KESETIMBANGAN STANDART KOMPETENSI; 3. Memahami kinetika reaksi, kesetimbangan kimia, dan faktor-faktor yang berpengaruh, serta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari. KOMPETENSI DASAR; 3.3. Menjelaskan kestimbangan dan faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kestimbangan dengan melakukan percobaan. A. REAKSI IRREVERSIBEL DAN REVERSIBEL Berdasarkan arah reaksinya, reaksi kimia dibedakan menjadi 2 macam; 1. Reaksi irreversibel. Reaksi ini dikenal dengan reaksi satu arah. Contoh; Zn(s) + HCl(s) → ZnCl2(aq) + H2(g) 2.
Reaksi reversibel Reaksi ini dikenal dengan reaksi dua arah. Contoh. N2(g) + H2(g) ⇌ NH3(g)
B. REAKSI KESETIMBANGAN Reaksi kesetimbangan adalah reaksi reversibel dengan besar laju reaksi ke kanan sama dengan besar laju reaksi ke kiri. Reaksi kesetimbangan berlangsung pada ruang tertutup dan bersifat mikroskopis. Reaksi kesetimbangan dinyatakan dalam grafik seperti berikut. laju reaksi
titik setimbang kesetimbangan waktu
C. PERCOBAAN REAKSI BALIK / REAKSI KESETIMBANGAN (I) 1. Sediakan 10 ml KI 0,1 M. Catat warnanya! 2. Sediakan 1 gram PbSO4. Catat warnanya! 3. Campur 10 ml KI 0,1 M dengan 1 gram PbSO4 kedalam gelas kimia. Catat warnanya! 4. Saring hasil campuran (3) dan ambil endapannya. Cuci endapan yang diperoleh dengan aquades sebanyak 3 kali. 5. Beri endapan yang sudah dicuci dengan 5 tetes Na2SO4 1 M. Catat warnanya! (II) 1. 2. 3. 4. 5.
Sediakan 10 ml Fe3+ 0,1 M. Catat warnanya! Sediakan 10 ml SCN- 0,1 M. Catat warnanya! Campur 10 ml Fe3+ 0,1 M dengan 10 ml SCN- 0,1 M. Catat warnanya! Bagilah hasil dari (3) menjadi 3 bagian masing-masing tuangkan ke gelas kimia. Untuk gelas kimia pertama biarkan, jangan ditambah zat apapun. Untuk gelas kimia kedua, berilah 5 tetes FeCl3 1 M. Catat warnanya! Untuk gelas kimia ketiga, berilah 5 tetes KSCN 1 M. Catat warnanya! 1
Pengamatan. (I) Warna KI sebelum dicampur adalah .... Warna PbSO4 setelah dicampur adalah ... Warna hasil campuran KI dan PbSO4 adalah .... Persamaan reaksinya adalah .... Warna endapan hasil campuran KI dan PbSO4 adalah .... Warna hasil campran endapan dengan Na2SO4 adalah .... Persamaan reaksinya adalah ... Kesimpulan. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... (II) Warna Fe3+ sebelum dicampur adalah ... Warna SCN- sebelum dicampur adalah ... Warna hasil campuran Fe3+ dan SCN- adalah ... Persamaan reaksinya adalah ... Warna gelas kimia pertama adalah ... Warna gelas kimia kedua setelah diberi FeCl3 adalah ... Persamaan reaksinya adalah ... Warna gelas kimia ketiga setelah diberi KSCN adalah ... Persamaan reaksinya adalah ... Perbandingan warna ketiga gelas kimia adalah .... Kesimpulan. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... D. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMENGARUHI ARAH PERGESERAN KESETIMBANGAN Pergeseran kesetimbangan didasarkan pada azas Le Chatelier. Menurut Le Chatelier bahwa jika terhadap sistem kesetimbangan dilakukan aksi-aksi tertentu, maka sistem akan mengadakan reaksi yang cenderung mengubah aksi tersebut sekecil mungkin. Ada empat faktor yang berpengaruh terhadap pergeseran kesetimbangan reaksi, yaitu; Konsentrasi zat-zat dalam reaksi Kesetimbangan akan bergeser ke zat hasil reaksi , jika konsentrasi zat pereaksi diperbesar atau konsentrasi zat hasil reaksi diperkecil. Sebaliknya, kesetimbangan akan bergeser ke zat pereaksi , jika konsentrasi zat pereaksi diperkecil atau konsentrasi zat hasil reaksi diperbesar. 2. Suhu sistem Kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endoterm, jika suhu sistem diperbesar. Sebaliknya, kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksterm, jika suhu sistem diperkecil. 3. Volume sistem 1.
