4 KESETIMBANGAN KIMIA A.
ARTI KESETIMBANGAN
B.
FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERGESERAN KESETIMBANGAN
C.
TETAPAN KESETIMBANGAN
D. KESETIMBANGAN KIMIA DALAM INDUSTRI
Dalam kehidupan sehari-hari, sering kita jumpai hal-hal berikut tukang kayu menggunakan water pas, terjadinya hujan dan mainan anak-anak yang terbuat dari dua buah balon, peristiwa tersebut tergolong kesetimbangan. Keberadaan gas CO2 dan O2 di udara juga terjadi kesetimbangan, tetapi mengapa dalam kenyataannya gas CO2 semakin meningkat sehingga menimbulkan efek rumah kaca? Gas Ozon (O3) di atmosfer diciptakan oleh Tuhan dalam kesetimbangan. Mengapa sekarang diisukan terjadi kerusakan lapisan Ozon. Setelah mempelajari bab ini Anda diharapkan dapat memahami kesetimbangan dinamis, kesetimbangan homogen dan heterogen, tetapan kesetimbangan dan persamaan kesetimbangan. Bahan kajian ini juga membahas secara kualitatif dan kuantitatif pergeseran kesetimbangan dan faktor-faktor yang mempengaruhinya. Tetapan
94
KIMIA XI SMA
kesetimbangan yang berkaitan dengan konsentrasi zat-zat yang berada dalam keadaan setimbang dan tetapan kesetimbangan yang berkaitan dengan tekanan gas parsial untuk kesetimbangan. Hubungan antara konsep yang satu dengan konsep yang lain dari kajian kesetimbangan kimia dapat Anda perhatikan pada peta konsep berikut.
KESETIMBANGAN KIMIA
bersifat
dinamik
berlangsung dalam
ruang tertutup
mengalami
pergeseran yang dipengaruhi oleh perubahan
konsentrasi
suhu
volume ruangan
tekanan ruangan
Peta konsep kesetimbangan kimia
A. ARTI KESETIMBANGAN Kesetimbangan Kimia itu bersifat dinamis, apakah maksudnya?
1. Reaksi Dapat Balik dan Tidak Dapat Balik Dalam peristiwa Kimia, kebanyakan reaksi-reaksi yang terjadi tidak dapat balik (irreversible) seperti peristiwa pembakaran, pembusukan, dan perkaratan. Kayu dibakar menjadi arang dan arang tidak mungkin lagi dapat balik menjadi kayu. Sampah dari bahan-bahan organik seperti daun-daunan, setelah membusuk tidak mungkin secara spontan akan kembali menjadi sampah daun. Begitu juga logam yang sudah berkarat (terkorosi) tak akan berubah menjadi logamnya tanpa proses-proses tertentu, yang mana prosesproses itu tidak terjadi secara spontan. Contoh-contoh reaksi kimia yang disebutkan di atas adalah reaksi irreversible (reaksi tidak dapat balik).
KIMIA XI SMA
Contoh: Fe(s) + O2(g) + xH2O(s) → Fe2O3 . xH2O(s) Fe2O3 . xH2O(s) → Fe(s) + O2(g) + H2O(l) Di lain pihak, juga banyak kita jumpai reaksi yang dapat balik (reversible), artinya zat-zat yang sudah bereaksi membentuk zat hasil, zat hasil itu dapat bereaksi kembali membentuk zat pereaksi dan terjadinya secara spontan. Contoh: Dalam industri Amonia (NH3) yang bahan dasarnya gas N2 dan H2 terjadi reaksi sebagai berikut. N2(g) + H2(g) → NH3 .... (1) NH3 yang terbentuk akan terurai kembali menghasilkan gas N2 dan gas H2, bila ditulis: NH3(g) → N2(g) + H2(g) .... (2) sehingga bila ke-2 reaksi di atas ditulis, akan menjadi → 2NH (g) N2(g) + 3H(g) ← 3 → Tanda ← menunjukkkan reaksi dapat balik (reversible) dan tentunya masih banyak contoh-contoh lain yang berhubungan dengan reaksi dapat balik ini. Anda dapat mendiskusikan dengan teman-teman Anda dengan mencari contoh-contoh kejadian yang ada di sekitar.
