Halaman
Kesetimbangan Kimia105TUJUAN PEMBELAJARANSetelah mengikuti pembelajaran siswa dapat :1.menjelaskan pengertian reaksi kesetimbangan,2.menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran arah kesetimbangan,3.menentukan harga konstanta kesetimbangan, Kc dan Kp,4.menjelaskan kondisi optimum untuk memproduksi bahan-bahan kimia di industri.Kesetimbangan Kimia105Kesetimbangan KimiaBab VAmonia cair digunakan sebagai pupuk. Pembuatan gas amonia menggunakanprinsip-prinsip reaksi kesetimbangan, dilakukan pada temperatur tinggi denganproses Haber.Sumber:Silberberg, Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change
106Kimia Kelas XI SMA dan MAPETA KONSEPKesetimbangan KimiaIndustriKesetimbanganDinamisPergeseranKesetimbanganKesetimbanganHomogenKesetimbanganHeterogenAzas le ChatelierKonsentrasiVolumTekananSuhubersifatdipengaruhi oleh faktordigunakan dalamterjadi padamengakibatkanatas dasar
Kesetimbangan Kimia107Reaksi-reaksi yang dilakukan di laboratorium pada umumnya berlangsungsatu arah. Tetapi ada juga reaksi yang dapat berlangsung dua arah atau dapatbalik. Reaksi searah disebut juga reaksi irreversibel.Reaksi dapat balik atau dapatberubah lagi menjadi zat-zat semula disebut juga reaksi reversibel.Reaksi dapat balik yang terjadi dalam satu sistem dan laju reaksi ke arah hasilatau sebaliknya sama disebut reaksi dalam keadaan setimbangataureaksikesetimbangan. Reaksi kesetimbangan banyak terjadi pada reaksi-reaksi dalamwujud gas. Sistem yang termasuk reaksi kesetimbangan disebut sistemkesetimbangan.Pada bab ini akan dibahas tentang reaksi kesetimbangan, pengaruh-pengaruhpada sistem kesetimbangan, kesetimbangan kimia pada industri, hukum kese-timbangan, dan konstanta kesetimbangan.A. Reaksi KesetimbanganSebelum mempelajari reaksi kesetimbangan, kita perhatikan dulu contohreaksi searah dan reaksi dapat balik.Contoh reaksi searah yaitu reaksi antara batu pualam dengan asam kloridadengan reaksi: CaCO3(s)+ 2 HCl(aq)pCaCl2(aq)+ CO2(g)+ H2O(l). Kalau kitareaksikan lagi hasil reaksi tersebut tidak akan kembali lagi. Reaksi ini disebut jugareaksi berkesudahan.Contoh reaksi dapat balik yaitu pemanasan kristal tembaga(II) sulfat hidrat.Kristal tembaga(II) sulfat hidrat berwarna biru jika dipanaskan akan berubahmenjadi tembaga(II) sulfat berwarna putih.Jika pada tembaga (II) sulfat diteteskan air maka akan berubah lagi menjaditembaga(II) sulfat hidrat. Reaksinya ditulis sebagai berikut.CuSO4.5 H2O(s)p CuSO4(s) + 5 H2O(g)biruputihCuSO4(s) + 5 H2O(l)p CuSO4.5 H2O(s)putihbiruReaksi yang dapat balik, dapat ditulis dengan tanda panah yang berlawanan,( ). Persamaan reaksi di atas dapat ditulis:CuSO4.5 H2O(s) CuSO4(s) + 5 H2O(l)Setelah mempelajari reaksi searah dan reaksi dapat balik, sekarang kitapelajari reaksi kesetimbangan.Coba perhatikan reaksi antara larutan besi(III) klorida dengan larutan kaliumtiosianat yang menghasilkan ion besi(III) tiosianat. Perhatikan Gambar 5.1
108Kimia Kelas XI SMA dan MA+10 mL FeCl3 0,001 MCoklat10 mL KSCN 0,001 MTidak berwarna20 mL Fe(SCN)2+MerahDitinjau dari reaksi searah maka kedua pereaksi tersebut akan habis karenajumlah mol zat yang bereaksinya sama. Apa yang terjadi apabila pada zat hasilreaksi ditambahkan 1 tetes larutan FeCl31 M atau 1 tetes larutan KSCN 1 M?Apakah ada perubahan warna? Jika terjadi, mengapa?Pada penambahan ion SCN–warna merah bertambah tua berarti terbentuklagi ion Fe(SCN)2+, atau ion SCN–yang ditambahkan bereaksi lagi dengan ion Fe3+.Darimana ion Fe3+? Menurut perhitungan jika 10 mL larutan FeCl30,001 M bereaksidengan 10 mL KSCN 0,001 M kedua zat akan habis bereaksi atau ion Fe2+dan ionSCN–sudah habis bereaksi. Demikian pula pada penambahan ion Fe3+akanterbentuk kembali Fe(SCN)2+, berarti ion Fe3+bereaksi lagi dengan ion SCN–.Darimana ion SCN–tersebut? Dari data percobaan tersebut dapat disimpulkan ionFe3+dan ion SCN–selalu ada pada sistem karena Fe(SCN)2+secara langsungdapat terurai lagi menjadi ion Fe3+ dan ion SCN–.Oleh karena reaksi tersebut terjadi pada sistem tertutup maka reaksi inidisebutreaksi kesetimbangan.Reaksinya ditulis:Fe3+(aq) + SCN–(aq) Fe(SCN)2+(aq)Pada reaksi ini pembentukan Fe(SCN)2+dan penguraiannya menjadi ion Fe3+dan SCN–tidak dapat diamati karena berlangsung pada tingkat partikel. Reaksi inidisebut juga reaksi kesetimbangan dinamis.Ciri-ciri keadaan setimbang dinamis adalah sebagai berikut.1.Reaksi berlangsung terus-menerus dengan arah yang berlawanan.2.Terjadi pada ruangan tertutup, suhu, dan tekanan tetap.3.Laju reaksi ke arah hasil reaksi dan ke arah pereaksi sama.4.Tidak terjadi perubahan makroskopis, yaitu perubahan yang dapat diukur ataudilihat, tetapi perubahan mikroskopis (perubahan tingkat partikel) tetapberlangsung.5.Setiap komponen tetap ada.Reaksi kesetimbangan dinamis yaitu reaksi yang berlangsung terus-menerusdengan arah yang berlawanan dan kecepatan yang sama. Dalam kehidupansehari-hari, contoh reaksi kesetimbangan dinamis dapat dilihat pada permainansirkus seperti Gambar 5.2.Gambar 5.1 Reaksi besi(III) klorida dengan kalium tiosianat
Kesetimbangan Kimia109[A] dan [B][C] dan [D]waktuKemungkinan IIkonsentrasit[C] dan [D][A] dan [B]waktuKemungkinan IkonsentrasitPada permainan sirkus, ada seekorburung yang mencoba berjalan padaroda yang berputar. Burung berjalan kekiri, sedangkan roda berputar ke kanan.Jika kecepatan roda ke kanan samadengan kecepatan burung berjalan,maka posisi burung itu akan tetap dankelihatan diam.Kejadian itu disebut keadaan se-timbang dinamis sebab burung kelihatandiam padahal kakinya berjalan terusdengan arah yang berlawanan denganroda berputar.Pada saat setimbang, ada beberapa kemungkinan yang terjadi dilihat darikonsentrasi pereaksi atau hasil reaksi pada saat itu.Contoh:Pada reaksi A + B C + D ada 3 kemungkinan yang terjadi yaitu sebagaiberikut.Kemungkinan I ditunjukkan padaGambar 5.3.a. Mula-mula konsentrasi A dan B har-ganya maksimal, kemudian ber-kurang sampai tidak ada perubahan.b. Konsentrasi C dan D dari nolbertambah terus sampai tidak adaperubahan.c.Pada saat setimbang, konsentrasi Cdan D lebih besar daripada A dan B.Kemungkinan II ditunjukkan padaGambar 5.4.Perubahan konsentrasi A dan B men-jadi C dan D sama seperti kemungkinan I.Pada saat setimbang, konsentrasi C danD lebih kecil daripada A dan B.Gambar 5.2 Burung berjalan padaroda berputar merupakan contohkesetimbangan dinamisGambar 5.3Gambar 5.4
110Kimia Kelas XI SMA dan MA[A] dan [B][C] dan [B]waktuKemungkinan IIIkonsentrasitKemungkinan III ditunjukkan padaGambar 5.5.Perubahan konsentrasi A dan Bmenjadi C dan D sama seperti kemung-kinan I dan II, tetapi pada saat setimbangkonsentrasi A dan B sama dengankonsentrasi C dan D.B. Reaksi Kesetimbangan Homogen dan ReaksiKesetimbangan HeterogenBerdasarkan wujud zatnya reaksi kesetimbangan dikelompokkan menjadikesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen.1. Kesetimbangan HomogenKesetimbangan homogenadalah sistem kesetimbangan yang komponennyamempunyai wujud yang sama.Contoh:a.Reaksi kesetimbangan yang terdiri atas gas-gas2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)b.Reaksi kesetimbangan yang terdiri atas ion-ionFe3+(aq) + SCN–(aq) Fe(SCN)2+(aq)c.Reaksi kesetimbangan yang terdiri atas zat berwujud cairCH3COOH(l) + CH3CH2OH(l) CH3COOCH2CH3(l) + H2O(l)2. Kesetimbangan HeterogenKesetimbangan heterogenadalah sistem kesetimbangan yang komponennyaterdiri atas zat-zat dengan wujud yang berbeda.Contoh:a.Reaksi kesetimbangan yang terdiri atas zat cair, gas, dan larutanReaksi: CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq)Gambar 5.5
