Halaman
107Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2Gambar 4.1 Proses kesetimbangan kimiaSumber: Ensiklopedia IptekPada bab keempat ini akan dipelajari tentang arti kesetimbangandinamis, faktor-faktor yang memengaruhi pergeseran kesetimbangan, asasLe Chatelier, dan aplikasi kesetimbangan kimia dalam industri.BAB 4KESETIMBANGAN KIMIA
108KIMIA SMA Jilid 2Pada bagian sebelumnya telah dipelajari bahwa suatuzat dapat bereaksi dengan zat lain yang kemudian menghasil-kan zat baru. Reaksi tersebut umumnya disebut reaksi kimiayang berlangsung sampai habis. Misalnya, pita magnesium(Mg) dibakar dalam oksigen, semua magnesium akan bereaksidengan oksigen membentuk magnesium oksida (MgO).Demikian pula jika sebutir pualam (CaCO3)dimasukkan kedalam larutan asam klorida (HCI) berlebihan, semua pualamakan habis bereaksi dengan asam klorida.Reaksinya sebagai berikut.2 Mg(s) + O2(g)o 2 MgO(s)CaCO3(s) + 2 HCI(aq)o CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)Tujuan PembelajaranSetelah memperoleh penjelasan dari guru, diharapkan siswa mampu:1. Menjelaskan arti kesetimbangan dinamis.2. Menjelaskan kesetimbangan homogen dan heterogen serta tetapan kesetim-bangan.3. Menyimpulkan pengaruh perubahan suhu, konsentrasi tekanan, dan volume padapergeseran kesetimbangan berdasar hasil percobaan.4. Meramalkan arah pergeseran kesetimbangan dengan menggunakan asas LeChatelier.5. Menafsirkan data hasil percobaan pada keadaan setimbang serta menyimpulkanpengertian tetapan kesetimbangan (Kc).6. Menghitung harga Kc berdasarkan konsentrasi kesetimbangan dan sebaliknya.7. Menghitung harga Kp berdasarkan tekanan parsial.8. Menghitung harga Kp berdasarkan Kc atau sebaliknya.Bab 4Kesetimbangan Kimia
109Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2Ada beberapa reaksi yang dapat berlangsung duaarah, contohnya pada reaksi pembuatan gas amonia.3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g)Reaksi ini disebut juga reaksi reversibel atau reaksikesetimbangan. Pada reaksi ini setiap NH3 terbentuk akansegera terurai lagi menjadi gas H2 dan gas N2. Oleh karenaitu, untuk membuat produk yang dihasilkan melalui reaksi kese-timbangan diperlukan beberapa faktor untuk mengatur arahreaksi seperti: konsentrasi, suhu, tekanan, dan volume. Reaksikesetimbangan dapat terjadi pada reaksi homogen dan reaksiheterogen.Bagaimana reaksi tersebut dapat dijelaskan? Reaksitersebut dapat dijelaskan apabila dipahami tentang reaksikesetimbangan. Pemahaman ini sangat perlu sebagai dasardalam mengamati dan melaksanakan berbagai reaksi dalamindustri, seperti pembuatan asam sulfat dan gas amonia.Pada bab ini kamu dapat mempelajari tentang penger-tian reaksi kesetimbangan, faktor-faktor yang memengaruhireaksi kesetimbangan, dan reaksi kesetimbangan dalamindustri.Reaksi kimia secara garis besar ada 2 macam, yaitu:1. Reaksi berkesudahan (irreversible) yaitu reaksi yanghanya berlangsung satu arah.Contoh: NaOH(aq) + HCl(aq)o NaCl(aq) + H2O(l)2. Reaksi dapat balik (reversible) yaitu reaksi yang dapatberlangsung dua arah.Contoh: 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)Jika suatu reaksi dapat balik berlangsung dalam sistemtertutup dan suhu tetap, maka sistem mencapai kesetimbangan.A. Kesetimbangan Dinamis
