Penentuan Tetapan Kesetimbangan, Hubungan Kuantitatif Pereaksi dan Hasil

116 Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XI Untuk menentukan nilai tetapan kesetimbangan, nilai konsentrasi masing-masing spesi dalam keadaan kesetimbangan dimasukkan ke dalam persamaan tetapan kesetimbangan. K c = 2+ 3+ [FeSCN ] [Fe ][SCN ] − atau K c = 0,06 0,040,44 = 3,4 Dengan demikian, tetapan kesetimbangan hanya dapat ditentukan berdasarkan hasil penyelidikan yang dilakukan pada suhu tetap. Pada uraian tersebut, sistem reaksi kesetimbangan memiliki rasio stoikiometri atau koefisien reaksi yang sama. Bagaimana jika koefisien reaksi dalam kesetimbangan berbeda? Simak contoh soal berikut. Contoh 5.6 Menentukan Konsentrasi at dalam Kesetimbangan Ke dalam reaktor dengan volume 10 L diisi 4 mol HI. Pada 400°C terbentuk reaksi kesetimbangan menurut persamaan berikut: 2HIg U H 2 g + I 2 g. Berapakah konsentrasi masing-masing zat pada keadaan setimbang? Diketahui harga K c = 0,695. Menentukan Nilai Tetapan Kesetimbangan Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut. PCl 5 g U PCl 3 g + Cl 2 g Jika konsentrasi awal PCl 5 0,1 M dan setelah kesetimbangan tercapai ditemukan gas Cl 2 0,025 M, berapakah tetapan kesetimbangan untuk sistem tersebut? Jawab: 1. Gunakan rasio stoikiometri untuk menentukan: konsentrasi PCl 5 yang terurai dan PCl 5 sisa. konsentrasi PCl 3 yang terbentuk. 2. Hitung tetapan kesetimbangannya. Diagram reaksi kesetimbangan: [Awal] M [Berubah] M [Setimbang]M at PCl 5 PCl 3 Cl 2 0,1 –0,025 0,075 – + 0,025 0,025 – + 0,025 0,025 Contoh 5.5 Oleh karena koefisien reaksi sama RS = 1 : 1 maka konsentrasi molar PCl 5 terurai dan PCl 3 terbentuk sama dengan konsentrasi Cl 2 dalam kesetimbangan, yakni 0,025M. Konsentrasi PCl 5 sisa adalah selisih [PCl 5 ] awal dan [PCl 5 ] terurai. Setelah konsentrasi molar masing-masing zat dalam keadaan kesetimbangan diketahui maka tetapan kesetimbangan dapat dihitung, yaitu: K c = 5 3 2 [PCl ] 0,075 = = 120 [PCl ][CL ] 0,0250,025 Jadi, nilai K c untuk reaksi tersebut adalah 120. PCl 5 0,1M Terurai Sisa PCl 5 → PCl 3 + Cl 2 0,025M PCl 5 Kesetim bangan Kim ia 117 Jawab: 1. Hitung konsentrasi molar HI awal. 2. Buat diagram reaksi kesetimbangan. Sisipkan konsentrasi zat yang diketahui dan buat pemisalan untuk zat yang tidak diketahui, misalnya [x]. 