2. Keadaan Kesetimbangan Pada reaksi dapat balik (reversible), komponen-komponen yang ada dalam reaksi terjadi pengurangan dan penambahan jumlah (konsentrasi) sehingga suatu saat jumlah (konsentrasi) masing-masing komponen itu tetap. Seperti yang digambarkan pada grafik reaksi A ← → B berikut. A k o n s t r a s i
A
A
waktu
B
(i)
k o n s t r a s i
B
waktu
k o n s t r a s i
(ii) Gambar 4.1 Keadaan kesetimbangan
waktu
B
(iii)
Pada awal reaksi konsentrasi A (pereaksi) terjadi pengurangan, sebaliknya konsentrasi B (zat hasil) terjadi penambahan pada suatu saat konsentrasi A dan B tetap.
95
96
KIMIA XI SMA
Ada tiga kemungkinan tetap itu, yaitu: Kemungkinan 1: Konsentrasi pereaksi [A] labih banyak daripada konsentrasi zat hasil [B], gambar (i) Kemungkinan 2: Konsentrasi pereaksi [A] sama dengan konsentrasi zat hasil [B], gambar (ii) Kemungkinan 3: konsentrasi pereaksi [A] lebih sedikit daripada konsentrasi zat hasil [B], gambar (iii) Suatu keadaan di mana komponen-komponen dalam reaksi tetap, dinamakan "reaksi dalam keadaan setimbang" atau "reaksi dalam keadaan kesetimbangan".
3. Kesetimbangan Dinamis Pada reaksi reversible yang sudah setimbang, kelihatannya reaksi sudah berhenti (tidak terjadi reaksi lagi). Akan tetapi pada kenyataannya secara mikroskopis reaksi tersebut masih berlangsung terusmenerus dengan laju reaksi sama. Kecepatan reaksi (laju reaksi) ke kanan (ke zat hasil) sama dengan laju reaksi ke kiri (penguraian zat hasil menjadi zat reaktan (pereaksi) (V1 = V2). Kesetimbangan demikian disebut kesetimbangan dinamis. A
V1 ←⎯ ⎯→ V2
B
Dalam memperoleh gambaran kesetimbangan dinamis dapat kamu lakukan percobaan berikut. Percobaan 4.1 kesetimbangan dinamis Isilah tabung A dengan 10 ml larutan KMnO4 dan tabung B dibiarkan kosong. Masukkan pipa kaca yang berbeda ukuran diameternya. Pipa I (diameter besar) ke dalam tabung reaksi A dan Pipa II (diameter kecil) ke dalam tabung reaksi B. Biarkan beberapa saat hingga dalam pipa terisi larutan KMnO4 yang permukaannya sama tingginya dengan larutan KMnO4 di luar A B pipa dalam tabung reaksi. Dengan menggunakan ibu jari tutuplah kedua pipa kaca tersebut. Dengan selalu menggunakan pipa kaca I, pindahlah isi tabung A ke dalam tabung B dan sebaliknya!
KIMIA XI SMA
Lakukan terus-menerus hingga diperoleh keadaan (tinggi larutan) kedua tabung tetap. Dari percobaan di atas apa kesimpulanmu tentang kesetimbangan dinamis?
4. Jenis-jenis Kesetimbangan Kesetimbangan dibedakan menjadi kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen. Perbedaan ini berdasarkan wujud zat yang ada dalam keadaan setimbang. a. Kesetimbangan homogen Kesetimbangan homogen adalah suatu kesetimbangan yang wujud zat-zatnya sama. Contoh: → 2NH N2(g) + 3H2(g) ← 3(g) → Fe(SCN)2+ Fe3+(aq) + SCN-(aq) ← (aq) b. Kesetimbangan heterogen Kesetimbangan heterogen adalah suatu kesetimbangan yang wujud zat-zatnya berbeda. Contoh: → CaO + CO CaCO3(s) ← (s) 2(g) →H O H2O(g) ← 2 (l)
PbSO4(s) + 2I-(aq) ← → PbI2(s) + SO42-(aq)
B. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERGESERAN KESETIMBANGAN Kesetimbangan dinamis akan terganggu kesetimbangannya oleh beberapa faktor, yaitu perubahan konsentrasi, perubahan tekanan (untuk sistem kesetimbangan gas), perubahan volum, dan perubahan suhu serta pengaruh katalisator. Seorang ahli Kimia bernama Henry Louis Le Chatelier (1850 - 1936) berkebangsaan Perancis, pada tahun 1884 menyampaikan pendapatnya yang dikenal dengan "asas Le Chatelier". Asas ini berbunyi: "Jika terhadap suatu sistem kesetimbangan dilakukan suatu aksi (tindakan) maka sistem kesetimbangan tersebut akan melakukan reaksi (pergeseran) untuk mengurangi pengaruh aksi tersebut." Berikut penjelasan azas Le Chatelier yang dirangkum dalam faktorfaktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan.
