Contoh Soal dan Pembahasan Menggunakan Tetapan Kesetimbangan dalam Perhitungan
Pendahuluan
Kimia adalah ilmu yang mempelajari zat-zat dan perubahan yang terjadi pada zat tersebut. Salah satu konsep penting dalam kimia adalah kesetimbangan kimia, dimana pada keadaan ini reaksi kimia mencapai keadaan di mana laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik. Dalam kesetimbangan kimia, konsentrasi reaktan dan produk tidak berubah seiring berjalannya waktu. Konsep ini diatur oleh tetapan kesetimbangan (K), yang merupakan nilai tetap pada suhu tertentu dan bersih dari konsentrasi komponen-komponen dalam reaksi. Artikel ini akan membahas contoh soal dan pembahasan menggunakan tetapan kesetimbangan dalam perhitungan.
Tetapan Kesetimbangan, K
Tetapan kesetimbangan sering dinyatakan dalam dua bentuk utama, yaitu Kc dan Kp. Kc adalah tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi molar, sedangkan Kp adalah tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial gas.
Rumus Kc:
Untuk reaksi:
\[ aA + bB \leftrightarrow cC + dD \]
Tetapan kesetimbangan berdasarkan konsentrasi diberikan oleh:
\[ Kc = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b} \]
Rumus Kp:
Untuk reaksi gas:
\[ aA(g) + bB(g) \leftrightarrow cC(g) + dD(g) \]
Tetapan kesetimbangan berdasarkan tekanan parsial diberikan oleh:
\[ Kp = \frac{(P_C)^c (P_D)^d}{(P_A)^a (P_B)^b} \]
Diketahui antara Kp dan Kc terdapat hubungan sebagai berikut:
\[ Kp = Kc (RT)^{\Delta n} \]
di mana:
– \( R \) adalah konstanta gas (0.0821 L atm K⁻¹ mol⁻¹),
– \( T \) adalah suhu dalam Kelvin,
– \( \Delta n \) adalah perubahan jumlah mol gas (c+d-a-b).
Contoh Soal dan Pembahasan
Contoh Soal 1: Perhitungan Kc
Soal: Pada suhu tertentu, tetapan kesetimbangan untuk reaksi berikut ini adalah 4,0:
\[ 2NO_2 \leftrightarrow N_2O_4 \]
Jika pada kondisi kesetimbangan, konsentrasi \( [NO_2] \) adalah 0,6 M, hitunglah konsentrasi \( [N_2O_4] \) pada kesetimbangan tersebut.
Pembahasan:
Diketahui:
– \( Kc = 4,0 \)
– \( [NO_2] = 0,6 M \)
Rumus tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut adalah:
\[ Kc = \frac{[N_2O_4]}{[NO_2]^2} \]
Substitusi nilai yang diketahui:
\[ 4,0 = \frac{[N_2O_4]}{(0,6)^2} \]
Maka:
\[ 4,0 = \frac{[N_2O_4]}{0,36} \]
\[ [N_2O_4] = 4,0 \times 0,36 \]
\[ [N_2O_4] = 1,44 \, M \]
Jadi, konsentrasi \( [N_2O_4] \) pada kesetimbangan adalah 1,44 M.
Contoh Soal 2: Konversi Kc ke Kp
Soal: Diketahui reaksi:
\[ N_2(g) + 3H_2(g) \leftrightarrow 2NH_3(g) \]
Pada suhu 500 K, tetapan kesetimbangan Kc adalah 0,278. Hitung Kp untuk reaksi pada suhu tersebut.
Pembahasan:
Hubungan antara Kc dan Kp diberikan oleh persamaan:
\[ Kp = Kc (RT)^{\Delta n} \]
Diketahui:
– \( Kc = 0,278 \)
– \( R = 0.0821 \, L atm K^{-1} mol^{-1} \)
– \( T = 500 \, K \)
– \( \Delta n = (2 – (1 + 3)) = -2 \)
Maka, substitusi nilai:
\[ Kp = 0,278 \times (0.0821 \times 500)^{-2} \]
\[ Kp = 0.278 \times (41.05)^{-2} \]
\[ Kp = 0.278 \times (1 / 1683.0025) \]
\[ Kp = 0.278 \times 0.000594 \]
\[ Kp = 0.000165 \]
Jadi, \( Kp \) untuk reaksi pada suhu 500 K adalah 0.000165.
Contoh Soal 3: Menggunakan Kp dalam Perhitungan Tekanan Parsial
Soal: Untuk reaksi gas berikut:
\[ H_2(g) + I_2(g) \leftrightarrow 2HI(g) \]
Diketahui Kp pada 450 K adalah 50. Jika \( P_{H_2} = P_{I_2} = 0,2 \, atm \), hitung tekanan parsial HI pada kesetimbangan.
Pembahasan:
Diketahui:
– \( Kp = 50 \)
– \( P_{H_2} = 0,2 \, atm \)
– \( P_{I_2} = 0,2 \, atm \)
Rumus tetapan kesetimbangan untuk reaksi tersebut adalah:
\[ Kp = \frac{(P_{HI})^2}{P_{H_2} \times P_{I_2}} \]
Substitusi nilai yang diketahui:
\[ 50 = \frac{(P_{HI})^2}{0,2 \times 0,2} \]
\[ 50 = \frac{(P_{HI})^2}{0.04} \]
Maka:
\[ (P_{HI})^2 = 50 \times 0,04 \]
\[ (P_{HI})^2 = 2 \]
\[ P_{HI} = \sqrt{2} \]
\[ P_{HI} \approx 1,414 \, atm \]
Jadi, tekanan parsial HI pada kesetimbangan adalah sekitar 1,414 atm.
Kesimpulan
Memahami konsep tetapan kesetimbangan dan mampu menggunakannya dalam perhitungan kimia sangat penting bagi siswa yang mempelajari kimia pada tingkat lanjut. Artikel ini telah memberikan beberapa contoh soal dan pembahasan lengkap mengenai penggunaan tetapan kesetimbangan Kc dan Kp dalam berbagai kondisi. Pemahaman yang kuat mengenai materi ini akan mempermudah dalam memecahkan masalah yang melibatkan reaksi kesetimbangan kimia.