Kesetimbangan Kimia111b.Reaksi kesetimbangan yang terdiri atas zat padat dan gasC(s) + 2 N2O(g) CO2(g) + 2 N2(g)c.Reaksi kesetimbangan yang terdiri atas zat padat, cair, dan gasICI(l) + Cl2(g)ICl3(g) Latihan 5.1Selesaikan soal-soal berikut!1.Jelaskan perbedaan reaksi reversibel dan reaksi irreversibel, berikan contohnya!2.Jelaskan pengertian reaksi kesetimbangan dinamis!3.Sebutkan ciri-ciri reaksi kesetimbangan dinamis!4.Berikan contoh kesetimbangan dinamis dalam kehidupan sehari-hari!5.Jelaskan perbedaan kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen!Berikan contohnya!C. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi ReaksiKesetimbanganKalau ada pengaruh dari luar, sistem kesetimbangan akan terganggu. Untukmengurangi pengaruh perubahan, sistem kesetimbangan akan mengadakan aksimisalnya terjadi lagi reaksi-reaksi di antara komponennya atau terjadi penguraiandari satu komponen, sehingga pengaruh tersebut akan berkurang.Henry Louis Le Chatelier, ahli kimia Prancis (1852 – 1911) mengemukakansuatu pernyataan mengenai perubahan yang terjadi pada sistem kesetimbanganjika ada pengaruh dari luar.Pernyataan ini dikenal sebagai Azas Le Chatelier yang berbunyi:Jika suatu sistem kesetimbangan menerima suatu aksi maka sistem tersebutakan mengadakan reaksi, sehingga pengaruh aksi menjadi sekecil-kecilnya.Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi sistem kesetimbangan adalah per-ubahan suhu, perubahan konsentrasi, perubahan tekanan, dan perubahan volum.1. Pengaruh Perubahan Suhu pada KesetimbanganReaksi kesetimbangan dapat merupakan reaksi eksoterm maupun endoterm.Pada reaksi-reaksi ini perubahan suhu sangat berpengaruh. Contohnya padareaksi kesetimbangan antara gas nitrogen dioksida dan dinitrogen tetraoksidadengan reaksi:2 NO2(g) N2O4(g)(H = –59,22 kJcoklattak berwarna
112Kimia Kelas XI SMA dan MAt = 0r Ct = 100r Ct = 25r CPada suhu kamar, sistem kesetimbangan tersebut berwarna coklat. Bagaimanajika sistem kesetimbangan ini suhunya diubah?Perhatikan gambar percobaan berikut ini!Gambar 5.6 Pengaruh suhu pada kesetimbangan 2 NO2(g) N2O4(g)Berdasarkan percobaan di atas diperoleh data sebagai berikut.a.Jika suhu dinaikkan, warna coklat bertambah artinya gas NO2 bertambah.b.Jika suhu diturunkan, warna coklat berkurang artinya gas N2O4 bertambah.Dengan melihat reaksi eksoterm dan endoterm pada reaksi tersebut, makadapat disimpulkan:•Jika suhu dinaikkan, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm.•Jika suhu diturunkan, kesetimbangan bergeser ke arah reaksi eksoterm.Contoh:a.Pada reaksi 2 CO2(g) 2 CO(g) + O2(g)(Hr = +566 kJJika suhu diturunkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah CO2.Jika suhu dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah CO dan O2.b.CO(g) + H2O(g) CO2(g)+ H2(g)(H = -41 kJJika suhu diturunkan, kesetimbangan akan bergesar ke arah CO2 dan H2.Jika suhu dinaikan, kesetimbangan akan bergeser ke arah CO dan H2O.Latihan 5.2Jelaskan apa yang akan terjadi jika suhu dinaikkan dan suhu diturunkan padasistem kesetimbangan berikut!a.CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)(H = -91,14 kJb.H2(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(g)(H = +41 kJc.4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g)(H = -908 kJd.N2O4(g) 2 NO2(g)(H = +58 kJcoklat mudacoklat tuacoklatSumber:New Stage Chemistry
Kesetimbangan Kimia1132. Pengaruh Perubahan Konsentrasi pada TekananUntuk mempelajari pengaruh perubahan konsentrasi pada kesetimbangan,perhatikan percobaan penambahan ion-ion dan zat lain pada sistem kesetimbanganberikut.Fe3+(aq)+SCN–(aq)Fe(SCN)2+(aq)coklattak berwarnamerahKEGIATAN 5.1 EksperimenPengaruh Perubahan KonsentrasiPercobaan ini bertujuan untuk mengamati pengaruh perubahan konsentrasiterhadap pergeseran kesetimbangan pada reaksi ion Fe3+ dan ion SCN–.Alat dan bahan:1.Gelas kimia 100 mL5.Larutan FeCl3 0,2 M2.Tabung reaksi6.Larutan KSCN 0,2 M3.Rak tabung7.Kristal Na2HPO44.Pipet tetes8.Air mineralLangkah kerja:1.Isi gelas kimia dengan 25 mL, air tambahkan 5 tetes FeCl30,2 M dan5 tetes KSCN 0,2 M aduk sampai rata. Amati warna larutan.2.Tuangkan larutan tersebut ke dalam 5 buah tabung reaksi yang samavolumnya dan beri nomor tabung 1 sampai dengan 5.3.•Pada tabung 2 tambahkan 5 tetes larutan FeCl3 0,2 M.•Pada tabung 3 tambahkan 5 tetes larutan KSCN 0,2 M.•Pada tabung 4 tambahkan 2 serbuk Na2HPO4.•Pada tabung 5 tambahkan 5 mL air.4.Bandingkan warna larutan yang terjadi pada tabung 2, 3, 4, dan 5dengan warna larutan asal pada tabung 1.Pada tabung ke-5 warnalarutan dilihat dari atas tabung.6.Catat hasil pengamatan pada sebuah tabel.Pertanyaan:1.Jelaskan apa yang menyebabkan terjadinya perubahan warna padapercobaan di atas!2.Jelaskan bagaimana pengaruh penambahan atau pengurangankonsentrasi pereaksi pada percobaan di atas!3.Jelaskan apakah penambahan air pada tabung 5 mempengaruhisistem kesetimbangan!
114Kimia Kelas XI SMA dan MASesuai dengan azas Le Chatelier jika salah satu zat konsentrasinya diperbesar,reaksi akan bergeser ke arah yang berlawanan, jika salah satu zat konsentrasinyadiperkecil, reaksi akan bergeser kearah zat tersebut.Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut.Fe3+(aq)+SCN–(aq) FeSCN–(aq)coklattak berwarnamerahPada percobaan ini didapat bahwa penambahan ion Fe3+dan SCN–menyebabkan larutan standar menjadi lebih merah, berarti ion Fe(SCN)2+bertambah.Pada kesetimbangan ini adanya penambahan ion Fe3+dan ion SCN–menyebabkankesetimbangan bergeser ke arah ion Fe(SCN)2+.Pada penambahan kristal Na2HPO4, mengakibatkan warna merah padalarutan berkurang, sebab jumlah ion Fe(SCN)2+berkurang. Mengapa ion Fe(SCN)2+berkurang?Kristal Na2HPO4berfungsi untuk mengikat ion Fe3+, maka untuk menjagakesetimbangan, ion Fe(SCN)2+akan terurai lagi membentuk ion Fe3+dan SCN–atau kesetimbangan bergeser ke arah ion Fe3+ dan SCN–.Dari eksperimen di atas dapat disimpulkan:•Jika pada sistem kesetimbangan salah satu komponen ditambah,kesetimbangan akan bergeser ke arah yang berlawanan.•Jika pada sistem kesetimbangan salah satu komponennya dikurangi ,kesetimbangan akan bergeser ke arah komponen tersebut.Contoh:a.N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)•Jika gas N2 ditambah, kesetimbangan akan bergeser ke arah NH3.•Jika gas N2 dikurangi, kesetimbangan akan bergeser ke arah N2.b.2 HCl(g) H2(g) + Cl2(g)•Jika gas HCl ditambah, kesetimbangan bergeser ke arah H2 dan Cl2.•Jika gas HCl dikurangi, kesetimbangan bergeser ke arah HCl.Latihan 5.31.Apa yang akan terjadi jika kita tambahkan gas oksigen pada sistemkesetimbangan: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)?2.Apa yang akan terjadi jika gas H2dikurangi pada sistem kesetimbanganH2(g) + I2(g) 2 HI(g)?
