Pembahasan Soal Olimpiade Kimia Tingkat Lokal USA 2026 (Bagian 3/6)

Berikut adalah pembahasan soal olimpiade kimia tingkat lokal di Amerika yang dapat digunakan sebagai bahan latihan persiapan mengikuti kompetisi serupa di Indonesia. Beberapa kali terdeteksi soal-soal OSN-K di Indonesia mengadopsi soal dari kompetisi di negara tersebut. Jumlah soal ada 60 butir (terjemahan) yang pembahasannya dibagi menjadi 6 bagian, @10 butir soal.

Bagian-1, Bagian-2, Bagian-3, Bagian-4, Bagian-5, Bagian-6

21. Dalam pembangkit listrik tenaga batu bara, batu bara dibakar untuk menghasilkan panas yang mendidihkan air. Sebanyak 2,5 kg batu bara dibakar untuk memanaskan 500,0 kg air pada suhu 95 °C, yang pada akhirnya mengubah 30,0 kg air menjadi uap. Jenis batu bara manakah yang dibakar? (Untuk air cair mendekati 100 °C, C_p = 4,21 kJ kg⁻¹ K⁻¹ dan ΔH°_vap = 2260 kJ kg⁻¹.)
    1. Lignit, ΔH°_pembakaran = 15 – 20 kJ g⁻¹
    2. Sub-bitumen, ΔH°_pembakaran = 23 – 28 kJ g⁻¹
    3. Bitumen, ΔH°_pembakaran = 26 – 30 kJ g⁻¹
    4. Antrasit, ΔH°_pembakaran = 30 – 33 kJ g⁻¹
Air sebanyak 500,0 kg dipanaskan dari 95 °C menjadi 100 °C (kenaikan suhu ΔT = 5 K), kemudian 30,0 kg air diuapkan pada 100 °C. Energi yang diperlukan:

Energi untuk menaikkan suhu seluruh air:

\[ \begin{aligned} Q_1 &= m \cdot C_p \cdot \Delta T \\ &= 500,0 \text{ kg} \times 4,21 \text{ kJ kg}^{-1} \text{K}^{-1} \times 5 \text{ K} \\ &= 500 \times 21,05 = 10525 \text{ kJ} \end{aligned} \]

Energi untuk menguapkan 30,0 kg air:

\[ \begin{aligned} Q_2 &= m_{\text{vap}} \cdot \Delta H_{\text{vap}} \\ &= 30,0 \text{ kg} \times 2260 \text{ kJ kg}^{-1} = 67800 \text{ kJ} \end{aligned} \]

Total energi yang diserap:

\[ Q_{\text{total}} = 10525 + 67800 = 78325 \text{ kJ} \]

Massa batu bara = 2,5 kg = 2500 g. Kalor pembakaran per gram batu bara:

\[ \Delta H_{\text{pembakaran}} = \dfrac{78325 \text{ kJ}}{2500 \text{ g}} = 31,33 \text{ kJ g}^{-1} \]

Nilai ini berada dalam rentang antrasit (30 – 33 kJ g⁻¹).

Jadi, jawaban yang tepat adalah D.

---

22. Dalam eksperimen kalorimetri vakum, lucutan plasma energi tinggi antara elektroda Ti(s) digunakan untuk mengelektrolisis air dalam KOH(aq) encer. Selama percobaan, masukan listrik adalah 500 kJ dan kalorimeter mencatat pelepasan kalor sebesar 610 kJ ke lingkungan. Manakah penjelasan terbaik untuk hasil eksperimen ini?
    1. Elektroda mengalami oksidasi parsial, suatu reaksi tambahan yang tidak diperhitungkan dalam elektrolisis.
    2. Kapasitas kalor spesifik sistem yang besar meningkatkan total kalor yang tercatat per satuan energi listrik.
    3. Proses keseluruhan bersifat endoterm, sehingga lingkungan harus melepaskan kalor untuk mempertahankan kesetimbangan.
    4. Peningkatan entropi dari pembentukan gas menyebabkan sistem melakukan kerja, yang menghasilkan kenaikan suhu tambahan.
Dalam elektrolisis air dengan elektroda Ti dalam KOH(aq), masukan energi listrik sebesar 500 kJ, tetapi kalorimeter mencatat pelepasan kalor 610 kJ ke lingkungan. Ini berarti total kalor yang dihasilkan lebih besar dari energi listrik yang diberikan, sehingga harus ada sumber energi tambahan selain listrik.