97
98
KIMIA XI SMA
1. Perubahan Konsentrasi Sesuai dengan asas le Chatelier, jika konsentrasi zat berubah, maka kesetimbangan akan bergeser untuk mengurangi pengaruh perubahan tersebut, sehingga membentuk kesetimbangan yang baru. Dalam mengubah konsentrasi dapat dilakukan cara berikut. - Jika konsentrasi zat diperbesar (ditambah) maka kesetimbangan bergeser dari arah zat tersebut. - Jika konsentrasi zat diperkecil (dikurangi) maka kesetimbangan bergeser ke arah zat tersebut. Contoh soal 4.1 Simak reaksi berikut: → N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ← ke arah mana reaksi akar bergeser jika a. gas NH3 yang terjadi dipisahkan b. gas N2 ditambah Jawab: a. Jika gas NH3 yang terjadi dipisahkan, berarti konsentrasi NH3 berkurang, maka reaksi bergeser ke arah NH3 (kanan) b. Jika gas N2 bertambah, berarti, konsentrasi N2 bertambah, maka reaksi bergeser dari gas N2 (kiri) ke kanan (gas NH3 bertambah) Dalam memahami pengaruh konsentrasi terhadap reaksi kesetimbangan, kita dapat mengamati reaksi kesetimbangan antara ion besi (III) yang berwarna kuning jingga, ion SCN- tidak berwarna dan ion Fe SCN2+ berwarna merah darah. → FeSCN2+ Fe3+(aq) + SCN← Percobaan 4.2 Pengaruh Konsentrasi Masukkan 25 ml air suling ke dalam gelas kimia, kemudian tambahkan 2 tetes larutan KSCN 1 M dan 2 tetes larutan FeCl 1 M. Aduklah larutan sampai homogen, kemudian bagilahlarutan itu sama banyak ke dalam 4 tabung reaksi. Tabung pertama digunakan sebagai pembanding. Tambahkan: a. 1 tetes larutan KSCN pekat ke dalam tabung reaksi ke-2 b. 1 tetes larutan FeCl3 pekat ke dalam tabung reaksi ke-3 c. 1 tetes larutan NaOH 1 M ke dalam tabung reaksi ke-4 (larutan NaOH mengandung ion Na+ dan ion OH-, ion OH- akan mengikat ion Fe3+ membentuk endapan Fe(OH)3) Guncangkan ketiga tabung tersebut dan bandingkan warnanya dengan tabung reaksi yang pertama. Perhatikan tabung reaksi ke-2, 3, dan 4!
KIMIA XI SMA FeCl IM 2 tetes KSCN IM
2 tetes FeCl3 IM KSCN IM NaOH IM
H2O 25 ml
25 ml A
B
C
D
Apa pengaruh penambahan larutan KSCN pada tabung reaksi ke-2? Apa pengaruh penambahan larutan KSCN pada tabung reaksi ke-3 Apa pengaruh penambahan larutan KSCN pada tabung reaksi ke-4 Buatlah kesimpulan berdasarkan hasil pengamatan tentang pengaruh konsentrasi pada reaksi kesetimbangan.
2. Perubahan Tekanan Pengaruh perubahan tekanan pada reaksi keseimbangan hanya berlaku untuk reaksi-reaksi yang berwujud gas. Sesuai dengan asas le Chatelier, jika tekanan suatu sistem diubah, maka sistem akan mengurangi pengaruh perubahan tekanan dengan cara menggeser kesetimbangan. - Jika tekanan diperbesar (volum di perkecil), maka konsentrasi zat menjadi semakin besar. Dalam mengurangi tekanan maka reaksi bergeser ke jumlah mol gas yang kecil. - Jika tekanan diperkecil (volum diperbesar), maka konsentrasi zat menjadi semakin kecil. Dalam menambah tekanan, reaksi akan bergeser ke jumlah mol gas yang lebih besar.