Kesetimbangan Kimia1153. Pengaruh Perubahan Tekanan pada KesetimbanganTekanan akan mempengaruhi zat-zat yang berwujud gas. Bagaimanaperubahan pada reaksi kesetimbangan jika tekanannya berubah?Perhatikan hasil percobaan pada reaksi 2 SO2(g)+ O2(g)2 SO3(g). Jikatekanan diperbesar, kesetimbangan bergeser ke arah SO3dan jika tekanandiperkecil, kesetimbangan bergeser ke arah SO2 dan O2. Mengapa demikian?Pada reaksi tersebut jika direaksikan 2 mol SO2dan 1 mol O2, makamenghasilkan 2 mol SO3. Jadi jumlah mol pereaksi adalah 3 mol dan hasil reaksiadalah 2 mol. Penambahan tekanan menyebabkan kesetimbangan bergeser kearah gas SO3yang jumlah molnya sedikit dan pengurangan tekanan menyebabkankesetimbangan bergeser ke arah gas SO2dan O2yang jumlah molnya lebih besar.Berdasarkan prinsip Le Chatelier, jika tekanan pada reaksi kesetimbanganditambah, campuran pada sistem kesetimbangan akan berusaha mengurangitekanan tersebut, caranya yaitu dengan mengurangi mol gas.Dengan demikian dapat disimpulkan sebagai berikut.•Jika tekanan diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah kom-ponen yang jumlah molnya lebih kecil.•Jika tekanan diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah kom-ponen yang jumlah molnya lebih besar.Contoh:a.Reaksi: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g).Pada reaksi di atas, jika tekanan diperbesar, kesetimbangan bergeser ke arahgas NH3serta jika tekanan diperkecil, kesetimbangan bergeser ke arah gas N2dan H2.b.Reaksi: H2(g) + I2(g) 2 HI(g)Perubahan tekanan pada kesetimbangan di atas tidak menyebabkanpergeseran kesetimbangan, sebab jumlah mol pereaksi sama dengan molhasil reaksi.c.Reaksi: C(s) + 2 N2O(g) CO2(g) + 2 N2(g)Tekanan tidak mempengaruhi komponen yang berwujud padat atau cair.Pada kesetimbangan di atas, jika tekanan diperbesar kesetimbangan akanbergeser ke arah gas N2O dan jika tekanan diperkecil kesetimbangan akanbergeser ke arah gas CO2 dan N2.4. Pengaruh Perubahan Volum pada KesetimbanganPerubahan volum pada kesetimbangan bergantung pada komponennya, baikkomponen gas atau komponen ion-ion.
116Kimia Kelas XI SMA dan MAa. Perubahan Volum pada Kesetimbangan yang Komponennya GasPada kesetimbangan yang komponennya gas, perubahan volum akanberpengaruh jika pada kesetimbangan jumlah mol pereaksi berbeda denganjumlah mol hasil reaksi. Pengaruh perubahan volum akan merupakan kebalikandari pengaruh perubahan tekanansebab jika pada suatu sistem kesetimbangan,volum diperkecil maka tekanan menjadi besar, jika volum diperbesar tekananmenjadi kecil.Jadi, dapat disimpulkan sebagai berikut.Untuk komponen gas,•jika volum diperbesar maka kesetimbangan bergeser ke arah komponenyang jumlah molnya besar.•jika volum diperkecil maka kesetimbangan bergeser ke arah komponenyang jumlah molnya kecil.Contoh:1) PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)•Jika volum diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah gas PCl3dan Cl2.•Jika volum diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah gas PCl5.2) C(s) + CO2(g) 2CO(g)•Jika volum diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arah gas CO.•Jika volum diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arah CO2.b. Perubahan Volum pada Kesetimbangan yang Komponen-Komponennya Berupa Ion-IonUntuk mempelajari pengaruh perubahan volum pada kesetimbangan ini,salah satu contohnya pengenceran pada kesetimbangan:Fe2+(aq) + SCN–(aq) Fe(SCN)2+(aq)tidak berwarnamerahPengenceran pada kesetimbangan ini mengakibatkan warna merah berkurangatau kesetimbangan bergeser ke arah ion Fe2+ dan SCN–.Pengenceran pada larutan menyebabkan volum menjadi besar, maka untukkesetimbangan yang jumlah mol atau jumlah partikel pereaksi dan hasil reaksinyaberbeda,kesetimbanganakanbergeser ke arah partikel yang jumlahnya lebih besar.Latihan 5.4Selesaikan soal-soal berikut!1.Apa yang akan terjadi pada kesetimbangan berikut jika tekanan diperbesar?a.H2(g) + Cl2(g) HCl(g)c.PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)b.SO2(g) + O2(g) SO3(g)d.C(s) + CO2(g) CO(g)
Kesetimbangan Kimia1172.Zat apa yang akan bertambah pada kesetimbangan berikut jika volumdiperbesar?a.CH4(g) + H2S(g) CS2(g) + H2(g)b.N2(g) + H2(g) NH3(g)c.CO(g) + H2(g) CH3OH(g)d.NO2(g) N2O4(g)5. Reaksi Kesetimbangan dalam IndustriDalam industri, ada bahan-bahan yang dihasilkan melalui reaksi-reaksikesetimbangan, misalnya industri pembuatan amoniadan pembuatan asam sulfat.Masalah yang dihadapi adalah bagaimana memperoleh hasil yang berkualitastinggi dalam jumlah banyak dengan menggunakan proses efisien dan efektif.Untuk memecahkan masalah tersebut, pengetahuan tentang kesetimbangankimia sangat diperlukan.Berikut ini akan dibahas cara pembuatan amonia dan asam sulfat yang efisiendan efektif.a. Pembuatan AmoniaAmonia (NH3) merupakan senyawa nitrogen yang banyak digunakan sebagaibahan dasar pembuatan pupuk urea dan ZA, serat sintetik (nilon dan sejenisnya),dan bahan peledak TNT (trinitro toluena). Pembuatan amonia yang dikemukakanolehFritz Haber (1905), prosesnya disebut Proses Haber. Reaksi yang terjadiadalah kesetimbangan antara gas N2, H2, dan NH3 ditulis sebagai berikut.N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)(H = –92 kJUntuk proses ini, gas N2diperoleh dari hasil penyulingan udara, sedangkangas H2diperoleh dari hasil reaksi antara gas alam dengan air. Pada suhu kamar,reaksi ini berlangsung sangat lambat maka untuk memperoleh hasil yang maksimal,reaksi dilakukan pada suhu tinggi, tekanan tinggi, dan diberi katalis besi.Reaksi pembentukan amonia merupakan reaksi eksoterm. Menurut Le Chatelierkesetimbangan akan bergeser ke arah NH3jika suhu rendah. Masalahnya adalahkatalis besi hanya berfungsi efektif pada suhu tinggi, akibatnya pembentukanamonia berlangsung lama pada suhu rendah.Berdasarkan pertimbangan ini proses pembuatan amonia dilakukan padasuhu tinggi s450rC (suhu optinum) agar reaksi berlangsung cepat sekalipundengan resiko kesetimbangan akan bergeser ke arah N2dan H2. Untuk mengimbangipergeseran ke arah N2dan H2oleh suhu tinggi, maka tekanan yang digunakanharus tinggi sampai mencapai antara 200–400 atm. Tekanan yang tinggimenyebabkan molekul-molekul semakin rapat sehingga tabrakan molekul-molekulsemakin sering. Hal ini mengakibatkan reaksi bertambah cepat, sehingga NH3
118Kimia Kelas XI SMA dan MAN2H2NH315%tabung dengan tekanan 200 atmsuhu 450cC dan katalis Fe85%udaragas alam + airsemakin banyak terbentuk. Selain itu untuk mengurangi NH3kembali menjadi N2dan H2 maka NH3 yang terbentuk segera dipisahkan.Campuran gas kemudian didinginkan sehingga gas NH3mencair. Titik didihgas NH3lebih tinggi dari titik didih gas N2dan H2, maka gas NH3akan terpisahsebagai cairan. Gas nitrogen dan gas hidrogen yang belum bereaksi dan gas NH3yang tidak mencair diresirkulasi, dicampur dengan gas N2dan H2, kemudiandialirkan kembali ke dalam tangki.Bagan pembuatan amonia secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 5.8.b. Pembuatan Asam SulfatSalah satu cara pembuatan asam sulfat secara industri yang produknya cukupbesar adalah dengan proses kontak. Bahan yang digunakan pada proses iniadalah belerang dan prosesnya berlangsung sebagai berikut.1) Belerang dibakar di udara sehingga akan bereaksi dengan oksigen danmenghasilkan gas belerang dioksida.Reaksi: S(s) + O2(g)p SO2(g)2) Belerang dioksida direaksikan lagi dengan oksigen dan dihasilkan belerangtrioksida.Reaksi: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)(H = –196,6 kJ.Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm sehingga suhutidak dilakukan pada suhu tinggi tetapi s450rC, untuk menghindarikesetimbangan ke arah SO2 dan O2.3) Reaksi ini berlangsung lambat, maka dipercepat dengan katalis. Katalis yangdigunakan adalah vanadium pentaoksida (V2O5).4) Tekanan seharusnya lebih tinggi, tetapi pada prakteknya karena ada katalismaka SO3sudah cukup banyak terbentuk sehingga tekanan dilakukan padakeadaan normal yaitu 1 atm.5) SO3yang dihasilkan segera dipisahkan sehingga kesetimbangan bergeserterus ke arah SO3. SO3yang dihasilkan direaksikan dengan H2SO4pekat danmembentuk asam pirosulfat (H2S2O7). Asam pirosulfat akan direaksikandengan air sampai menghasilkan asam sulfat s98%.Gambar 5.7 Bagan pembuatan amonia secara sederhanaSumber:Lewis, Thinking Chemistry
