Lompat ke konten

Cari di ARSTEMA

Ketik nama bab, istilah, gejala, atau alat.

    Kembali ke atlas
    Kimia · Bab 14Kuantitatif

    Kesetimbangan kimia dan prinsip Le Chatelier: tetapan kesetimbangan, pergeseran, dan penerapan di air

    Larutan klorin yang sama dapat menjadi disinfektan yang kuat pada pH 7, pemutih yang lebih lunak pada pH 10, dan sumber gas klorin bila diasamkan. Air sadah yang dipanaskan meninggalkan kerak karena karbon dioksida keluar, dan resin pelunak air dapat dipakai berulang karena larutan garam pekat mendorong kalsium lepas dari resin. Ketiganya adalah kesetimbangan kimia. Bab ini membahas reaksi bolak-balik dan kesetimbangan dinamis, tetapan kesetimbangan dan kuosien reaksi, perhitungan konsentrasi kesetimbangan, prinsip Le Chatelier untuk perubahan konsentrasi, tekanan, dan suhu, peran katalis, kompromi suhu dan tekanan di industri, kesetimbangan hipoklorit, karbonat, dan pelunak air, hubungan tetapan kesetimbangan dengan energi bebas, serta cara membaca kesetimbangan dari pengukuran lapangan. Sembilan contoh kerja dan enam latihan dengan kunci beralasan menutup bab.

    25 menit

    Bagian yang sedang dibaca: Pembuka bab

    Seorang penyelia dapur menerima dua keluhan pada hari yang sama. Petugas cuci piring mengatakan larutan sanitasi klorin di bak akhir terasa kurang ampuh walaupun dosisnya sudah sesuai label, dan hasil uji usap permukaan kurang baik. Petugas laundry di gedung sebelah mengeluh pemutih klorinnya terlalu keras pada linen berwarna, padahal kadarnya sama dengan bulan lalu. Ketika diperiksa, larutan sanitasi itu ternyata dibuat dengan air yang sangat basa, sedangkan pH larutan pemutih laundry turun karena tercampur sisa penetral.

    Kedua keluhan berasal dari satu reaksi yang sama: asam hipoklorit dalam air selalu berada dalam kesetimbangan dengan ion hipoklorit, dan perbandingan keduanya ditentukan oleh pH. Kesetimbangan kimia menjelaskan mengapa reaksi tidak selalu berjalan sampai habis, bagaimana posisinya dapat digeser, dan mengapa pergeseran itu kadang bermanfaat dan kadang berbahaya. Bab ini membahas kesetimbangan kimia dan prinsip Le Chatelier.

    Batas pembahasan

    Bab ini membahas reaksi bolak-balik, kesetimbangan dinamis, tetapan kesetimbangan, kuosien reaksi, perhitungan kesetimbangan, prinsip Le Chatelier, pengaruh katalis, kompromi industri, kesetimbangan hipoklorit, karbonat, dan pertukaran ion, serta energi bebas. Sumber pemilik adalah narasi disiplin Kimia, yang memuat sifat dinamis kesetimbangan dan prinsip Le Chatelier dari buku Access to Chemistry, makna tetapan kesetimbangan dari panduan kimia tingkat lanjut, soal konsentrasi amonia dari buku Kimia Dasar, konversi kesetimbangan dari buku teknik kimia dengan aplikasi komputer, serta kesetimbangan amonia industri dari buku teknologi reaksi kimia.

    Laju reaksi dibahas di bab sebelumnya, pH dan ion hidronium di Bab 8, dan reaksi asam-basa serta pengendapan di bab jenis reaksi dalam air. Pemutih klorin dan rentang pH kerjanya dibahas di Bab 8 · Laundry, kesadahan di Bab 4 · Laundry, dan pelunak air serta kerak di Bab 9 · Dishwashing. Kesetimbangan asam-basa secara rinci, penyangga, dan tetapan kelarutan dibahas di bab-bab tingkat ini berikutnya. Tetapan disosiasi asam hipoklorit dan nilai lain dalam bab ini adalah nilai baku pendekatan pada 25 °C.

