BAB 4

A.

ARTI KESETIMBANGAN

B.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERGESERAN

KESETIMBANGAN

C.

TETAPAN KESETIMBANGAN

D. KESETIMBANGAN KIMIA DALAM INDUSTRI

KESETIMBANGAN KIMIA

4

Dalam kehidupan sehari-hari, sering kita jumpai hal-hal berikut tukang kayu menggunakan water pas, terjadinya hujan dan mainan anak-anak yang terbuat dari dua buah balon, peristiwa tersebut tergolong kesetimbangan. Keberadaan gas CO₂dan O₂di udara juga terjadi kesetimbangan, tetapi mengapa dalam kenyataannya gas CO₂semakin meningkat sehingga menimbulkan efek rumah kaca? Gas Ozon (O₃) di atmosfer diciptakan oleh Tuhan dalam kesetimbangan. Mengapa sekarang diisukan terjadi kerusakan lapisan Ozon.

Setelah mempelajari bab ini Anda diharapkan dapat memahami kesetimbangan dinamis, kesetimbangan homogen dan heterogen, tetapan kesetimbangan dan persamaan kesetimbangan.

Bahan kajian ini juga membahas secara kualitatif dan kuantitatif per-geseran kesetimbangan dan faktor-faktor yang mempengaruhinya. Tetapan

kesetimbangan yang berkaitan dengan konsentrasi zat-zat yang berada dalam keadaan setimbang dan tetapan kesetimbangan yang berkaitan dengan tekanan gas parsial untuk kesetimbangan.

Hubungan antara konsep yang satu dengan konsep yang lain dari kajian kesetimbangan kimia dapat Anda perhatikan pada peta konsep berikut.

Peta konsep kesetimbangan kimia

A. ARTI KESETIMBANGAN

Kesetimbangan Kimia itu bersifat dinamis, apakah maksudnya?

1. Reaksi Dapat Balik dan Tidak Dapat Balik

Dalam peristiwa Kimia, kebanyakan reaksi-reaksi yang terjadi tidak dapat balik (irreversible) seperti peristiwa pembakaran, pembusukan, dan perkaratan. Kayu dibakar menjadi arang dan arang tidak mungkin lagi dapat balik menjadi kayu. Sampah dari bahan-bahan organik seperti daun-daunan, setelah membusuk tidak mungkin secara spontan akan kembali menjadi sampah daun.

Begitu juga logam yang sudah berkarat (terkorosi) tak akan berubah menjadi logamnya tanpa proses tertentu, yang mana proses-proses itu tidak terjadi secara spontan.

Contoh-contoh reaksi kimia yang disebutkan di atas adalah reaksi irreversible(reaksi tidak dapat balik).

yang dipengaruhi oleh perubahan

bersifat mengalami

tekanan ruangan volume

ruangan suhu

konsentrasi

berlangsung dalam

dinamik _tertutupruang pergeseran

KESETIMBANGAN KIMIA

Contoh:

Fe_(s)+ O_{2(g) +}xH₂O_(s)→Fe₂O₃. xH₂O_(s) Fe₂O₃. xH₂O_(s)→Fe_(s)+ O_2(g)+ H₂O₍l₎

Di lain pihak, juga banyak kita jumpai reaksi yang dapat balik (reversible), artinya zat-zat yang sudah bereaksi membentuk zat hasil, zat hasil itu dapat bereaksi kembali membentuk zat pereaksi dan terjadinya secara spontan.

Contoh:

Dalam industri Amonia (NH₃) yang bahan dasarnya gas N₂ dan H₂ terjadi reaksi sebagai berikut.

N_2(g)+ H_2(g)→NH₃.... (1)

NH₃yang terbentuk akan terurai kembali menghasilkan gas N₂dan gas H₂, bila ditulis:

NH_3(g)→ N_2(g)+ H_2(g).... (2)

sehingga bila ke-2 reaksi di atas ditulis, akan menjadi N_2(g)+ 3H_(g)→_←2NH₃(g)

Tanda← →menunjukkkan reaksi dapat balik (reversible) dan tentunya masih banyak contoh-contoh lain yang berhubungan dengan reaksi dapat balik ini. Anda dapat mendiskusikan dengan teman-teman Anda dengan mencari contoh-contoh kejadian yang ada di sekitar.

2. Keadaan Kesetimbangan

Pada reaksi dapat balik (reversible), komponen-komponen yang ada dalam reaksi terjadi pengurangan dan penambahan jumlah (konsentrasi) sehingga suatu saat jumlah (konsentrasi) masing-masing komponen itu tetap. Seperti yang digambarkan pada grafik reaksi A →

←_{B berikut.}

(i) (ii) (iii)

Gambar 4.1 Keadaan kesetimbangan

Pada awal reaksi konsentrasi A (pereaksi) terjadi pengurangan, sebaliknya konsentrasi B (zat hasil) terjadi penambahan pada suatu saat konsentrasi A dan B tetap.

A

B waktu

k o n s t r a s i A

B waktu

k o n s t r a s i A

B waktu

k o n s t r a s i

Ada tiga kemungkinan tetap itu, yaitu:

Kemungkinan 1: Konsentrasi pereaksi [A] labih banyak daripada konsentrasi zat hasil [B], gambar (i)

Kemungkinan 2: Konsentrasi pereaksi [A] sama dengan konsentrasi zat hasil [B], gambar (ii)

Kemungkinan 3: konsentrasi pereaksi [A] lebih sedikit daripada konsentrasi zat hasil [B], gambar (iii)

Suatu keadaan di mana komponen-komponen dalam reaksi tetap, dinamakan "reaksi dalam keadaan setimbang" atau "reaksi dalam keadaan kesetimbangan".

3. Kesetimbangan Dinamis

Pada reaksi reversible yang sudah setimbang, kelihatannya reaksi sudah berhenti (tidak terjadi reaksi lagi). Akan tetapi pada kenyataan-nya secara mikroskopis reaksi tersebut masih berlangsung terus-menerus dengan laju reaksi sama.