Kesetimbangan Kimia119Reaksi:SO3(g)+ H2SO4(aq)p H2S2O7(aq)H2S2O7(aq) + H2O(l)p 2 H2SO4(l)Latihan 5.5Selesaikan soal-soal berikut!1.Bagaimana pengaruh katalis terhadap kesetimbangan?2.NH3 dibuat dari gas N2dan H2 menurut reaksi kesetimbangan:N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)(H = –196,6 kJTentukan arah pergeseran reaksi kesetimbanan jika:a.ke dalam sistem ditambah gas N2,b.ke dalam sistem gas NH3 dikurangi,c.volum diperkecil,d.tekanan diperbesar,e.suhu dinaikkan.4.Jelaskan pembuatan amonia dengan proses Haber agar mendapatkan hasilyang maksimal.3.Pada proses pembuatan asam sulfat terbentuk reaksi kesetimbangan2 SO3(g) + O2(g) 2 SO3(g)(H = –98 kJ.Jelaskan dengan prinsip kesetimbangan bagaimana untuk mendapatkan gasSO3 sebanyak mungkin.D. Konstanta KesetimbanganMenurut Gulberg dan Waage, pada suhu tetap harga konstanta kesetimbanganakan tetap. Hal ini dirumuskan sebagai Hukum Kesetimbanganyang berbunyisebagai berikut.Pada reaksi kesetimbangan, hasil kali konsentrasi zat hasil reaksi yangdipangkatkan koefisiennya dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat pereaksiyang dipangkatkan koefisiennya akan tetap, pada suhu tetap.Untuk lebih memahami tentang hukum ini, perhatikan data beberapa hargakonstanta kesetimbangan reaksi antara CO dengan H2pada suhu tetap dengankonsentrasi yang berbeda pada Tabel 5.1.Reaksinya: CO(g) + 3 H2(g) CH4(g)+ H2O(g)T = 1200 KK = [CH ][H O][CO][H ]4223
120Kimia Kelas XI SMA dan MATabel 5.1 Harga konstanta kesetimbangan CO(g)+ 3 H2(g)CH4(g)+ H2O(g)pada suhu tetap.Percobaan 1Percobaan 2Percobaan 3Sebelum reaksi[CO]0,1000 mol L–10,2000 mol L–1–[H2]0,3000 mol L–10,3000 mol L–1–[CH4]––0,1000 mol L–1[H2O]––0,1000 mol L–1Kesetimbangan[CO]0,0613 mol L–10,1522 mol L–10,0613 mol L–1[H2]0,1839 mol L–10,1566 mol L–10,1839 mol L–1[CH4]0,0387 mol L–10,0478 mol L–10,0387 mol L–1[H2O]0,0387 mol L–10,0478 mol L–10,0387 mol L–1K = [CH ][H O][CO][H ]42233,933,913,93HargaK rata-rata = 3,93.Ternyata harga Ksuatu kesetimbangan akan tetap pada suhu tetap. Hargakonstanta kesetimbangan dapat dinyatakan berdasarkan konsentrasi dan tekanan.1. Konstanta Kesetimbangan Berdasarkan KonsentrasiKonstanta kesetimbangan berdasarkan konsentrasi dinyatakan dengan notasiKc, yaitu hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi hasil kali zat-zat pereaksi,setelah masing-masing konsentrasi dipangkatkan koefisiennya pada reaksi tersebut.Jadi, pada kesetimbangan m A(g)+ n B(g)p C(g)+ q D(g),hargaKCadalah: Kc = [C] [D][A] [B]pqmnUntuk menentukan Kc konsentrasi zat dinyatakan dalam mol.L–1.Contoh penulisan rumus kesetimbangan dapat dilihat berikut ini.ReaksiRumus Kc2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g) Kc = [SO ][SO ] [O ]32222H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g)Kc = [HCl][H ][Cl ]222
Kesetimbangan Kimia121Untuk memahami perhitungan konstanta kesetimbangan dan konsentrasi zat,perhatikan contoh soal berikut ini. Contoh Soal1.Tentukan harga Kcdari reaksi kesetimbangan PCl5(g)PCl3(g)+ Cl2(g),jikadiketahui data konsentrasi zat-zat pada kesetimbangan sebagai berikut.Penyelesaian:Kc = [PCl ][Cl ][PCl ]325(1)Kc = [, ][, ][,]015 0 370 010 = 5,55(2)Kc = [, ][, ][,]099 0470 085 = 5,47(3)Kc = [, ][, ][, ]368 150100 = 5,51Kc rata-rata = 5,512.Pada tabung tertutup terdapat 2 mol iodium I2, 19 mol gas HI, dan 4 mol gasH2 dalam keadaan setimbang. Tentukan harga KC untuk reaksi:H2(g) + I2(g) 2 HI(g)Penyelesaian:Misal volum tabung adalah V L–1 dan pada saat kesetimbangan,[HI] =19V mol L–1[H2]=4V mol L–1[I2]=2V mol L–1KC = [][][]HIHI222 = 19242VVV = 45,1No.[PCl5][PCl3][Cl2](M)(M)(M)1.0,0100,150,372.0,0850,990,473.1,0003,681,50
122Kimia Kelas XI SMA dan MA3.Ke dalam bejana yang volumnya 1 mL dimasukkan 1 mol gas CO dan 1 moluap H2O. Setelah sistem mencapai kesetimbangan menurut persamaanreaksi: CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g), ternyata terdapat 0,25 mol gas CO2.Tentukan harga konstanta kesetimbangan Kc!Penyelesaian:Persamaan reaksi: CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)Keadaan awal:1 mol L–11 mol L–100Bereaksi:0,25 mol L–10,25 mol L–1Hasil reaksi:0,25 mol L–10,25 mol L–1Sisa:0,75 mol L–10,75 mol L–1Keadaan setimbang :0,75 mol L–10,75 mol L–10,25 mol L–10,25 mol L–1Kc = [][][][CO HCO H O]222 = (, )(, )(, )(, )025 025075 075 = 194.Pada temperatur tertentu, ke dalam bejana yang volumnya 1 L dimasukkan 0,5mol gas SO3 sehingga terjadi reaksi kesetimbangan:2 SO3(g) 2 SO2(g)+ O2(g)Bila setelah sistem mencapai keadaan kesetimbangan, perbandingan jumlahmol SO3terhadap O2adalah 1 : 2, tentukan harga konstanta kesetimbangan Kc.Penyelesaian:Persamaan reaksi : 2 SO3(g)2 SO2(g)+O2(g)Mula-mula: 0,5 molTerurai: X molHasil reaksi:X mol0,5 X molSisa: (0,5 – X) molJumlah mol SO3: O2=1 : 2Jadi, (0,5 – X) :0,5 X = 1 : 20,5 X = 2 (0,5 – X)2,5 X = 1 p X = 0,4[SO3] = (0,5 – X) = (0,5 – 0,4) mol L–1 = 0,1 mol L–1[SO2] = X = 0,4 mol L–1[O2] = 0,5X = 0,5 x 0,4 mol L–1 = 0,2 mol L–1Kc = [].[][]SOOSO22232 = (, )042 . (0,2)(0,1)2 = 3,2 Latihan 5.6Selesaikan soal-soal berikut!1.Tuliskan konstanta kesetimbangan Kc untuk reaksi berikut ini.a.PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)b.3 O2(g) 2 O3(g)c.4 NH3(g)+ 3 O2(g) 2 N2(g) + 6 H2O(g)
Kesetimbangan Kimia1232.Tentukan reaksi kesetimbangan dari rumus Kc di bawah ini.a.Kc = [][ ][][ ]NHONO NH223222b.Kc = [][][][]HO ClHClO2222243.Pada suatu tempat dengan volum 5 liter terdapat 0,185 mol gas PCl3,0,0158 mol PCl5, dan 0,0870 mol Cl2. Kesetimbangan terjadi pada suhu 230rCdengan reaksi PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g). Tentukan harga Kc!4.Untuk reaksi H2(g)+ I2(g)2 HI(g)diketahui konsentrasi awal H2= 0,20 mol L–1dan I2 = 0,15 mol L–1. Jika pada saat kesetimbangan masih tersisa I2 = 0,05 mol L–1berapa harga konstanta kesetimbangan?5.Reaksi CO2(g)+ NO(g)NO2(g)+ CO(g)dilakukan dalam wadah 5 liter.Pada keadaan awal terdapat 4,5 mol CO2dan 4 mol NO. Sesudahkesetimbangan NO yang masih tersisa adalah 0,5 mol. Tentukan konstantakesetimbangan reaksi tersebut!2. Konstanta Kesetimbangan Berdasarkan TekananKonstanta kesetimbangan berdasarkan tekanan dinyatakan dengan simbolKp, yaitu hasil kali tekanan parsial gas-gas hasil reaksi dibagi dengan hasil kalitekanan parsial gas-gas pereaksi, setelah masing-masing gas dipangkatkandengan koefisiennya menurut persamaan reaksi. Jadi, konstanta kesetimbanganpada reaksi: m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) yaitu:PA= tekanan parsial APB= tekanan parsial BPC= tekanan parsial CPD= tekanan parsial DTekanan parsial diberi lambang P dan ditentukan dengan rumus:P = Jumlah mol gas XJumlah mol total semua gas x Tekanan totalUntuk menentukan Kptekanan gas dapat dinyatakan dengan cm Hg atauatmosfer(atm).Contoh Soal1.Pada temperatur 500 K ke dalam bejana yang volumnya 5 liter dimasukkan 0,6mol gas HI sehingga terjadi reaksi kesetimbangan 2 HI(g) H2(g)+ I2(g). Bilasetelah sistem mencapai keadaan kesetimbangan masih terdapat 0,3 mol HI,tentukan harga konstanta kesetimbangan Kppada temperatur 500 K (R= 0,082).Kp = PPPPCpDqAmBn..