    Reaksi bolak-balik dan kesetimbangan dinamis

    Banyak reaksi dapat berlangsung ke dua arah: pereaksi membentuk hasil, dan hasil bereaksi kembali membentuk pereaksi. Reaksi seperti itu ditulis dengan dua anak panah berlawanan, ⇌\rightleftharpoons. Di awal, reaksi maju cepat karena pereaksi banyak, dan reaksi balik lambat karena hasilnya sedikit. Seiring waktu, laju reaksi maju turun dan laju reaksi balik naik, sampai keduanya sama. Pada saat itu konsentrasi semua zat tidak berubah lagi: sistem mencapai kesetimbangan.

    Buku Access to Chemistry dalam sumber menekankan bahwa semua proses kesetimbangan, fisika maupun kimia, bersifat dinamis. Pada kesetimbangan, reaksi tidak berhenti; reaksi maju dan balik terus berlangsung dengan laju yang sama. Dalam botol air soda yang tertutup, misalnya, karbon dioksida terus berpindah dari larutan ke ruang gas dan sebaliknya, tetapi tekanannya tetap. Kesetimbangan hanya tercapai dalam sistem tertutup; bila salah satu hasil terus keluar, misalnya gas yang lepas ke udara, reaksi terus bergeser ke arah hasil.

    Tetapan kesetimbangan

    Untuk reaksi umum aA+bB⇌cC+dDa\text{A} + b\text{B} \rightleftharpoons c\text{C} + d\text{D} dalam larutan, tetapan kesetimbangan konsentrasi adalah:

    Kc=[C]c[D]d[A]a[B]bK_c = \frac{[\text{C}]^c[\text{D}]^d}{[\text{A}]^a[\text{B}]^b}

    dengan konsentrasi dalam mol/L pada kesetimbangan. Buku Access to Chemistry dalam sumber mencatat bahwa tetapan kesetimbangan berhubungan dengan persamaan stoikiometrinya, karena pangkatnya adalah koefisien persamaan setara. Padatan murni dan cairan murni, termasuk air sebagai pelarut, tidak dimasukkan ke dalam rumus. Untuk reaksi gas, tetapan sering ditulis dengan tekanan parsial, KpK_p.

    Besar KcK_c menyatakan posisi kesetimbangan. Panduan kimia tingkat lanjut dalam sumber menjelaskan bahwa bila KcK_c sangat besar, konsentrasi hasil harus jauh lebih tinggi daripada pereaksi. Bila KcK_c sangat kecil, hampir tidak ada hasil yang terbentuk. Nilai di sekitar 1 berarti pereaksi dan hasil sama-sama ada dalam jumlah berarti. Tetapan kesetimbangan hanya bergantung pada suhu; perubahan konsentrasi atau tekanan menggeser posisi kesetimbangan tanpa mengubah KK.

    Kuosien reaksi dan arah reaksi

    Kuosien reaksi, QQ, dihitung dengan rumus yang sama seperti KK, tetapi dengan konsentrasi saat itu, yang belum tentu konsentrasi kesetimbangan. Perbandingan QQ dengan KK memberi arah reaksi:

    • Q<KQ < K: hasil masih kurang, reaksi bergerak maju.
    • Q=KQ = K: sistem dalam kesetimbangan.
    • Q>KQ > K: hasil terlalu banyak, reaksi bergerak balik.

    Cara ini berguna untuk memperkirakan apa yang terjadi ketika dua larutan dicampur atau ketika salah satu zat ditambahkan. Bab kelarutan dan pengendapan pada tingkat ini memakai cara yang sama dengan hasil kali kelarutan.

    Menghitung konsentrasi kesetimbangan

    Konsentrasi kesetimbangan dihitung dengan tabel tiga baris: konsentrasi awal, perubahan, dan konsentrasi kesetimbangan. Perubahan setiap zat mengikuti koefisien persamaan, dinyatakan dengan satu peubah xx. Konsentrasi kesetimbangan dimasukkan ke rumus KK, lalu xx dicari.

    Buku Kimia Dasar dalam sumber memberi soal menghitung konsentrasi amonia bila konsentrasi kesetimbangan nitrogen dan hidrogen masing-masing 0,010 M. Buku teknik kimia dengan aplikasi komputer dalam sumber memakai cara yang sama dan memperoleh konversi kesetimbangan 0,50 dari penyelesaian persamaan untuk xx. Buku kimia umum dalam sumber memakai perhitungan kesetimbangan untuk memperoleh konsentrasi ion hidrogen 1,8×10−51{,}8 \times 10^{-5} M dan pH 4,74. Contoh 1 sampai 3 menunjukkan langkahnya.