2
Kesetimbangan akan bergeser ke zat yang jumlah koefisiennya besar, jika volume sistem diperkecil. Sebaliknya, kesetimbangan akan bergeser ke zat yang jumlah koefisiennya kecil, jika volume sistem diperbesar. 4. Tekanan dalam sistem Kesetimbangan akan bergeser ke zat yang jumlah koefisiennya besar, jika tekanan sistem diperbesar. Sebaliknya, kesetimbangan akan bergeser ke zat yang jumlah koefisiennya kecil, jika tekanan sistem diperkecil. LATIHAN 1. 1. Diketahui reaksi; N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) ∆H = - 92 kJ. Tentukan arah pergeseran kesetimbangan, jika; a. Konsentrasi gas N2 diperbesar b. Konsentrasi gas H2 diperbesar c. konsentrasi gas NH3 dikurangi d. Tekanan sistem diperkecil e. Volume sistem diperkecil f. Sistem diberi katalis Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................2. Diketahui reaksi; 2HI(g) « H2(g) + I2(g) ∆H = + p kJ. Tentukan arah pergeseran kesetimbangan, jika; a. Konsentrasi gas HI diperbesar b. Konsentrasi gas I2 diperkecil c. Tekanan sistem diperbesar d. Volume sistem diperkecil e. Sistem diberi katalis Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................
3
HUBUNGAN KUANTITATIF ANTARA PEREAKSI DAN HASIL REAKSI PADA REAKSI KESETIMBANGAN KOMPETENSI DASAR; 3.4 Menentukan hubungan kuantitatif antara pereaksi dengan hasil reaksi dari suatu reaksi kesetimbangan. A. TETAPAN REAKSI KESETIMBANGAN KONSENTRASI (Kc) Untuk mempelajari hubungan zat-zat pada sistem kesetimbangan, isilah titik-titik pada dua tabel berikut. 1) H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) Harga Kestimbangan saat setimbang (mol/lt)
No
1 2 3 4
Harga
[H2]
[I2]
[HI]
1,83 . 10-3 4,56 . 10-3 0,56 . 10-3 1,14 . 10-3
3,13 . 10-3 0,74 . 10-3 0,48 . 10-3 1,14 . 10-3
17,67 . 10-3 13,54 . 10-3 3,53 . 10-3 8,41 . 10-3
[HI] [H 2 ][I 2 ] ................ ................ ................ ................
[HI]2 [H 2 ][I 2 ] ................ ................ ................ ................
Pertanyaan. a. Kolom manakah yang mendekati harga konstan? b. Bagaimanakah hubungan dengan persamaan reaksi yang terjadi? c. Tuliskan secara matematik hubungan yang terjadi! Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................2) PbCl2(s) ↔ Pb2+(aq) + 2Cl-(aq) Harga Kestimbangan saat setimbang (mol/lt)
No 2+
1 2 3 4
-
Harga
[Pb ]
[Cl ]
[PbCl2]
1,62 . 10-2 0,75 . 10-2 0,42 . 10-2 0,15 . 10-2
3,24 . 10-2 4,81 . 10-2 6,38 . 10-2 10,7 . 10-2
1,00 2,00 10,00 100,00
[Pb 2 + ][Cl - ]2 [PbCl 2 ] ................ ................ ................ ................