110KIMIA SMA Jilid 2Sebelum mencapai kesetimbangan, jumlah zat yang bereaksimakin lama berkurang dan jumlah hasil reaksi bertambah,akhirnya pada saat reaksi maju dan reaksi balik memiliki lajureaksi yang sama akan tercapai kesetimbangan dinamis.Secara grafik dapat digambarkan sebagai berikut.A + B C + DKonsentrasi A; [A] mula-mula besar kemudian waktubereaksi makin berkurang dan berubah menjadi zat B. Reaksiyang terjadi berlangsung cepat dan makin melambat.Sebaliknya, pada keadaan awal konsentrasi B; [B] =0, makin lama makin bertambah. Zat B yang terbentuk dapatberubah kembali menjadi zat A yang reaksinya mula-mulalambat kemudian makin cepat.Pada saat yang bersamaan [A] terurai sama banyaknyadengan [A] yang terbentuk kembali. Dapat pula dikatakan [B]yang terbentuk sama dengan [B] yang terurai. Pada keadaanini telah tercapai kesetimbangan. Tercapainya kesetimbangandapat digambarkan seperti berikut.Gambar 4.3 Grafik kesetimbanganA + BC + Drt (waktu)(laju reaksi)r1 = r2t1Konsentrasi(moldm–3)Waktu[A] = zat pereaksi[B] = zat hasil reaksiGambar 4.2 Kesetimbangan laju reaksi
111Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2Dalam reaksi setimbang terjadi reaksi dua arah yangberlawanan dengan laju reaksi yang sama, ini berarti selamadalam kesetimbangan itu terus terjadi reaksi baik ke kananmaupun ke kiri tetapi dengan laju yang sama. Kesetimbangankimia demikian disebut kesetimbangan dinamis. Sedang kese-timbangan statis misalnya kesetimbangan yang terjadi dalamneraca pada saat kita menimbang, dalam kesetimbangan initidak terjadi perubahan apa pun.Hukum KesetimbanganTelah diketahui bahwa dalam kesetimbangan terjadireaksi dua arah yaitu ke kanan dan ke kiri dengan laju reaksiyang sama. Misalnya untuk reaksi kesetimbangan:a A + b B c C + d Dr1 adalah laju reaksi ke kanan, dengan tetapan laju reaksi k1.r2 adalah laju reaksi ke kiri, dengan tetapan laju reaksi k2.r1 = k1 [A]a [B]br2 = k2 [C]c [D]dPada saat setimbang tercapai, maka r1 = r2, maka:k1 [A]a [B]b = k2 [C]c [D]d12[][][][]cdabkCDkABHarga k1 dan k2 selalu tetap pada temperatur yangtetap, ini berarti pada suhu yang tetap k1/k2 mempunyai hargayang tetap pula. Harga k1/k2 ini disebut tetapan kesetimbangandan diberi simbol Kc (Kc adalah tetapan kesetimbangan dengandasar konsentrasi). Jadi, untuk reaksi kesetimbangan:a A + b B c C + d Dmempunyai tetapan kesetimbangan:
112KIMIA SMA Jilid 2Kc = [][][][]cdabCDABRumus ini disebut pernyataan dari hukum kesetimbangan.Hukum Kesetimbangan didefinisikan:Tetapan kesetimbangan adalah perbandingan dari perkaliankonsentrasi zat-zat hasil reaksi dengan zat-zat pereaksi dimana tiap konsentrasi dipangkatkan koefisien reaksinya.Karena konsentrasi zat yang memengaruhi laju reaksi hanyadari zat-zat yang homogen (gas atau larutan) maka yangberpengaruh atau disertakan dalam rumus tetapan kesetim-bangan juga hanya zat-zat yang berupa gas atau larutan(yang homogen saja).Macam-macam reaksi kesetimbanganBerdasar keadaan zat atau tingkat wujud zat yang turutdalam reaksi setimbang dibedakan menjadi 2, yaitu:1. Reaksi kesetimbangan homogenContoh: H2(g) + I2(g) 2 HI(g)K = 222[HI][H ][I ]2. Reaksi kesetimbangan heterogenContoh:C(s) + O2(g) CO2(g)K = 22[CO][O ]1. Perubahan konsentrasiApa yang terjadi pada sistem kesetimbangan jikakonsentrasi salah satu komponen diubah oleh pihak luar?B. Faktor-faktor yang MemengaruhiPergeseran Kesetimbangan
113Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2PercobaanSebelum menjawab pertanyaan di atas, lakukanpercobaan berikut.Pengaruh Perubahan Konsentrasi pada ReaksiKesetimbanganTujuan: menyelidiki pengaruh perubahan konsentrasiion Fe3+ dan ion SCN– pada reaksi kesetimbangan.Fe3+(aq) + SCN–(aq) FeSCN2+(aq)Alat dan Bahan- Gelas kimia- Tabung reaksi- Rak tabung- Pipet tetes- Larutan FeCl3 0,2 M, KSCN 0,2 M- Kristal NaH2PO4- AkuadesCara Kerja1. Campurkan larutan seperti pada gambar, aduksampai rata kemudian bagi menjadi 4 tabung reaksi.Pengamatan: Warna larutan yang terjadi = ....