Kecepatan reaksi (laju reaksi) ke kanan (ke zat hasil) sama dengan laju reaksi ke kiri (penguraian zat hasil menjadi zat reaktan (pereaksi) (V₁= V₂). Kesetimbangan demikian disebut kesetimbangan dinamis.

V₁ A ←⎯⎯→ B

V₂

Dalam memperoleh gambaran kesetimbangan dinamis dapat kamu lakukan percobaan berikut.

Percobaan 4.1 kesetimbangan dinamis

Isilah tabung A dengan 10 ml larutan KMnO₄ dan tabung B dibiarkan kosong. Masukkan pipa kaca yang berbeda ukuran diameter-nya. Pipa I (diameter besar) ke dalam tabung reaksi A dan Pipa II (diameter kecil) ke dalam tabung reaksi B. Biarkan beberapa saat hingga dalam pipa terisi larutan

KMnO₄ yang permukaannya sama

tingginya dengan larutan KMnO₄ di luar pipa dalam tabung reaksi. Dengan menggunakan ibu jari tutuplah kedua pipa kaca tersebut. Dengan selalu menggunakan pipa kaca I, pindahlah isi tabung A ke dalam tabung B dan sebaliknya!

Lakukan terus-menerus hingga diperoleh keadaan (tinggi larutan) kedua tabung tetap. Dari percobaan di atas apa kesimpulanmu tentang kesetim-bangan dinamis?

4. Jenis-jenis Kesetimbangan

Kesetimbangan dibedakan menjadi kesetimbangan homogen dan kesetimbangan heterogen. Perbedaan ini berdasarkan wujud zat yang ada dalam keadaan setimbang.

a. Kesetimbangan homogen

Kesetimbangan homogen adalah suatu kesetimbangan yang wujud zat-zatnya sama.

Contoh:

N_2(g)+ 3H_2(g)→← 2NH_3(g) Fe3+

(aq)+ SCN-(aq)→← Fe(SCN)2+(aq) b. Kesetimbangan heterogen

Kesetimbangan heterogen adalah suatu kesetimbangan yang wujud zat-zatnya berbeda.

Contoh:

CaCO_3(s)← →CaO_(s)+ CO_2(g) H₂O_(g)→← H₂O₍l₎

PbSO_4(s)+ 2I

-(aq)←→PbI2(s)+ SO42-(aq)

B. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PERGESERAN

KESETIMBANGAN

Kesetimbangan dinamis akan terganggu kesetimbangannya oleh bebe-rapa faktor, yaitu perubahan konsentrasi, perubahan tekanan (untuk sistem kesetimbangan gas), perubahan volum, dan perubahan suhu serta pengaruh katalisator. Seorang ahli Kimia bernama Henry Louis Le

Chatelier (1850 - 1936) berkebangsaan Perancis, pada tahun 1884

menyampaikan pendapatnya yang dikenal dengan "asas Le Chatelier". Asas ini berbunyi: "Jika terhadap suatu sistem kesetimbangan dilakukan suatu aksi (tindakan) maka sistem kesetimbangan tersebut akan melakukan reaksi (pergeseran) untuk mengurangi pengaruh aksi tersebut."

Berikut penjelasan azas Le Chatelier yang dirangkum dalam faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan.

1. Perubahan Konsentrasi

Sesuai dengan asas le Chatelier, jika konsentrasi zat berubah, maka kesetimbangan akan bergeser untuk mengurangi pengaruh perubahan tersebut, sehingga membentuk kesetimbangan yang baru. Dalam mengubah konsentrasi dapat dilakukan cara berikut.

- Jika konsentrasi zat diperbesar (ditambah) maka kesetimbangan bergeser dari arah zat tersebut.

- Jika konsentrasi zat diperkecil (dikurangi) maka kesetimbangan bergeser ke arah zat tersebut.

Contoh soal 4.1

Simak reaksi berikut:

N_2(g)+ 3H_2(g) →_← 2NH_3(g)

ke arah mana reaksi akar bergeser jika a. gas NH₃yang terjadi dipisahkan b. gas N₂ditambah

Jawab:

a. Jika gas NH₃ yang terjadi dipisahkan, berarti konsentrasi NH₃ berkurang, maka reaksi bergeser ke arah NH₃(kanan)

b. Jika gas N₂ bertambah, berarti, konsentrasi N₂ bertambah, maka reaksi bergeser dari gas N₂(kiri) ke kanan (gas NH₃bertambah) Dalam memahami pengaruh konsentrasi terhadap reaksi kesetim-bangan, kita dapat mengamati reaksi kesetimbangan antara ion besi (III) yang berwarna kuning jingga, ion SCN-_{tidak berwarna dan ion Fe} SCN2+_{berwarna merah darah.}

Fe3+

(aq)+ SCN- →← FeSCN2+

Percobaan 4.2 Pengaruh Konsentrasi

Masukkan 25 ml air suling ke dalam gelas kimia, kemudian tambahkan 2 tetes larutan KSCN 1 M dan 2 tetes larutan FeCl 1 M. Aduklah larutan sam-pai homogen, kemudian bagilahlarutan itu sama banyak ke dalam 4 tabung reaksi. Tabung pertama digunakan sebagai pembanding. Tambahkan:

a. 1 tetes larutan KSCN pekat ke dalam tabung reaksi ke-2 b. 1 tetes larutan FeCl₃pekat ke dalam tabung reaksi ke-3 c. 1 tetes larutan NaOH 1 M ke dalam tabung reaksi ke-4

(larutan NaOH mengandung ion Na+_{dan ion OH}-_{, ion OH}-_{akan mengikat}

ion Fe3+_{membentuk endapan Fe(OH)} 3)

Guncangkan ketiga tabung tersebut dan bandingkan warnanya dengan tabung reaksi yang pertama. Perhatikan tabung reaksi ke-2, 3, dan 4!

Apa pengaruh penambahan larutan KSCN pada tabung reaksi ke-2? Apa pengaruh penambahan larutan KSCN pada tabung reaksi ke-3 Apa pengaruh penambahan larutan KSCN pada tabung reaksi ke-4

Buatlah kesimpulan berdasarkan hasil pengamatan tentang pengaruh konsen-trasi pada reaksi kesetimbangan.