3. Tentukan konsentrasi molar HI terurai, HI sisa, serta H 2 dan I 2 yang terbentuk berdasarkan rasio stoikiometrinya. • Konsentrasi awal [HI] = 4 mol10 L = 0,4 M. • Diagram reaksi kesetimbangannya: • Jika [HI] terurai 2x M maka [H 2 ] dan [I 2 ] terbentuk adalah x M, dan [HI] sisa = 0,4 – 2x M. Nilai x dapat ditentukan dari persamaan tetapan kesetimbangan, yaitu: K c = 2 2 2 2 [H ][I ] xx atau 0,695= [Hl] 0,4 2x − Jika persamaan di atas dihitung secara aljabar akan diperoleh persamaan kuadrat sebagai berikut: 1,78x 2 – 1,11x + 0,11 = 0 Dengan menggunakan rumus persamaan kuadrat 1,2 2 b b 4ac x = 2a − − maka x 1 = 0,5 atau x 2 = 0,124 Jika nilai x 1 diambil maka konsentrasi HI yang terurai 20,5 = 1,0 M, sedangkan konsentrasi HI awal lebih kecil, yakni 0,4 M tidak realistik. Oleh karena itu, nilai x yang mewakili penguraian HI adalah x 2 = 0,124. Dengan demikian, konsentrasi masing-masing zat dalam kesetimbangan adalah [H 2 ] = x = 0,124 M; [I 2 ] = x = 0,124 M; [HI] = 0,4 – 2x = 0,152 M 2HI 0,4M Reaksi Sisa 2HI → H 2 + I 2 2x x x 2HI 0,4 – 2x Dalam suatu tempat tertutup, berlangsung kesetimbangan: PCl 5 g U PCl 3 g + Cl 2 g jika volume diperkecil, dengan tetap menjaga suhu, maka: 1. jumlah mol PCl 3 berkurang 2. harga K C tidak berubah 3. jumlah mol PCl 5 bertambah 4. jumlah mol Cl 2 berubah Pernyataan yang benar A. 1, 2, dan 3 B. 1 dan 3 C. 2 dan 4 D. 1, 2, dan 4 E. 1, 2, 3, dan 4 Pembahasan Jika volum e diperkecil, reaksi ber- geser ke arah jumlah koefisien ter- kecil ke arah kiri akibatnya: • jumlah mol PCl 3 berkurang • h arg a K c t et ap karen a su h u t et ap • jumlah mol PCl 5 bertambah • jumlah mol Cl 2 berkurang Jadi, jawabannya A UNAS 2004 Mahir Menjawab Contoh 5.7 Menentukan Konsentrasi at dan Tetapan Kesetimbangan Gas CO dan gas H 2 bereaksi menurut persamaan berikut: COg + 3H 2 g U CH 4 g + H 2 Og Jika konsentrasi awal CO dan H 2 masing-masing 0,75 M, dan setelah kesetimbangan dicapai diketahui terdapat H 2 O 0,15 M. Berapakah konsentrasi molar masing-masing zat dalam kesetimbangan? Berapa tetapan kesetimbangannya? Jawab: 1. Buat diagram reaksi kesetimbangan. 2. Tentukan konsentrasi molar masing-masing zat dalam kesetimbangan. 3. Hitung tetapan kesetimbangan. Konsentrasi zat dalam keadaan kesetimbangan dapat ditentukan berdasarkan perbandingan koefisien reaksi terhadap konsentrasi molar H 2 O. [H 2 O] Kstb = 0,15 M [CH 4 ] Kstb = 0,15 M CO + 3H 2 0,75 0,75 Reaksi Sisa CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 x 3x x 0,15 CO + 3H 2 0,75 – x 0,75 – 3x 118 Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XI [CO] Kstb = 0,75 – 0,15 M [H 2 ] Kstb = 0,75 – 0,45 M Hasilnya ditabulasikan dalam tabel berikut:

