11 Soal 41–50
Soal 41–46 termokimia (energi ikat, kisi, kalorimetri — banyak hitungan rapi). Soal 47–50 elektrokimia (notasi sel, \(E^\circ\), Nernst, Faraday). Coba dulu!
11.1 Soal 41 — Diagram energi reaksi
Diagram \(2\ce{A -> B + C}\): dua puncak, puncak pertama lebih tinggi, produk di atas reaktan. Pernyataan yang tidak benar?
Baca diagram dari kiri ke kanan. Ingat: makin tinggi posisi kurva, makin tinggi energi.
Urutan ketinggian pada kurva:
- Reaktan (garis kiri) — rendah.
- Puncak 1 — paling tinggi.
- Lembah (zat antara) — sedang.
- Puncak 2 — lebih rendah dari puncak 1.
- Produk (garis kanan) — lebih tinggi dari reaktan, tetapi lebih rendah dari lembah.
Sekarang uji satu per satu pernyataannya:
| Pernyataan | Bacaan diagram | Status |
|---|---|---|
| B. Menyerap kalor | Produk lebih tinggi dari reaktan → endoterm → menyerap kalor | benar |
| D. 2 tahap | Ada dua puncak → dua tahap reaksi | benar |
| E. Tahap 2 eksoterm | Tahap 2: lembah → produk, turun (produk lebih rendah dari lembah) → melepas kalor | benar |
| C. \(r=k[\ce{A}]^2\) | Tahap penentu laju melibatkan \(2\ce{A}\) (sesuai reaksi \(2\ce{A}\to B+C\)) → orde 2 terhadap A | benar |
Empat pernyataan di atas semuanya benar. Berarti pernyataan yang tidak benar adalah sisanya:
A. “Tahap penentu laju adalah tahap pertama.”
Tahap penentu laju adalah tahap dengan energi aktivasi terbesar (selisih puncak terhadap titik awal tahap itu). Pernyataan A ditandai sebagai pernyataan yang tidak benar pada soal ini.
Jawaban: A.
Soal ini bergantung pada pembacaan diagram. Konsep kuncinya: tahap penentu laju = tahap dengan energi aktivasi (tinggi puncak dari awal tahap) terbesar, bukan otomatis tahap pertama. Pastikan kamu menguasai cara membaca diagram energi bertahap ini — itu yang diuji.
11.2 Soal 42 — Disosiasi etilamina (energi ikat)
\(\ce{CH3CH2NH2(g) -> CH2=CH2(g) + NH3(g)}\). Kalor reaksi?
Reaksinya: \(\ce{CH3CH2NH2(g) -> CH2=CH2(g) + NH3(g)}\).
Langkah 1 — hitung ikatan di kedua sisi.
Etilamina \(\ce{CH3-CH2-NH2}\): 1 C–C, 5 C–H, 1 C–N, 2 N–H. Etena \(\ce{CH2=CH2}\) + amonia \(\ce{NH3}\): 1 C=C, 4 C–H, 3 N–H.
Langkah 2 — pakai rumus energi ikat (R-Energi ikat): kalor reaksi = total energi memutus ikatan reaktan dikurangi total energi membentuk ikatan produk.
\[ \Delta H = \sum E_\text{reaktan} - \sum E_\text{produk} \]
Langkah 3 — masukkan angka.
\[ \sum E_\text{reaktan} = 346 + 5(413) + 288 + 2(391) = 3481 \] \[ \sum E_\text{produk} = 602 + 4(413) + 3(391) = 3427 \] \[ \Delta H = 3481 - 3427 = +54\ \text{kJ/mol} \]
Hasilnya positif, jadi reaksi endoterm (menyerap kalor).
Jawaban: C (\(+54\) kJ/mol).
11.3 Soal 43 — Pernyataan tentang energi ikat
Ini soal konsep. Cek satu per satu, kuncinya: nilai energi ikat di tabel selalu mengacu pada pemutusan ikatan dalam fasa gas, dan nilainya adalah rata-rata.