2. Perubahan Tekanan

Pengaruh perubahan tekanan pada reaksi keseimbangan hanya berlaku untuk reaksi-reaksi yang berwujud gas. Sesuai dengan asas le Chatelier, jika tekanan suatu sistem diubah, maka sistem akan mengurangi pengaruh perubahan tekanan dengan cara menggeser kesetimbangan. - Jika tekanan diperbesar (volum di perkecil), maka konsentrasi zat

menjadi semakin besar. Dalam mengurangi tekanan maka reaksi bergeser ke jumlah mol gas yang kecil.

- Jika tekanan diperkecil (volum diperbesar), maka konsentrasi zat menjadi semakin kecil. Dalam menambah tekanan, reaksi akan bergeser ke jumlah mol gas yang lebih besar.

Gambar 4.2 Contoh:

Pada reaksi: N_2(g)+ 3H_2(g) →_← 2NH_3(g)

∑mol gas = 4 ∑mol gas = 2

- penambahan tekanan mengakibatkan reaksi bergeser ke kanan (mol gas lebih kecil)

H2

NH3

kesetimbangan volume di perkecil

tekanan diperbesar kesetimbangan baru

H2

NH3

A B C D 25 ml

2 tetes

KSCN IM 2 tetesFeCl3 IM

FeCl IM

NaOH IM

25 ml

KSCN IM

- pengurangan tekanan mengakibatkan reaksi bergeser ke kiri (mol gas lebih besar).

Pada reaksi: N_2(g)+ O_2(g) →_← 2NO_(g)

∑mol gas = 2 ∑mol gas = 2

jumlah mol gas ruas kiri dan ruas kanan sama, maka perubahan tekanan tidak mempengaruhi/mengakibatkan pergeseran.

3. Perubahan Suhu

Sesuai dengan asas le Chatelier, jika suhu sistem pada reaksi kesetim-bangan dinaikkan, maka sistem akan menurunkan suhu dengan cara memberikan kalor pada pihak yang memerlukan kalor (endoterm). Jika suhu diturunkan, maka reaksi akan bergeser ke reaksi eksoterm.

Contoh:

Pada reaksi kesetimbangan:

N_2(g)+ 3H_2(g) →_← 2NH_3(g), DH = -92 Kj

Ke arah mana kesetimbangan bergeser jika suhu dinaikkan dan suhu diturunkan?

Jawab:

- jika suhu dinaikkan, reaksi bergeser ke reaksi endoterm (ke kiri) - jika suhu diturunkan, reaksi bergeser ke reaksi eksoterm (ke kanan).

4. Pengaruh Katalisator

Suatu katalis akan memperbesar laju reaksi dengan cara menurun-kan energi pengaktifan. Hal ini berarti pada reaksi kesetimbangan, katalis akan mempercepat reaksi maju maupun reaksi balik, sehingga mempercepat tercapainya kesetimbangan.

Jadi, katalis berfungsi mempercepat tercapainya kesetimbangan, tetapi tidak bisa menggeser kesetimbangan sekaligus tidak mem-pengaruhi jumlah produk yang dihasil

C. TETAPAN KESETIMBANGAN

1. Hukum Kesetimbangan

Pada tahun 1864, Cato Maximillian Gulberg dan Peter Waage

menemukan adanya hubungan yang tetap antara konsentrasi komponen-komponen dalam kesetimbangan yang dikenal dengan

hukum kesetimbangan:

"Pada suhu tertentu, hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat reaktan yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisiennya akan menghasilkan suatu bilangan tetap."

Misal: aA + bB← →cC + dD

di mana:

K_c = tetapan kesetimbangan untuk konsentrasi [ ] = tanda konsentrasi

a, b, c, d = koefisien reaksi

2. Tetapan Kesetimbangan Konsentrasi (K

_c

)

a. Reaksi kesetimbangan homogen

Contoh:

N_2(g)+ 3H_2(g)→← 2NH_3(g)

Satuan K_c tergantung pada rumus K_cnya. Untuk rumus K_c di atas, satuan K_cadalah:

b. Reaksi kesetimbangan heterogen

Pada kesetimbangan heterogen, komponen yang berwujud zat padat murni atau zat cair murni tidak mempengaruhi kesetimba-ngan sehingga tidak disertakan dalam persamaan tetapan kesetimbangan.

Contoh:

- BiCl_3(aq)+ H₂O₍l₎← →BiOCl_(s)+ 2HCl_(aq)

- 3Fe_(s)+ 4H₂O_(g)→← Fe₃O_4(s)+ 4H_2(g)

K H

H O

c = [ ]

[ ]

2 4 2 4

K HCl

BiCl

c =_[[ ]_] 2 3

K M

M M M M

c= = = − 2

2 3 3

3

1

K NH

N H

c= [ ]

[ ][ ]

3 2 2 2 3

K C D

A B

c

c d a b

=[ ] [ ]

3. Tetapan Kesetimbangan Tekanan Parsial (Kp)

Tetapan kesetimbangan untuk sistem kesetimbangan gas dapat dinyatakan berdasarkan tekanan parsial gas. Oleh karena yang mem-pengaruhi tekanan adalah fase gas maka perhitungan dilakukan hanya untuk fase gas baik kesetimbangan homogen maupun kesetimbangan heterogen.

a. Reaksi kesetimbangan homogen

Reaksi kesetimbangan homogen secara umum: aA_(g)+ bB_(g)→_← cC_(g)+ dD_(g)

di mana:

Kp = tetapan kesetimbangan tekanan p_A = tekanan parsial A

p_B = tekanan parsial B p_C = tekanan parsial C p_D = tekanan parsial D a, b, c, d = koefisien reaksi Contoh

N_2(g)+ 3H_2(g)→← 2NH_3(g)

b. Reaksi kesetimbangan heterogen

Dalam kesetimbangan heterogen, yang masuk dalam perhitungan hanya yang berwujud gas saja.