114KIMIA SMA Jilid 22. Tambahkan 5 tetes FeCl3, KSCN, dan NaH2PO4pada tabung 2, 3, dan 4. Bandingkan warna larutanyang terjadi dengan warna asal (tabung 1).Tabel PengamatanPertanyaanBerdasarkan percobaan tersebut, jawab pertanyaanberikut!1. Jelaskan ke arah mana pergeseran kesetim-bangan jika konsentrasi pereaksi ditambah!2. Jelaskan ke arah mana pergeseran kesetim-bangan jika konsentrasi dikurangi!3. Bagaimana kesimpulanmu tentang pengaruhperubahan konsentrasi pada reaksi kesetim-bangan?Warna larutansetelah ditambahFeCl3 = ...KSCN = ...NaH2PO4 = ...Penyebabperubahan warna..........................................................................................Pergeserankesetimbangan..........................................................................................5 tetes FeCl30,2 M5 tetesKSCN 0,2 M1 butir kecilNaH2PO4
115Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 22. Perubahan volumePada dasarnya perubahan volume berarti peru-bahan konsentrasi seluruh komponen dalam sistem kese-timbangan. Jika volume sistem diperkecil, jumlah mol perliter akan bertambah.Apa yang akan terjadi jika volume sistem kesetim-bangan diperbesar? Agar lebih jelas tentang pengaruhperubahan volume terhadap kesetimbangan, lakukan per-cobaan berikut.PercobaanPengaruh Perubahan Volume atau Pengenceranpada Reaksi KesetimbanganAlat dan Bahan- Tabung reaksi- Rak tabung reaksi- Pipet tetes- Larutan FeSCN2+-AirCara Kerja1. Sediakan sistem kesetimbangan FeSCN2+ padadua tabung reaksi dengan volume 5 mL. Amatiwarna pada kedua tabung dari atas tabung. Ban-dingkan warnanya (A)!2. Tambahkan 5 mL air pada salah satu tabung. Amatilagi warnanya dari atas. Bandingkan warnanya (B)!AB
116KIMIA SMA Jilid 2Pada tabung reaksi A dan tabung reaksi B terdapatsistem kesetimbangan Fe3+(aq) + SCN–(aq)FeSCN2+(aq).Komponen mana yang menyebabkan larutanberwarna jingga cokelat? Warna larutan padatabung B lebih muda daripada warna larutan padatabung reaksi A.Pertanyaan1. Bagaimana warna sistem kesetimbangan FeSCN2+yang ditambah air apakah ada perbedaan denganwarna mula-mula?2. Adakah pengaruh penambahan air pada sistemkesetimbangan? Jelaskan jawabanmu!3. Adakah pengaruh penambahan air pada sistembukan kesetimbangan?4. Jelaskan pengaruh penambahan air atau volumelarutan terhadap reaksi kesetimbangan!Contoh soalPada reaksi CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)1. Jika konsentrasi CO ditambah reaksi akan bergeserke mana?2. Jika konsentrasi H2O dikurangi reaksi akan bergeserke mana?Jawab:1. Jika CO ditambah reaksi akan bergeser ke arahyang berlawanan, yaitu ke arah CO2 dan H2.2. Jika H2O dikurangi, reaksi akan bergeser ke arahzat yang dikurangi yaitu ke arah CO2 dan H2O.
117Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2Latihan1. Bergeser ke arah mana bila gas oksigen ditambahkanpada reaksi berikut?a. 2 CO2(g) 2 CO(g) + O2(g)b. 2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)c. 2 NO(g) N2(g) + O2(g)2. Zat apa yang akan bertambah jika pada reaksi:242 CrO ()aq + H+(aq)227Cr O ()aq+ H2O(l)a. ion H+ ditambah;b. ion H+ dikurangi?3. Perubahan tekananPerubahan tekanan hanya berlaku untuk sistemkesetimbangan gas. Pada suhu tetap, volume gas ber-banding terbalik dengan tekanannya. Jika volume diper-besar, maka tekanan gas menjadi kecil. Sebaliknya, jikavolume diperkecil, maka tekanan gas menjadi besar.Analog dengan volume, dapat diterima bahwatekanan gas sebanding dengan konsentrasi komponen-komponen sistem kesetimbangan. Oleh karena itu,pengaruh perubahan tekanan (pada suhu tetap) keten-tuannya sama dengan pengaruh perubahan volumehanya perumusannya dibalik.4. Perubahan suhuPengaruh perubahan suhu terhadap kesetim-bangan berkaitan dengan reaksi eksoterm dan reaksi en-doterm.Perhatikan reaksi berikut.N2O4(g) 2 NO2(g); 'H = +57,2 kJApabila pada kesetimbangan suhu dinaikkan, sis-tem akan menurunkan suhu dengan cara menyerap kaloryang diberikan. Kesetimbangan akan bergeser ke pihak
118KIMIA SMA Jilid 2yang menyerap panas, yaitu ke pihak NO2. Sebaliknyajika suhu diturunkan kesetimbangan akan bergeser kepihak yang eksoterm (pihak yang membebaskan panas),yaitu ke pihak N2O4.5. KatalisKatalis dapat mempercepat atau memperlambatterjadinya reaksi, namun tidak memengaruhi baik letakkesetimbangan maupun harga tetapan setimbang. Jadi,katalis hanya mempercepat tercapainya keadaan setim-bang. Contoh:2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)Reaksi tersebut dapat berlangsung lebih cepat jikaditambah katalis, yaitu vanadium pentoksida (V2O5).Jika kita ingin memproduksi suatu zat melalui reaksikimia, misalnya pembuatan barang-barang industri, sudahtentu kita menginginkan agar zat yang diproduksi itu terbentuksebanyak mungkin. Dengan perkataan lain, kita menginginkanagar reaksi berlangsung ke arah kanan.(Ingat: dalam setiap reaksi kimia, zat-zat hasil reaksisenantiasa dituliskan di ruas kanan!)Suatu reaksi kesetimbangan dapat kita geser ke arahyang kita kehendaki, dengan cara melakukan aksi-aksi(tindakan-tindakan) tertentu. Aksi atau tindakan yang dapatkita lakukan itu meliputi:C. Pergeseran Kesetimbangan(Asas Le Chatelier)
119Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 21. Pengubahan konsentrasi zat.2. Pengubahan volume gas atau tekanan gas.3. Pengubahan suhu.Jika kita ingin agar hasil reaksi banyak terbentuk, kitaharus menggeser reaksi ke arah kanan. Sebaliknya, jika kitaingin mengurangi jumlah hasil reaksi, kita harus menggeserreaksi ke arah kiri.Untuk mengetahui efek atau pengaruh dari aksi yangkita lakukan, kita perlu menggunakan suatu asas yangdirumuskan oleh Henri Louis Le Chatelier (1850–1936), yangdikenal sebagai Asas Le Chatelier.Jika terhadap suatu kesetimbangan dilakukan aksi-aksitertentu, maka reaksi akan bergeser untuk menghilang-kan pengaruh aksi tersebut.Artinya, suatu sistem kesetimbangan akan berusahamempertahankan keadaannya untuk tetap setimbang. Untukmemahami hakikat kesetimbangan, perhatikan contoh seder-hana berikut.Misalkan kita mempunyai bejana bentuk huruf U yangberisi air, seperti pada gambar 4.4. Oleh karena permukaanair di ruas kiri sama tingginya dengan permukaan air di ruaskanan, kita boleh mengatakan bahwa air dalam bejana ituberada dalam keadaan kesetimbangan. Apabila kita “meng-ganggu” kesetimbangan itu dengan melakukan aksi tertentu,misalnya menambahkan air dari luar kepada salah satu ruas,sudah tentu akan terjadi pergeseran jumlah air, supayakeadaannya tetap setimbang. Jika ke ruas kiri kita tambahkanair, maka ruas kiri akan memberikan sebagian airnya ke ruaskanan. Tetapi jika air di ruas kiri sebagian kita kurangi (diambilke luar), maka ruas kiri akan mengambil sebagian air dariruas kanan.Berdasarkan contoh di atas, kita dapat merumuskanAsas Le Chatelier dengan suatu kalimat yang lebih sederhanasebagai berikut.Gambar 4.4 Bejana U
120KIMIA SMA Jilid 2Jika diberi, dia akan memberi. Jika diambil, dia akanmengambil.Sekarang marilah kita gunakan asas Le Chatelier untukmembahas pengaruh perubahan konsentrasi, perubahan vo-lume/tekanan, dan perubahan suhu terhadap suatu reaksikesetimbangan.1. Perubahan konsentrasiPerhatikan reaksi A + B C!Jika zat A kita tambahkan ke dalam campuran,berarti kita memperbesar konsentrasi zat A. Sesuaidengan asas jika diberi, dia akan memberi, maka terjadipergeseran ke arah kanan, sehingga zat C lebih banyakterbentuk.Jika zat B sebagian kita ambil (pisahkan) dari cam-puran, berarti kita memperkecil konsentrasi zat B. Sesuaidengan asas jika diambil, dia akan mengambil, maka reaksiakan bergeser ke kiri, sehingga zat C akan berkurang.Terjadi pergeseran kesetimbangan pada peng-ubahan konsentrasi zat dalam kesetimbangan adalahuntuk mempertahankan agar harga K tetap.K = [C][A] [B]Jika [A] ditambah (diperbesar), maka agar harga Ktetap harus ada yang bergeser ke C. Dan jika [A] dikurangi,agar harga K tetap, maka harus ada yang bergeser ke A.Perhatikan dari rumusan K, jika A diperbesar dan tidakbergeser, maka harga K akan makin kecil. Pergeserankesetimbangan terhenti jika harga K sudah sama sepertisebelum ada perubahan.Dengan demikian kita dapat merumuskan pengaruhperubahan konsentrasi terhadap suatu kesetimbangansebagai berikut.
121Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2Jika salah satu zat konsentrasinya diperbesar (ditam-bah), maka reaksi akan bergeser dari arah zat tersebut.Jika salah satu zat konsentrasinya diperkecil (dikurangi),maka reaksi bergeser ke arah zat tersebut.Jadi, jika kita menginginkan agar hasil reaksiterbentuk sebanyak mungkin, maka zat-zat di ruas kiri(pereaksi) harus ditambahkan terus-menerus ke dalamcampuran, dan pada saat yang sama zat-zat di ruas kanan(hasil reaksi) harus segera dipisahkan dari campuran.2. Perubahan tekanan gas/perubahan volume gasPerubahan tekanan hanya berpengaruh pada gas-gas. Untuk fase padat dan fase cair, pengaruh perubahantekanan dapat diabaikan. Hukum yang dirumuskan olehRobert Boyle (1627–1691) menyatakan bahwa pada suhutetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas.Oleh karena itu, memperbesar tekanan gas berartimemperkecil volume gas tersebut.Pengaruh dari perubahan tekanan gas terhadapsuatu kesetimbangan dapat dirumuskan sebagai berikut.reaksi A + B C K = [C][A] [B] = (mol C/ )(mol A/ ) (mol B/ )vvv = u(mol C) (mol A) (mol B)vJika volume diperbesar, agar harga K tetap makaharus ada yang bergeser ke A dan B (jumlah koefisienbesar), dan jika volume diperkecil, agar harga K tetap makaharus ada yang bergeser ke C (jumlah koefisien kecil).Perhatikan jika tidak bergeser, volume diperbesarharga K akan makin besar.Untuk diingat: Jika volume diperbesar (tekanan diper-kecil), maka akan bergeser ke jumlah koefisien yangbesar.