[Pb 2 + ][Cl - ] ................ ................ ................ ................ 4
Pertanyaan. a. Kolom manakah yang mendekati harga konstan? b. Bagaimanakah hubungan dengan persamaan reaksi yang terjadi? c. Tuliskan secara matematik hubungan yang terjadi! d. Bagaimanakah pengaruh konsentrasi padatan murni terhadap hukum kesetimbangan? e. Bagaimanakah pengaruh konsentrasi cairan murni terhadap hukum kesetimbangan? Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... LATIHAN 2. Tuliskan rumus tetapan kesetimbangan konsentrasi untuk setiap reaksi berikut! 1. 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2Cl2(g) + 2H2O(g) 2. CaCO3(s) ↔CO2(g) + CaO(s) 3. Fe2+(aq) + 2Ag(s) ↔ Fe(s) + 2Ag+(aq) 4. 2SO2(g) ↔ 2SO2(g) + O2(g) 5. FeSCN2+(aq) ↔ SCN-(aq) + Fe3+(aq) Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... .B. TETAPAN REAKSI KESETIMBANGAN TEKANAN (Kp) Selain berlaku tetapan kesetimbangan konsentrasi, pada fase gas berlaku juga tetapan kesetimbangan tekanan. Misalkan. aA(g) + bB(g) ↔ cC(g) + dD(d) maka harga tetapan kesetimbangan tekanannya adalah;
5
Kp =
[PC ]c .[PD ]d [PA ]a .[PB ]b
Keterangan;
nA x Ptotal. nA + n B + nC + n D nB PB = x Ptotal. nA + n B + n C + n D
nC x Ptotal. nA + n B + n C + n D nD PD = x Ptotal. nA + n B + n C + n D
PA =
PC =
nA, nB, nC, dan nD masing-masing mol gas A, mol gas B, mol gas C, dan mol gas D pada saat setimbang. C. HUBUNGAN Kc DAN Kp Misalkan. aA(g) + bB(g) ↔ cC(g) + dD(d) maka hubungan Kc dan Kp adalah; Kp = Kc. (RT )(c + d ) - ( a + b )
LATIHAN 3. Diketahui; a) 4HCl(g) + O2(g) ↔ 2Cl2(g) + 2H2O(g) b) CaCO3(s) ↔CO2(g) + CaO(s) c) Fe2+(aq) + 2Ag(s) ↔ Fe(s) + 2Ag+(aq) d) 2SO2(g) ↔ 2SO2(g) + O2(g) e) FeSCN2+(aq) ↔ SCN-(aq) + Fe3+(aq) 1. 2.
Tentukan rumus tetapan kesetimbangan tekanan untuk setiap reaksi di atas! Tentukan hubungan antara Kc dan Kp untuk setiap reaksi di atas! Jawab. ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................... 6
CONTOH SOAL. 1. Bejana yang volumenya 2 liter dimasukkan 0,8 mol HCl menurut reaksi; 2HCl(g) ↔ H2(g) + Cl2(g) Pada saat setimbang terdapat 0,2 mol gas Cl2. Tentukan harga Kc! Jawab. V = 2 liter mol mula-mula mol yang bereaksi mol yang tersisa
HCl 0,8 2 x 0,2 = 0,4 0,8 - 0,4 = 0,4
H2 0,2
Cl2 0,2
0, 4 M = 0,2 M 2 0, 2 M = 0,1 M [H2] = 2 0, 2 [Cl2] = M = 0,1 M 2 0,01 1 [H 2 ].[Cl 2 ] (0,1).(0,1) = = 0,25. = Jadi, Kc = = 2 2 0,04 4 (0,2) [HCl]
[HCl] =
2.