CaO_(s)+ SO_2(g)← → CaSO_3(s)

4. Hubungan K

_c

dan K

_p Dari persamaan gas ideal: PV = nRT

P n

VRT

=

K

pSO

P= 1 2

( )

K NH

N H

P P P P

= ( )

( )( )

3 2 2 2 3

K p p

p p

p C c

D d A a B b

=( ) ( )

Keterangan: P = tekanan R = tetapan gas T = suhu

= M (molaritas), maka P = MRT

Untuk reaksi kesetimbangan aA_(g)+ bB_(g) →_← cC_(g)+ dD_(g)

Keterangan: p_A= [A]RT p_C= [C]RT p_B= [B]RT p_D= [D]RT maka:

Ketarangan:

Kp = tetapan kesetimbangan tekanan parsial Kc = tetapan kesetimbangan konsentrasi R = tetapan gas = 0,08205 liter atm mol-1_K-1 T = suhu (o_K)

∆n = koefisien hasil – koefisien reaktan Contoh:

2SO_3(g) →← 2SO_2(g)+ O_2(g) Kp = Kc(RT)(2+1)–2

Kp = K_C. RT

5. Kesetimbangan Disosiasi

Disosiasi adalah penguraian suatu senyawa menjadi zat lain yang lebih sederhana

Kp p p

p p

Kp C RT D RT

A RT B RT

Kp C D

A B

RT RT Kp Kc

Kp Kc

C c D d A a B b

c d a b c d

a b

c d a b

= = = = =

+ +

( ) ( )

( ) ( )

([ ] ) ([ ] ) ([ ] ) ([ ] ) [ ] [ ]

[ ] [ ]

( )

( )

( (

. . RT)

RT)

(c+d)–(a+b) n

∆

n V

Contoh:

2NH_3(g)→_← N_2(g)+ 3H_2(g) 2HI_(g)→_← H_2(g)+ I_2(g)

Derajat disosiasi (α) adalah perbandingan jumlah mol zat yang terurai dengan jumlah mol zat mula-mula.

Harga derajat disosiasi antara 0 sampai dengan 1 (0 < α< 1) 1. Bila α= 0 artinya zat tidak terdisosiasi zat

2. Bila α= 1, artinya zat terdisosiasi sempurna

Contoh soal 4.2

1. Dalam ruang 2 liter dimasukkan 0,8 mol gas HI sehingga terurai menurut persamaan reaksi kesetimbangan:

2HI_(g) ← → H_2(g)+ I_2(g)

Jika dalam keadaan setimbang gas I₂yang terbentuk 0,2 mol a. Tentukan harga tetapan kesetimbangan Kc!

b. Jika pada suhu tetap dimasukkan 0,4 mol gas HI, tentukan komposisi gas pada keadaan setimbang!

Jawab:

a. Reaksi: 2HI_(g) →← H_2(g) + I_2(g) mula-mula 0,8 mol

bereaksi 0,4 mol 0,2 mol 0,2 mol Kesetimbangan 0,4 mol 0,2 mol 0,2 mol

[ ]

0,2 M 0,1 M 0,1 M

Kc H I

HI

= = = =

[ ][ ]

[ ]

, ( , )

, , ,

2 2 2

2

0 1 0 2 0 01 0 04 0 25

. 0,1

0 2 2 ,

M 0 2

2 ,

M 0 4

2 ,

M

α = jumlah mol zat yang terdisosiasi

b. Reaksi: 2HI_(g) →← H_2(g) + I_2(g) mula-mula 0,4 mol + 0,4 mol 0,2 mol 0,2 mol

bereaksi 2x mol x mol x mol

Kesetimbangan (0,8–2x) mol (0,2–x) mol (0,2+x) mol [ ]

Jadi susunan gas dalam kesetimbangan baru adalah:

2. Dalam ruangan tertutup yang volumenya 5 liter, 5 mol amoniak terurai sebanyak 40% menurut reaksi:

2NH_3(g)←→ N_2(g)+ 3H_2(g)

Dalam keadaan setimbang, tekanan total adalah 7 atmosfer. Tentukan harga tetapan kesetimbangan tekanan parsial!

[ ] , – , – , [ ] [ ] , , , HI x

I H x

= = = = = + = =

0 8 2 2 0 8 2 0 3 0 2 2 0 2 0 15 2 2 . 0,1 2 M + 0,1 2 M

Kc H I

HI pada tetap

x x x x x x x x x = → = ₋ = − = + − − = + − = + = = [ ][ ] [ ] ( ( ( ( ( , ) , , , , ( , ) , , , , , 2 2 2 2 2

0 8 2 2

0 5 0 2

0 8 2

0 5 0 8 2 0 2

0 4 0 2

0 2 2

0 1

suhu tetap harga K 0, 2 + x

2 ) .

0, 2 + x

2 )

0, 8 2x

2 )

0, 2 + x

2 )

c

2

0 2 2 , +x

M 0 2

2 , +x

M 0 8 2

2 , – x

Jawab:

Reaksi: 2NH_3(g) →_← N_2(g) + 3H_2(g) mula-mula 5 mol

bereaksi 5 x 40%= 2 mol 1 mol 3 mol

Kesetimbangan 3 mol 1 mol 3 mol = 7 mol

3. Diketahui reaksi kesetimbangan: 2SO_3(g)→_← 2SO_2(g)+ O_2(g)

Harga Kc pada suhu 427o_{C = 0,5 M dan tetapan gas adalah 0,082} liter atm mol-1_K-1_{. Tentukan harga Kp!}

Jawab:

2SO_3(g)→_← 2SO_2(g)+ O_2(g) ∆n = (2 + 1) – 2 = 1

Kp = Kc . (RT)∆n_{= 0,5 . (0,082 . 700) = 28,7 atm}

4. Dalam ruangan bervolum 1 liter terdapat kesetimbangan gas-gas menurut reaksi:

NH₄Cl_(g)→_← NH_3(g)+ HCl_(g)

Pada saat tercapai kesetimbangan, susunan gas tersebut adalah 50 mol NH₄Cl 20 mol NH₃dan 20 mol HCl. Tentukan derajat disosiasi NH₄Cl!