2. Manipulasi Tetapan Kesetimbangan

Jika reaksi yang berada dalam kesetimbangan dipelajari dari arah sebaliknya atau konsentrasi molar zat-zat yang bereaksi digandakan dengan faktor tertentu, bagaimana nilai tetapan kesetimbangannya? Semua manipulasi ini akan memengaruhi nilai tetapan kesetimbangan.

a. Pembalikan Arah Reaksi Kesetimbangan

Jika persamaan reaksi kesetimbangan dikaji dari arah yang berlawanan maka nilai tetapan kesetimbangan yang baru merupakan kebalikkan dari tetapan semula. Contoh: Tinjau sistem reaksi kesetimbangan berikut. PCl 3 g+ Cl 2 g PCl 5 g Persamaan untuk tetapan kesetimbangannya: K c = Jika dipelajari dari arah sebaliknya, PCl 5 g PCl 3 g+ Cl 2 g Maka persamaan tetapan kesetimbangannya: K c = atau K c =

b. Perkalian dengan Faktor Tertentu

Jika persamaan reaksi kesetimbangan dikalikan dengan faktor tertentu, nilai tetapan kesetimbangan yang baru merupakan pangkat dari faktor pengali. Perhatikan contoh berikut: SO 2 g+ 1 2 O 2 g U SO 3 g A Jika persamaan dikalikan dengan faktor 2 maka persamaan reaksi kesetim- bangan menjadi: 2SO 2 g+ O 2 g U 2SO 3 g B Persamaan tetapan kesetimbangan untuk reaksi A dan B berturut- turut sebagai berikut. Harga tetapan kesetimbangannya sebagai berikut. K c = 4 2 3 2 [CH ][H O] [CO][H ] = 3 0,150,15 0,60,3 = 1,,39 Sekilas Kimia Toksisitas CO Manusia, seperti halnya makhluk hidup lainnya membutuhkan oksigen yang diperoleh melalui proses bernapas. Setiap manusia bernapas sekitar 500 mL udara masuk ke dalam paru-paru. Dari nilai tersebut hanya sekitar 3 terlarut dalam darah selebihnya berikatan dengan molekul hemoglobin Hb. Reaksi oksigen dengan hemoglobin merupakan suatu sistem kesetimbangan. Hb + O 2 U HbO 2 Apakah yang terjadi apabila dalam udara yang kita hirup terdapat gas CO? Hemoglobin memiliki afinitas yang lebih besar terhadap CO dibanding O 2 . Akibatnya, sistem kesetimbangan mengalami gangguan berupa pengurangan konsentrasi Hb. Menurut asas Le Chatelier gangguan tersebut akan menyebabkan kesetimbangan bergeser ke arah kiri. Ini berarti, pasokan O 2 kepada sel tubuh berkurang. Apabila keadaan berlanjut dapat menyebabkan kematian. Sumber: Chemistry The Central Science, 2000 CO H 2 CH 4 H 2 O at C M Perubahan C Kstb M 0,75 0,75 – – 0,15 0,45 0,60 0,30 0,15 0,15 Kesetim bangan Kim ia 119 K cA = 3 1 2 2 2 [SO ] [SO ][O ] dan K cB = 2 3 2 2 2 [SO ] [SO ] [O ] = K cA 2 Secara umum dapat dutulis sebagai K c = K c n , n sebagai faktor pengali.

c. Penjumlahan Reaksi Kesetimbangan

Dua atau lebih persaman reaksi kesetimbangan dapat dijumlahkan menjadi satu persamaan. Hal ini dapat dilakukan jika zat-zat dalam sistem reaksi mengandung unsur-unsur yang sama. Perhatikan contoh berikut. a N 2 g + O 2 g U 2NOg K 1 b 2NOg + O 2 g U 2NO 2 g K 2 c N 2 g + 2O 2 g U 2NO 2 g K 3 Persamaan tetapan kesetimbangan untuk ketiga sistem reaksi di atas adalah a K 1 = 2 2 2 2 [ NO ] [ N ] [O ] b K 2 = 2 2 2 2 [ NO ] [ NO ] [ O ] c 2 2 3 2 2 2 [ N O ] K = [ N ] [ O ] Untuk mengetahui hubungan antara K 1 , K 2 , K 3 dapat dilakukan perkalian antara K 1 dan K 2 . K 1 K 2 = 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 [NO ] [NO ] [NO ] × = [N ][O ] [NO ][O ] [N ][O ] Hasil perkalian K 1 dan K 2 tiada lain adalah persamaan tetapan untuk K 3 . Dengan demikian, harga K 3 merupakan hasil perkalian K 1 dan K 2 . Kegiatan Inkuiri Simpulkan dengan kalimat Anda sendiri tentang manipulasi tetapan kesetimbangan, jika persamaan reaksi: a. dibalikkan arahnya, b. dikalikan dengan faktor tertentu, dan c. tahap-tahap reaksi kesetimbangan dijumlahkan. Contoh 5.8 Memanipulasi Tetapan Kesetimbangan Tentukan nilai K c untuk reaksi kesetimbangan: 1 2 N 2 g + 1 2 O 2 g + 1 2 Br 2 g U NOBrg Diketahui: a 2NOg U N 2 g + O 2 g K a = 24 b NOg + 1 2 Br 2 g U NOBrg K b = 1,4 Jawab: Bentuk persamaan reaksi yang ditanyakan adalah setengah dan kebalikan dari persamaan a, serta penjumlahan dengan persamaan b. 1 2 N 2 g + 1 2 O 2 g U NOg NOg + 1 2 Br 2 g U NOBrg 1 2 N 2 g + 1 2 O 2 g + 1 2 Br 2 g U NOBrg