19  Gas & Kesetimbangan (2025)

Soal #40–#44 OSN-K Kimia 2025. Coba dulu, pakai petunjuk/referensi, baru buka pembahasan.

19.1 Soal 40

Seorang siswa ingin mengidentifikasi suatu gas tertentu dengan membandingkan dengan gas metana melalui percobaan laju efusi gas dalam suatu kontainer pada T dan P yang sama. Dari hasil percobaan, diketahui bahwa rasio laju efusi gas metana terhadap gas tersebut adalah 2 berbanding 1. Kemungkinan gas tersebut adalah ….

  • A. NO₂
  • B. NO
  • C. CO₂
  • D. SO₂
  • E. NH₃
  • Gunakan Hukum Efusi Graham: laju efusi dua gas pada \(T\) dan \(P\) sama berbanding terbalik dengan akar massa molarnya, \(\dfrac{r_1}{r_2} = \sqrt{\dfrac{M_2}{M_1}}\).
  • Substitusikan rasio laju yang diketahui (\(r_{\ce{CH4}} : r_X = 2 : 1\)) dan massa molar metana (\(M_{\ce{CH4}} = 16\ \text{g/mol}\)) ke dalam rumus tersebut, lalu selesaikan untuk \(M_X\).
  • Setelah mendapat \(M_X\), hitung massa molar tiap kandidat gas pada pilihan jawaban dan cocokkan nilainya.

Hukum efusi Graham: pada \(T\) dan \(P\) sama, laju efusi berbanding terbalik dengan akar massa molar:

\[\frac{r_{\ce{CH4}}}{r_X}=\sqrt{\frac{M_X}{M_{\ce{CH4}}}}\]

Diketahui rasio laju efusi metana terhadap gas X adalah \(2:1\), jadi:

\[2=\sqrt{\frac{M_X}{16}}\;\Rightarrow\;4=\frac{M_X}{16}\;\Rightarrow\;M_X=64\ \text{g/mol}\]

Cek massa molar tiap opsi: \(\ce{NO2}=46\), \(\ce{NO}=30\), \(\ce{CO2}=44\), \(\ce{SO2}=64\), \(\ce{NH3}=17\).

Yang cocok \(M=64\) adalah \(\ce{SO2}\). Jawaban D.

19.2 Soal 41

Dua buah sampel gas, Ar dan He berada pada kondisi suhu, tekanan dan volume yang sama. Dengan mengasumsikan kedua gas bersifat ideal, pernyataan di bawah ini yang benar terkait dengan jumlah partikel (N), kecepatan rata-rata (v̄rms) dan densitas (ρ) adalah ….

  • A. \(N\) Ar = \(N\) He, \(\bar{v}_{rms}\) Ar > \(\bar{v}_{rms}\) He dan \(\rho\) Ar > \(\rho\) He
  • B. \(N\) Ar = \(N\) He, \(\bar{v}_{rms}\) Ar < \(\bar{v}_{rms}\) He dan \(\rho\) Ar > \(\rho\) He
  • C. \(N\) Ar > \(N\) He, \(\bar{v}_{rms}\) Ar = \(\bar{v}_{rms}\) He dan \(\rho\) Ar < \(\rho\) He
  • D. \(N\) Ar = \(N\) He, \(\bar{v}_{rms}\) Ar = \(\bar{v}_{rms}\) He dan \(\rho\) Ar = \(\rho\) He
  • E. \(N\) Ar > \(N\) He, \(\bar{v}_{rms}\) Ar > \(\bar{v}_{rms}\) He dan \(\rho\) Ar = \(\rho\) He
  • Gunakan hukum gas ideal \(PV = nRT\): jika \(P\), \(V\), dan \(T\) ketiga variabel sama untuk dua gas, apa yang bisa disimpulkan tentang jumlah mol (dan partikel) masing-masing gas?
  • Untuk membandingkan kecepatan, terapkan rumus kecepatan rms: \(\bar{v}_{rms} = \sqrt{\dfrac{3RT}{M}}\) — perhatikan peran massa molar \(M\) ketika suhu \(T\) dijaga konstan.
  • Untuk densitas gas ideal, gunakan hubungan \(\rho = \dfrac{PM}{RT}\) — pada \(P\) dan \(T\) yang sama, besaran apa yang menentukan mana gas lebih “padat”?

Dua gas ideal Ar (\(M = 40\)) dan He (\(M = 4\)) berada pada \(T\), \(P\), dan \(V\) yang sama. Bandingkan tiga besaran.