Jawab:

Reaksi: NH₄Cl_{(g) ←}→ NH_3(g) + HCl_(g) mula-mula 70 mol

bereaksi 20 mol 20 mol 20 mol

Kesetimbangan 50 mol 20 mol 20 mol

α = = =

mol zat bereaksi mol mula - mula 70

20 2 7

Kp P P

P

N H NH

2 2

3

1 3

3 3

3 2 3 2

= = =

. atm2

( )( )

( )

( ) ( ) p

p p

NH

N

H

3

2

2

3 7 1 7 3 7

3

= = =

. 7 = 3 atm . 7 = 1 atm . 7 = 3 atm

D. KESETIMBANGAN KIMIA DALAM INDUSTRI

Penerapan prinsip kesetimbangan bisa kita lihat dalam industri pem-buatan amonia dan asam sulfat berikut.

1. Pembuatan amonia menurut proses Haber Bosch

Amonia dapat dibuat sesuai persamaan reaksi berikut. N_2(g)+ 3H_2(g)→_{← 2}NH_3(g) ∆H = -92 kJ

Agar menghasilkan amonia sebanyak mungkin maka reaksi harus bergeser ke kanan. Agar reaksi bergeser ke kanan maka:

a. NH₃ yang terbentuk harus segera dipisahkan dengan cara pengembunan

b. volum diperkecil dan tekanan diperbesar

c. suhu diturunkan, suhu optimum yang digunakan ± 500o_C d. digunakan katalisator besi oksida

2. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak

Reaksi-reaksi yang terjadi pada pembuatan asam sulfat sebagai berikut. a. S_(s)+ O₂→SO_2(g)

b.

c. SO_3(s)+ H₂SO_4(aq)→H₂S₂O₇₍l₎ d. H₂S₂O₇₍l₎+ H₂O₍l₎→2H₂SO_4(aq)

Menurut reaksi kedua (kesetimbangan) agar diperoleh hasil sebanyak mungkin dapat dilakukan dengan cara:

a. suhu diturunkan, suhu optimum yang digunakan ± 500o_C

b. katalisator yang digunakan V₂O₅ penggunaan katalistaor untuk mempercepat reaksi.

1. Jelaskan pengertian kesetimbangan?

2. Sebutkan tiga faktor yang mempengaruhi kesetimbangan dan jelaskan! 3. Kondisi yang bagaimana yang dibutuhkan pada pembuatan amoniak

(proses Haber) agar diperoleh hasil yang optimal? Jelaskan!

2 _{2 2}

500

2 5

SO _g O _g

V O

C

o

( )+ ( )

⎯⎯⎯→

←⎯⎯⎯⎯ 2SO H = -196 kJ3 ∆

- Reaksi irreversibel adalah reaksi yang berlangsung satu arah

- Reaksi reversibel adalah reaksi yang berlangsung dua arah

- Ciri-ciri kesetimbangan dinamis:

- reaksi berlangsung dalam dua arah yang berlawanan

- tidak terjadi perubahan makroskopis, tetapi perubahan mikroskopis tetap berlangsung.

- reaksi berlangsung terus-menerus - reaksi terjadi dalam ruang tertutup - laju reaksi ke kanan sama dengan laju

reaksi ke kiri

- Faktor-faktor yang mempengaruhi perge-seran kesetimbangan antara lain:

- konsentrasi - volum/tekanan - temperatur - katalisator

- Hukum kesetimbangan

Hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat pereaksi yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya akan menghasilkan bilangan tetap. aA_(g)+ bB_(g)→_← cC_(g)+ dD_(g)

- Untuk kesetimbangan heterogen, kompo-nen yang berwujud zat padat murni atau zat cair murni tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan dan tidak

di-Kc C D

A B

Kp P P

P P

c d a b

C c D d A a B b

= =

[ ] [ ] [ ] [ ]

( ) ( )

( ) ( )

Kesetimbangan kimia Reversible

Kesetimbangan dinamis, Kesetimbangan homogen Kesetimbangan heterogen Irreversible

Tetapan kesetimbangan konsentrasi (K_C) Tetapan kesetimbagan

tekanan parsial (K_p) Keadaan kesetimbangan Kesetimbangan dissosiasi Derajat dissosiasi

Proses Haber Bosch Proses kontak Asas le Chatelier

RANGKUMAN

KK

KK

aa

aa

tt

tt

aa

aa

KK

KK

uu

uu

nn

I. Silanglah (x) huruf a, b, c, d, atau e pada jawaban yang tepat!

sertakan dalam persamaan tetapan kese-timbangan.

- Hubungan Kc dan Kp Kp = Kc . (RT)∆n

- Harga Kc tetap bila suhu tetap

- Disosiasi adalah peristiwa penguraian suatu senyawa menjadi zat lain yang lebih sederhana

- Derajat disosiasi (α) adalah perbandingan jumlah mol zat yang terdisosiasi dengan jumlah mol zat mula-mula

Harga 0 < α< 1

1. Suatu reaksi reversibel menca-pai kesetimbangan apabila .... a. jumlah mol zat-zat di

sebe-lah kiri sama dengan jumsebe-lah mol zat-sat di sebelah kanan b. reaksi telah berhenti

c. laju reaksi ke kiri sama den-gan laju reaksi ke kanan d. jumlah massa zat hasil

reak-si sama dengan jumlah massa zat-zat pereaksi e. salah satu pereaksi telah

habis bereaksi

2. Harga tetapan kesetimbangan Kc dipengaruhi oleh ....

a. suhu b. volum c. tekanan d. konsentrasi e. katalisator

3. Di antara persamaan reaksi kesetimbangan di bawah ini kesetimbangan yang bergeser ke kanan jika tekanan diperbe-sar adalah ....

a. 2HI_(g)←→ H_2(g)+ I_2(g) b. N₂O_4(g)→_← 2NO_2(g)

c. CaCO_3(s)→_← CaO_(s)+ CO_2(g) d. 2NO_(g)+ O_2(g)→_← 2NO_2(g) e. S_(s)+ O_2(g)←→ SO_2(g)