H2
H2
NH3
kesetimbangan
volume di perkecil tekanan diperbesar
kesetimbangan baru
Gambar 4.2
Contoh: Pada reaksi: N2(g) + 3H2(g) -
→ ←
2NH3(g)
∑mol gas = 4 ∑mol gas = 2 penambahan tekanan mengakibatkan reaksi bergeser ke kanan (mol gas lebih kecil)
99
100
KIMIA XI SMA
-
pengurangan tekanan mengakibatkan reaksi bergeser ke kiri (mol gas lebih besar). → 2NO(g) Pada reaksi: N2(g) + O2(g) ← ∑mol gas = 2 ∑mol gas = 2 jumlah mol gas ruas kiri dan ruas kanan sama, maka perubahan tekanan tidak mempengaruhi/mengakibatkan pergeseran.
3. Perubahan Suhu Sesuai dengan asas le Chatelier, jika suhu sistem pada reaksi kesetimbangan dinaikkan, maka sistem akan menurunkan suhu dengan cara memberikan kalor pada pihak yang memerlukan kalor (endoterm). Jika suhu diturunkan, maka reaksi akan bergeser ke reaksi eksoterm. Contoh: Pada reaksi kesetimbangan: → N2(g) + 3H2(g) DH = -92 Kj 2NH3(g), ← Ke arah mana kesetimbangan bergeser jika suhu dinaikkan dan suhu diturunkan? Jawab: - jika suhu dinaikkan, reaksi bergeser ke reaksi endoterm (ke kiri) - jika suhu diturunkan, reaksi bergeser ke reaksi eksoterm (ke kanan).
4. Pengaruh Katalisator Suatu katalis akan memperbesar laju reaksi dengan cara menurunkan energi pengaktifan. Hal ini berarti pada reaksi kesetimbangan, katalis akan mempercepat reaksi maju maupun reaksi balik, sehingga mempercepat tercapainya kesetimbangan. Jadi, katalis berfungsi mempercepat tercapainya kesetimbangan, tetapi tidak bisa menggeser kesetimbangan sekaligus tidak mempengaruhi jumlah produk yang dihasil
C. TETAPAN KESETIMBANGAN 1. Hukum Kesetimbangan Pada tahun 1864, Cato Maximillian Gulberg dan Peter Waage menemukan adanya hubungan yang tetap antara konsentrasi komponen-komponen dalam kesetimbangan yang dikenal dengan hukum kesetimbangan: "Pada suhu tertentu, hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat reaktan yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya akan menghasilkan suatu bilangan tetap."
KIMIA XI SMA
→ cC + dD Misal: aA + bB ← Kc =
[C]c [D]d [A]a [B]b
di mana: Kc = tetapan kesetimbangan untuk konsentrasi [] = tanda konsentrasi a, b, c, d = koefisien reaksi
2. Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (Kc) a. Reaksi kesetimbangan homogen Contoh: → 2NH N2(g) + 3H2(g) ← 3(g) Kc =
[NH 3 ]2
[N 2 ][H 2 ]3
Satuan Kc tergantung pada rumus Kcnya. Untuk rumus Kc di atas, satuan Kc adalah: Kc =
M2 2
M M
3
=
1 M
3
= M −3
b. Reaksi kesetimbangan heterogen Pada kesetimbangan heterogen, komponen yang berwujud zat padat murni atau zat cair murni tidak mempengaruhi kesetimbangan sehingga tidak disertakan dalam persamaan tetapan kesetimbangan. Contoh: → BiOCl + 2HCl - BiCl +HO ← 3(aq)
Kc = -
2
(l)
(s)
[HCl]2 [BiCl 3 ]
→ Fe O + 4H 3Fe(s) + 4H2O(g) ← 3 4(s) 2(g) Kc =
[H 2 ]4
[H 2 O ]4
(aq)
101
102
KIMIA XI SMA
3. Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial (Kp) Tetapan kesetimbangan untuk sistem kesetimbangan gas dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas. Oleh karena yang mempengaruhi tekanan adalah fase gas maka perhitungan dilakukan hanya untuk fase gas baik kesetimbangan homogen maupun kesetimbangan heterogen. a. Reaksi kesetimbangan homogen Reaksi kesetimbangan homogen secara umum: → cC + dD aA(g) + bB(g) ← (g) (g) Kp =