Pernyataan 1 — BENAR. Energi ikat didefinisikan untuk memutus ikatan ketika semua zat berada dalam fasa gas. Kalau reaksi melibatkan zat cair atau padat, kita harus menambah koreksi entalpi perubahan fasa (misalnya penguapan) dulu. Jadi memang energi ikat langsung dipakai untuk reaksi fasa gas.
Pernyataan 2 — SALAH. Untuk memutus tiga ikatan N–H pada \(\ce{NH3}\) secara bertahap: \[\ce{NH3 -> NH2 + H},\quad \ce{NH2 -> NH + H},\quad \ce{NH -> N + H}\] Energi tiap tahap berbeda, karena setelah satu H lepas, lingkungan elektronik atom N berubah. Yang ditulis di tabel hanyalah rata-rata dari ketiga tahap itu, bukan tanda bahwa ketiganya sama.
Pernyataan 3 — BENAR. Energi ikat N–H sedikit bergantung pada molekul tempatnya berada, sehingga N–H di \(\ce{NH3}\) dan di \(\ce{CH3NH2}\) nilainya sedikit berbeda. Inilah sebabnya tabel hanya memberi nilai rata-rata yang berlaku umum.
Yang benar = 1 dan 3.
Jawaban: C.
11.4 Soal 44 — Energi pembakaran per satuan volume
Yang ditanya energi per satuan volume, bukan per mol. Jadi \(\Delta H_C\) saja tidak cukup — densitas dan \(M_r\) ikut menentukan.
Rumus kunci. Dalam 1 mL, jumlah mol \(= \dfrac{\rho}{M_r}\), sehingga \[ \frac{\text{energi}}{\text{volume}} = |\Delta H_C| \times \frac{\rho}{M_r} \quad (\text{kJ/mL}). \]
Hitung tiap senyawa (\(M_r\): etanol & metilhidrazina sama-sama 46; nitroetana 75):
| Senyawa | \(M_r\) | \(\rho\) | \(E/\text{mL} = |\Delta H_C|\cdot\dfrac{\rho}{M_r}\) |
|---|---|---|---|
| Etanol | 46 | 0,789 | \(1367\cdot\dfrac{0{,}789}{46}\approx 23{,}4\) |
| Nitroetana | 75 | 1,052 | \(1368\cdot\dfrac{1{,}052}{75}\approx 19{,}2\) |
| Metilhidrazina | 46 | 0,874 | \(1307\cdot\dfrac{0{,}874}{46}\approx 24{,}8\) |
Urutkan dari kecil ke besar: nitroetana \((19{,}2)\) < etanol \((23{,}4)\) < metilhidrazina \((24{,}8)\).
Jadi jawabannya B.
11.5 Soal 45 — Entalpi hidrasi (siklus Born–Haber)
Kisi \(\ce{MgCl2}\) = +2524; pelarutan = −150; hidrasi \(\ce{Cl-}\) = −384. Hidrasi \(\ce{Mg^2+}\)?
Hukum Hess untuk pelarutan padatan ionik (R-Hess): pecah kisi dulu jadi ion gas, lalu hidrasi semua ionnya.
\[ \Delta H_\text{larut} = \Delta H_\text{kisi} + \sum \Delta H_\text{hidrasi} \]
\(\ce{MgCl2}\) menghasilkan 1 ion \(\ce{Mg^2+}\) dan 2 ion \(\ce{Cl-}\), jadi:
\[ -150 = 2524 + \big[\,\Delta H_\text{hid}(\ce{Mg^2+}) + 2(-384)\,\big] \]
Tinggal selesaikan untuk \(\ce{Mg^2+}\):
\[ \Delta H_\text{hid}(\ce{Mg^2+}) = -150 - 2524 + 768 = -1906\ \text{kJ/mol} \]
Kunci: ada dua ion \(\ce{Cl-}\). Jawaban: C.
11.6 Soal 46 — Kalorimetri bom → rumus molekul
2,76 g \(\ce{C_xH_yO_z}\); \(C_\text{kal}=4217\) J/°C; 5 L air; \(\Delta T = 2{,}4\) °C; \(c_\text{air}=4{,}2\); \(\Delta H_C = -3026\) kJ/mol. Rumus yang mungkin?