ELATIHAN SOAL

P

P

4. Ditentukan reaksi kesetimbang-an: CO_(g) + 3H_{2(g) ←}→ CH_4(g) + H₂O_(g)

Bila pada suhu tetap volume sistem diperkecil maka .... a. kesetimbangan bergeser ke

kanan dan harga Kc makin besar

b. kesetimbangan bergeser ke kanan dan harga Kc makin kecil

c. kesetimbangan bergeser ke kanan dan harga Kc tetap d. kesetimbangan bergeser ke

kiri dan harga Kc makin besar

e. kesetimbangan bergeser ke kiri dan Kc makin kecil 5. Pada suhu 458o_{C harga tetapan}

kesetimbangan untuk reaksi: H_2(g)+ I_2(g)→_← 2HI_(g)adalah 49 Bila pada suhu tetap dalam ruang bervolum 10 liter dima-sukkan campuran gas-gas yang terdiri atas 2 mol H₂, 2 mol I₂, dan 4 mol HI maka campuran tersebut ....

a. setimbang b. bergeser ke kiri c. bergeser ke kanan d. tidak bergeser

e. tidak dapat ditentukan 6. Pada pemanasan kalsium

hidrogen karbonat menurut reaksi: Ca(HCO₃)_2(s) →_← CaO_(s) + H₂O_(g)+ 2CO_2(g)

Jika setelah setimbang tekanan total adalah 3 atm maka harga tetapan kesetimbangan tekanan parsial (Kp) adalah ....

a. 1 atm3 b. 2 atm3 c. 3 atm3 d. 4 atm3 e. 5 atm3

7. Dalam volum 5 liter dipanaskan 5,1 gram gas amo-nia (Mr = 17) sampai suhu 350o_{C hingga terdisosiasi} menurut persamaan:

2NH_3(g)→_← N_2(g)+ 3H_2(g)

Jika pada keadaan setimbang dalam ruang terdapat 0,075 mol gas nitrogen maka gas amonia yang telah terdisosiasi adalah ....

a. 15% d. 50%

b. 25% e. 75%

c. 40%

8. 0,1 mol lantanum oksalat, La₂(C₂O₄) diletakkan dalam ruang hampa 10 liter dan dib-iarkan terurai hingga mencapai kesetimbangan:

La₂(C₂O₄)_3(s) →_← La₂(O₃)_(s) + 3CO_(g) + 3CO_2(g) pada suhu tetap.

Jika dalam keadaan setimbang ini tekanan total dalam ruang tersebut adalah 0,2 atm maka tetapan kesetimbangan Kp bagi reaksi di atas sama dengan .... a. 6,4 x 10-5_atm6

b. 1,0 x 10-6_atm6 c. 4,0 x 10-2_atm6 d. 1,0 x 10-2_atm2 e. 1,3 x 10-9_atm-6

9. Pada suhu tertentu konsentrasi kesetimbangan dari zat-zat dalam reaksi:

A_(g)+ B_(g)→_← C_(g)+ D_(g)

adalah: [A] = [B] = 0,1 molar dan [C] = [D] = 0,2 molar Pada suhu yang sama 0,2 molar A, 0,2 molar B, 0,3 molar C dan 0,3 molar D, dimasukkan ke dalam suatu ruang hampa, kon-sentrasi zat A setelah tercapai kesetimbangan adalah .... a. 0,1 molar d. 0,13 molar b. 0,2 molar e. 0,167 molar c. 0,033 molar

10. Konstanta kesetimbangan K untuk reaksi: 2SO_2(g) + O_2(g) →_← 2SO_3(g)adalah 1600

Pada temperatur yang sama, harga konstanta kesetimbangan dari reaksi:

SO_3(g→_← SO_2(g)+1⁄

2O2(g)ialah ....

a. d. 30

b. e. 40

c. 1

50 1 40

1 30

II. Kerjakan soal-soal berikut ini!

1. Ditentukan reaksi kesetimbangan BiCl_3(aq)+ H₂O₍l₎→← BiOCl_(s)+ 2HCl_(aq)

a. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah air? Jelaskan!

b. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah NaOH? Jelaskan!

c. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah BiOCl? Jelaskan!

2. Tuliskan persamaan kesetimbangan (Kc dan Kp) untuk reaksi kesetim-bangan berikut.

a. 2HI_(g)←→ H_2(g)+ I_2(g) b. N₂O_4(g)→_← 2NO_2(g) c. 2H₂O₍l₎→← 2H_2(g)+ O_2(g)

d. 2H₂S_(g)+ 3O_2(g)→_{← 2}H₂O_(g)+ 2SO_2(g) e. Na₂CO_3(s)+ SO_2(g)+1⁄

3. Tuliskan persamaan reaksi homogen untuk rumus berikut.

a. c.

b. d.

4. Pada suhu 227o_{C, 20% gas HI telah terdisosiasi menurut persamaan} reaksi:

2HI_(g)→_← H_2(g)+ I_2(g)

Jika dalam ruang bervolum 5 liter pada suhu tersebut telah dimasukkan 1 mol gas HI dan diketahui tetapan gas = 0,082 liter atm mol-1_K-1_.

a. Tentukan susunan gas-gas dalam keadaan setimbang pada suhu tersebut!

b. Tentukan harga Kc! c. Tentukan harga Kp!

5. Pada suhu tertentu dalam ruang 4 liter dipanaskan 80 gram gas SO₃(Mr = 80) sehingga sebagian terurai membentuk gas SO₂dan gas O₂ menu-rut reaksi:

2SO_3(g)→_← 2SO_2(g)+ O_2(g)

Pada saat kesetimbangan tercapai, perbandingan jumlah mol gas SO₃ dengan O₂adalah 2 : 3.

a. Tentukan derajat disosiasi SO₃! b. Tentukan persen SO₃yang terurai!

c. Tentukan susunan gas-gas setelah disosiasi!