122KIMIA SMA Jilid 2Jika volume diperkecil (tekanan diperbesar), makaakan bergeser ke jumlah koefisien yang kecil.Bagaimana kalau jumlah koefisien kanan dan kirisama?A(g) + B(g) C(g) + D(g) K = [C] [D][A] [B] = (mol C/ ) (mol D/ )(mol A/ ) (mol B/ )vvvv = mol C mol Dmol A mol BHarga K tidak dipengaruhi volume, maka volume/perubahan tekanan tidak akan menggeser kesetimbangan.3. Perubahan suhuPerhatikan reaksi 2 SO2 + O2 2 SO3 + 45 kkalReaksi pembuatan SO3 di atas merupakan reaksieksoterm, sebab memiliki kalor reaksi positif. Sudah tentureaksi ke arah kiri merupakan reaksi endoterm. Sehinggazat SO3 disebut zat eksoterm (suatu zat yang pada prosespembentukannya menghasilkan kalor) dan zat SO2 danO2 disebut zat endoterm (suatu zat yang pada prosesterbentuknya memerlukan kalor).Jika suhu dinaikkan, berarti kita menambahkankalor atau memberikan kalor, berarti harus bergeser kezat yang memerlukan (zat endoterm). Berarti bergeserke SO2 dan O2 (ke kiri).Jika suhu diturunkan, maka akan bergeser ke zatyang mengeluarkan kalor (zat eksoterm). Berarti bergeserke SO3 (ke kanan).Pergeseran ini karena sifat zat yang endoterm atauzat yang eksoterm, akibatnya harga K akan berubah.Dengan perubahan suhu, jika reaksi bergeser kekanan, maka hasil reaksi bertambah dan pereaksi ber-kurang, dengan demikian harga K akan bertambah besar.
123Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2Tetapan kesetimbangan memberi informasi tentangposisi kesetimbangan, selain itu juga berguna untuk meramal-kan arah reaksi.1. Kesetimbangan disosiasiUntuk reaksi kesetimbangan disosiasi, besarnyafraksi yang terdisosiasi dinyatakan dalam derajat disosiasi(D).D = Jumlah mol zat terdisosiasi Jumlah mol zat mula-mula D. Hubungan Kuantitatif antara Pereaksi danHasil Reaksi pada Reaksi KesetimbanganDan jika reaksi bergeser ke kiri, maka hasil reaksi berkurangdan pereaksi bertambah, maka harga K akan berkurang.4. Peranan katalis dalam reaksi kesetimbanganSesuai dengan fungsinya sebagai zat yang mem-percepat reaksi, katalis berfungsi mempercepat tercapai-nya kesetimbangan, dengan cara mempercepat reaksimaju dan reaksi balik sama besar. Jadi, katalis berfungsipada awal reaksi (sebelum kesetimbangan tercapai).Jika laju reaksi maju = laju reaksi balik (setelahkesetimbangan tercapai), maka katalis berhenti berfungsi.Katalis hanya mampu mempercepat reaksi, tetapi tidakdapat membuat reaksi. Jadi, katalis tidak dapat meng-geser reaksi yang telah setimbang.
124KIMIA SMA Jilid 2Contoh soal:1. Dalam ruang 1 liter dipanaskan 0,06 mol gas PCl5menurut reaksi: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)Jika derajat disosiasi PCl5 = 1,6 maka tentukan hargaKc!Jawab: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)Mula-mula: 0,06 mol 0 0Yang bereaksi: 0,01 mol – –Setimbang: 0,05 mol 0,01 mol 0,01 molD= RMR= DM= 16 0,06= 0,01 molKc=325[PCl ] [Cl ][PCl ]=§·§· ̈ ̧ ̈ ̧©¹©¹§· ̈ ̧©¹0, 010, 01110, 051= 0,0022. Pada reaksi peruraian 0,5 mol gas NH3 ke dalam ruang2 liter menurut reaksi:2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g)Pada saat terjadi kesetimbangan diperoleh 0,3 mol gasH2. Tentukan:a.Kc;b.D!
125Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2+Jawab: 2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g)Mula-mula: 0,5 mol 0 0Yang bereaksi: 0,2 mol – –Setimbang: 0,3 mol 0,1 mol 0,3 mol[NH3] = 0,3 mol2 liter = 0,15 M[N2] = 0,1 mol2 liter = 0,01 M[H2] = 0,3 mol2 liter = 0,15 Ma.Kc= 32223[N ] [H ][NH ]= 32(0,05)(0,15)(0,15)= 7,5 10–3b.D = RM = 0,2 mol0,5 mol = 0,4Untuk reaksi gas, tetapan kesetimbangan dapat di-nyatakan dengan tekanan parsial gas (Kp).Secara umum:m A(g) + n B(g)p C(g) + q D(g)Kp = (C)( )(A)(B)pqmnPPDPPPtotal = P(A) + P(B) + P(C) + P(D)Contoh soal:Dalam ruang tertutup terdapat kesetimbangan antara2 mol N2O4(g)dan 4 mol NO2(g)menurut reaksi:N2O4(g) 2 NO2(g)Bila tekanan total gas 6 atm, maka tentukan harga Kp!