Penjelasan yang paling tepat adalah bahwa elektroda titanium mengalami oksidasi parsial (misalnya Ti + O₂ → TiO₂), yang merupakan reaksi eksotermik. Reaksi samping ini melepaskan kalor tambahan, sehingga total kalor yang terukur melebihi masukan listrik.




Opsi B tidak tepat karena kapasitas kalor yang besar tidak menghasilkan kalor berlebih, hanya mempengaruhi perubahan suhu.

Opsi C salah karena proses endoterm justru menyerap kalor.

Opsi D kurang tepat karena kerja sistem tidak secara langsung menghasilkan kalor berlebih.

Jadi, jawaban yang tepat adalah A.

---

23. Entalpi pembakaran standar etilena dapat diestimasi dari energi disosiasi ikatan (BDE) yang ditabulasikan di bawah ini sebesar −982 kJ mol⁻¹. Nilai ΔH°_pembakaran eksperimental adalah −1256 kJ mol⁻¹. Manakah penjelasan terbaik untuk ketidaksesuaian ini?
    

    Ikatan	BDE (kJ mol−1)
    C≡C	839
    C–H	412
    O=O	498
    C=O	741
    O–H	463

    
    C₂H₂(g) + 2,5 O₂(g) → 2 CO₂(g) + H₂O(g)   ΔH°_eksp = −1256 kJ mol⁻¹
    1. BDE C–H yang ditabulasikan tidak memperhitungkan kekuatan luar biasa dari ikatan yang terbentuk pada karbon hibridisasi sp dalam C₂H₂.
    2. BDE O=O yang ditabulasikan tidak memperhitungkan kelemahan luar biasa dari ikatan dalam dioksigen karena paramagnetisme-nya.
    3. BDE C=O yang ditabulasikan tidak memperhitungkan stabilisasi akibat delokalisasi elektron dalam karbon dioksida.
    4. BDE O–H yang ditabulasikan tidak memperhitungkan stabilisasi akibat ikatan hidrogen dalam air.
Estimasi ΔH° pembakaran dari energi disosiasi ikatan (BDE) menggunakan nilai rata-rata ikatan yang umumnya diambil dari molekul sederhana.

Perhitungan tersebut memberikan ΔH° ≈ −982 kJ mol⁻¹, sementara nilai eksperimen adalah −1256 kJ mol⁻¹ (lebih negatif).
Hal ini mengindikasikan bahwa reaksi sebenarnya lebih eksotermik daripada perkiraan.




Perbedaan ini terutama disebabkan oleh underestimasi kekuatan ikatan C=O dalam CO₂.
Dalam molekul CO₂, terdapat stabilisasi resonansi dan delokalisasi elektron yang membuat ikatan C=O lebih kuat daripada nilai rata-rata C=O (misalnya pada formaldehid).

Nilai BDE C=O yang ditabulasikan (741 kJ mol⁻¹) tidak memperhitungkan efek ini.
Akibatnya, energi yang dilepaskan saat pembentukan ikatan C=O dalam produk lebih besar dari perhitungan, sehingga ΔH° menjadi lebih negatif.




Opsi A salah karena BDE C-H pada C₂H₂ (alkuna) sebenarnya lebih kuat, yang akan membuat ΔH° estimasi lebih positif (semakin menyimpang).
Opsi B kurang tepat karena BDE O=O yang ditabulasikan (498 kJ mol⁻¹) sudah mencerminkan kelemahan akibat paramagnetisme.
Opsi D keliru karena ikatan hidrogen adalah antarmolekul, tidak mempengaruhi BDE kovalen O–H secara langsung.

Jadi, jawaban yang tepat adalah C.