( p C )c ( p D )d ( p A )a ( p B ) b
di mana: Kp = tetapan kesetimbangan tekanan pA = tekanan parsial A pB
= tekanan parsial B
pC
= tekanan parsial C
pD
= tekanan parsial D
a, b, c, d = koefisien reaksi Contoh → 2NH N2(g) + 3H2(g) ← 3(g) KP =
( P NH 3 )2
( P N 2 )( P H 2 )3
b. Reaksi kesetimbangan heterogen Dalam kesetimbangan heterogen, yang masuk dalam perhitungan hanya yang berwujud gas saja. → CaSO CaO(s) + SO2(g) ← 3(s) KP =
1 (pSO 2 )
4. Hubungan Kc dan Kp Dari persamaan gas ideal: PV = nRT P=
n RT V
KIMIA XI SMA
Keterangan: P = tekanan R = tetapan gas T = suhu n = M (molaritas), maka V P = MRT Untuk reaksi kesetimbangan → cC + dD aA(g) + bB(g) ← (g) (g) Keterangan:
maka:
Kp = Kp = Kp =
pA = [A]RT
pC = [C]RT
pB = [B]RT
pD = [D]RT
( p C )c ( p D )d ( p A )a ( p B ) b
([C]RT)c ([D]RT)d ([A]RT)a ([B]RT) b (RT)c + d . [A]a [B]b (RT)a + b
[C]c [D]d
Kp = Kc . (RT)(c+d)–(a+b) Kp = Kc(RT)∆n Ketarangan: Kp = tetapan kesetimbangan tekanan parsial Kc = tetapan kesetimbangan konsentrasi R = tetapan gas = 0,08205 liter atm mol-1K-1 T = suhu (oK) ∆n = koefisien hasil – koefisien reaktan Contoh: → 2SO + O 2SO3(g) ← 2(g) 2(g) Kp = Kc(RT)(2+1)–2 Kp = KC . RT
5. Kesetimbangan Disosiasi Disosiasi adalah penguraian suatu senyawa menjadi zat lain yang lebih sederhana
103
104
KIMIA XI SMA
Contoh: → N + 3H 2NH3(g) ← 2(g) 2(g) → H +I 2HI(g) ← 2(g) 2(g) Derajat disosiasi (α) adalah perbandingan jumlah mol zat yang terurai dengan jumlah mol zat mula-mula. α=
jumlah mol zat yang terdisosiasi jumlah mol zat mula - mula
Harga derajat disosiasi antara 0 sampai dengan 1 (0 < α < 1) 1. Bila α = 0 artinya zat tidak terdisosiasi zat 2. Bila α = 1, artinya zat terdisosiasi sempurna Contoh soal 4.2 1. Dalam ruang 2 liter dimasukkan 0,8 mol gas HI sehingga terurai menurut persamaan reaksi kesetimbangan: → H +I 2HI(g) ← 2(g) 2(g) Jika dalam keadaan setimbang gas I2 yang terbentuk 0,2 mol a. Tentukan harga tetapan kesetimbangan Kc! b. Jika pada suhu tetap dimasukkan 0,4 mol gas HI, tentukan komposisi gas pada keadaan setimbang! Jawab: → a. Reaksi: 2HI(g) H2(g) + I2(g) ← mula-mula bereaksi Kesetimbangan [ ]
0,8 mol 0,4 mol 0,4 mol
0,2 mol 0,2 mol
0,2 mol 0,2 mol
0, 4 M 2
0, 2 M 2
0, 2 M 2
0,2 M Kc = =
[H 2 ][I 2 ] [HI]2 0, 1 . 0,1
(0 , 2) 2 0, 01 = 0, 04 = 0, 25
0,1 M
0,1 M
KIMIA XI SMA
b. Reaksi:
2HI(g)
→ ←
H2(g)
+ I2(g)
mula-mula 0,4 mol + 0,4 mol 0,2 mol 0,2 mol bereaksi 2x mol x mol x mol Kesetimbangan (0,8–2x) mol (0,2–x) mol (0,2+x) mol 0, 8 – 2x M 2
[ ] Kc =
0, 2 + x M 2
0, 2 + x M 2
[H 2 ][I 2 ]
→ pada suhu tetap harga K c tetap [HI]2 0, 2 + x 0, 2 + x ( ).( ) 2 2 = 0, 8 − 2x 2 ( ) 2 0, 2 + x 2 ( ) 2 = (0 , 8 − 2 x )2 2 0, 2 + x 0, 5 = 0, 8 − 2x 0, 5(0, 8 − 2x) = 0, 2 + x 0, 4 − x = 0, 2 + x 0, 2 = 2x x = 0, 1 Jadi susunan gas dalam kesetimbangan baru adalah: 0, 8 – 2x 2 0, 8 – 2 . 0,1 = 2 = 0, 3 M
[HI] =
0, 2 + x 2 0, 2 + 0,1 = 2 = 0, 15 M
[I 2 ] = [H 2 ] =
2. Dalam ruangan tertutup yang volumenya 5 liter, 5 mol amoniak terurai sebanyak 40% menurut reaksi: → N + 3H 2NH3(g) ← 2(g) 2(g) Dalam keadaan setimbang, tekanan total adalah 7 atmosfer. Tentukan harga tetapan kesetimbangan tekanan parsial!