124Kimia Kelas XI SMA dan MAPenyelesaian:Persamaan reaksi: 2 HI(g) H2(g) + I2(g)HI yang terurai= (0,6 – 0,3) mol = 0,3 molHI sisa= 0,3 molH2 yang terbentuk=12.0,3 mol = 0,15 molI2 yang terbentuk=12.0,3 mol = 0,15 molUntuk mendapatkan harga P, gunakan rumus: P = nV.R.TPHI=035,.0,082.500 atm = 2,46 atmPH2=0155,.0,082.500 atm = 1,23 atmPI2=0155,.0,082.500 atm = 1,23 atmKp=PPPHIHI222. = 1,23 atm.1,23 atm(2, 46) atm22 = 0,252.5 mol gas amonia dimasukkan ke dalam suatu wadah dan dibiarkan teruraimenurut reaksi: 2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g).Setelah kesetimbangan tercapai ternyata amonia terurai 40% dan tekanantotal 3,5 atm. Hitunglah Kp!Penyelesaian:Persamaan reaksi:2NH3N2+3H2Keadaan awal:5 molBereaksi:2 molHasil reaksi:1 mol3 molSisa:3 molKeadaan setimbang :3 mol1 mol3 molPNH3 = 37 x 3,5 atm = 1,5 atmPN2 = 17 x 3,5 atm = 0,5 atmPH2 = 37 x 3,5 atm = 1,5 atmKp = PPPNH3NH2223. = (, )(, )(, )05 151532 = 0,75
Kesetimbangan Kimia125Latihan 5.7Selesaikan soal-soal berikut!1.Tentukan konstanta kesetimbangan Kp untuk reaksi-reaksi berikut ini!a.PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)b.H2(g)+ Br2(g) HBr(g)c.NO(g) + Br2(g) NOBr(g)d.SO2(g) + O2(g) SO3(g)2.Pada suhu 425rC dalam ruang 10 liter, 3 mol gas HI terdisosiasi 50%menghasilkan gas H2 dan I2. Jika tekanan total campuran gas adalah 6 atm,berapa harga Kp?3.Gas X mengalami disosiasi akibat pemanasan dengan reaksi X(g) Y(g)+ Z(g)Sejumlah gas X dipanaskan pada tekanan konstan P. Pada kesetimbangantekanan parsial X = 17P. Berapa Kp pada suhu tersebut!4.Pada suhu 25rC terdapat kesetimbangan N2+ 3 H22 NH3. Pada keadaansetimbang terdapat tekanan parsial gas H2= 0,15 atm, NH3= 0,15 atm. Berapatekanan parsial gas N2, jika Kp = 54?3. Hubungan Kc dengan KpHubunganKcdenganKpdapat ditentukan berdasarkan rumus PV = nRTP = nV.RTnV = konsentrasiUntuk reaksi: a P + b Q c R + d S makaKp = ()()()( )RcSdPaQbPPPPKp = RSPQcdab?A?A?A?A....RTRTRTRT = [[R] [S]P] [Q]cdab . RT(c+d)–(a+b)(c+d) – (a+b) = (nJadi,Kp = Kc.(RT)(nJika jumlah koefisien hasil reaksi sama dengan jumlah koefisien pereaksi((n = 0) maka Kp = Kc.
126Kimia Kelas XI SMA dan MAContoh Soal1.Pada reaksi setimbang: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g).HargaKc = 2,8 x 102, pada 1000 Kelvin. Hitung harga Kp, jika R = 0,082.Penyelesaian:Kp = Kc(RT)(nPada reaksi di atas (n = 2 – (2 + 1) = –1Dengan demikian harga Kp = 2,8 x 102 (0,082 x 1000)–1 = 3,42.Pada suhu 25oC terdapat kesetimbangan : 2 NO(g) + Cl2(g) 2 NOCl(g).HargaKc = 4,6 . 10–4, tentukan Kp jika R = 0,082.Penyelesaian:Kp=Kc.(RT)(n= 4,6 . 10–4 (0,082 x 298)–1= 1,88 x 10–5 Latihan 5.8Selesaikan soal-soal berikut!1.Harga Kc untuk reaksi berikut ini pada suhu 900rC adalah 0,28.CS2(g) + 4 H2(g) CH4(g) + 2 H2S(g)Tentukan harga Kp pada temperatur itu, jika R = 0,082?2.Tentukan harga Kppada reaksi kesetimbangan PCl5(g)PCl3(g) + Cl2(g).Jika harga Kc pada suhu 190rC adalah 3,2, (R = 0,082).4. Konstanta Kesetimbangan HeterogenKesetimbangan heterogen adalah kesetimbangan yang komponennya terdiridari zat-zat yang wujudnya berbeda.Contoh:Br2(l) Br2(g)CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)Ag+(aq) + Fe2+(aq) Ag(s) + Fe3+(aq)Konstanta kesetimbangan untuk reaksi CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g)menurut hukum kesetimbangan adalah Kc = [][][]CaO COCaCO23.Oleh karena CaCO3dan CaO berwujud padat yang pada kesetimbangandianggap tetap maka konstanta kesetimbangan tersebut menjadi:Kc = [CO2] dan Kp = PCO2
Kesetimbangan Kimia127Contoh SoalTentukanKc dan Kp dari reaksi berikut.a.2 NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)Penyelesaian:Kc = [CO2][H2O]Kp = PCO2.PHO2b.Ca(HCO3)2(aq) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)Penyelesaian:Kc = [CO2]Kp = PCO2Latihan 5.9Selesaikan soal-soal berikut!1.Tentukan konstanta kesetimbangan Kc dan Kpuntuk reaksi-reaksi berikut.a.C(s) + CO2(g) CO(g)b.NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)c.FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)d.C(s) + N2O(g) CO2(g) + N2(g)e.AgCl(s) Ag+(aq) + Cl–(aq)f.Ag+(aq) + Fe2+(aq) Fe3+(aq) + Ag(s)2.Pada suhu 850rC dalam ruang 5 liter, 1 mol batu kapur (CaCO3) teruraimenghasilkan 0,25 mol gas CO2. Persamaan: CaCO3(s)CaO(s)+ CO2(g).Tentukan konstanta kesetimbangan Kc pada temperatur itu!INFO KIMIAPrinsip Le Chatelier di alamPrinsip Le Chatelier tidak terbatas padareaksi kimia saja. Di Savanah Afrika,jumlah herbivora selalu seimbang dengancarnivora. Jika ada gangguan akanmenyebabkan perubahan jumlah hewandan terjadi kesetimbangan baru.Sumber:Silberberg, Chemistry: The Molecular Nature ofMatter and Change
128Kimia Kelas XI SMA dan MA Rangkuman1.Dalam keadaan kesetimbangan, komponen zat tidak mengalamiperubahan makroskopis tetapi terjadi perubahan mikroskopis yangberlangsung terus-menerus dengan kecepatan ke kanan dan ke kirisama. A + B V1V2 C + D2.Apabila dalam sistem kesetimbangan diadakan suatu aksi maka sistemakan memberikan suatu reaksi untuk mengurangi pengaruh aksi tersebutmenjadi sekecil mungkin.3.Sistem kesetimbangan dinyatakan dengan persamaan:m A + n B p C + q DHukum kesetimbangan: K = [][][][]CDABpqmnHargaK tetap pada suhu tetap.HargaKditentukan secara eksperimen dengan menentukankonsentrasi salah satu komponen.Jika harga K{[][][][]CDABpqmn, maka sistem tidak dalam keadaansetimbang.4.Prinsip kesetimbangan banyak digunakan dalam industri untukmendapatkan hasil yang optimal dan biaya yang ekonomis denganmempertimbangkan kondisi konsentrasi, tekanan, suhu, dan katalis.5.Faktor-faktor yang mempengaruhi kesetimbangan adalah, suhu,konsentrasi, tekanan, dan volum.6.Jika suhu dinaikkan kesetimbangan bergeser ke arah reaksi endoterm.Jika suhu diturunkan, kesetimbangan bergeser ke arah eksoterm.7.Jika salah satu komponen konsentrasinya dikurangi makakesetimbangan akan bergeser ke arah komponen tersebut.Jika salah satu komponen konsentrasinya diperbesar makakesetimbangan akan bergeser ke arah lawannya.8.Jika tekanan diperbesar, kesetimbangan akan bergeser ke arahkomponen yang jumlah molnya lebih kecil.Jika tekanan diperkecil, kesetimbangan akan bergeser ke arahkomponen yang jumlah molnya lebih besar.9.Jika volum diperbesar kesetimbangan akan bergeser ke arahkomponen yang jumlah molnya besar.Jika volum diperkecil kesetimbangan akan bergeser ke arah komponenyang jumlah molnya kecil.