Jumlah partikel (\(N\)). Dari \(PV = nRT\), karena \(P\), \(V\), \(T\) sama maka jumlah mol sama, sehingga jumlah partikel juga sama: \[N_{\ce{Ar}} = N_{\ce{He}}\]

Kecepatan rata-rata (\(\bar{v}_{rms}\)). \[\bar{v}_{rms} = \sqrt{\frac{3RT}{M}}\] Pada \(T\) sama, gas lebih ringan bergerak lebih cepat. Karena \(M_{\ce{Ar}} > M_{\ce{He}}\): \[\bar{v}_{rms,\,\ce{Ar}} < \bar{v}_{rms,\,\ce{He}}\]

Densitas (\(\rho\)). \[\rho = \frac{PM}{RT}\] Pada \(P\), \(T\) sama, \(\rho \propto M\). Karena Ar lebih berat: \[\rho_{\ce{Ar}} > \rho_{\ce{He}}\]

Kesimpulan: \(N\) Ar = \(N\) He, \(\bar{v}_{rms}\) Ar < \(\bar{v}_{rms}\) He, dan \(\rho\) Ar > \(\rho\) He. Jawaban B.

19.3 Soal 42

Suatu sampel gas N2 yang dikumpulkan di atas permukaan air pada 25 °C dan tekanan 732 mmHg memiliki volume sebesar 250 mL. Volume gas N2 kering tersebut pada kondisi 0 °C dan 1 atm adalah …. (Tekanan uap murni H2O pada 25 °C = 24 mmHg)

  • A. 213,4 mL
  • B. 220,6 mL
  • C. 227,8 mL
  • D. 249,5 mL
  • E. 270,0 mL
  • Gas yang dikumpulkan di atas air selalu mengandung uap air — gunakan Hukum Dalton tentang tekanan parsial: \(P_\text{total} = P_{\ce{N2}} + P_{\ce{H2O}}\) untuk mendapatkan tekanan \(\ce{N2}\) kering sebenarnya.
  • Setelah tekanan \(\ce{N2}\) dikoreksi, ubah kondisi ke STP (\(0\ ^\circ\text{C},\ 760\ \text{mmHg}\)) menggunakan Hukum Gas Gabungan: \(\dfrac{P_1 V_1}{T_1} = \dfrac{P_2 V_2}{T_2}\) — pastikan suhu dalam Kelvin (\(T(\text{K}) = T(^\circ\text{C}) + 273\)).
  • Isolasi \(V_2\) dan substitusikan nilai-nilai yang sudah dikoreksi; perhatikan satuan tekanan harus konsisten (mmHg semua atau atm semua).

Gas dikumpulkan di atas air, jadi tekanan total = tekanan \(\ce{N2}\) kering + tekanan uap air. Koreksi dulu tekanan \(\ce{N2}\) keringnya.

Tekanan parsial \(\ce{N2}\) kering (kondisi awal): \[P_1 = 732 - 24 = 708\ \text{mmHg}\]

Data:

  • Awal: \(P_1=708\) mmHg, \(V_1=250\) mL, \(T_1=298\ \text{K}\)
  • Akhir (STP): \(P_2=760\) mmHg, \(T_2=273\ \text{K}\)

Hukum gas gabungan \(\dfrac{P_1V_1}{T_1}=\dfrac{P_2V_2}{T_2}\):

\[V_2 = \frac{P_1 V_1 T_2}{T_1 P_2} = \frac{708 \times 250 \times 273}{298 \times 760}\]

\[V_2 \approx 213{,}4\ \text{mL}\]

Jawaban: A.

19.4 Soal 43

Dalam air (massa jenis = 1 g/mL), reaksi kesetimbangan berikut berlangsung pada suhu rendah: A(aq) + B(aq) ⇌ C(aq) Pada awal reaksi, kedua reaktan memiliki jumlah (mol) yang sama. Sebelum produk terbentuk, titik beku larutan adalah –0,410 °C. Setelah sistem mencapai kesetimbangan, titik beku larutan meningkat menjadi –0,328 °C. Seluruh spesi merupakan senyawa nonelektrolit dan nonvolatil. Nilai tetapan kesetimbangan (K) untuk reaksi tersebut adalah …. (Kf air = 1,86 °C.kg/mol; asumsikan bahwa proses pelarutan dan reaksi tidak menyebabkan perubahan volume larutan)

  • A. 2,5
  • B. 10,1
  • C. 25,2
  • D. 100,8
  • E. 186,0
  • Karena semua spesi nonelektrolit, gunakan rumus penurunan titik beku \(\Delta T_f = K_f \cdot m_\text{total}\) dua kali — sekali sebelum reaksi (hanya ada A dan B) dan sekali setelah kesetimbangan tercapai — untuk menemukan molalitas total partikel di masing-masing kondisi.
  • Dari selisih molalitas total kedua kondisi tersebut, kamu dapat menentukan seberapa banyak A dan B yang telah bereaksi membentuk C (yakni \(x\)), sehingga konsentrasi setimbang A, B, dan C semuanya bisa dihitung.
  • Setelah mendapat konsentrasi setimbang ketiga spesi, terapkan ekspresi tetapan kesetimbangan \(K = \dfrac{[\text{C}]}{[\text{A}][\text{B}]}\) — karena densitas larutan \(\approx 1\ \text{g/mL}\), molalitas boleh digunakan langsung sebagai pengganti molaritas.