    Konversi kesetimbangan adalah batas atas. Reaksi yang belum cukup lama atau terlalu lambat belum mencapai konversi itu, dan katalis hanya mempercepat tercapainya batas tersebut, seperti dibahas di bab laju reaksi.

    Prinsip Le Chatelier: perubahan konsentrasi

    Prinsip Le Chatelier menyatakan bahwa bila sistem dalam kesetimbangan diganggu, sistem bergeser ke arah yang mengurangi gangguan itu. Buku Access to Chemistry dalam sumber mencontohkan prinsip ini: penambahan ion menyebabkan pergeseran ke kiri untuk menghilangkan ion-ion itu. Buku Kimia Dasar dalam sumber merumuskan hal yang sama untuk ion logam: bila konsentrasi ion logam bertambah, kesetimbangan bergeser ke kiri.

    Menambah pereaksi menggeser kesetimbangan ke kanan; mengambil hasil juga menggeser ke kanan. Buku teknologi reaksi kimia dalam sumber mencatat bahwa memakai salah satu komponen secara berlebih adalah salah satu cara menggeser kesetimbangan, seperti dibahas di bab mol dan stoikiometri. Mengeluarkan hasil yang berupa gas atau endapan adalah cara lain yang sangat efektif, karena hasil itu terus meninggalkan sistem.

    Prinsip Le Chatelier: tekanan dan suhu

    Untuk reaksi gas, menaikkan tekanan dengan memperkecil volume menggeser kesetimbangan ke sisi dengan jumlah mol gas yang lebih sedikit. Pada pembentukan amonia, N2+3 H2⇌2 NH3\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3, empat mol gas menjadi dua, sehingga tekanan tinggi menguntungkan amonia. Bila jumlah mol gas di kedua sisi sama, tekanan tidak menggeser posisi kesetimbangan.

    Suhu berbeda dari faktor lain karena mengubah nilai KK itu sendiri. Untuk reaksi eksoterm, menaikkan suhu menurunkan KK dan menggeser kesetimbangan ke kiri; untuk reaksi endoterm, sebaliknya. Panduan ujian kimia dalam sumber memberi contoh dari tubuh: posisi kesetimbangan bergeser ke kanan ketika suhu naik, dan oksigen yang terikat pada hemoglobin berkurang.

    Katalis tidak menggeser kesetimbangan. Katalis mempercepat reaksi maju dan balik dengan faktor yang sama, sehingga hanya mempercepat tercapainya kesetimbangan, seperti dibahas di bab laju reaksi.

    Kompromi suhu dan tekanan di industri

    Proses Haber untuk amonia memperlihatkan benturan antara kesetimbangan dan laju. Buku kursus kimia tingkat menengah dalam sumber menyebut reaksi nitrogen dan hidrogen sebagai reaksi bolak-balik yang eksoterm, dan buku kimia tingkat lanjut sekolah menengah mencatat bahwa reaksi itu sangat lambat walaupun eksoterm. Suhu rendah memberi KK besar tetapi laju sangat kecil; suhu tinggi mempercepat reaksi tetapi menurunkan konversi kesetimbangan. Buku teknologi reaksi kimia dalam sumber menyajikan konsentrasi amonia kesetimbangan sebagai fungsi suhu dan tekanan.

    Penyelesaian industri adalah kompromi: suhu sedang dengan katalis besi untuk laju yang cukup, tekanan tinggi untuk menggeser kesetimbangan, dan amonia yang terbentuk didinginkan dan dikeluarkan sehingga gas sisa dapat diputar ulang. Cara berpikir yang sama, yaitu menimbang laju terhadap batas kesetimbangan, dipakai juga dalam proses yang jauh lebih kecil.