---

24. Untuk reaksi manakah ΔS° > 0?
    1. P₄(s) → 4 P(s, merah)
    2. CO₂(s) → CO₂(g)
    3. 3 O₂(g) → 2 O₃(g)
    4. 2 SO₂(g) + O₂(g) → 2 SO₃(g)
Perubahan entropi standar (ΔS°) > 0 terjadi ketika sistem menjadi lebih tidak teratur.
Beberapa indikator: perubahan fase padat → gas, cair → gas, atau peningkatan jumlah mol gas.

• A: P₄(s) → 4 P(s, merah).
  
  Padatan ke padatan, jumlah mol meningkat tetapi tetap padat. Entropi mungkin sedikit positif, tetapi tidak sebesar perubahan fase gas.
• B: CO₂(s) → CO₂(g).
  Sublimasi (padat langsung ke gas). Entropi meningkat sangat besar karena molekul gas lebih bebas bergerak. Jelas ΔS° > 0.
• C: 3 O₂(g) → 2 O₃(g).
  Jumlah mol gas berkurang (3 → 2), sehingga entropi menurun (ΔS° < 0).
• D: 2 SO₂(g) + O₂(g) → 2 SO₃(g).
  Jumlah mol gas berkurang (3 → 2), entropi menurun (ΔS° < 0).

Jadi, reaksi yang memiliki ΔS° > 0 adalah B.

Jawaban yang tepat adalah B.

---

25. Nitrogen dioksida terurai menjadi oksida nitrat dan oksigen menurut reaksi berikut:
    2 NO₂(g) → 2 NO(g) + O₂(g)
    Jika Δ[NO₂]/Δt = −0,0024 M s⁻¹, berapakah Δ[O₂]/Δt?
    1. −0,0048 M s⁻¹
    2. −0,0012 M s⁻¹
    3. 0,0048 M s⁻¹
    4. 0,0012 M s⁻¹
Reaksi: 2 NO₂(g) → 2 NO(g) + O₂(g). Hubungan laju reaksi:

\[ \text{Laju} = -\dfrac{1}{2} \dfrac{\Delta[\text{NO}_2]}{\Delta t} = \dfrac{1}{2} \dfrac{\Delta[\text{NO}]}{\Delta t} = \dfrac{\Delta[\text{O}_2]}{\Delta t} \]

Diketahui \(\dfrac{\Delta[\text{NO}_2]}{\Delta t} = -0,0024\ \text{M s}^{-1}\). Maka:

\[ \dfrac{\Delta[\text{O}_2]}{\Delta t} = -\dfrac{1}{2} \times (-0,0024) = +0,0012\ \text{M s}^{-1} \]

Jadi, laju pembentukan O₂ adalah 0,0012 M s⁻¹.

Jawaban yang tepat adalah D.

---

26. Untuk reaksi di bawah, data laju awal tersaji dalam tabel. Apakah hukum laju untuk reaksi tersebut?
    2 A(aq) + B(aq) → C(aq) + D(aq)
    

    Percobaan	[A]0, M	[B]0, M	Laju awal, M s−1
    1	0,10	0,10	0,086
    2	0,20	0,10	0,342
    3	0,20	0,20	0,344

    1. Laju = k[A][B]
    2. Laju = k[A]²
    3. Laju = k[A]²[B]
    4. Laju = k[A][B]²
Tentukan orde reaksi terhadap A dan B dari data laju awal.

• Percobaan 1 dan 2 ( [B] tetap, [A] naik 2× : 0,10 → 0,20): laju naik dari 0,086 menjadi 0,342. Perbandingan laju = 0,342 / 0,086 ≈ 3,98 ≈ 4. Karena 2² = 4, maka orde terhadap A = 2.
• Percobaan 2 dan 3 ( [A] tetap = 0,20, [B] naik 2× : 0,10 → 0,20): laju berubah dari 0,342 menjadi 0,344, perbandingan ≈ 1,006 ≈ 1. Karena 2⁰ = 1, maka orde terhadap B = 0.

Hukum laju: laju = k [A]² [B]⁰ = k [A]².

Jadi, jawaban yang tepat adalah B.

---

27. Dua reaksi memiliki tetapan laju yang sama pada 300,0 K. Reaksi 1 memiliki energi aktivasi 48,2 kJ/mol, sedangkan reaksi 2 memiliki energi aktivasi 20,0 kJ/mol. Berapakah k₁/k₂ pada 320,0 K?
    1. 0,493
    2. 0,844
    3. 1,18
    4. 2,03
Gunakan persamaan Arrhenius: \(k = A e^{-E_a/(RT)}\). Pada \(T_1 = 300,0\) K, \(k_1 = k_2\):

\[ A_1 e^{-E_{a1}/(RT_1)} = A_2 e^{-E_{a2}/(RT_1)} \quad \Rightarrow \quad \dfrac{A_1}{A_2} = e^{(E_{a1}-E_{a2})/(RT_1)} \]

Pada \(T_2 = 320,0\) K, perbandingan tetapan laju:

\[ \dfrac{k_1}{k_2} = \dfrac{A_1}{A_2} e^{-(E_{a1}-E_{a2})/(RT_2)} = e^{(E_{a1}-E_{a2})/(RT_1)} \cdot e^{-(E_{a1}-E_{a2})/(RT_2)} = e^{\dfrac{E_{a1}-E_{a2}}{R}\left(\dfrac{1}{T_1}-\dfrac{1}{T_2}\right)} \]

Substitusi data: \(E_{a1} - E_{a2} = 48,2 - 20,0 = 28,2\) kJ/mol = 28200 J/mol; \(R = 8,314\) J/(mol·K); \(T_1 = 300\) K; \(T_2 = 320\) K.

\[ \dfrac{1}{T_1} - \dfrac{1}{T_2} = \dfrac{1}{300} - \dfrac{1}{320} = \dfrac{320 - 300}{300 \times 320} = \dfrac{20}{96000} = \dfrac{1}{4800} \text{ K}^{-1} \] \[ \dfrac{E_{a1}-E_{a2}}{R} = \dfrac{28200}{8,314} \approx 3391,6 \text{ K} \] \[ \dfrac{k_1}{k_2} = \exp\left(3391,6 \times \dfrac{1}{4800}\right) = \exp(0,70658) \approx 2,027 \approx 2,03 \]

Jadi, jawaban yang tepat adalah D.

---

28. Reaksi antara A dan B memiliki hukum laju: Laju = k[A][B]. Suatu reaksi dilakukan dengan [A]₀ = 0,0245 M dan [B]₀ = 3,24 × 10⁻⁵ M, dan logaritma natural konsentrasi [B] diplot sebagai fungsi waktu dalam detik. Plot tersebut linier dengan kemiringan −3,96 × 10⁻⁴. Berapakah nilai k?
    1. 3,96 × 10⁻⁴ M⁻¹ s⁻¹
    2. 1,62 × 10⁻² M⁻¹ s⁻¹
    3. 12,2 M⁻¹ s⁻¹
    4. 499 M⁻¹ s⁻¹
Hukum laju: \(r = k[A][B]\). Konsentrasi awal [A]₀ = 0,0245 M, [B]₀ = 3,24 × 10⁻⁵ M.
Karena [B]₀ ≪ [A]₀, selama reaksi [A] hampir konstan sehingga laju menjadi pseudo orde pertama terhadap B:

\[ r = k[A]_0 [B] = k'[B] \quad \text{dengan} \quad k' = k[A]_0 \]

Untuk reaksi pseudo orde pertama, plot ln[B] terhadap waktu adalah garis lurus dengan kemiringan (slope) = −k'.
Diketahui slope = −3,96 × 10⁻⁴ s⁻¹, maka:

\[ k' = 3,96 \times 10^{-4} \ \text{s}^{-1} \]

Karena \(k' = k[A]_0\), maka:

\[ k = \dfrac{k'}{[A]_0} = \dfrac{3,96 \times 10^{-4}}{0,0245} = \dfrac{3,96}{2,45} \times 10^{-2} = 1,616 \times 10^{-2} \ \text{M}^{-1} \text{s}^{-1} \approx 1,62 \times 10^{-2} \ \text{M}^{-1} \text{s}^{-1} \]

Jadi, jawaban yang tepat adalah B.

---

29. Dalam penggambaran reaksi kimia ireversibel di bawah, lingkaran besar mewakili atom unsur A dan lingkaran kecil mewakili atom unsur B. Pada t = 0, hanya senyawa AB yang ada. Hukum laju reaksi adalah Laju = k[AB]². Berapakah nilai t pada panel ketiga?

    
    1. 30 menit
    2. 40 menit
    3. 50 menit
    4. 60 menit
Reaksi: 2AB → A₂ + B₂, hukum laju: laju = k[AB]² (orde 2). Jumlah molekul sebanding dengan konsentrasi. Misalkan [AB] dalam satuan jumlah molekul.

t = 0: [AB]₀ = 8
t = 20 menit (panel 2): [AB] = 4

Untuk reaksi orde 2: \(\dfrac{1}{[AB]} - \dfrac{1}{[AB]_0} = kt\)

\(\dfrac{1}{4} - \dfrac{1}{8} = k \times 20\)

\(\dfrac{2-1}{8} = \dfrac{1}{8} = 20k \Rightarrow k = \dfrac{1}{160}\) (dalam satuan menit⁻¹ per satuan konsentrasi).




Panel 3: [AB] = 2. Waktu t dari awal:

\(\dfrac{1}{2} - \dfrac{1}{8} = kt \Rightarrow \dfrac{4-1}{8} = \dfrac{3}{8} = \dfrac{1}{160} t\)

\(t = \dfrac{3}{8} \times 160 = 60\) menit.




Jadi, waktu pada panel ketiga adalah 60 menit.

Jawaban yang tepat adalah D.

---

30. Klorinasi etena diduga berlangsung melalui mekanisme berikut:
    C₂H₄ + Cl₂ → C₂H₄Cl⁺ + Cl⁻   (Langkah 1)
    C₂H₄Cl⁺ + Cl⁻ → C₂H₄Cl₂   (Langkah 2)
    Langkah manakah yang mungkin menentukan laju, jika diketahui hukum laju: Laju = k[C₂H₄][Cl₂]?
    1. Hanya Langkah 1
    2. Hanya Langkah 2
    3. Baik Langkah 1 maupun Langkah 2
    4. Bukan Langkah 1 maupun Langkah 2
Langkah penentu laju (rate-determining step) adalah langkah paling lambat dalam mekanisme reaksi. Hukum laju eksperimen yang diberikan:

Laju = k[C₂H₄][Cl₂]

Artinya reaksi orde pertama terhadap C₂H₄ dan orde pertama terhadap Cl₂, sehingga orde total = 2.

Analisis tiap langkah:

Langkah 1:

C₂H₄ + Cl₂ → C₂H₄Cl⁺ + Cl⁻

Jika Langkah 1 adalah penentu laju, maka hukum laju diturunkan langsung dari stoikiometri langkah ini:

Laju = k[C₂H₄][Cl₂]

Ini sesuai dengan hukum laju eksperimen. ✓

Langkah 2:

C₂H₄Cl⁺ + Cl⁻ → C₂H₄Cl₂

Jika Langkah 2 adalah penentu laju, hukum laju akan bergantung pada konsentrasi zat antara (intermediate) C₂H₄Cl⁺ dan Cl⁻:

Laju = k[C₂H₄Cl⁺][Cl⁻]

Zat antara tidak boleh muncul dalam hukum laju akhir. Ekspresi ini tidak sesuai dengan hukum laju eksperimen. ✗

Kesimpulan: Langkah 1 adalah langkah penentu laju karena reaktan dalam Langkah 1 (C₂H₄ dan Cl₂) menghasilkan ekspresi laju yang identik dengan hasil eksperimen. Langkah 2 berlangsung cepat setelah terbentuknya zat antara.

Jawaban yang tepat adalah A.

---

Soal asli dan kunci jawaban dapat diunduh dari sini.