105
106
KIMIA XI SMA
Jawab: Reaksi:
→ ←
N2(g)
5 mol 5 x 40%= 2 mol 3 mol
1 mol 1 mol
2NH3(g)
mula-mula bereaksi Kesetimbangan
3 . 7 = 3 atm 7 1 p N 2 = . 7 = 1 atm 7 3 p H 2 = . 7 = 3 atm 7
p NH 3 =
Kp = =
+ 3H2(g) 3 mol 3 mol = 7 mol
(PN 2 )(PH 2 )3 (PNH 3 )2
1 . ( 3) 3 ( 3) 2
= 3 atm 2
3
3. Diketahui reaksi kesetimbangan: → 2SO + O 2SO3(g) ← 2(g) 2(g) Harga Kc pada suhu 427oC = 0,5 M dan tetapan gas adalah 0,082 liter atm mol-1K-1. Tentukan harga Kp! Jawab: → 2SO + O 2SO3(g) ← 2(g) 2(g) ∆n = (2 + 1) – 2 = 1 Kp = Kc . (RT)∆n = 0,5 . (0,082 . 700) = 28,7 atm 4. Dalam ruangan bervolum 1 liter terdapat kesetimbangan gas-gas menurut reaksi: → NH + HCl NH4Cl(g) ← 3(g) (g) Pada saat tercapai kesetimbangan, susunan gas tersebut adalah 50 mol NH4Cl 20 mol NH3 dan 20 mol HCl. Tentukan derajat disosiasi NH4Cl! Jawab: Reaksi: mula-mula bereaksi Kesetimbangan mol zat bereaksi mol mula - mula 20 = 70 2 = 7
α=
NH4Cl(g) 70 mol 20 mol 50 mol
→ ←
NH3(g) 20 mol 20 mol
+ HCl(g) 20 mol 20 mol
KIMIA XI SMA
D. KESETIMBANGAN KIMIA DALAM INDUSTRI Penerapan prinsip kesetimbangan bisa kita lihat dalam industri pembuatan amonia dan asam sulfat berikut.
1. Pembuatan amonia menurut proses Haber Bosch Amonia dapat dibuat sesuai persamaan reaksi berikut. → 2NH N2(g) + 3H2(g) ← ∆H = -92 kJ 3(g) Agar menghasilkan amonia sebanyak mungkin maka reaksi harus bergeser ke kanan. Agar reaksi bergeser ke kanan maka: a. NH3 yang terbentuk harus segera dipisahkan dengan cara pengembunan b. volum diperkecil dan tekanan diperbesar c. suhu diturunkan, suhu optimum yang digunakan ± 500oC d. digunakan katalisator besi oksida
2. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak Reaksi-reaksi yang terjadi pada pembuatan asam sulfat sebagai berikut. a. S(s) + O2 → SO2(g) V O
b.
2 5 ⎯ ⎯⎯ → 2SO 2(g ) + O 2(g ) 2SO 3 ←⎯⎯ ⎯ o ⎯
∆H = -196 kJ
500 C
c. SO3(s) + H2SO4(aq) → H2S2O7(l) d. H2S2O7(l) + H2O(l) → 2H2SO4(aq) Menurut reaksi kedua (kesetimbangan) agar diperoleh hasil sebanyak mungkin dapat dilakukan dengan cara: a. suhu diturunkan, suhu optimum yang digunakan ± 500oC b. katalisator yang digunakan V2O5 penggunaan katalistaor untuk mempercepat reaksi.
Latihan 1. Jelaskan pengertian kesetimbangan? 2. Sebutkan tiga faktor yang mempengaruhi kesetimbangan dan jelaskan! 3. Kondisi yang bagaimana yang dibutuhkan pada pembuatan amoniak (proses Haber) agar diperoleh hasil yang optimal? Jelaskan!