Kesetimbangan Kimia129Evaluasi Akhir BabA. Pilihlah salah satu jawaban yang paling benar.1.Kesetimbangan kimia terjadi bila . . . .A. mol reaktan = mol hasil reaksiB. reaksi berlangsung tanpa katalisC. kecepatan reaksi ke kiri dan ke kanan sama besarD. warna reaktan dan hasil reaksi samaE. wujud reaktan dan hasil reaktan sama2.Sistem kesetimbangan homogen adalah reaksi kesetimbangan dimana . . . .A. komponen-komponennya berwujud samaB. jumlah masing-masing komponennya samaC. koefisien pereaksi = koefisien hasil reaksiD. wujud pereaksi berbeda dengan wujud hasil reaksiE. wujud hasil reaksi semuanya gas3.Dari reaksi setimbang berikut: 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g);(H = –114 kJ,untuk memperbanyak hasil gas NO2 dapat dilakukan dengan . . . .A. memberi katalisD. memperbesar suhuB. memperkecil suhuE. memperbesar volumC. memperkecil konsentrasi4.Dari sistem kesetimbangan berikut yang tidak dipengaruhi oleh volum dantekanan adalah . . . .A. CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)D. 2SO2(g)+ O2(g)2SO3(g)B. PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)E. 2 NH3(g) N2(g)+ 3 H2(g)C. 2 NO2(g) N2O4(g) Kata Kunci•Kesetimbangan dinamis•Mikroskopis•Reaksi kesetimbangan homogen•Reaksi kesetimbangan heterogen•Azas Le Chatelier•Konstanta kesetimbangan (Kc)•Konstanta kesetimbangan tekanan (Kp)•Konstanta gas ideal•Keadaan kesetimbangan
130Kimia Kelas XI SMA dan MA5.Reaksi kesetimbangan berikut yang tidak mengalami pergeseran ke kananjika tekanan diperkecil adalah . . . .A. N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)B. PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)C. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)D. 2 NO2(g) N2O4(g)E. 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)6.Reaksi 2 NO(g) N2(g) + O2(g) berlangsung eksoterm.Dari pernyataan berikut yang benar adalah . . . .A. jika tekanan diperbesar, reaksi bergeser ke kananB. jika suhu diperbesar, reaksi bergeser ke kananC. jika diberi katalis, reaksi bergeser ke kananD. jika ditambah gas NO, reaksi bergeser ke kananE. jika volum diperkecil, reaksi bergeser ke kanan7. Dalam pabrik pupuk urea, NH3dibuat dengan proses Haber. Untukmemperoleh hasil NH3 yang optimal diperlukan kondisi sebagai berikut:1.adanya katalis2.tekanan rendah3.konsentrasi H2 dan N2 diperbesar4.NH3 yang terbentuk segera dipisahkanyang benar adalah . . . .A. 1, 2, 3, 4D. 2, 4B. 1, 2E. 4C. 1, 38.Tetapan kesetimbangan reaksi:CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)(H = +178 kJdapat diperbesar dengan cara . . . .A. memperbesar tekananD. menambahkan suhuB. menambahkan CaOE. mengurangi suhuC. memperkecil volum9.Diketahui reaksi kesetimbangan berikut: C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g).Rumus untuk menyatakan tetapan kesetimbangan reaksi di atas adalah . . . .A.K = [][][][]CO HCHO22D.K = [][][][ ]CHOCO H O22B.K = [][][]CO HHO22E.K = [H2O]C.K = [][][]HOCO H22
Kesetimbangan Kimia131waktu[O2][NO2][NO]54321waktu[O2][NO2][NO]54321waktu[O2][NO2][NO]54321waktu[O2][NO2][NO]54321waktu[O2][NO2][NO]54321waktu[O2][NO2][NO]5432110. Dalam suatu bejana bervolum 6 liter terdapat dalam keadaan setimbang0,12 mol PCl3, 0,18 mol PCl5, dan 0,6 mol Cl2pada suhu 230rC. Harga konstantakesetimbangan untuk reaksi: PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g) adalah . . . .A.15D.416B. 14E. 15C. 411. Dari reaksi: CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g), bila 1 mol CO dan 1 mol H2Odireaksikan sampai terjadi kesetimbangan, dan pada saat tersebut masihtersisa 0,2 mol CO, maka harga tetapan kesetimbangan Kc adalah . . .A. 4D. 20B. 9E. 25C. 1612. Perhatikan reaksi kesetimbangan, N2O4(g)2 NO2(g). Jika N2O4dibiarkanmencapai kesetimbangan pada suhu tertentu, dan ternyata bahwa dalamkeadaan ini jumlah mol N2O4sama dengan jumlah mol NO2, maka derajatdisosiasi N2O4 adalah . . . .A. 0,25D. 0,67B. 0,33E. 0,75C. 0,5013. Ke dalam ruang tertutup yang volumnya 1 liter dimasukkan 4 mol gas NOdan 5 mol gas O2. Reaksi yang terjadi: 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g).Jika dalam kesetimbangan terdapat 2 mol gas NO2, maka dapat dinyatakandengan grafik . . . .A.D.B.E.C.
