122
Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XI
Diskusikan di dalam kelas, pada kondisi bagaimanakah nilai K
p
sama dengan K
c
. Kata kunci:
Δ
n
D. Reaksi Kesetimbangan di Industri Kimia
Reaksi-reaksi yang berkesetimbangan merupakan masalah bagi industri, mengapa? Industri memerlukan produk yang efektif dan efisien
dengan biaya semurah-murahnya. Dalam reaksi kesetimbangan, produk yang dihasilkan tidak efektif karena dapat membentuk kembali pereaksi.
Untuk menghasilkan produksi yang maksimal diperlukan pengetahuan untuk menggeser posisi kesetimbangan ke arah produk.
Kegiatan Inkuiri
Kerjakanlah di dalam buku latihan.
1. Ke dalam reaktor dengan volume 2 liter, dimasukkan 1
mol H
2
g dan 1 mol I
2
g pada suhu tetap. Setelah kesetimbangan tercapai, ditemukan 1,56 mol HIg.
Hitung K
c
untuk reaksi kesetimbangan berikut: H
2
g + I
2
g
U
2HIg 2.
Pada suhu tertentu, reaksi berikut memiliki nilai tetapan, K
c
= 2,5 x 10
4
: H
2
g + Cl
2
g
U
2HClg Jika 0,5 mol H
2
dan 0,5 mol Cl
2
dimasukkan ke dalam tabung, berapakah jumlah mol HCl yang terdapat dalam
kesetimbangan? 3.
Fosfor pentaklorida terurai menurut persamaan berikut: PCl
5
g
U
PCl
3
g + Cl
2
g K
c
= 1,8 250°C Jika 0,5 mol PCl
5
disuntikkan ke dalam 2 liter reaktor pada suhu tetap, berapakah perbandingan konsentrasi
molar PCl
5
dan PCl
3
dalam kesetimbangan? 4.
Tinjau persamaan reaksi kesetimbangan berikut: Nis + 4COg
U
NiCO
4
g Jika konsentrasi NiCO
4
dalam kesetimbangan itu 0,85 M dan nilai K
c
= 5 × 10
4
, hitung konsentrasi COg dalam kesetimbangan.
5. Diketahui dua buah persamaan reaksi kesetimbangan
berikut: a H
+
aq + NO
– 2
aq
U
HNO
2
l K
1
= 2,2 x 10
3
b H
2
O
A U
H
+
aq + OH
–
aq K
2
= 1,0 x 10
–14
Tentukan tetapan kesetimbangan untuk reaksi berikut: NO
– 2
aq + H
2
O
A U
HNO
2
aq + OH
–
aq 6.
Pada suhu tertentu, terbentuk kesetimbangan reaksi berikut:
2IClg
U
I
2
g + Cl
2
g Nilai K
c
untuk persamaan tersebut adalah 0,11. Tentukan nilai K
c
untuk reaksi kebalikannya: I
2
g + Cl
2
g
U
2IClg
Tes Kompetensi Subbab
C
7. Pada 1.250K, metana bereaksi dengan uap air menurut persamaan:
CH
4
g + H
2
Og
U
COg + 3H
2
g Setelah keadaan kesetimbangan tecapai, ditemukan
bahwa PCH
4
= 0,31 atm; PH
2
O = 0,83 atm; PCO = 0,57 atm; dan PH
2
= 2,26 atm. Hitung K
p
untuk reaksi tersebut?
8. Gas fluorin berdisosiasi membentuk atom-atomnya ketika dipanaskan:
1 2 F
2
g
U
Fg Nilai K
p
adalah 7,55 × 10
–2
. Berapa tekanan parsial masing-masing gas?
9. Tetapan kesetimbangan untuk persamaan kimia berikut:
Cs + CO
2
g
U
2COg adalah K
p
= 1 ,9 . Jika t ekanan C O dalam kesetimbangan 1,5 atm, berapakah tekanan CO
2
? 10. Amonium hidrogen sulfida terurai menurut persamaan
berikut: NH
4
HSs
U
NH
3
g + H
2
Sg Tetapan kesetimbangan molarnya, K
c
= 1,81 x 10
–4
pada 25°C. Jika pada suhu itu, NH
4
HS dimasukkan ke dalam reaktor, berapakah tekanan total gas dalam
tabung pada saat kesetimbangan tercapai? 11. Pada 1250K, metana bereaksi menurut persamaan
berikut: CH
4
g + H
2
Og
U
COg + 3H
2
g Pada keadaan setimbang, ditemukan tekanan CH
4
= 0,31 atm; H
2
O = 0,83 atm; CO = 0,57 atm; dan H
2
= 2,26 atm. Tentukan nilai K
c
dan konsentrasi molar masing-masing gas.