    Kesetimbangan hipoklorit dan pH

    Ketika klorin atau natrium hipoklorit dilarutkan dalam air, asam hipoklorit (HOCl) dan ion hipoklorit (OCl⁻) berada dalam kesetimbangan:

    HOCl⇌H++OCl−\text{HOCl} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{OCl}^-

    dengan pKa\text{p}K_a sekitar 7,5 pada 25 °C (nilai baku pendekatan). Fraksi klorin yang berupa HOCl bergantung pada pH:

    fHOCl=11+10 pH−pKaf_\text{HOCl} = \frac{1}{1 + 10^{\,\text{pH} - \text{p}K_a}}

    Pada pH 7 sekitar tiga perempat klorin berupa HOCl, pada pH 7,5 separuh, pada pH 8 sekitar seperempat, dan pada pH 10,5 hanya sekitar satu per seribu. HOCl, yang tidak bermuatan, menembus dinding sel mikroba jauh lebih mudah daripada OCl⁻, sehingga daya disinfeksinya jauh lebih besar. Itulah sebabnya larutan sanitasi yang terlalu basa, seperti di kasus pembuka, kurang ampuh walaupun kadar klorin totalnya cukup. Bab 8 · Laundry mencatat bahwa pemutih klorin laundry dipakai pada pH tinggi, ketika klorin hampir seluruhnya berupa OCl⁻, untuk mengendalikan kerusakan kain.

    Ke arah asam ada kesetimbangan kedua: Cl2+H2O⇌HOCl+H++Cl−\text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HOCl} + \text{H}^+ + \text{Cl}^-. Menambah asam berarti menambah H⁺, dan menurut prinsip Le Chatelier kesetimbangan bergeser ke kiri, membentuk Cl₂. Pada pH rendah, klorin terlarut itu keluar sebagai gas. Inilah penjelasan kesetimbangan di balik larangan mencampur pemutih klorin dengan asam, seperti di bab jenis reaksi dalam air dan bab stoikiometri gas.

    Kesetimbangan karbonat dan pertukaran ion

    Air sadah mengandung ion kalsium dan hidrogen karbonat dalam kesetimbangan dengan karbon dioksida terlarut:

    Ca2++2 HCO3−⇌CaCO3(s)+H2O+CO2\text{Ca}^{2+} + 2\,\text{HCO}_3^- \rightleftharpoons \text{CaCO}_3(s) + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2

    Ketika air dipanaskan, kelarutan karbon dioksida turun dan gas itu keluar dari larutan. Hasil reaksi yang keluar menggeser kesetimbangan ke kanan, sehingga kalsium karbonat mengendap sebagai kerak, seperti dibahas di bab jenis reaksi dalam air dan Bab 9 · Dishwashing. Sebaliknya, menambah karbon dioksida atau asam menggeser kesetimbangan ke kiri dan melarutkan kerak.

    Pelunak air bekerja dengan kesetimbangan pertukaran ion. Resin melepaskan ion natrium dan mengikat ion kalsium dan magnesium dari air. Ketika resin jenuh kalsium, larutan garam dapur pekat dialirkan. Konsentrasi ion natrium yang sangat tinggi menggeser kesetimbangan ke arah sebaliknya, sehingga kalsium lepas dan resin kembali berisi natrium. Regenerasi dengan garam yang terlalu sedikit atau terlalu encer membuat pergeseran itu tidak tuntas dan kapasitas resin turun, seperti dibahas di Bab 9 · Dishwashing.

    Kesetimbangan dan energi bebas

    Panduan ujian kimia dalam sumber meminta pembaca menjelaskan hubungan tetapan kesetimbangan dengan energi bebas Gibbs. Hubungannya:

    ΔG∘=−RTln⁡K\Delta G^\circ = -RT\ln K

    Reaksi dengan K>1K > 1 punya ΔG∘\Delta G^\circ negatif dan cenderung ke arah hasil; reaksi dengan K<1K < 1 punya ΔG∘\Delta G^\circ positif. Energi bebas menggabungkan entalpi dan entropi, dan dibahas lebih rinci pada tingkat lanjut. Untuk keperluan lapangan, yang penting adalah arti tandanya: ΔG∘\Delta G^\circ menyatakan ke mana reaksi cenderung, bukan seberapa cepat, yang ditentukan energi aktivasi.