107
108
KIMIA XI SMA
nci u K Ka t a
Kesetimbangan kimia Reversible Kesetimbangan dinamis, Kesetimbangan homogen Kesetimbangan heterogen Irreversible Tetapan kesetimbangan konsentrasi (KC)
RANGKUMAN -
Tetapan kesetimbagan tekanan parsial (Kp) Keadaan kesetimbangan Kesetimbangan dissosiasi Derajat dissosiasi Proses Haber Bosch Proses kontak Asas le Chatelier
-
-
Reaksi irreversibel adalah reaksi yang berlangsung satu arah Reaksi reversibel adalah reaksi yang berlangsung dua arah Ciri-ciri kesetimbangan dinamis: - reaksi berlangsung dalam dua arah yang berlawanan - tidak terjadi perubahan makroskopis, tetapi perubahan mikroskopis tetap berlangsung. - reaksi berlangsung terus-menerus - reaksi terjadi dalam ruang tertutup - laju reaksi ke kanan sama dengan laju reaksi ke kiri Faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan antara lain: - konsentrasi - volum/tekanan - temperatur - katalisator Hukum kesetimbangan Hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi zatzat pereaksi yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya akan menghasilkan bilangan tetap. → cC + dD aA(g) + bB(g) ← (g) (g) Kc = Kp =
-
[C]c [D]d [A]a [B]b (PC )c (PD )d (PA )a (PB ) b
Untuk kesetimbangan heterogen, komponen yang berwujud zat padat murni atau zat cair murni tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan dan tidak di-
KIMIA XI SMA
-
-
P
sertakan dalam persamaan tetapan kesetimbangan. Hubungan Kc dan Kp Kp = Kc . (RT)∆n Harga Kc tetap bila suhu tetap Disosiasi adalah peristiwa penguraian suatu senyawa menjadi zat lain yang lebih sederhana Derajat disosiasi (α) adalah perbandingan jumlah mol zat yang terdisosiasi dengan jumlah mol zat mula-mula Harga 0 < α < 1
ELATIHAN SOAL
I. Silanglah (x) huruf a, b, c, d, atau e pada jawaban yang tepat! 1. Suatu reaksi reversibel mencapai kesetimbangan apabila .... a. jumlah mol zat-zat di sebelah kiri sama dengan jumlah mol zat-sat di sebelah kanan b. reaksi telah berhenti c. laju reaksi ke kiri sama dengan laju reaksi ke kanan d. jumlah massa zat hasil reaksi sama dengan jumlah massa zat-zat pereaksi e. salah satu pereaksi telah habis bereaksi 2. Harga tetapan kesetimbangan Kc dipengaruhi oleh ....
a. suhu b. volum c. tekanan d. konsentrasi e. katalisator 3. Di antara persamaan reaksi kesetimbangan di bawah ini kesetimbangan yang bergeser ke kanan jika tekanan diperbesar adalah .... → H +I a. 2HI(g) ← 2(g) 2(g) → 2NO b. N2O4(g) ← 2(g) → c. CaCO3(s) ← CaO(s) + CO2(g) → 2NO d. 2NO(g) + O2(g) ← 2(g) → e. S(s) + O2(g) ← SO2(g)
109
110
KIMIA XI SMA
4. Ditentukan reaksi kesetimbang→ CH an: CO(g) + 3H2(g) ← 4(g) + H2O(g) Bila pada suhu tetap volume sistem diperkecil maka .... a. kesetimbangan bergeser ke kanan dan harga Kc makin besar b. kesetimbangan bergeser ke kanan dan harga Kc makin kecil c. kesetimbangan bergeser ke kanan dan harga Kc tetap d. kesetimbangan bergeser ke kiri dan harga Kc makin besar e. kesetimbangan bergeser ke kiri dan Kc makin kecil 5. Pada suhu 458oC harga tetapan kesetimbangan untuk reaksi: → 2HI adalah 49 H2(g) + I2(g) ← (g) Bila pada suhu tetap dalam ruang bervolum 10 liter dimasukkan campuran gas-gas yang terdiri atas 2 mol H2, 2 mol I2, dan 4 mol HI maka campuran tersebut .... a. setimbang b. bergeser ke kiri c. bergeser ke kanan d. tidak bergeser e. tidak dapat ditentukan 6. Pada pemanasan kalsium hidrogen karbonat menurut → CaO reaksi: Ca(HCO3)2(s) ← (s) + H2O(g) + 2CO2(g) Jika setelah setimbang tekanan total adalah 3 atm maka harga tetapan kesetimbangan tekanan parsial (Kp) adalah ....
a. 1 atm3 b. 2 atm3 c. 3 atm3 d. 4 atm3 e. 5 atm3 7. Dalam volum 5 liter dipanaskan 5,1 gram gas amonia (Mr = 17) sampai suhu 350oC hingga terdisosiasi menurut persamaan: → N + 3H 2NH3(g) ← 2(g) 2(g) Jika pada keadaan setimbang dalam ruang terdapat 0,075 mol gas nitrogen maka gas amonia yang telah terdisosiasi adalah .... a. 15% d. 50% b. 25% e. 75% c. 40% 8. 0,1 mol lantanum oksalat, La2(C2O4) diletakkan dalam ruang hampa 10 liter dan dibiarkan terurai hingga mencapai kesetimbangan: La2(C2O4)3(s) → ← La2(O3)(s) + 3CO(g) + 3CO2(g) pada suhu tetap. Jika dalam keadaan setimbang ini tekanan total dalam ruang tersebut adalah 0,2 atm maka tetapan kesetimbangan Kp bagi reaksi di atas sama dengan .... a. 6,4 x 10-5 atm6 b. 1,0 x 10-6 atm6 c. 4,0 x 10-2 atm6 d. 1,0 x 10-2 atm2 e. 1,3 x 10-9 atm-6
KIMIA XI SMA
9. Pada suhu tertentu konsentrasi kesetimbangan dari zat-zat dalam reaksi: → C +D A(g) + B(g) ← (g) (g) adalah: [A] = [B] = 0,1 molar dan [C] = [D] = 0,2 molar Pada suhu yang sama 0,2 molar A, 0,2 molar B, 0,3 molar C dan 0,3 molar D, dimasukkan ke dalam suatu ruang hampa, konsentrasi zat A setelah tercapai kesetimbangan adalah .... a. 0,1 molar d. 0,13 molar b. 0,2 molar e. 0,167 molar c. 0,033 molar
10. Konstanta kesetimbangan K → untuk reaksi: 2SO2(g) + O2(g) ← 2SO3(g) adalah 1600 Pada temperatur yang sama, harga konstanta kesetimbangan dari reaksi: → SO + 1⁄ O ialah .... SO3(g ← 2(g) 2 2(g) 1 a. d. 30 30 b.
1 40
c.
1 50
e. 40
II. Kerjakan soal-soal berikut ini! 1. Ditentukan reaksi kesetimbangan → BiOCl + 2HCl BiCl3(aq) + H2O(l) ← (s) (aq) a. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah air? Jelaskan! b. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah NaOH? Jelaskan! c. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah BiOCl? Jelaskan! 2. Tuliskan persamaan kesetimbangan (Kc dan Kp) untuk reaksi kesetimbangan berikut. → H +I a. 2HI(g) ← 2(g) 2(g) → 2NO b. N2O4(g) ← 2(g) → 2H + O c. 2H2O(l) ← 2(g) 2(g) → d. 2H2S(g) + 3O2(g) ← 2H2O(g) + 2SO2(g) → Na SO e. Na2CO3(s) + SO2(g) + 1⁄2O2(g) ← 2 4(aq) + CO2(g)
111
112
KIMIA XI SMA
3. Tuliskan persamaan reaksi homogen untuk rumus berikut. a.
Kc =
b. Kc =
[H 2 ][I 2 ]
c.
[H 2 O]2 [Br2 ]2
d. Kp =
[HI]2
[HBr]4 [O 2 ]
Kp =
(PNO 2 )2
(PNO )2 (PO 2 ) (PNOBr )2
(PNO )2 (PBr2 )
4. Pada suhu 227oC, 20% gas HI telah terdisosiasi menurut persamaan reaksi: → H +I 2HI(g) ← 2(g) 2(g) Jika dalam ruang bervolum 5 liter pada suhu tersebut telah dimasukkan 1 mol gas HI dan diketahui tetapan gas = 0,082 liter atm mol-1K-1. a. Tentukan susunan gas-gas dalam keadaan setimbang pada suhu tersebut! b. Tentukan harga Kc! c. Tentukan harga Kp! 5. Pada suhu tertentu dalam ruang 4 liter dipanaskan 80 gram gas SO3 (Mr = 80) sehingga sebagian terurai membentuk gas SO2 dan gas O2 menurut reaksi: → 2SO + O 2SO3(g) ← 2(g) 2(g) Pada saat kesetimbangan tercapai, perbandingan jumlah mol gas SO3 dengan O2 adalah 2 : 3. a. Tentukan derajat disosiasi SO3! b. Tentukan persen SO3 yang terurai! c. Tentukan susunan gas-gas setelah disosiasi!