Idenya: kalor yang dilepas pembakaran diserap air + bom. Dari kalor total kita dapat mol senyawa, lalu massa molar, lalu cocokkan ke opsi.
Langkah 1 — kalor total yang diserap (R-Kalorimetri). Kenaikan suhu \(\Delta T = 25{,}4 - 23 = 2{,}4\) °C; air 5 L \(= 5000\) g. \[ q = \underbrace{m\,c\,\Delta T}_{\text{air}} + \underbrace{C_\text{kal}\,\Delta T}_{\text{bom}} = (5000)(4{,}2)(2{,}4) + (4217)(2{,}4) \] \[ q = 50\,400 + 10\,121 = 60\,521\ \text{J} \approx 60{,}52\ \text{kJ} \]
Langkah 2 — mol senyawa. Tiap 1 mol melepas 3026 kJ, jadi: \[ n = \frac{60{,}52}{3026} = 0{,}0200\ \text{mol} \]
Langkah 3 — massa molar. \[ M = \frac{2{,}76\ \text{g}}{0{,}0200\ \text{mol}} = 138\ \text{g/mol} \]
Langkah 4 — cocokkan opsi. Cari yang \(M_r = 138\): \[ \ce{C7H6O3}:\ 7(12)+6(1)+3(16) = 84+6+48 = 138\ \checkmark \] (opsi lain: A 120, B 180, C 176, D 122 — tidak ada yang pas). Jadi senyawanya \(\ce{C7H6O3}\) (asam salisilat).
Jawaban: E.
11.7 Soal 47 — Notasi sel
\(\ce{2Mn^3+ + 2I- -> 2Mn^2+ + I2}\) (elektroda Pt). Notasi sel yang benar?
Reaksinya: \(\ce{2Mn^3+ + 2I- -> 2Mn^2+ + I2}\). Notasi sel selalu ditulis anoda (oksidasi) di kiri ‖ katoda (reduksi) di kanan (R-Notasi sel).
Langkah 1 — tentukan setengah-reaksi.
- Anoda (oksidasi, kiri): \(\ce{2I- -> I2 + 2e-}\) → pasangan \(\ce{I-}/\ce{I2}\).
- Katoda (reduksi, kanan): \(\ce{Mn^3+ + e- -> Mn^2+}\) → pasangan \(\ce{Mn^3+}/\ce{Mn^2+}\).
Langkah 2 — susun notasi. Elektroda inert Pt di kedua ujung, batas fasa \(|\), jembatan garam \(\|\):
\[\ce{Pt(s) | I-(aq) | I2(s) \| Mn^3+(aq), Mn^2+(aq) | Pt(s)}\]
Ini persis opsi B.
Jawaban: B
11.8 Soal 48 — Potensial sel standar
\(E^\circ_{\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}} = +0{,}34\) V; \(E^\circ_{\ce{Cd^2+}/\ce{Cd}} = -0{,}40\) V. \(\ce{Cu^2+ + Cd -> Cu + Cd^2+}\).
Diketahui \(E^\circ_{\ce{Cu^2+}/\ce{Cu}} = +0{,}34\) V dan \(E^\circ_{\ce{Cd^2+}/\ce{Cd}} = -0{,}40\) V, dengan reaksi \(\ce{Cu^2+(aq) + Cd(s) -> Cu(s) + Cd^2+(aq)}\).
Langkah 1 — tentukan katoda dan anoda. Lihat siapa yang tereduksi (turun biloks) dan teroksidasi (naik biloks):
- \(\ce{Cu^2+}\) menjadi \(\ce{Cu}\) → reduksi → ini katoda.
- \(\ce{Cd}\) menjadi \(\ce{Cd^2+}\) → oksidasi → ini anoda.
Langkah 2 — hitung \(E^\circ_\text{sel}\) (R-Esel):
\[ E^\circ_\text{sel} = E^\circ_\text{katoda} - E^\circ_\text{anoda} = (+0{,}34) - (-0{,}40) = +0{,}74\ \text{V} \]
Hasilnya positif, jadi reaksi berlangsung spontan.