126KIMIA SMA Jilid 2Jawab:N2O4(g) 2 NO2(g)mol total = (2 + 4) mol = 6 molP N2O4 = 2 mol6 molu 6 atm = 2 atmP NO2 = 4 mol6 molu 6 atm = 4 atmKp = 22224 (NO )(4)8 (N O )(2)PP2. Hubungan Kp dan KcTekanan parsial gas bergantung pada konsentrasi.Dari persamaan gas ideal:PV = n R T atau P = Vn R TVn = konsentrasi (C)maka P = C R Tsehingga diperoleh hubungan:Kp = Kc (RT)'nKeterangan:R = tetapan gas = 0,0821 atm.mol–1 K–1'n = koefisien produk – reaktanContoh soal:Dalam ruang 1 liter dan suhu 27 °C dimasukkan 0,2 molgas nitrogen dan 0,5 mol gas hidrogen menurut reaksi:N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
127Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2Pada keadaan setimbang terbentuk 0,2 mol gas NH3.Tentukan:1.Kc;2.Kp!Jawab: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)Mula-mula:0,2 mol0,5 mol 0Yang bereaksi: 0,1 mol0,3 mol –Setimbang:0,1 mol0,2 mol 0,2 mola.Kc = 23322[NH ][N ] [H ] = 3(0,2 mol/1 liter)(0,1 mol/1 liter) (0,2 mol/1 liter)= 50b.Kp= Kc (RT)'n= 50 (0,082 300)–2= 0,083 atmAgar suatuzat dihasilkan sebanyak mungkin, suatureaksi kimia harus diusahakan supaya berlangsung ke arahhasil reaksi (ke arah kanan). Jika reaksinya merupakan reaksikesetimbangan, maka faktor-faktor konsentrasi, suhu, tekanangas, dan katalis harus diperhitungkan agar reaksi itu berlang-sung cepat dan ekonomis.Dalam hal ini, kita mencoba meninjau dua proses yangsangat penting di bidang industri kimia, yaitu pembuatanamonia menurut proses Haber-Bosch dan pembuatan asamsulfat menurut proses kontak.E. Aplikasi Kesetimbangan Kimia dalamIndustri
128KIMIA SMA Jilid 21. Proses Haber-BoschFritz Haber (1868–1934) dari Jerman adalah orangyang mula-mula berhasil mensintesis amonia dari gas-gasnitrogen dan hidrogen, sehingga ia mendapat hadiahNobel tahun 1918. Proses pembuatan amonia ini laludisempurnakan oleh rekan senegaranya, Karl Bosch(1874–1940), yang juga meraih hadiah Nobel tahun 1931.Itulah sebabnya proses pembuatan amonia dikenalsebagai proses Haber-Bosch.Reaksi yang berlangsung sebagai berikut.N2(g)+ 3 H2(g) 2 NH3(g) + 22 kkalPada suhu biasa, reaksi ini berjalan lambat sekali.Jika suhu dinaikkan, maka reaksi akan berlangsung jauhlebih cepat. Akan tetapi, kenaikkan suhu menyebabkanreaksi bergeser ke kiri (mengapa?), sehingga mengurangihasil NH3. Dengan memperhitungkan faktor-faktor waktudan hasil, maka suhu yang digunakan adalah 500 °C.Untuk mempercepat tercapainya kesetimbangan,dipakai katalis oksida-oksida besi. Agar reaksi bergeser kekanan, tekanan yang digunakan haruslah tinggi. Tekanan200 atm akan memberikan hasil NH3 15%, tekanan 350 atmmenghasilkan NH3 30%, dan tekanan 1.000 atm akanmendapatkan NH3 40%.Selama proses berlangsung, gas-gas nitrogen danhidrogen terus-menerus ditambahkan ke dalam cam-puran. Sedangkan NH3 yang terbentuk harus segeradipisahkan dari campuran dengan cara mengembunkan-nya, sebab titik didih NH3 jauh lebih tinggi daripada titikdidih N2 dan H2.Proses Haber-Bosch merupakan proses yang cukuppenting dalam dunia industri, sebab amonia merupakanbahan utama dalam pembuatan berbagai barang, misalnyapupuk urea, asam nitrat, dan senyawa-senyawa nitrogenlainnya. Amonia juga sering dipakai sebagai pelarut, karenakepolaran amonia cair hampir menyamai kepolaran air.
129Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 22. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontakAsam sulfat digunakan pada industri baja untukmenghilangkan karat besi sebelum baja dilapisi timah atauseng; pada pembuatan zat warna, obat-obatan; padaproses pemurnian logam dengan cara elektrolisis; padaindustri tekstil, cat, plastik, akumulator, bahan peledak, danlain-lain. Pendeknya, banyaknya pemakaian asam sulfatdi suatu negara telah dipakai sebagai ukuran kemakmurannegara tersebut.Pada pembuatan asam sulfat menurut proseskontak, bahan yang dipakai adalah belerang murni yangdibakar di udara reaksinya sebagai berikut.S(s)+ O2(g)o SO2(g)SO2 yang terbentuk dioksidasi di udara denganmemakai katalisator. Reaksinya berbentuk kesetimbangan:2 SO2(g)+ O2(g) 2 SO3(g) + 45 kkalDahulu dipakai serbuk platina sebagai katalis.Tetapi sekarang dipakai katalis V2O5 (vanadium penta-oksida) yang lebih murah.Menurut kesetimbangan di atas, makin rendahsuhunya makin banyak SO3 yang dihasilkan. Akan tetapi,sama seperti pembuatan amonia, pada suhu rendah reaksiberjalan lambat. Dengan memperhitungkan faktor-faktorwaktu dan hasil, dipilih suhu 400 °C karena hasil yangdiperoleh pada suhu ini kira-kira 98%. Itulah sebabnyareaksi ini tidak perlu dilaksanakan pada tekanan tinggi.Oleh karena gas SO3 agak sukar larut dalam air, makaSO3 dilarutkan dalam H2SO4 pekat. Jadi, pada pembuatanH2SO4, bahan yang ikut digunakan juga H2SO4.SO3 + H2SO4 oH2S2O7 asam pirosulfatAsam pirosulfat kemudian disirami air:H2S2O7 + H2O o2 H2SO4
130KIMIA SMA Jilid 21. Reaksi irreversible adalah reaksi yang berlangsung satu arah atau tidakdapat balik.2. Reaksi reversible adalah reaksi yang berlangsung bolak-bolik.3. Keadaan kesetimbanganKecepatan reaksi pembentukan zat-zat produk sama dengan kecepatanreaksi pembentukan zat-zat reaktan.4. Kesetimbangan dinamis:Reaksi berlangsung terus-menerus dari dua arah yang berlawanan, tidakterjadi perubahan makroskopis melainkan selalu terjadi perubahan mikros-kopis dan dicapai pada sistem tertutup.5. Beberapa pengaruh yang dapat mengganggu letak kesetimbangan adalahperubahan konsentrasi, perubahan tekanan, perubahan volume, danperubahan suhu.6. Menurut asas Le Chatelier:Faktor-faktor yang dapat memengaruhi kesetimbangan adalah perubahankonsentrasi, suhu, tekanan, atau volume. Perubahan ini diungkapkanpertama kali oleh Le Chatelier.7. Di industri kimia, banyak reaksi-reaksi kimia yang berada dalam setimbangsehingga perlu dilakukan upaya-upaya untuk menggeser keadaan kesetim-bangan ke arah produk sebanyak-banyaknya melalui pengaturan suhu,tekanan, dan katalis.8. Tetapan kesetimbangan kimia adalah suatu nilai tetapan dari reaksikesetimbangan yang merupakan perbandingan konsentrasi produk terhadapkonsentrasi pereaksi, masing-masing dipangkatkan dengan koefisienreaksinya.9. Harga tetapan kesetimbangan diperoleh dari hukum aksi massa. Per-samaannya dinamakan hukum kesetimbangan kimia. Harga tetapan kesetim-bangan tetap selama suhu reaksi tidak berubah.10. Kesetimbangan kimia dalam sistem heterogen untuk zat padat murni atau cairanmurni tidak berubah, sehingga tidak memengaruhi nilai tetapan kesetimbangan.
131Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 2A. Berilah tanda silang (X) pada huruf A, B, C, D, atau E di depan jawabanyang tepat!1. Faktor-faktor berikut dapat meng-geser kesetimbangan, kecuali ....A. perubahan suhuB. perubahan tekananC. katalisatorD. perubahan volumeE. perubahan konsentrasi2. Diketahui reaksi:2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)'H = –y kkalPernyataan yang benar adalah ....A. bila tekanan diperbesar, makakesetimbangan tidak bergeserB. bila volume diturunkan, makakesetimbangan bergeser kekananC. bila suhu diturunkan, maka ke-setimbangan tetapD. bila konsentrasi SO2 ditambah,maka kesetimbangan bergeserke kiriE. bila konsentrasi O2 ditambah,maka kesetimbangan bergeserke arah SO23. Pada reaksi setimbang, pernyata-an berikut benar, kecuali ....A. katalis tidak dapat menggeserkesetimbanganB. katalis mempercepat tercapai-nya kesetimbanganC. katalis dapat menambah zathasilD. katalis mempercepat reaksimaju dan reaksi balikE. katalis menurunkan energipengaktifan reaksi maju danreaksi balik4. Diketahui reaksi:H2(g) + I2(g) 2 HI(g)'H = –a kJPernyataan berikut yang benaradalah ....A. tekanan diperkecil, maka ke-setimbangan tidak bergeserB. volume diperkecil, maka kese-timbangan bergeser ke kiriC. suhu dinaikkan, maka kesetim-bangan bergeser ke kananD. konsentrasi H2 ditambah, makakesetimbangan bergeser kekiriE. konsentrasi HI diambil, makakesetimbangan bergeser kekanan
