materi kesetimbangan kimia

32
1 Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 Standar Kompetensi : Memahami konsep kesetimbangan reaksi Kompetensi Dasar : Menguasai reaksi kesetimbangan Menguasai faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan Diskusi dan komunikasi membuat konsep yang sulit menjadi terasa mudah karena akan menghasilkan pemecahan yang paling baik berdasarkan berbagai masukan Tujuan Kegiatan Pembelajaran 1. Setelah mencermati video dan melalui diskusi yang komunikatif, peserta didik mampu mengelompokan reaksi kimia menjadi reaksi berkesudahan dan reaksi dapat balik 2. Peserta didik menunjukkan kreatifitas dalam menjelaskan mengenai kesetimbangan dinamis setelah mencermati video yang ditampilkan 3. Peserta didik menunjukkan rasa ingin tahu dalam mempelajari perbedaan kesetimbangan homogen dan heterogen 4. Setelah melalui diskusi yang komunikatif peserta didik mampu memahami 4 faktor yang mempengaruhi arah pergeseran kesetimbangan dengan menggunakan azas Le Chatelier 5. Setelah mencermati video dan melakukan diskusi, peserta didik menunjukkan kreatifitas dalam membuktikan pengaruh perubahan suhu, konsentrasi, tekanan, dan volum pada pergeseran kesetimbangan Sebagaimana telah Anda ketahui bahwa reaksi kimia merupakan proses dimana reaksi berubah menjadi hasil reaksi. Ketika suatu reaksi kimia berlangsung, laju reaksi dan

Upload: fauzan-a-mahanani

Post on 28-Oct-2015

307 views

Category:

Documents


15 download

TRANSCRIPT

1Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

KEGIATAN PEMBELAJARAN 1

Standar Kompetensi :Memahami konsep kesetimbangan reaksiKompetensi Dasar :

Menguasai reaksi kesetimbangan

Menguasai faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan

KEGIATAN PEMBELAJARAN 1

Standar Kompetensi :Memahami konsep kesetimbangan reaksiKompetensi Dasar :

Menguasai reaksi kesetimbangan

Menguasai faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan

Diskusi dan

komunikasi membuat

konsep yang sulit

menjadi terasa

mudah karena akan

menghasilkan

pemecahan yang

paling baik

berdasarkan

berbagai masukan

Tujuan Kegiatan Pembelajaran1. Setelah mencermati video dan melalui diskusi

yang komunikatif, peserta didik mampu mengelompokan reaksi kimia menjadi reaksi berkesudahan dan reaksi dapat balik

2. Peserta didik menunjukkan kreatifitas dalam menjelaskan mengenai kesetimbangan dinamis setelah mencermati video yang ditampilkan

3. Peserta didik menunjukkan rasa ingin tahu dalam mempelajari perbedaan kesetimbangan homogen dan heterogen

4. Setelah melalui diskusi yang komunikatif peserta didik mampu memahami 4 faktor yang mempengaruhi arah pergeseran kesetimbangan dengan menggunakan azas Le Chatelier

5. Setelah mencermati video dan melakukan diskusi, peserta didik menunjukkan kreatifitas dalam membuktikan pengaruh perubahan suhu, konsentrasi, tekanan, dan volum pada pergeseran kesetimbangan

Sebagaimana telah Anda ketahui

bahwa reaksi kimia merupakan proses dimana

reaksi berubah menjadi hasil reaksi.

Ketika suatu reaksi kimia berlangsung,

laju reaksi dan konsentrasi pereaksi

berkurang. Beberapa waktu kemudian reaksi

dapat berkesudahan, artinya semua pereaksi

habis bereaksi. Namun banyak reaksi tidak

berkesudahan dan pada seperangkat kondisi

tertentu, konsentrasi pereaksi dan produk

reaksi menjadi tetap. Reaksi yang demikian

2Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Berdasarkan arah belangsungnya, reaksi dapat dibedakan:

1. Reaksi berkesudahan (irreversible)

2. Reaksi kesetimbangan (reversible) adalah reaksi yang

berlangsung dua arah sehingga zat hasil reaksi dapat bereaksi

kembali menjadi reaktan

Perhatikan contoh reaksi berikut: Jika kita membakar selembar kertas, maka

kertas akan menjadi abu, abu tidak akan

menjadi kertas kembali proses ini hanya

berlangsung satu arah (ireversibel).

Pada reaksi pembentukan stalagtit dan stalagmit, ion kalsium

(Ca2+) dan ion hidrogen karbonat (HCO3-) dalam air tanah

bereaksi membentuk kalsium karbonat (CaCO3/batu kapur).