12. Tetapan kesetimbangan molar untuk reaksi: H
2
g + I
2
g
U
2HIg adalah 617 pada 300K. Berapa nilai K
p
? Apakah nilai K
p
sama dengan nilai K
c
?
Kesetim bangan Kim ia
123
1. Industri Amonia
Amonia merupakan bahan dasar untuk pembuatan pupuk, sebagai pelarut, pembersih, dan banyak lagi produk sintetik yang menggunakan
bahan dasar amonia. Amonia disintesis dari gas N
2
dan H
2
melalui proses
Haber seperti ditunjukkan pada Gambar 5 .1 1 , reaksinya membentuk kesetimbangan. S ecara termokimia, pembentukan amonia bersifat
eksotermis. Persamaan termokimianya sebagai berikut.
N
2
g + 3H
2
g U 2NH
3
g ΔH
25
= –92,2 kJ Masalah utama sintesis amonia adalah bagaimana menggeser posisi
kesetimbangan ke arah kanan agar dihasilkan amonia semaksimal mungkin. Apakah Anda punya gagasan atau saran untuk hal ini?
Saran pertama tentu pereaksi harus dipasok terus menerus agar posisi kesetimbangan bergeser ke arah pembentukan amonia. Saran kedua, suhu
dan tekanan sistem harus optimal. Bagaimana caranya?
a. Optimasi Suhu
Oleh karena pembentukan amonia bersifat eksoterm maka untuk mengoptimalkan produksi amonia, suhu reaksi harus tinggi atau rendah?
Tentunya harus rendah karena suhu reaksi yang tinggi akan menggeser kesetimbangan ke arah reaksi endoterm penguraian amonia.
Jika suhu terlalu rendah, reaksi berlangsung sangat lambat hampir tidak bereaksi. Jika suhu terlalu tinggi, reaksi bergeser ke arah penguraian
amonia. Jadi, bagaimana cara yang efektif dan efisien? Dalam kasus seperti ini, perlu ditentukan suhu optimum tidak terlalu tinggi, juga tidak terlalu
rendah . Hasil penyelidikan menunjukkan bahwa suhu optimum pembentukan amonia sekitar 450
o
C–500
o
C perhatikan Gambar 5.12. b.
Optimasi Tekanan
Selain optimasi suhu, tekanan juga perlu dioptimasi, mengapa? Ini dikarenakan sintesis amonia melibatkan fasa gas dan rasio stoikiometri
antara pereaksi dan hasil reaksi tidak sama. Koefisien reaksi pembentukan amonia lebih kecil dari koefisien
pereaksi sehingga tekanan harus tinggi. Dalam praktiknya, tekanan yang diterapkan sekitar 250 atm perhatikan Gambar 5.12a.
Mengapa tekanan yang diterapkan tidak lebih tinggi lagi? Hal ini berkaitan dengan aspek teknologi. S emakin tinggi tekanan maka
diperlukan peralatan yang sangat kuat agar tidak terjadi ledakan.
2. Industri Asam Sulfat
Di Indonesia, asam sulfat merupakan salah satu bahan baku untuk membuat pupuk, pigmen dan cat, pembuatan besi dan baja, pembuatan
pulp dan kertas, pengisi sel accumulator, pelarut, pengatur pH di dalam proses industri, pendehidrasi, serta pembuatan produk-produk kimia
lainnya, seperti amonium sulfat dan kalsium hidrofosfat.
Pembuatan asam sulfat di industri dikembangkan melalui proses kontak
seperti pada Gambar 5.13, dengan tiga tahap utama sebagai berikut. 1.
Pembentukan belerang dioksida, persamaan reaksinya adalah S
A + O
2
g → SO
2
g 2.
Pembentukan belerang trioksida, persamaan reaksinya adalah SO
2
g + O
2
g U SO
3
g ΔH = –190 kJ
3. Pembentukan asam sulfat, melalui zat antara, yaitu asam pirosulfat.
Persamaan reaksinya adalah
Gambar 5.11
Diagram sintentis amonia proses Haber
Gambar 5.12
Kurva optimasi pada sintesis amonia a Tekanan
b Suhu
Sumber: Chemistry For You, 2002
P er
se n
a m
o n
ia p
ad a
ke se
ti m
b an
g an
1 0 2 0
3 0 4 0
Tekanan atm 100
200 300 400
P er
se n
a m
o n
ia p
ad a
ke se
ti m
b an
g an
1 0 2 0
3 0 4 0
400 500 600
Suhu °C a
b
Kata Kunci
• Proses Kontak
• Prinsip Le Chatelier
N
2
dan H
2
sisa digunakan
kembali
Unit pendingin
Keluaran NH
3
N
2
dan H
2
masuk
Katalis 450–550°C
Sumber: Chemistry The Central Science, 2000
Pemanas 450–550°C
700