132KIMIA SMA Jilid 28. Pada kesetimbangan:2 A(g) + B(g) C(g) + 3 D(g),bila saat setimbang terdapat A, B, C,dan D masing-masing 12M, 13M,14M, dan 1 M, maka harga Kc =....A. 0,25B. 0,50C. 1,00D. 2,00E. 3,009. Dalam wadah bertekanan = 4 atmterdapat kesetimbangan antara0,4 mol PCl5 dengan 0,2 mol PCl3dan 0,2 mol Cl2 sesuai reaksi:PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g).Maka besar harga Kp adalah ....A. 0,25D. 1,00B. 0,50E. 2,00C. 0,7510. Besarnya derajat ionisasi (D) darisoal nomor 9 di atas adalah ....A. 0,125D. 0,75B. 0,33E. 1,00C. 0,5011. Apabila rumus Kp = Kc (RT)'n,maka 'n menunjukkan ....A. jumlah mol zat hasilB. jumlah mol zat reaktanC. mol zat hasil + mol zat reaktanD. mol zat hasil – mol zat reaktanE. mol zat reaktan – mol zat hasil5. Kesetimbangan berikut ini tidakbergeser bila tekanan diturunkanadalah ....A. 2 SO2(g) + O2(g)2 SO3(g)B. 2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g)C. PCl5(g) PCl3(g) +Cl2(g)D. H2(g) + I2(g) 2 HI(g)E. 2 H2(g) + O2(g)2 H2O(g)6. Penambahan konsentrasi CO2 pa-da kesetimbangan CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g), makayang terjadi adalah ....A. kesetimbangan tidak berubahB. bergeser ke kananC. bergeser ke kiriD. H2O berkurangE. H2 bertambah7. Satu mol P direaksikan dengansatu mol Q sesuai: P(g) + O(g) R(g) + S(g). Setelahsetimbang terbentuk R = 0,25 mol.Bila volume ruang 1 liter, makaharga Kc = ....A. 1D.19B.12E.116C.14
133Kesetimbangan Kimia SMA Jilid 212. Bila volume diperbesar, maka ke-setimbangan yang bergeser ke ka-nan adalah ....A. 2 SO3(g) 2 SO2(g) +O2(g)B. N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)C. H2(g) + Cl(g) 2 HCl(g)D. PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g)E. CO(g) + NO2(g) CO2(g)+ NO(g)13. Pada kesetimbangan:P(g) + Q(g) R(g) + S(g) akanlebih cepat tercapai apabila ....A. ditambah zat P dan QB. ditambah zat R dan SC. ditambah katalisatorD. tekanan diperbesarE. volume diperbesar14. Diketahui reaksi setimbang:N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)'H = –22 kkal, bila suhu diturun-kan, maka ....A. N2 dan H2 bertambahB. N2 dan H2 tetapC. N2 dan H2 berkurangD. NH3 tetapE. NH3 berkurang15. Apabila kesetimbangan:Fe3+(aq) + SCN+(aq)FeSCN2+(aq) ditambah kristalFeCl3 maka ....A. kesetimbangan akan berhentiB. kesetimbangan tidak terpenga-ruhC. kesetimbangan bergeser kekiriD. kesetimbangan bergeser kekananE. kesetimbangan tidak akantercapai16. Suatu reaksi reversible dapat di-balik disebut telah terjadi keadaansetimbang jika ....A. jumlah mol sebelum reaksi =jumlah mol sesudah reaksiB. massa sebelum reaksi = massasesudah reaksiC. harga tetapan kesetimbanganKc = 1D. harga tetapan kesetimbanganKc = 0E. kecepatan reaksi ke kanan =kecepatan reaksi ke kiri17. Pembuatan asam sulfat denganproses kontak menggunakan katalis....A. logam PtB. logam FeC. NO dan NO2D. V2O5E. MnO2
134KIMIA SMA Jilid 218. Penggunaan suhu tinggi pada pembuatan amonia:N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3 (g). 'H = –x mengakibatkan kesetimbangan ....A. bergeser ke kiriB. bergeser ke kananC. bergeser ke eksotermD. tidak bergeserE. hasil NH2 maksimalB. Jawablah soal-soal di bawah ini dengan singkat dan tepat!1. Tuliskan faktor-faktor yang dapat menggeser kesetimbangan!2. Tuliskan rumus Kc untuk kesetimbangan berikut!a. 2 HCl(g) H2(g) + Cl2(g)b. 2 HBr(g) + O2(g) 2 H2O(l) + 2 Br2(g)3. Dalam bejana 2 liter terdapat kesetimbangan:2 SO3(g)o 2 SO2(g) + O2(g). Bila saat setimbang terdapat 0,3 mol SO3;0,2 mol O2; dan 0,3 mol SO2; maka tentukan:a. harga Kc;b. derajat disosiasi;c.Kppada suhu 27 °C!4. Tuliskan rumusan Kp dari:a. C(s) + O2(g) CO2(g);b. H2(g) + I2(g) 2 HI(g)!5. Dalam ruang 5 liter terdapat kesetimbanganN2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g). Bila N2 = 0,3 mol dan H2 = 0,2 mol, sertaNH3 = 0,3 mol, maka tentukan:a. harga Kc;b. harga Kp bila Ptotal 8 atm!