Kp P

P P

NOBr NO Br

= ( )

( ) ( )

2 2

2

Kc H O Br

HBr O

=[ ] [ ]

[ ] [ ]

2 2 2 2 4

2

Kp P

P P

NO NO O

= ( )

( ) ( )

2

2

2 2

Kc H I

HI

=[ ][ ]

[ ]

2 2 2

D. KESETIMBANGAN KIMIA DALAM INDUSTRI

Penerapan prinsip kesetimbangan bisa kita lihat dalam industri pem-buatan amonia dan asam sulfat berikut.

1. Pembuatan amonia menurut proses Haber Bosch

Amonia dapat dibuat sesuai persamaan reaksi berikut. N_2(g)+ 3H_2(g)→_{← 2}NH_3(g) ∆H = -92 kJ

Agar menghasilkan amonia sebanyak mungkin maka reaksi harus bergeser ke kanan. Agar reaksi bergeser ke kanan maka:

a. NH₃ yang terbentuk harus segera dipisahkan dengan cara pengembunan

b. volum diperkecil dan tekanan diperbesar

c. suhu diturunkan, suhu optimum yang digunakan ± 500o_C

d. digunakan katalisator besi oksida

2. Pembuatan asam sulfat menurut proses kontak

Reaksi-reaksi yang terjadi pada pembuatan asam sulfat sebagai berikut. a. S_(s)+ O₂→SO_2(g)

b.

c. SO_3(s)+ H₂SO_4(aq)→H₂S₂O₇₍l₎

d. H₂S₂O₇₍l₎+ H₂O₍l₎→2H₂SO_4(aq)

Menurut reaksi kedua (kesetimbangan) agar diperoleh hasil sebanyak mungkin dapat dilakukan dengan cara:

a. suhu diturunkan, suhu optimum yang digunakan ± 500o_C

b. katalisator yang digunakan V₂O₅ penggunaan katalistaor untuk mempercepat reaksi.

1. Jelaskan pengertian kesetimbangan?

2. Sebutkan tiga faktor yang mempengaruhi kesetimbangan dan jelaskan! 3. Kondisi yang bagaimana yang dibutuhkan pada pembuatan amoniak

(proses Haber) agar diperoleh hasil yang optimal? Jelaskan!

2 _{2 2}

500

2 5 SO _g O _g

V O

C

o

( )+ ( )

⎯⎯⎯→

←⎯⎯⎯⎯ 2SO H = -196 kJ3 ∆

- Reaksi irreversibel adalah reaksi yang berlangsung satu arah

- Reaksi reversibel adalah reaksi yang berlangsung dua arah

- Ciri-ciri kesetimbangan dinamis:

- reaksi berlangsung dalam dua arah yang berlawanan

- tidak terjadi perubahan makroskopis, tetapi perubahan mikroskopis tetap berlangsung.

- reaksi berlangsung terus-menerus - reaksi terjadi dalam ruang tertutup - laju reaksi ke kanan sama dengan laju

reaksi ke kiri

- Faktor-faktor yang mempengaruhi perge-seran kesetimbangan antara lain:

- konsentrasi - volum/tekanan - temperatur - katalisator

- Hukum kesetimbangan

Hasil kali konsentrasi zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi zat-zat pereaksi yang masing-masing dipangkatkan dengan koefisien reaksinya akan menghasilkan bilangan tetap. aA_(g)+ bB_(g)→_← cC_(g)+ dD_(g)

- Untuk kesetimbangan heterogen, kompo-nen yang berwujud zat padat murni atau zat cair murni tidak mempengaruhi pergeseran kesetimbangan dan tidak

di-Kc C D A B

Kp P P

P P

c d a b C c D d A a B b =

=

[ ] [ ] [ ] [ ]

( ) ( ) ( ) ( )

Kesetimbangan kimia Reversible

Kesetimbangan dinamis, Kesetimbangan homogen Kesetimbangan heterogen Irreversible

Tetapan kesetimbangan konsentrasi (K_C) Tetapan kesetimbagan

tekanan parsial (K_p) Keadaan kesetimbangan Kesetimbangan dissosiasi Derajat dissosiasi

Proses Haber Bosch Proses kontak Asas le Chatelier

RANGKUMAN

KK

KK

aa

aa

tt

tt

aa

aa

KK

KK

uu

uu

nn

I. Silanglah (x) huruf a, b, c, d, atau e pada jawaban yang tepat!

sertakan dalam persamaan tetapan kese-timbangan.

- Hubungan Kc dan Kp Kp = Kc . (RT)∆n

- Harga Kc tetap bila suhu tetap

- Disosiasi adalah peristiwa penguraian suatu senyawa menjadi zat lain yang lebih sederhana

- Derajat disosiasi (α) adalah perbandingan jumlah mol zat yang terdisosiasi dengan jumlah mol zat mula-mula

Harga 0 < α< 1

1. Suatu reaksi reversibel menca-pai kesetimbangan apabila .... a. jumlah mol zat-zat di

sebe-lah kiri sama dengan jumsebe-lah mol zat-sat di sebelah kanan b. reaksi telah berhenti

c. laju reaksi ke kiri sama den-gan laju reaksi ke kanan d. jumlah massa zat hasil

reak-si sama dengan jumlah massa zat-zat pereaksi e. salah satu pereaksi telah

habis bereaksi

2. Harga tetapan kesetimbangan Kc dipengaruhi oleh ....

a. suhu b. volum c. tekanan d. konsentrasi e. katalisator

3. Di antara persamaan reaksi kesetimbangan di bawah ini kesetimbangan yang bergeser ke kanan jika tekanan diperbe-sar adalah ....

a. 2HI_(g)←→ H_2(g)+ I_2(g) b. N₂O_4(g)→_← 2NO_2(g)

c. CaCO_3(s)→_← CaO_(s)+ CO_2(g) d. 2NO_(g)+ O_2(g)→_← 2NO_2(g) e. S_(s)+ O_2(g)←→ SO_2(g)