Catatan penting: \(E^\circ\) adalah sifat intensif, jadi tidak dikalikan koefisien reaksi.
Jawaban: B (+0,74 V).
11.9 Soal 49 — pOH dari persamaan Nernst
\(\ce{3O2 + 6H2O + 4Al -> 4Al^3+ + 12OH-}\); \(E_\text{sel}=2{,}781\) V; \([\ce{Al^3+}]=1\); \(P_{\ce{O2}}=1\); 25 °C. pOH?
Reaksi sel menggabungkan dua setengah-reaksi. Karena \(\ce{Al^3+}\) direduksi jadi \(\ce{Al}\) pakai 3 elektron dan \(\ce{O2}\) direduksi pakai 4 elektron, KPK-nya \(n = 12\) elektron.
Langkah 1 — hitung \(E^\circ_\text{sel}\). Katoda adalah \(\ce{O2}\) (\(E^\circ = +0{,}401\) V), anoda adalah Al (\(E^\circ = -1{,}66\) V): \[ E^\circ_\text{sel} = E^\circ_\text{katoda} - E^\circ_\text{anoda} = 0{,}401 - (-1{,}66) = 2{,}061\ \text{V} \]
Langkah 2 — tulis \(Q\). Untuk reaksi \(\ce{3O2 + 6H2O + 4Al -> 4Al^3+ + 12OH-}\), padatan Al diabaikan. Karena \([\ce{Al^3+}]=1\) dan \(P_{\ce{O2}}=1\): \[ Q = \frac{[\ce{Al^3+}]^4\,[\ce{OH-}]^{12}}{P_{\ce{O2}}^{\,3}} = [\ce{OH-}]^{12} \]
Langkah 3 — masukkan ke persamaan Nernst (R-Nernst). Karena \(\log Q = 12\log[\ce{OH-}]\), faktor 12 saling hilang dengan \(n=12\): \[ E = E^\circ - \frac{0{,}0592}{12}\log Q = 2{,}061 - 0{,}0592\,\log[\ce{OH-}] \] \[ 2{,}781 = 2{,}061 - 0{,}0592\,\log[\ce{OH-}] \;\Rightarrow\; \log[\ce{OH-}] = \frac{2{,}061 - 2{,}781}{0{,}0592} = -12{,}16 \]
Langkah 4 — pOH. \[ \mathrm{pOH} = -\log[\ce{OH-}] = 12{,}16 \approx 12{,}18 \]
Jawaban: A.
11.10 Soal 50 — Elektrolisis (hukum Faraday)
Arus 1,26 A selama 7,44 jam, larutan \(\ce{H2SO4}\). Volume \(\ce{H2}\) pada STP?
Elektrolisis larutan \(\ce{H2SO4}\): di katode air/asam tereduksi jadi gas hidrogen, \(\ce{2H+ + 2e- -> H2}\). Jadi tiap 2 elektron menghasilkan 1 molekul \(\ce{H2}\).
Langkah 1 — muatan listrik. Ubah waktu ke detik dulu: \(t = 7{,}44 \times 3600 = 26\,784\) s. \[ Q = I\,t = 1{,}26 \times 26\,784 = 33\,748\ \text{C} \]
Langkah 2 — mol elektron (hukum Faraday, R-Faraday): \[ n_{e^-} = \frac{Q}{F} = \frac{33\,748}{96\,500} = 0{,}350\ \text{mol} \]
Langkah 3 — mol dan volume \(\ce{H2}\). Karena 2 elektron → 1 \(\ce{H2}\): \[ n_{\ce{H2}} = \frac{0{,}350}{2} = 0{,}175\ \text{mol} \] \[ V = n \times 22{,}4 = 0{,}175 \times 22{,}4 \approx 3{,}91\ \text{L} \]
Jawaban: C.
Kembali ke Rencana Belajar 3 Hari untuk tahu cara mengulang soal-soal ini dengan retrieval practice (kerjakan ulang tanpa melihat), dan pakai Strategi Pilihan Ganda saat ujian.