    Membaca kesetimbangan di lapangan

    Pengukuran lapangan sering hanya memberi sebagian gambaran kesetimbangan, sehingga cara membacanya penting. Uji klorin bebas mengukur HOCl dan OCl⁻ bersama-sama; uji itu tidak membedakan keduanya. Karena itu hasil klorin bebas selalu dibaca bersama pH: angka klorin bebas yang sama berarti daya disinfeksi yang sangat berbeda pada pH 7 dan pH 9. Prosedur sanitasi yang baik menetapkan rentang pH sekaligus rentang klorin, dan keduanya dicatat setiap kali diukur.

    Kecenderungan air membentuk kerak juga merupakan soal kesetimbangan. Air yang sama dapat bersifat melarutkan kerak pada suhu dingin dan membentuk kerak pada suhu panas, karena kesetimbangan karbonat bergeser ketika suhu naik dan karbon dioksida keluar. Indeks kejenuhan yang dipakai di pengolahan air menggabungkan pH, kesadahan kalsium, alkalinitas, padatan terlarut, dan suhu untuk memperkirakan arah pergeseran itu; indeks semacam itu dibahas di bab kelarutan dan pengendapan pada tingkat ini. Untuk pelunak air, kesetimbangan dibaca dari kesadahan air keluaran: kesadahan yang naik sebelum jadwal regenerasi menandakan regenerasi yang tidak tuntas atau resin yang lelah.

    Contoh kerja

    Contoh 1. Konversi kesetimbangan. Reaksi A + B ⇌ C + D dengan Kc=4,0K_c = 4{,}0, dimulai dari 1,0 M A dan 1,0 M B. Pada kesetimbangan: [A] = [B] = 1,0−x1{,}0 - x, [C] = [D] = xx. x2/(1,0−x)2=4,0x^2/(1{,}0 - x)^2 = 4{,}0, sehingga x/(1,0−x)=2,0x/(1{,}0 - x) = 2{,}0 dan x=0,667x = 0{,}667 M. Konversi A sekitar 67 persen.

    Contoh 2. Pereaksi berlebih menaikkan konversi. Sistem yang sama dengan B dinaikkan menjadi 2,0 M. x2/[(1,0−x)(2,0−x)]=4,0x^2/[(1{,}0 - x)(2{,}0 - x)] = 4{,}0 memberi 3x2−12x+8=03x^2 - 12x + 8 = 0, dengan akar yang bermakna x=(12−48)/6=0,845x = (12 - \sqrt{48})/6 = 0{,}845 M. Konversi A naik dari 67 ke 85 persen, sesuai prinsip Le Chatelier. Harganya: lebih dari separuh B yang dimasukkan, yaitu 2,0−0,845=1,1552{,}0 - 0{,}845 = 1{,}155 M, tidak bereaksi dan harus dipisahkan atau dibuang, sehingga kelebihan pereaksi dipilih dengan menimbang biayanya.

    Contoh 3. Konsentrasi amonia. Untuk N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ dengan Kc=1,0×103K_c = 1{,}0 \times 10^3 (angka latihan untuk suatu suhu) dan [N₂] = [H₂] = 0,010 M, [NH3]2=1,0×103×0,010×(0,010)3=1,0×10−5[\text{NH}_3]^2 = 1{,}0 \times 10^3 \times 0{,}010 \times (0{,}010)^3 = 1{,}0 \times 10^{-5}, sehingga [NH₃] = 3,2×10−33{,}2 \times 10^{-3} M.

    Contoh 4. Arah reaksi dari Q. Untuk sistem di Contoh 1, campuran berisi [A] = [B] = 0,50 M dan [C] = [D] = 1,5 M punya Q=(1,5×1,5)/(0,50×0,50)=9,0Q = (1{,}5 \times 1{,}5)/(0{,}50 \times 0{,}50) = 9{,}0. Karena Q>KQ > K, reaksi bergerak balik sampai QQ turun ke 4,0.

    Contoh 5. Fraksi HOCl. Dengan pKa=7,5\text{p}K_a = 7{,}5: pH 7,0 memberi 1/(1+10−0,5)=0,761/(1 + 10^{-0{,}5}) = 0{,}76; pH 8,0 memberi 1/(1+100,5)=0,241/(1 + 10^{0{,}5}) = 0{,}24; pH 9,0 memberi 1/(1+101,5)=0,0311/(1 + 10^{1{,}5}) = 0{,}031; pH 10,5 memberi 1/(1+103)=0,0011/(1 + 10^{3}) = 0{,}001.

    Contoh 6. Larutan sanitasi yang terlalu basa. Larutan dengan klorin total 100 mg/L. Pada pH 7,0, sekitar 76 mg/L berupa HOCl. Pada pH 9,0, hanya sekitar 3 mg/L. Kadar total sama, tetapi bagian yang paling ampuh untuk disinfeksi turun sekitar 25 kali. Menaikkan dosis klorin untuk menutupi pH yang terlalu tinggi memboroskan bahan dan menambah bau serta korosi; yang perlu diperbaiki adalah pH air pembuatnya atau cara pembuatan larutannya, sesuai label produk.

    Contoh 7. Pengaruh tekanan. Pada N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃, sisi kiri berisi 4 mol gas dan sisi kanan 2 mol. Tekanan yang dinaikkan menggeser kesetimbangan ke kanan. Pada H₂ + I₂ ⇌ 2 HI, kedua sisi berisi 2 mol gas, sehingga tekanan tidak menggeser posisinya.

    Contoh 8. Pengaruh suhu pada K. Dengan pendekatan ln⁡(K2/K1)=−(ΔH/R)(1/T2−1/T1)\ln(K_2/K_1) = -(\Delta H/R)(1/T_2 - 1/T_1) dan ΔH=−92\Delta H = -92 kJ/mol untuk pembentukan amonia, pemanasan dari 298 K ke 700 K memberi ln⁡(K2/K1)=(92.000/8,314)(1/700−1/298)=−21,3\ln(K_2/K_1) = (92.000/8{,}314)(1/700 - 1/298) = -21{,}3, sehingga KK turun sekitar 5×10−105 \times 10^{-10} kali. Pendekatan ini menganggap ΔH\Delta H tetap dan hanya memperlihatkan besarnya pengaruh. Itulah sebabnya proses amonia memerlukan tekanan tinggi untuk mengimbangi kesetimbangan yang buruk pada suhu kerja.

    Contoh 9. Energi bebas dari K. Untuk K=4,0K = 4{,}0 pada 298 K, ΔG∘=−8,314×298×ln⁡4,0=−3,4\Delta G^\circ = -8{,}314 \times 298 \times \ln 4{,}0 = -3{,}4 kJ/mol. Untuk K=1,0×10−5K = 1{,}0 \times 10^{-5}, ΔG∘=+28,5\Delta G^\circ = +28{,}5 kJ/mol.

    Kondisi berhenti

    Hentikan pekerjaan bila:

    1. pH larutan klorin atau pemutih akan diturunkan dengan asam tanpa prosedur tertulis dan kendali dosis. Pergeseran ke kiri melepaskan gas klorin; ikuti Bab 8 · Laundry dan Bab 1 · Keselamatan.
    2. Larutan sanitasi tidak diukur pH dan kadar klorinnya, atau hasil ukurnya di luar rentang yang ditetapkan prosedur atau label produk.
    3. Bejana atau wadah tertutup berisi gas terlarut, seperti karbon dioksida atau klorin, akan dipanaskan atau dibuka mendadak. Gas yang keluar dari larutan menaikkan tekanan dan dapat menyembur.

    Salah tafsir yang sering terjadi

    "Pada kesetimbangan, reaksi berhenti." Reaksi maju dan balik terus berlangsung dengan laju yang sama.

    "Pada kesetimbangan, konsentrasi pereaksi dan hasil sama." Yang sama adalah lajunya, bukan konsentrasinya; perbandingannya ditentukan KK.

    "Menambah pereaksi mengubah nilai K." Penambahan menggeser posisi kesetimbangan, tetapi KK hanya berubah oleh suhu.

    "Katalis menaikkan jumlah hasil di kesetimbangan." Katalis hanya mempercepat tercapainya kesetimbangan.

    "Kadar klorin total cukup berarti disinfeksi cukup." Daya disinfeksi bergantung pada fraksi HOCl, yang ditentukan pH.

    "Kerak terbentuk karena air terlalu banyak mengandung kapur." Kesadahan memang sumbernya, tetapi pemanasan yang mengeluarkan karbon dioksidalah yang menggeser kesetimbangan ke arah kerak.

    Hubungan dengan bab lain

    Bab laju reaksi membahas kecepatan menuju kesetimbangan, Bab 8 pH, bab jenis reaksi dalam air pengendapan dan reaksi pemutih dengan asam, bab mol dan stoikiometri pereaksi berlebih, dan bab stoikiometri gas bahaya gas klorin. Bab 8 · Laundry membahas pemutih klorin, Bab 4 · Laundry kesadahan, Bab 9 · Dishwashing pelunak air dan kerak, dan Bab 1 · Keselamatan kondisi berhenti. Bab asam-basa lanjut dan bab kelarutan pada tingkat ini memakai kesetimbangan untuk penyangga dan hasil kali kelarutan.

    Latihan dan pembahasan

    Untuk setiap soal, tuliskan rumus kesetimbangan dan alasan pergeseran.

    1. Tuliskan rumus KcK_c untuk N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃.
    2. Reaksi A + B ⇌ C + D dengan Kc=4,0K_c = 4{,}0 dimulai dari 1,0 M A dan 1,0 M B. Berapa [C] pada kesetimbangan?
    3. Berapa fraksi klorin yang berupa HOCl pada pH 8,5, dengan pKa=7,5\text{p}K_a = 7{,}5?
    4. Apa yang terjadi pada larutan klorin bila asam ditambahkan? Jelaskan dengan prinsip Le Chatelier.
    5. Reaksi eksoterm dalam kesetimbangan dipanaskan. Bagaimana nilai K dan posisi kesetimbangannya?
    6. Apakah katalis mengubah nilai K? Jelaskan.

    Kunci jawaban beralasan

    1. Kc=[NH3]2/([N2][H2]3)K_c = [\text{NH}_3]^2/([\text{N}_2][\text{H}_2]^3), dengan pangkat sama dengan koefisien persamaan setara.
    2. x2/(1,0−x)2=4,0x^2/(1{,}0 - x)^2 = 4{,}0, sehingga x/(1,0−x)=2,0x/(1{,}0 - x) = 2{,}0 dan [C] = 0,67 M.
    3. 1/(1+108,5−7,5)=1/11=0,0911/(1 + 10^{8{,}5 - 7{,}5}) = 1/11 = 0{,}091, sekitar 9 persen; sebagian besar klorin berupa OCl⁻. Daya disinfeksinya jauh di bawah larutan yang sama pada pH 7, walaupun uji klorin bebas memberi angka yang sama.
    4. Asam menambah H⁺. Kesetimbangan Cl₂ + H₂O ⇌ HOCl + H⁺ + Cl⁻ bergeser ke kiri untuk mengurangi H⁺, sehingga Cl₂ terbentuk dan dapat keluar sebagai gas beracun. Asam klorida menambah Cl⁻ juga, sehingga pergeseran ke kiri lebih kuat lagi.
    5. Untuk reaksi eksoterm, kenaikan suhu menurunkan K, sehingga kesetimbangan bergeser ke kiri dan hasil berkurang, walaupun laju reaksinya naik.
    6. Tidak. Katalis mempercepat reaksi maju dan balik dengan faktor yang sama, sehingga hanya mempercepat tercapainya kesetimbangan tanpa mengubah K.

    Referensi

    Uji diri · 3 soal

    Cek pemahaman sebelum berpindah bab

    Tulis jawaban dengan kata-kata Anda sendiri, lalu bandingkan dengan pembahasan dari latihan asli bab ini. Sistem tidak menebak benar-salah jawaban terbuka; Anda yang menilai bagian mana yang sudah dipahami.

    0/3dinilai
    1

    Tuliskan rumus KcK_c untuk N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃.

    2

    Reaksi A + B ⇌ C + D dengan Kc=4,0K_c = 4{,}0 dimulai dari 1,0 M A dan 1,0 M B. Berapa [C] pada kesetimbangan?

    3

    Berapa fraksi klorin yang berupa HOCl pada pH 8,5, dengan pKa=7,5\text{p}K_a = 7{,}5?

    Progres penilaian mandiri0%

    Bab terdekat

    SebelumnyaLaju reaksi: konsentrasi, suhu, luas permukaan, katalis, dan energi aktivasi

    Urutan baca menurut rak: Kimia · Bab 13.

    Satu disiplinLarutan, konsentrasi, pH, dan pengukuran

    Bab lain dalam Kimia.