Reaksi: Ca2+ (aq) + 2HCO3-(aq) CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O(l)

Stalagtit dan stalagmit terbentuk dari

endapan CaCO3. Karbon dioksida (CO2)

yang dihasilkan dari reaksi

pengendapan, memasuki air tanah di

gua dan bereaksi dengan air dan batu

kapur menjadi Ca2+ dan HCO3- kembali.

Reaksi ini berjalan terus menerus

sehingga terbentuk banyak stalagtit dan

stalagmit. Bahkan kadang-kadang

stalagtit dan stalagmit terhubung

membentuk tiang-tiang batu kapur

Gambar 1.1 Kertas terbakar

Gambar 1.2 Stalagtit dan Stalagmit

3Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Pada awal proses reaksi reversible, reaksi berlangsung ke

arah pembentukan produk, setelah terbentuknya molekul produk,

maka molekul tersebut mulai bereaksi kearah sebaliknya (arah

penguraian). Pada saat yang sama tetap terjadi reaksi

pembentukan, dan pada suatu saat jumlah zat-zat yang berekasi

dan hasil reaksi tetap, kondisi dikatakan sebagai keadaan

kesetimbangan. Pada saat kesetimbangan, reaksi tidak berhenti,

reaksi tetap berjalan baik ke arah pembentukan maupun ke arah

penguraian. Namun baik zat-zat yang bereaksi maupun hasil

reaksinya seolah konstan, keadaan kesetimbangan semacam ini

dikatakan sebagai kesetimbangan dinamis. Kesetimbangan

dinamis dapat dicapai bila laju reaksi maju maupun sebaliknya

berlangsung dengan kelajuan yang sama. Secara ringkas, ciri-ciri

suatu sistem berada dalam kesetimbangan:

1) Reaksi terjadi dalam ruang tertutup

2) Reaksi berlangsung terus-menerus dalam dua arah berlawanan

3) Laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik

4) Tidak terjadi perubahan makroskopis, tetapi perubahan

mikroskopis tetap berlangsung.

5) Semua komponen yang terlibat dalam reaksi kesetimbangan

masih ada.

Berdasarkan fase zat, kesetimbangan dibedakan menjadi

dua, yaitu kesetimbangan homogen dan kesetimbangan

heterogen.

Kesetimbangan Homogen

Adalah suatu sistem kesetimbangan kimia yang di dalamnya

hanya terdapat satu macam fase atau wujud.

Contoh: kesetimbangan dalam fase gas

N2 (g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3 (g)

4

Pada kesetimbangan heterogen (fase zat lebih dari satu

macam) harga tetapan kesetimbangannya dipengaruhi oleh zat

yang konsentrasinya mudah berubah.

Contoh: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

K = [CO2]

Coba Anda diskusikan dalam kelompokcontoh reaksi kesetimbangan di alam!Hasil pembahasan diskusi dikirimkan ke email.

Kegiatan ini melatih peserta didik menguasai konsep

kesetimbangan kimia dalam kehidupan sehari hari. Melalui

kegiatan ini dikembangkan soft skills meliputi motivasi untuk

selalu belajar, komunikasi dan diskusi lisan maupun tertulis

dalam kelompok untuk memecahkan masalah, serta tanggung

jawab dalam menyelesaikan tugas dan mengirimkannya tepat

waktu.

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Anda tentu pernah bermain jungkat-jungkit.

Papan jungkat-jungkit terdiri dari 2 sisi yang

berlawanan. Jika papan tersebut dinaiki 2

orang dengan berat badan berbeda, papan

akan cenderung ke arah yang lebih berat.

Namun bila papan diaiki dua orang dengan

berat badan seimbang, papan tersebut akan

berada pada titik kesetimbangan. Keadaan

ini disebut sebagai keadaan setimbang.

Bagaimana dengan reaksi kimia? Dapatkah

mencapai keadaan setimbang? Dapatkah

suatu reaksi bergeser ke kiri atau ke kanan?