Reaksi \(\ce{A(aq) + B(aq) <=> C(aq)}\), mula-mula mol A = mol B (jadi molalitas \(A=B=m_0\)). Karena densitas air \(=1\) g/mL, molalitas \(\approx\) molaritas, sehingga \(K\) boleh dihitung langsung dari molalitas. Semua zat nonelektrolit (\(i=1\)), pakai \(\Delta T_f = K_f \cdot m_\text{total}\).

1. Keadaan awal (belum bereaksi). Hanya ada A dan B: \[\Delta T_{f,0}=0{,}410=K_f\,(m_0+m_0)=1{,}86\cdot 2m_0 \;\Rightarrow\; 2m_0=\frac{0{,}410}{1{,}86}=0{,}2204\] jadi \(m_0=0{,}1102\) mol/kg untuk masing-masing.

2. Keadaan setimbang. Misalkan \(x\) = molalitas yang bereaksi. Maka \(A=B=m_0-x\) dan \(C=x\), total partikel \(=2m_0-x\): \[\Delta T_f=0{,}328=1{,}86\,(2m_0-x)\;\Rightarrow\; 2m_0-x=\frac{0{,}328}{1{,}86}=0{,}1763\]

3. Cari \(x\). \[x=0{,}2204-0{,}1763=0{,}04409\] sehingga \(A=B=0{,}1102-0{,}04409=0{,}06613\) dan \(C=0{,}04409\).

4. Hitung \(K\). \[K=\frac{[C]}{[A][B]}=\frac{0{,}04409}{(0{,}06613)(0{,}06613)}\approx 10{,}1\]

Jawaban: B. 10,1.

19.5 Soal 44

Perhatikan reaksi kesetimbangan yang melibatkan reaksi di bawah ini ½N2(g) + O2(g) ⇌ NO2(g) K1 2NO2(g) ⇌ 2NO(g) + O2(g) K2 NOBr(g) ⇌ NO(g) + ½Br2(g) K3 Tetapan kesetimbangan untuk reaksi pembentukan 1 mol gas NOBr adalah …. 1

  • A. \(K_1 K_2 (K_3)^{1/2}\)
  • B. \(K_1 - \dfrac{K_2}{2} - K_3\)
  • C. \(K_1 (K_2)^{1/2} K_3\)
  • D. \(K_1 + (K_2)^{1/2} - K_3\)
  • E. \(\dfrac{K_1 (K_2)^{1/2}}{K_3}\)
  • Tentukan dulu reaksi target: pembentukan 1 mol NOBr dari unsur-unsurnya (\(\ce{1/2 N2 + 1/2 O2 + 1/2 Br2 -> NOBr}\)), lalu susun reaksi-reaksi yang diberikan hingga menjumlah ke reaksi target (metode Hess).
  • Gunakan aturan manipulasi tetapan kesetimbangan: jika reaksi dibalik, \(K\) menjadi \(\frac{1}{K}\); jika reaksi dikali faktor \(n\), maka \(K\) dipangkatkan \(n\); dan jika reaksi-reaksi dijumlahkan, \(K\) total adalah perkalian \(K\) masing-masing.
  • Perhatikan spesi \(\ce{NO2}\) dan \(\ce{O2}\) yang muncul di tengah — keduanya harus saling mencoret saat reaksi-reaksi digabungkan, sehingga hanya \(\ce{N2}\), \(\ce{O2}\), \(\ce{Br2}\), dan \(\ce{NOBr}\) yang tersisa.

Reaksi pembentukan NOBr dari unsur-unsurnya: \[\ce{1/2 N2(g) + 1/2 O2(g) + 1/2 Br2(g) <=> NOBr(g)}\]

Susun dari ketiga reaksi yang diberi. Ingat aturan: jika reaksi dibalik, \(K \to 1/K\); jika dikali \(n\), \(K \to K^n\); reaksi yang dijumlahkan, \(K\) dikalikan.

Langkah 1 — buat NO dari N2 dan O2. Pakai R1 apa adanya dan R2 dibagi 2:

  • R1: \(\ce{1/2 N2 + O2 <=> NO2}\) → \(K_1\)
  • R2\(\times\tfrac12\): \(\ce{NO2 <=> NO + 1/2 O2}\) → \((K_2)^{1/2}\)

Jumlahkan, \(\ce{NO2}\) dan \(\tfrac12\ce{O2}\) saling mencoret: \[\ce{1/2 N2 + 1/2 O2 <=> NO}\qquad K=K_1(K_2)^{1/2}\]

Langkah 2 — tambah Br2 jadi NOBr. Targetnya \(\ce{NO + 1/2 Br2 <=> NOBr}\), ini kebalikan R3, jadi tetapannya \(\dfrac{1}{K_3}\).

Langkah 3 — gabungkan. Jumlahkan hasil Langkah 1 dan Langkah 2 (kalikan \(K\)-nya): \[K = K_1(K_2)^{1/2}\cdot\frac{1}{K_3} = \frac{K_1(K_2)^{1/2}}{K_3}\]

Jawaban: E.