ELATIHAN SOAL

P

P

4. Ditentukan reaksi kesetimbang-an: CO_(g) + 3H_{2(g) ←}→ CH_4(g) + H₂O_(g)

Bila pada suhu tetap volume sistem diperkecil maka .... a. kesetimbangan bergeser ke

kanan dan harga Kc makin besar

b. kesetimbangan bergeser ke kanan dan harga Kc makin kecil

c. kesetimbangan bergeser ke kanan dan harga Kc tetap d. kesetimbangan bergeser ke

kiri dan harga Kc makin besar

e. kesetimbangan bergeser ke kiri dan Kc makin kecil 5. Pada suhu 458o_{C harga tetapan}

kesetimbangan untuk reaksi: H_2(g)+ I_2(g)→_← 2HI_(g)adalah 49 Bila pada suhu tetap dalam ruang bervolum 10 liter dima-sukkan campuran gas-gas yang terdiri atas 2 mol H₂, 2 mol I₂, dan 4 mol HI maka campuran tersebut ....

a. setimbang b. bergeser ke kiri c. bergeser ke kanan d. tidak bergeser

e. tidak dapat ditentukan 6. Pada pemanasan kalsium

hidrogen karbonat menurut reaksi: Ca(HCO₃)_2(s) →_← CaO_(s) + H₂O_(g)+ 2CO_2(g)

Jika setelah setimbang tekanan total adalah 3 atm maka harga tetapan kesetimbangan tekanan parsial (Kp) adalah ....

a. 1 atm3

b. 2 atm3

c. 3 atm3

d. 4 atm3

e. 5 atm3

7. Dalam volum 5 liter dipanaskan 5,1 gram gas amo-nia (Mr = 17) sampai suhu 350o_{C hingga terdisosiasi}

menurut persamaan: 2NH_3(g)→_← N_2(g)+ 3H_2(g)

Jika pada keadaan setimbang dalam ruang terdapat 0,075 mol gas nitrogen maka gas amonia yang telah terdisosiasi adalah ....

a. 15% d. 50% b. 25% e. 75% c. 40%

8. 0,1 mol lantanum oksalat, La₂(C₂O₄) diletakkan dalam ruang hampa 10 liter dan dib-iarkan terurai hingga mencapai kesetimbangan:

La₂(C₂O₄)_3(s) →_← La₂(O₃)_(s) + 3CO_(g) + 3CO_2(g) pada suhu tetap.

Jika dalam keadaan setimbang ini tekanan total dalam ruang tersebut adalah 0,2 atm maka tetapan kesetimbangan Kp bagi reaksi di atas sama dengan .... a. 6,4 x 10-5_atm6

b. 1,0 x 10-6_atm6

c. 4,0 x 10-2_atm6

d. 1,0 x 10-2_atm2

9. Pada suhu tertentu konsentrasi kesetimbangan dari zat-zat dalam reaksi:

A_(g)+ B_(g)→_← C_(g)+ D_(g)

adalah: [A] = [B] = 0,1 molar dan [C] = [D] = 0,2 molar Pada suhu yang sama 0,2 molar A, 0,2 molar B, 0,3 molar C dan 0,3 molar D, dimasukkan ke dalam suatu ruang hampa, kon-sentrasi zat A setelah tercapai kesetimbangan adalah .... a. 0,1 molar d. 0,13 molar b. 0,2 molar e. 0,167 molar c. 0,033 molar

10. Konstanta kesetimbangan K untuk reaksi: 2SO_2(g) + O_2(g) →_← 2SO_3(g)adalah 1600

Pada temperatur yang sama, harga konstanta kesetimbangan dari reaksi:

SO_3(g→_← SO_2(g)+1⁄

2O2(g)ialah ....

a. d. 30

b. e. 40

c. 1

50 1 40

1 30

II. Kerjakan soal-soal berikut ini!

1. Ditentukan reaksi kesetimbangan BiCl_3(aq)+ H₂O₍l₎→← BiOCl_(s)+ 2HCl_(aq)

a. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah air? Jelaskan!

b. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah NaOH? Jelaskan!

c. Ke arah manakah kesetimbangan bergeser jika pada suhu tetap ditambah BiOCl? Jelaskan!

2. Tuliskan persamaan kesetimbangan (Kc dan Kp) untuk reaksi kesetim-bangan berikut.

a. 2HI_(g)←→ H_2(g)+ I_2(g) b. N₂O_4(g)→_← 2NO_2(g) c. 2H₂O₍l₎→← 2H_2(g)+ O_2(g)

d. 2H₂S_(g)+ 3O_2(g)→_{← 2}H₂O_(g)+ 2SO_2(g) e. Na₂CO_3(s)+ SO_2(g)+1⁄

3. Tuliskan persamaan reaksi homogen untuk rumus berikut.

a. c.

b. d.

4. Pada suhu 227o_{C, 20% gas HI telah terdisosiasi menurut persamaan}

reaksi:

2HI_(g)→_← H_2(g)+ I_2(g)

Jika dalam ruang bervolum 5 liter pada suhu tersebut telah dimasukkan 1 mol gas HI dan diketahui tetapan gas = 0,082 liter atm mol-1_K-1_.

a. Tentukan susunan gas-gas dalam keadaan setimbang pada suhu tersebut!

b. Tentukan harga Kc! c. Tentukan harga Kp!

5. Pada suhu tertentu dalam ruang 4 liter dipanaskan 80 gram gas SO₃(Mr = 80) sehingga sebagian terurai membentuk gas SO₂dan gas O₂ menu-rut reaksi:

2SO_3(g)→_← 2SO_2(g)+ O_2(g)

Pada saat kesetimbangan tercapai, perbandingan jumlah mol gas SO₃ dengan O₂adalah 2 : 3.

a. Tentukan derajat disosiasi SO₃! b. Tentukan persen SO₃yang terurai!

c. Tentukan susunan gas-gas setelah disosiasi!

Kp P

P P

NOBr NO Br = ( )

( ) ( )

2 2

2 Kc H O Br

HBr O

=[ ] [ ]

[ ] [ ]

2 2 2 2 4

2

Kp P

P P

NO NO O = ( )

( ) ( ) 2

2

2 2

Kc H I HI

=[ ][ ]

[ ]

2 2 2