Gas SO3 (Mr = 80) sebanyak 40 gram dipanaskan dalam bejana 1 liter dan terjadi kesetimbangan seperti berikut. 2SO3(g) ↔ 2SO2(g) + O2(g) Pada saat setimbang terdapat perbandingan mol SO3 dan mol O2 adalah 2 : 3. Tentukan α dan Kc! Jawab. mol SO3 mula-mula =
40 = 0,5 mol. 80
V = 1 liter mol mula-mula mol yang bereaksi mol yang tersisa Pada saat setimbang;
SO3 0,5 y 0,5 - y
SO2 2/2 x y = y
O2 ½ x y = 0,5y
mol SO 3 2 = mol O 2 3 0,5 - y 2 = 0,5 y 3 3(0,5 - y) = 2.0,5y 7
1,5 - 3y = y 3y + y = 1,5 4y = 1,5 1,5 y= 4 y = 0,375
0,5 - y M = (0,5 - 0,375) M = 0,125 M 1 y [SO2] = M = 0,375 M 1 0,5 y [O2] = M = 0,5.(0,375) M = 0,1875 M 1
[SO3] =
Jadi, α
mol SO 3 yang bereaksi x 100% mol SO 3 mula - mula y = x 100% 0,5 0,375 = x 100% 0,5 = 0,75 x 100% = 75%, dan =
[SO 2 ]2 .[O 2 ] (0,375) 2 .(0,1875) 0,026367 Kc = = 1,69. = = 0,015625 (0,125) 2 [SO 3 ]2 PENERAPAN KESETIMBANGAN DALAM INDUSTRI KOMPETENSI DASAR; 3.5 Menjelaskan penerapan prinsip kesetimbangan dalam kehidupan sehari-hari dan industri. PERKEMBANGAN INDUSTRI Reaksi kesetimbangan banyak digunakan dalam industri, misalnya industri pembuatan amoniak dan pembuatan asam sulfat. Proses kestimbangan digunakan dalam industri secara efisien dan efektif dengan memilih kondisi (seperti tekanan sistem, konsentrasi zat, suhu, dan katalis) tertentu untuk mengahsilkan produk yang maksimal dan berkualitas tinggi. Proses pembuatan amoniak mengikuti proses Haber-Bosch. N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g)
∆H = - 92 kkal/mol.
Untuk menghasilkan gas amoniak yang maksimal, maka kondisi yang dipilih adalah dengan memperbesar tekanan dan menurunkan suhu. Gas amoniak yang dihasilkan akan maksimal jika menggunakan tekanan ± 100 MPa dan suhu antara 400 0C s/d 500 0C. Katalis dalam hal ini
8
akan membantu . Pemkaian katalis yang digunakan dalam proses ini adalah logam besi dan magnetit (Fe3O2). Proses pembuatan asam sulfat mengikuti proses Kontak. 2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)
∆H = - 46 kkal/mol.
Pemakaian suhu yang tinggi dan penggunaan katalis akan membantu memperoleh gas SO3 yang maksimal. Hasil gas SO3 akan maksimal jika menggunakan suhu 450 0C dan menggunakan katalis vanadium pentoksida (V2O5). LATIHAN 4. 1. Proses pembuatan amoniak. a. Proses apakah yang digunakan dalam industri pembuatan amoniak? Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. b. Bahan baku apa saja yang digunakan pembuatan amoniak? Produk apa saja yang dihasilkan? Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. c. Tuliskan reaksi kesetimbangan yang terkait dalam pembuatan amoniak! Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. d. Sebutkan faktor apa saja yang berpengaruh pembuatan amoniak agar mendapatkan produk yang maksimal! Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. e. Sebutkan beberapa manfaat amoniak dalam kehidupan sehari-hari! Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. 2.
Proses pembuatan asam sulfat. 9
a.
b.
c.
d.
e.
Proses apakah yang digunakan dalam industri pembuatan asam sulfat? Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. Bahan baku apa saja yang digunakan pembuatan asam sulfat? Produk apa saja yang dihasilkan? Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. Tuliskan tahap-tahap reaksi yang terkait dalampembuatan asam sulfat! Sebutkan pula tahap reaksi yang berpengaruh terhadap hasil reaksi! Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. Sebutkan faktor apa saja yang berpengaruh pembuatan asam sulfat agar mendapatkan produk yang maksimal! Jawab. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................. Sebutkan beberapa manfaat asam sulfat dalam kehidupan sehari-hari! Jawab. .............................................................................................................................................. ..............................................................................................................................................
10
11
12
