16 Laju Reaksi (2025)
Soal #28–#31 OSN-K Kimia 2025. Coba dulu, pakai petunjuk/referensi, baru buka pembahasan.
16.1 Soal 28
Gambar berikut mengilustrasikan mekanisme suatu reaksi. Pernyataan yang tidak sesuai dengan gambar tersebut adalah ….
- A. Kurva II menunjukkan adanya beberapa tahap reaksi
- B. Laju reaksi pada kurva I lebih besar dari kurva II
- C. Energi pengaktifan kurva I lebih besar daripada kurva II
- D. Pada kurva II menunjukkan beberapa senyawa antara
- E. Kurva I menunjukkan reaksi tanpa katalis
- Perhatikan bahwa soal meminta pernyataan yang tidak sesuai — fokus mencari satu pernyataan yang salah/bertentangan dengan diagram, bukan yang benar.
- Pada diagram energi vs koordinat reaksi, jumlah puncak menunjukkan jumlah tahap reaksi, sedangkan ketinggian puncak menentukan besar energi pengaktifan (\(E_a\)). Hubungan kunci: semakin kecil \(E_a\), semakin cepat laju reaksi (lihat persamaan Arrhenius \(k = A\,e^{-E_a/RT}\)).
- Bandingkan Kurva I (satu puncak tinggi) dengan Kurva II (beberapa puncak rendah) dari sisi: jumlah tahap, ada/tidaknya senyawa antara, perbandingan \(E_a\), dan implikasinya terhadap perbandingan laju — manakah yang lebih cepat?
Baca stem dengan teliti: soal menanyakan pernyataan yang TIDAK sesuai dengan gambar (pernyataan yang salah). Jadi kita cari satu pernyataan yang bertentangan dengan diagram.
Langkah 1 — Baca diagramnya. Ada dua kurva energi pada sumbu Energi vs Koordinat Reaksi, dengan reaktan dan produk yang sama:
- Kurva I: satu puncak tunggal yang tinggi → reaksi satu tahap dengan energi pengaktifan besar (jalur tanpa katalis).
- Kurva II: beberapa puncak yang lebih rendah dengan lembah di antaranya → reaksi banyak tahap, ada senyawa antara, energi pengaktifan kecil (jalur berkatalis).
Langkah 2 — Hubungkan tinggi puncak dengan laju. Semakin rendah energi pengaktifan, semakin cepat reaksi. Kurva II punya puncak lebih rendah dari Kurva I, maka laju Kurva II > laju Kurva I.
Langkah 3 — Cek tiap pernyataan.
- A. Kurva II beberapa tahap → benar (banyak puncak).
- B. Laju Kurva I > Kurva II → SALAH. Kurva I justru punya \(E_a\) paling besar, jadi paling lambat; seharusnya laju Kurva I < Kurva II.
- C. \(E_a\) Kurva I > Kurva II → benar (puncak I lebih tinggi).
- D. Kurva II punya senyawa antara → benar (ada lembah antar puncak).
- E. Kurva I tanpa katalis → benar (barrier tinggi, satu tahap).
Langkah 4 — Pilih yang tidak sesuai. Hanya B yang bertentangan dengan gambar.
Jawaban: B
16.2 Soal 29
Laju reaksi berikut diketahui hanya bergantung pada NO2 dan merupakan reaksi orde 1. NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g) Data eksperimen adalah sebagai berikut. Waktu paruh t½ reaksi tersebut adalah ….
- A. 4987 detik
- B. 5000 detik
- C. 5400 detik
- D. 6635 detik
- E. 9000 detik
- Reaksi orde 1 terhadap \(\ce{NO2}\) berarti gunakan persamaan laju terintegrasi orde satu: \(\ln\dfrac{[\ce{NO2}]_0}{[\ce{NO2}]_t} = k\,t\) — masukkan sepasang data \((t,\ [\ce{NO2}]_t)\) dari tabel untuk mencari konstanta laju \(k\).
- Setelah mendapat \(k\), waktu paruh orde 1 dihitung dengan rumus \(t_{1/2} = \dfrac{\ln 2}{k}\) — ingat bahwa untuk orde 1, \(t_{1/2}\) tidak bergantung pada konsentrasi awal.
- Sebagai cek konsistensi: coba hitung \(k\) dari dua pasang data berbeda; jika nilainya sama, membuktikan reaksi memang benar-benar orde 1 terhadap \(\ce{NO2}\).
Reaksi orde 1 terhadap \(\ce{NO2}\), jadi pakai hukum laju orde satu:
\[\ln\frac{[\ce{NO2}]_0}{[\ce{NO2}]_t} = k\,t\]
Cari \(k\) dari data \(t = 1000\ \text{s}\) (boleh juga \(t=2000\), hasilnya sama):
\[k = \frac{1}{1000}\ln\frac{0{,}500}{0{,}435} = \frac{\ln 1{,}1494}{1000} = \frac{0{,}1393}{1000} = 1{,}39\times10^{-4}\ \text{s}^{-1}\]
Cek dengan \(t=2000\): \(k=\dfrac{\ln(0{,}500/0{,}379)}{2000}=\dfrac{0{,}2772}{2000}=1{,}39\times10^{-4}\ \text{s}^{-1}\) — cocok, benar orde 1.
Waktu paruh orde 1 tak bergantung konsentrasi awal:
\[t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k} = \frac{0{,}693}{1{,}39\times10^{-4}} \approx 4987\ \text{detik}\]
Jawaban: A.
16.3 Soal 30
Berikut adalah grafik konsentrasi terhadap waktu untuk reaksi A → 3/2B + C pada 25 °C. Orde reaksi dan tetapan laju untuk reaksi di atas adalah ….