132Kimia Kelas XI SMA dan MA14. Pada pemanasan 1 mol gas SO3dalam ruang yang volumnya 5 liter didapat0,25 mol gas O2. Pada keadaan tersebut Kc adalah . . . .A. 0,01D. 10,00B. 0,05E. 20,00C. 0,2515. Reaksi penting pada pembuatan asam sulfat menurut proses kontak ialah:2 SO2(g)+ O2(g)2 SO3(g)(H = -188 kJ. Agar diperoleh hasil optimum,maka faktor-faktor yang dapat diubah adalah . . . .A. menambah katalis dan menurunkan suhuB. menurunkan tekanan dan menambah suhuC. menaikkan suhu dan menaikkan tekananD. menaikkan tekanan dan menurunkan suhuE. memperbesar volum dan menambah suhu16. Diketahui reaksi kesetimbangan berikut:BiCl3(aq) + H2O(l) BiOCl(s) + 2 HCl(aq)Tetapan kesetimbangan bagi reaksi tersebut adalah . . . .A.Kc=[][][][]BiOCl HClBiCl H O232D.Kc=[][]HClBiCl23B.Kc=[][][]HClBiCl H O232E.Kc=[][]BiClHCl32C.Kc=[][][]BiCl H OHCl32217. Pada suhu 127rC harga Kc untuk reaksi kesetimbangan gas2 PQ(g) P2(g)+ Q2(g)adalah 473, jika R= 0,08 maka harga Kpuntukreaksi tersebut adalah . . . .A. 100D. 473B. 200E. 946C. 236,518. Dalam suatu wadah tertutup, amonium klorida dipanaskan pada suhu 200rCdan terjadi disosiasi: NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)Jika pada suhu tersebut Kp= a (tekanan dalam atm), maka tekanan totaldalam wadah (dalam atm) adalah . . . .A. 2aB.aC. a2D. aE. 2a
Kesetimbangan Kimia13319. Pemanasan PCl5menyebabkan terjadinya disosiasi dengan reaksikesetimbangan PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g).Dalam keadaan setimbang pada suhu 250rC dan tekanan 10 atm terdapat0,33 mol PCl5, 0,67 mol PCl3, dan 0,67 mol Cl2. Berapakah harga Kp?A. 16,24 atmD. 8,12 atmB. 12,30 atmE. 0,18 atmC. 8,12 atm20. Harga Kcuntuk reaksi kesetimbangan adalah 289 pada suhu 273rC menurutreaksi CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)Jika harga R = 0,082, maka harga Kp untuk reaksi di atas adalah . . . .A. 0,044D. 0,352B. 0,088E. 0,804C. 0,176B. Selesaikan soal-soal berikut dengan benar dan jelas.1.Dari kesetimbangan PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g) didapatkan data:Percobaan[PCl5] [PCl3][Cl2](M)(M)(M)10,00230,230,05520,0100,150,3730,0850,990,4741,000,661,502.Diketahui kesetimbangan:CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)mempunyaiKc= 4,0, jika gas CO dan H2Osemula masing-masing 0,3 mol dicampur dalam ruang 1 liter, berapakahmassa CO2 yang dihasilkan?3.Tuliskan tetapan kesetimbangan KcdanKp dari reaksi berikut:a.CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)b.CO(g) + 2 H(g) CO2(g) + H2(g)c.2 H2S(g) + 3 O2(g) 2 H2O(g) + 2 SO2(g)4.Tunjukkan arah pergeseran kesetimbangan reaksi berikut ini:4 NH3(g) + 3 O2(g) 2 N2(g) + 6 H2O(g) bila pada sistem:a.ditambahkan O2,d.dikurangi H2O,b.ditambahkan N2,e.volum sistem diperkecil.c.ditambahkan H2O,a. Hitung harga Kcuntukreaksi kesetimbangan inib.Hitung harga Kpreaksi inipada suhu 980rC
134Kimia Kelas XI SMA dan MA5.Jika 10 mL larutan AgNO30,1 M dicampurkan dengan 10 mL larutan FeCl20,1 M akan terjadi reaksi Ag+(aq)+ Fe2+(aq)pAg(s)+ Fe3+(aq). Ditemukanbahwa dalam keadaan kesetimbangan konsentrasi ion Ag+(aq)adalah0,02 M. Berapa konsentrasi ion Fe3+(aq) dalam kesetimbangan itu?Pembuatan asam sulfat dengan proses kontak menggunakan prinsip-prinsip reaksikesetimbangan.Asam sulfat diproduksi secara besar-besaran. Carilah informasi produk-produkyang menggunakan asam sulfat sebagai bahan kimia dasar.Tugas
Soal Evaluasi Semester I135Soal Evaluasi Semester IA. Pilihlah salah satu jawaban yang benar.1.Jika atom brom mempunyai nomor atom 35 dan massa atom 80, makajumlah proton, neutron, dan elektron dalam ion bromida berturut-turut adalah. . . .A. 35, 80, 35D. 36, 45, 36B. 35, 45, 35E. 35, 36, 45C. 35, 45, 862.Atom suatu unsur mempunyai konfigurasi elektron 2, 8, 18, 1. Bilangankuantum elektron terakhir dari atom tersebut adalah . . . .A.n = 4;l= 0;m = 0;s = +12B.n = 4;l= 0;m = 0;s = –12C.n = 3;l= 2;m = +2;s = +D.n = 3;l= 2;m = +2;s = –12E.n = 3;l= 2;m = –2;s = +123.Suatu atom memiliki bilangan kuantum elektron terluarnya n= 3, l= 2,m = –1, dan s = –12. Unsur di atas mempunyai nomor elektron . . . .A. 21D. 35B. 25E. 54C. 274.Susunan berikut yang menunjukkan susunan elektron dari ion C–padakeadaan dasar adalah . . . . (nomor atom C = 6).A.D.B.E.C.5.Nomor atom belerang adalah 16. Dalam anion sulfida S2–, konfigurasi elektron-nya adalah . . . .A. 1s2 2s2 2p6 3s23p4B. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6C. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2D. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 3s2E. 1s2 2s2 2p6 3s2 4s2
136Kimia Kelas XI SMA dan MA6.Konfigurasi elektron beberapa unsur adalah sebagai berikutP=1s22s22p63s23p63d104s2Q=1s22s22p63s23p63d84s2R=1s22s22p63s23p63d64s2S=1s22s22p63s23p64s2Pernyataan di bawah ini yang tepat adalah . . . .A. unsur Q merupakan logam alkaliB. unsur Q, R, S terletak dalam periode yang samaC. unsur P dan Q merupakan logam transisiD. unsur P dan S merupakan logam alkali tanahE. unsur R merupakan logam alkali tanah7.Konfigurasi elektron terluar untuk empat unsur A, B, C, dan D adalah:U=3s23p6W= 6s1V=4d85s2X=4s2 3d10 4p5Unsur-unsur ini adalah:(1) U unsur gas mulia(3) W unsur logam alkali(2) V unsur logam transisi(4) X adalah unsur gas kloryang benar adalah . . . .A. 1, 2, 3D. 3, 4B. 1, 4E. 4C. 2, 48.Bentuk orbital dz2 adalah . . . .A.D.B.E.C.zzzxxxyyyyyxxzz
Soal Evaluasi Semester I1379.Unsur X dengan konfigurasi elektron 1s22s22p63s23p63d34s2dalamtabel periodik unsur terletak pada golongan dan periode . . . .A. VA dan 3B. IA dan 4C. VIB dan 3D. VB dan 4E. VIA dan 410. Jika struktur ruang elektron XeF4 adalah oktahedral, maka jumlah pasanganelektron terikat dan pasangan elektron bebas masing-masing adalah . . . .A. 4 dan 2B. 4 dan 4C. 2 dan 4D. 3 dan 3E. 5 dan 111. Orbital hibrida sp3d terjadi pada molekul yang memiliki bentuk . . . .A. linierB. tetrahedralC. okta hedralD. segiempat datarE. bipiramidal trigonal12. Nomor atom P adalah 15, sedangkan Br adalah 35. Bentuk molekul PBr5adalah . . . .A. tetrahedronB. segitiga sama sisiC. trigonal bipiramidaD. trigonal piramidaE. bujur sangkar13. Bentuk molekul dari PCl5 adalah . . . .A. trigonal bipiramidaB. tetrahedralC. bentuk TD. segiempat planarE. trigonal piramida14. Diagram elektron suatu atom adalah sebagai berikut:Jika unsur tersebut bereaksi dengan 4 atom hidrogen maka orbital hibridapada molekul tersebut adalah . . . .A. spD. dsp2B. sp2E. sp3d2C. sp3
138Kimia Kelas XI SMA dan MA15.Posisi molekul seperti yang terterapada gambar diakibatkan terjadinya. . . .A. ikatan hidrogenB. gaya LondonC. ikatan kovalen polarD. gaya dipol-dipolE. ikatan kovalen nonpolar16. Berikut ini adalah data untuk H2O dan H2SMrTitik LelehTitik DidihH2O18 0rC100rCH2S34 -83rC-80rCPerbedaan titik leleh dan titik didih ini disebabkan oleh . . . .A. H2S mempunyai ikatan van der Waals antara molekulnyaB. H2O mempunyai ikatan hidrogen antara molekulnyaC. sudut ikatan pada H2S dan pada H2O berbeda 15rD. H2S lebih besar daripada H2OE. jari-jari atom O lebih kuat daripada jari-jari atom S17. Dari reaksi berikut:FeO(s) + Fe2O3(s)p Fe3O4(s)jika diketahui2 Fe(s) + O2(g)p 2 FeO(s)(H= –544,0 kJ4 Fe(s) + 3 O2(g)p 2 Fe2O3(s)(H= –1648,4 kJFe3O4(s)p 3 Fe(s) + 2 O2(g)(H= +1118,4 kJ(Hreaksi adalah . . . .A. –1074,0 kJD. +2214,6 kJB. –22,2 kJE. +22,2 kJC. +249,8 kJ18. Jika 100 mL larutan NaOH 1 M direaksikan dengan 100 mL HCl 1 M dalamsebuah bejana, ternyata suhu larutan naik dari 29rC menjadi 37,5rC. Jikalarutan dianggap sama dengan air, kalor jenis air 4,2 J.g–1.K–1, massa jenisair = 1 gram mL–1, maka (H netralisasi adalah . . . .A. +82,3 kJ.mol–1D. –54,6 kJ.mol–1B. +71,4 kJ.mol–1E. –45,9 kJ.mol–1C. –71,4 kJ.mol–1H+H–H–H–H–H–H–H–H+H+H+H+H+H+Tolak menolakTarik menarik
Soal Evaluasi Semester I1392S(s)+ 3O2(g)H = -790 kJH = -593 kJH = x2SO2(g)+ O2(g)2SO3(g)H2(g) +O2(g)H2O(g)H2O(l)120H (kJ)–242–28519. Dari data:2 H2(g) + O2(g)p 2 H2O(l)(H= –571 kJ2 Ca(s) + O2(g)p 2 CaO(s)(H= –1264 kJCaO(s) + H2O(l)p Ca(OH)2(s)(H= –64 kJdapat dihitung entalpi pembentukan Ca(OH)2(s) sebesar . . . .A. –984 kJ mol–1D. –1904 kJ mol–1B. –1161 kJ mol–1E. –1966 kJ mol–1C. –856 kJ mol–120.Dari diagram tingkat energi di samping,pada penguapan 2 mol air dari tubuhdiperlukan energi sebesar . . . .A.570 kJB.484 kJC.242 kJD.86 kJE.43 kJ21. Perhatikan diagram siklus berikut:Dari diagram tersebut, harga x adalah . . . .A. –197 kJD. +1383 kJB. +197 kJE. –1970 kJC. –1383 kJ22. Dengan menggunakan energi ikatan dalam tabel, tentukanlah (Hpembentukan hidrazin N2H4, dari nitrogen dan hidrogen menurut reaksi:N2(g) + 2 H2(g)p N2H4(g)A.(H = –711 kJB.(H = –98 kJC.(H = +98 kJD.(H = +711 kJE.(H = 648 kJEnergi IkatanN – N159 kJ.mol-1N = N418 kJ.mol-1N|N941 kJ.mol-1H – H436 kJ.mol-1H – N389 kJ.mol-1
140Kimia Kelas XI SMA dan MA23. Pembakaran sempurna gas metana ditunjukkan oleh persamaan reaksi:CH4(g) + 2 O2(g)p CO2(g) + 2 H2O(g)(H = –840 kJ.Jika seluruh kalor yang dihasilkan digunakan untuk mendidihkan air yangmula-mula bersuhu 25rC maka volum air yang bisa dididihkan menggunakan24 gram metana adalah . . . .(ArC = 12 H = 1; c = 4,2 J g–1k–1).A. 2,7 LD. 8,0 LB. 4,0 LE. 12,0 LC. 5,0 L24. Dalam industri, pembuatan gas NH3 berjalan menurut reaksi:N2(g) + 3 H2(g)2 NH3(g),(H= –92 kJ. Apa yang harus diperhatikanagar hasilnya optimum?A. Tekanan harus rendah, suhu tetap rendahB. Tekanan tetap rendah, suhu tinggiC. Tekanan tinggi, suhu tinggiD. Tekanan dinaikkan, suhu dinaikkanE. Tekanan dinaikkan terus, suhu diturunkan25. Percobaan terhadap reaksi: CH3Cl(g) + H2O(g)p CH3OH(g) + HCl(g)menghasilkan data sebagai berikut.Konsentrasi Awal MPercobaanLaju Reaksi AwalCH3ClH2O(M s-1)1.0,1000,1000,1822.0,2000,2001,4503.0,2000,4005,810Berdasarkan data di atas, orde kedua pereaksi dalam reaksi ini adalah . . . .CH3ClH2OA.11B.21C.12D.22E.2326. Ketergantungan kecepatan reaksi rpada konsentrasi Cdapat dituliskan:r = kCn. Perhatikan data berikut ini.Cr(mol liter)(mol liter–1 menit–1)0,8360,0480,4180,0120,2090,003
Soal Evaluasi Semester I141XEYzat-zat hasilreaksizat-zat pereaksienergiDari pengamatan kecepatan reaksi pada berbagai konsentrasi pada data diatas dapat disimpulkan bahwa orde reaksi adalah . . . .A.14D.23B.12E. 2C. 127. Kenaikan suhu akan mempercepat laju reaksi, karena kenaikan suhu akan. . . .A. menaikkan energi pengaktifan zat yang bereaksiB. memperbesar konsentrasi zat yang bereaksiC. memperbesar energi kinetik molekul pereaksiD. memperbesar tekananE. memperbesar luas permukaan28. Suatu reaksi berlangsung pada suhu 20rC. Bila pada setiap kenaikan10rC tetapan laju reaksinya meningkat 2 kali, maka laju reaksi pada 60rCdibandingkan dengan 20rC akan meningkat . . . .A. 2 kaliB. 8 kaliC. 16 kaliD. 32 kaliE. 64 kali29. Untuk diagram energi di bawah ini pernyataan yang benar adalah . . . .A. (X + Y) adalah perubahan entalpiB. X > Y maka reaksinya eksotermC. X adalah energi aktivasiD. X – Y = (HE. reaksinya eksoterm30. Data percobaan reaksi antara asam klorida dan natrium tiosulfat sebagaiberikut:
142Kimia Kelas XI SMA dan MAKonsentrasiNo.SuhuNa2S2O3(M)HCl (M)(rC)10,1 0,1 3520,1 0,2 3530,2 0,2 3540,2 0,2 4050,2 0,1 40Dari data di atas reaksi yang paling cepat adalah . . . .A. 1B. 2C. 3D. 4E. 531. Ke dalam bejana 1 liter dimasukkan a mol CO dan a mol uap air. Jikatercapai kesetimbangan CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)ternyata ada14a mol CO2, maka tetapan kesetimbangan, Kc bagi reaksi ini adalah . . . .A.14D.116B.18E.132C.1932. Diketahui persamaan reaksi:H2(g) + I2(g) 2HI(g)(H = –x kJBila volum diperbesar, maka kesetimbangan . . . .A. bergeser ke kiriB. bergeser ke kananC. tetap tidak berubahD. bergeser ke arah eksotermE. bergeser ke arah endoterm33. Jika tetapan kesetimbangan untuk reaksi 2 X + 2 Y 4 Z adalah 0,04maka tetapan kesetimbangan untuk reaksi 2 Z X + Y adalah . . . .A. 0,2D. 5B. 0,5E. 25C. 4
Soal Evaluasi Semester I14334. Dari reaksi N2O4(g) 2 NO2(g) diketahui Kp pada 600rC dan pada 1.000rCberturut-turut adalah 1,8 x 104 dan 2,8 x 104. Dapat disimpulkan bahwa . . . .(1) tekanan parsial NO2 akan meningkat jika suhu dinaikkan(2)(H > O(3) peningkatan tekanan total campuran gas dalam kesetimbangan akanmenurunkan kadar NO2(4)Kp=Kcyang benar adalah . . . .A. 1, 2, 3D. 3, 4B. 1, 4E. 4C. 2, 435. Kesetimbangan gas: PCl3(g)+ Cl2(g) PCl5(g)(H = +a kJFaktor yang dapat memperbesar hasil reaksi atau pembentukan PCl5(g)adalah . . . .A. volum diperbesarB. tekanan diperbesarC. suhu diturunkanD. katalis ditambahE. pereaksi dikurangiB. Selesaikan soal-soal berikut dengan jelas dan singkat.1.Tentukan harga keempat bilangan kuantum elektron terakhir daria.P dengan nomor atom 15b.Fe dengan nomor atom 262.Ramalkan bentuk molekul senyawa berikut!a.XeF4b.PCl53.Perubahan entalpi pembentukan H2O adalah –241,8 kJ mol –1, energi ikatanrata-rata H dalam H2= 436 kJ mol–1, energi ikatan rata-rata O dalam O2 =498 kJ mol–1. Hitunglah besarnya energi ikatan rata-rata H–O pada H2O.4.Pada penentuan laju reaksi: A + B pC + D diperoleh data sebagaiberikut:[A] M[B]MLaju Reaksi Ms–10,010,200,020,020,200,080,030,200,180,030,400,360,030,600,54
144Kimia Kelas XI SMA dan MAa.Tentukan orde reaksi terhadap [A].b.Tentukan orde reaksi terhadap [B].c.Tentukan rumus laju reaksi.d.Tentukan orde reaksi total.e.Hitunglah harga tetapan laju reaksi.5.Pada pemanasan 0,2 mol HCl dalam ruangan 1 liter terjadi penguraianberdasarkan reaksi:2 HCl(aq) H2(g) + Cl2(g)Jika derajat disosiasi HCl adalah 25 %, hitunglah tetapan kesetimbangan.