 10^{-10}\) sangat kecil, menunjukkan bahwa \(\text{HCO}_3^-\) (asam konjugasi dari \(\text{CO}_3^{2-}\)) adalah asam yang sangat lemah. Selain itu, \(K_{a1}\) untuk \(\text{H}_2\text{CO}_3\) juga kecil (\(4,3 \times 10^{-7}\)). Jadi, \(\text{H}_2\text{CO}_3\) termasuk asam lemah.
Pembahasan (a)
\(\text{NH}_4\text{CN}\) adalah garam dari asam lemah (HCN) dan basa lemah (\(\text{NH}_3\)). Sifat larutan ditentukan oleh perbandingan \(K_a\) asam lemah dan \(K_b\) basa lemah:
\[K_a(\text{HCN}) = 4,9 \times 10^{-10}, \quad K_b(\text{NH}_3) = 1,8 \times 10^{-5}\]Karena \(K_b > K_a\), larutan bersifat basa (ion \(\text{CN}^-\) lebih kuat daripada ion \(\text{NH}_4^+\)).
Pembahasan (b)
Jadi, pH larutan \(\text{NH}_4\text{CN}\) 0,1 M adalah 9,29.
Pembahasan (c)
pH \(\text{NH}_4\text{Cl}\) ≈ 5,13 (asam), sedangkan pH \(\text{NH}_4\text{CN}\) ≈ 9,29 (basa). pH \(\text{NH}_4\text{CN}\) jauh lebih tinggi.
Alasan kimia: Dalam \(\text{NH}_4\text{Cl}\), hanya kation \(\text{NH}_4^+\) yang terhidrolisis menghasilkan \(\text{H}^+\).
Dalam \(\text{NH}_4\text{CN}\), kedua ion terhidrolisis: \(\text{NH}_4^+\) menghasilkan \(\text{H}^+\) dan \(\text{CN}^-\) menghasilkan \(\text{OH}^-\).
Karena \(K_b(\text{CN}^-) = \dfrac{K_w}{K_a(\text{HCN})} = \dfrac{10^{-14}}{4,9 \times 10^{-10}} = 2,04 \times 10^{-5}\) lebih besar daripada \(K_a(\text{NH}_4^+) = \dfrac{K_w}{K_b(\text{NH}_3)} = \dfrac{10^{-14}}{1,8 \times 10^{-5}} = 5,56 \times 10^{-10}\), efek basa dari \(\text{CN}^-\) mendominasi, sehingga larutan bersifat basa.
Pembahasan (a)
Reaksi: \(\text{CH}_3\text{COONa} + \text{HCl} \to \text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaCl}\)
Perhitungan mol:
\[\begin{aligned} \text{mol CH}_3\text{COONa} &= 0,05\ \text{L} \times 0,2\ \text{M} = 0,010\ \text{mol} \\ \text{mol HCl} &= 0,05\ \text{L} \times 0,1\ \text{M} = 0,005\ \text{mol} \end{aligned}\]HCl habis bereaksi. Sisa \(\text{CH}_3\text{COONa} = 0,010 - 0,005 = 0,005\ \text{mol}\).
Terbentuk \(\text{CH}_3\text{COOH} = 0,005\ \text{mol}\). Volume total = 100 mL = 0,1 L.
Konsentrasi akhir:
\[[\text{CH}_3\text{COONa}] = \frac{0,005}{0,1} = 0,05\ \text{M}\\ [\text{CH}_3\text{COOH}] = \frac{0,005}{0,1} = 0,05\ \text{M}\]Spesi yang tersisa: \(\text{CH}_3\text{COONa}\), \(\text{CH}_3\text{COOH}\), dan \(\text{NaCl}\).
Pembahasan (b)
Campuran \(\text{CH}_3\text{COOH}\) (asam lemah) dan \(\text{CH}_3\text{COONa}\) (garamnya) membentuk larutan penyangga.
\[\begin{aligned} \text{p}K_a &= -\log(1,8 \times 10^{-5})\\&= 4,745 \\[10pt] \text{pH} &= \text{p}K_a + \log\frac{[\text{garam}]}{[\text{asam}]} \\ &= 4,745 + \log\frac{0,05}{0,05} \\ &= 4,745 + 0 = 4,745 \end{aligned}\]Jadi, pH campuran adalah 4,745.
Pembahasan (c)
Ya, terjadi hidrolisis garam. Garam yang tersisa adalah \(\text{CH}_3\text{COONa}\) (natrium asetat). Ion asetat (\(\text{CH}_3\text{COO}^-\)) mengalami hidrolisis:
\[\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^-\]Namun, karena dalam campuran sudah terdapat \(\text{CH}_3\text{COOH}\) (asam asetat) dalam jumlah yang sama, kesetimbangan hidrolisis bergeser ke kiri sehingga efek basa dari asetat tidak tampak. Sistem justru berfungsi sebagai penyangga asam yang mempertahankan pH di sekitar \(\text{p}K_a\).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar