Pembahasan Soal Nomor 3 OSP Kimia 2023 (Sel Galvani)

Berikut pembahasan soal OSP Kimia Tahun 2023 yang terdiri 9 soal. Setiap soal akan diberikan dalam tautan berbeda.

• Soal #1: Termodinamika
• Soal #2: Kinetika
• Soal #3: Elektrokimia
• Soal #4: Sifat Koligatif Larutan
• Soal #5: Termokimia-Kesetimbangan
• Soal #6: Struktur Molekul
• Soal #7: Polimer-Spektroskopi
• Soal #8: Kesetimbangan Asam-basa
• Soal #9: Kimia Organik

Sel Galvani (16 poin)

Suatu sel Galvani memiliki diagram sel sebagai berikut:

$$Pt|Sn^{4+}(aq, 0,010 M), Sn^{2+}(aq, 0,10 M)||O_2(g, 1 atm)||H^+(aq, pH = 4)|C(grafit)$$

1. Di antara senyawa berikut yang dapat digunakan sebagai pengisi jembatan garam adalah ....
   
   • CH₃Cl
   • KCl
   • tidak tahu
   • AgCl
   • PbCl₂
   • CCl₄
Pembahasan bagian a.
Syarat larutan pengisi jembatan garam: harus bersifat elektrolit kuat (terionisasi sempurna), inert (tidak bereaksi dengan larutan pada kedua elektroda maupun elektrodanya), dan ion-ionnya memiliki mobilitas yang relatif sama agar tidak menimbulkan potensial liquid junction yang besar.
• CH₃Cl: senyawa kovalen, bukan elektrolit → tidak sesuai
• KCl: elektrolit kuat, larut baik, mobilitas ion K⁺ dan Cl⁻ hampir sama, inert terhadap Sn²⁺/Sn⁴⁺ maupun O₂/H⁺ → sesuai
• AgCl" sukar larut (Ksp sangat kecil) → tidak sesuai
• PbCl₂: sukar larut → tidak sesuai
• CCl₄: senyawa kovalen nonpolar, bukan elektrolit → tidak sesuai
Jawaban: KCl
2. Jika potensial reduksi standar E° (O₂/H⁺) = +1,23 V dan E° (Sn⁴⁺/Sn²⁺) = +0,15 V, besarnya potensial sel standar yang dihasilkan adalah ....
   
   • −1,08 V
   • −1,87 V
   • −0,67 V
   • +1,87 V
   • +1,08 V
   • tidak tahu
Pembahasan bagian b.
Berdasarkan notasi sel, ruas kiri (Pt|Sn⁴⁺,Sn²⁺) adalah anode (oksidasi), dan ruas kanan (O₂/H⁺|C) adalah katode (reduksi).
$$ \begin{aligned} E^\circ_{sel} &= E^\circ_{katode} - E^\circ_{anode} \\[4pt] &= E^\circ(\text{O}_2/\text{H}^+) - E^\circ(\text{Sn}^{4+}/\text{Sn}^{2+}) \\[4pt] &= 1{,}23 \text{ V} - 0{,}15 \text{ V} \\[4pt] &= 1{,}08 \text{ V} \end{aligned} $$
Jawaban: +1,08 V
3. Besarnya energi bebas Gibbs standar reaksi yang dihasilkan adalah ________ kJ/mol.
Pembahasan bagian c.
Menyetarakan reaksi sel dan menentukan n (jumlah elektron)
$$ \begin{aligned} \text{Anode (oksidasi)}&: \text{Sn}^{2+} \rightarrow \text{Sn}^{4+} + 2e^- \quad (\times 2)\\ \text{Katode (reduksi)}&: \text{O}_2 + 4\text{H}^+ + 4e^- \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} \quad (\times 1) \end{aligned} $$
$$ \begin{aligned} \text{Reaksi total: } 2\text{Sn}^{2+} + \text{O}_2 + 4\text{H}^+ &\rightarrow 2\text{Sn}^{4+} + 2\text{H}_2\text{O} \end{aligned} $$
Dari penyetaraan tersebut diperoleh n = 4 mol elektron.
Menghitung ΔG°
$$ \begin{aligned} \Delta G^\circ &= -nFE^\circ_{sel} \\[4pt] &= -(4)(96\,500 \text{ C/mol})(1{,}08 \text{ V}) \\[4pt] &= -416\,880 \text{ J/mol} \\[4pt] &\approx -416{,}9 \text{ kJ/mol} \end{aligned} $$
ΔG° ≈ −416,9 kJ/mol
4. Tetapan kesetimbangan reaksi sel Galvani di atas adalah ________.
Pembahasan bagian d.
$$ \begin{aligned} \Delta G^\circ &= -RT\ln K \\[10pt] \ln K &= \dfrac{nFE^\circ_{sel}}{RT} \\[4pt] &= \dfrac{(4)(96\,500)(1{,}08)}{(8{,}314)(298)} \\[4pt] &= \dfrac{416\,880}{2477{,}6} \\[4pt] &= 168{,}27 \end{aligned} $$
Konversi ke basis log₁₀ agar mudah ditulis:
$$ \begin{aligned} \log K &= \dfrac{\ln K}{\ln 10} \\[4pt] &= \dfrac{168{,}27}{2{,}3026} \\[4pt] &= 73{,}08 \\[10pt] K &= 10^{73{,}08} \\[4pt] &\approx 1{,}2 \times 10^{73} \end{aligned} $$
K ≈ 1,2 × 10⁷³
Nilai K yang sangat besar ini konsisten dengan E°_sel yang cukup besar dan positif (+1,08 V), menandakan reaksi berlangsung hampir sempurna ke arah produk.
5. Jika pada suhu 25 °C sel Galvani di atas memberikan nilai potensial sel sebesar 0,89 V dan spesi lain berada pada kondisi standar, maka pH larutan adalah ________
Pembahasan bagian e.
Spesi lain (Sn²⁺, Sn⁴⁺, O₂) berada pada kondisi standar (1 M / 1 atm), sehingga hanya [H⁺] yang menjadi variabel dalam persamaan Nernst.
Reaksi Kuosien Q
$$ \begin{aligned} Q &= \dfrac{[\text{Sn}^{4+}]^2}{[\text{Sn}^{2+}]^2\,[\text{O}_2]\,[\text{H}^+]^4} \\[4pt] &= \dfrac{(1)^2}{(1)^2(1)[\text{H}^+]^4} \\[4pt] &= \dfrac{1}{[\text{H}^+]^4} \end{aligned} $$
Persamaan Nernst (basis log₁₀, 25 °C)
$$ \begin{aligned} E_{sel} &= E^\circ_{sel} - \dfrac{0{,}0592}{n}\log Q \\[4pt] &= E^\circ_{sel} - \dfrac{0{,}0592}{4}\log\left(\dfrac{1}{[\text{H}^+]^4}\right) \\[4pt] &= E^\circ_{sel} - \dfrac{0{,}0592}{4}\left(-4\log[\text{H}^+]\right) \\[4pt] &= E^\circ_{sel} - 0{,}0592\,(\mathrm{pH}) \end{aligned} $$
Substitusi nilai
$$ \begin{aligned} 0{,}89 &= 1{,}08 - 0{,}0592\,(\mathrm{pH}) \\[10pt] 0{,}0592\,(\mathrm{pH}) &= 1{,}08 - 0{,}89 \\[4pt] 0{,}0592\,(\mathrm{pH}) &= 0{,}19 \\[10pt] \mathrm{pH} &= \dfrac{0{,}19}{0{,}0592} \\[4pt] &\approx 3{,}21 \end{aligned} $$
pH ≈ 3,21

---