- A. 1 dan 0,08242 menit⁻¹
- B. 0 dan 8,11233 M/menit⁻¹
- C. 1 dan 0,04621 menit⁻¹
- D. 2 dan 0,08242 M⁻¹.menit⁻¹
- E. 2 dan 0,04621 M⁻¹.menit⁻¹
- Perhatikan bentuk kurva reaktan A: apakah setiap selang waktu yang sama menghasilkan penurunan konsentrasi yang sama (orde nol), setengahnya (orde satu), atau pola lain?
- Jika waktu paruh (\(t_{1/2}\)) konstan (tidak berubah dengan konsentrasi), gunakan rumus orde satu: \(k = \dfrac{\ln 2}{t_{1/2}}\).
- Satuan \(k\) bergantung pada orde reaksi — untuk orde satu, \(k\) bersatuan \(\text{waktu}^{-1}\) (misalnya \(\text{menit}^{-1}\)); untuk orde dua, \(\text{M}^{-1}\,\text{menit}^{-1}\). Gunakan ini untuk menyingkirkan pilihan yang salah.
Grafik menunjukkan reaksi \(\ce{A -> 3/2 B + C}\). Kurva biru adalah reaktan \(\ce{A}\) yang berkurang dari \(0{,}10\ \text{M}\); merah dan hitam adalah produk yang bertambah.
Langkah 1 — Baca data reaktan A dari grafik. Dari kurva biru:
| \(t\) (menit) | \([\ce{A}]\) (M) |
|---|---|
| 0 | 0,100 |
| 15 | 0,050 |
| 30 | 0,025 |
Langkah 2 — Kenali polanya. Setiap selang \(15\) menit, \([\ce{A}]\) tinggal setengahnya (\(0{,}10 \to 0{,}05 \to 0{,}025\)). Waktu paruh yang tetap (tidak bergantung konsentrasi) adalah ciri khas reaksi orde satu.
Langkah 3 — Hitung tetapan laju. Untuk orde satu, \(t_{1/2}\) konstan: \[k = \frac{\ln 2}{t_{1/2}} = \frac{0{,}693}{15} = 0{,}04621\ \text{menit}^{-1}.\]
Cek balik: \([\ce{A}]_{30} = 0{,}10\,e^{-0{,}04621\cdot 30} = 0{,}10\,e^{-1{,}386} = 0{,}025\ \text{M}\) — cocok dengan grafik.
Jawaban: C — orde 1, \(k = 0{,}04621\ \text{menit}^{-1}\).
Catatan satuan: \(k\) orde satu bersatuan \(\text{menit}^{-1}\) (opsi A salah karena nilainya \(2\times\) benar; D dan E salah karena memakai satuan orde dua).
16.4 Soal 31
Gas kloroetana, C2H5Cl terdekomposisi menjadi gas etena dan asam klorida sesuai persamaan reaksi berikut. C2H5Cl(g) → C2H4(g) + HCl(g) Dekomposisi C2H5Cl mengikuti reaksi orde-1. Pada 800 K, konsentrasi C2H5Cl berkurang dari 0,098 M menjadi 0,016 M selama 340 s. Pada wadah yang berbeda dengan temperatur 800 K, terdapat gas kloroetana dengan tekanan 0,040 atm. Waktu yang diperlukan agar tekanan total di dalam wadah menjadi 0,065 atm adalah ….
- A. 120,4 detik
- B. 15,21 detik
- C. 282,1 detik
- D. 184,1 detik
- E. 450,1 detik
- Gunakan rumus orde-1 \(\ln\dfrac{[A]_0}{[A]_t} = kt\) pada data percobaan pertama (0,098 M → 0,016 M dalam 340 s) untuk menghitung konstanta laju \(k\).
- Buat neraca tekanan parsial: jika \(x\) atm dari terurai, setiap mol reaktan menghasilkan 2 mol produk, sehingga \(P_\text{total} = P_0 + x\). Gunakan target \(P_\text{total} = 0{,}065\) atm untuk menemukan sisa tekanan .
- Karena tekanan parsial gas ideal sebanding dengan konsentrasi (suhu & volume tetap), pakai kembali persamaan orde-1 dengan \(P_0\) dan \(P_{\ce{C2H5Cl}}\) sisa untuk menghitung waktu \(t = \dfrac{1}{k}\ln\dfrac{P_0}{P}\).
Reaksi orde-1: \(\ce{C2H5Cl(g) -> C2H4(g) + HCl(g)}\).
Langkah 1 — cari \(k\) dari data 800 K. Pakai \(\ln\dfrac{[A]_0}{[A]_t}=kt\): \[k=\frac{1}{340}\ln\frac{0{,}098}{0{,}016}=\frac{\ln 6{,}125}{340}=5{,}33\times10^{-3}\ \text{s}^{-1}.\]
Langkah 2 — neraca tekanan di wadah baru. Awal hanya \(\ce{C2H5Cl}\) dengan \(P_0=0{,}040\) atm. Misal \(x\) atm terurai: \[P_{\text{total}}=(0{,}040-x)+x+x=0{,}040+x.\] Karena \(P_{\text{total}}=0{,}065\) atm \(\Rightarrow x=0{,}025\) atm, jadi sisa \(P_{\ce{C2H5Cl}}=0{,}040-0{,}025=0{,}015\) atm.
Langkah 3 — cari waktu (tekanan parsial sebanding dengan konsentrasi, \(k\) sama): \[t=\frac{1}{k}\ln\frac{P_0}{P}=\frac{1}{5{,}33\times10^{-3}}\ln\frac{0{,}040}{0{,}015}=\frac{0{,}9808}{5{,}33\times10^{-3}}\approx184\ \text{detik}.\]
Jawaban: D. 184,1 detik.