Gambar 1.3Bermain jungkat-

jungkit

5Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Pergeseran kesetimbangan dapat dijelaskan dengan

asas Le Chatelier: “Apabila terhadap sistem kesetimbangan

diberi reaksi, maka sistem akan mengadakan reaksi sehingga

pengaruh reaksi tersebut sekecil-kecilnya.

a. Perubahan konsentrasi

Bila konsentrasi salah satu zat dikurangi, maka kesetimbangan

bergeser ke arah pengurangan zat dan sebaliknya, bila salah

satu zat ditambahkan konsentrasinya, maka kesetimbangan

bergeser dari arah penambahan

b. Perubahan tekanan atau volume

Bila tekanan diperbesar atau volume diperkecil maka

kesetimbangan bergeser ke arah zat yang jumlah molnya kecil

(jumlah koefisien kecil)

c. Perubahan suhu

- Bila suhu dinaikkan, kesetimbangan bergeser ke arah

endotermis

- Bila suhu diturunkan maka kesetimbangan bergeser ke

arah eksotermis

d. Katalis

Adanya katalis dalam reaksi kesetimbangan tidak

mengakibatkan terjadinya pergesaran kesetimbangan, tetapi

hanya mempercepat tercapainya keadaan setimbangPerhatikan dan diskusikan video simulasi faktor-faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan, kemudian laporkan hasilnya dengan bahasa Anda sendiri!

6

1. Pernyataan yang benar tentang reaksi irreversible yaitu … .a. Reaksinya merupakan reaksi balikb. Reaksi irreversible berlangsung terus-menerusc. Persamaan reaksinya dituliskan dengan dua anak panah bolak-balikd. Hasil reaksi dapat dikembalikan menjadi zat-zat semulae. Reaksinya berhenti apabila salah satu atau semua reaktan habis

2. Diantara pernyataan berikut yang bukan merupakan ciri-ciri keadaan setimbang dinamis adalah … .a. Reaksi berlangsung dengan dua arah berlawananb. Laju reaksi kedua arah sama besarc. Reaksi berlangsung terus-menerus secara mikroskopisd. Setiap komponen pada reaksi tetap adae. Tidak terjadi perubahan mikroskopis

3. Grafik perubahan konsentrasi terhadap waktu:

Reaksi: A2 + B2 ⇄ 2AB

Dari grafik, kita dapat mengetahui bahwa ...a. [pereaksi] pada mulanya = nolb. [pereaksi] pada mulanya = [hasil reaksi]c. [pereaksi] semakin lama semakin bertambahd. Kesetimbangan tercapai saat [pereaksi] < [hasil reaksi]e. [hasil reaksi] pada mulanya = nol

4. Kesetimbangan reaksi homogen ditunjukkan oleh reaksi … .a. H2O(g) ⇄ H2O (l)

b. AgCl (s) ⇄ Ag+ (aq) + Cl (aq)

c. Fe3+ (aq) + SCN-

(aq) ⇄ Fe(SCN)2+ (aq)

d. CaCO3 (s) ⇄ CaO (s) + CO2 (g)

e. Ni (s) + 4CO (g) ⇄ Ni(CO)4 (g)

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

setimbang

[pereaksi] =[hasil reaksi]

t

konsentrasi

7

5. Diketahui reaksi: C(s) + CO2(g) ⇄ 2CO(g)

Persamaan teteapan kesetimbangan (Kc) untuk reaksi tersebut dapat ditulis … .

a. Kc = d. Kc =

b. Kc = e. Kc =

c. Kc =

6. Asas Le Chatelier menyatakan bahwa jika terhadap suatu kesetimbangan dilakukan suatu aksi maka ... .a. Sistem akan terisolasib. Sistem akan terbukac. Sistem akan tertutupd. Sistem akan mengadakan reaksi sehingga pengaruh aksi menjadi sekecil-

kecilnyae. Sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi tersebut

sebesar mungkin

7. Diantara faktor-faktor berikut yang menggeser kesetimbangan ke arah PCl5 pada reaksi: PCl2(g) + Cl2(g) ⇄ PCl5 (g) adalah … .a. Penurunan suhub. Penambahan katalis pada sistemc. Penurunan volume sistemd. Pengurangan konsentrasi PCl3

e. Penambahan konsentrasi PCl5

8. Sistem kesetimbangan H2(g) + I2(g) ⇄ 2HI(g) ∆H = - 52 kJ tidak akan terganggu oleh perlakuan … .a. Menaikkan suhu d. menambah gas HIb. Menurunkan suhu e. memperbesar tekananc. Menambah gas hydrogen

9. Pada reaksi setimbang:Fe+

(aq) + SCN- (aq) ⇄ FeSCN2+ (aq)

kuning muda bening merahPada suhu tetap , apabila … .a. Konsentrasi Fe3+ ditambah, warna larutan bertambah merah b. Larutan diencerkan, warna larutan bertambah merahc. Konsentrasi SCN- ditambah, warna merah larutan memudard. Ke dalam larutan ditambah ammonia, warna larutan bertambah merahe. Ke dalam larutan ditambah katalis, warna merah larutan memudar

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

8

10. Perhatikan reaksi kesetimbangan berikut: 2NO(g) + O2(g) ⇄ 2NO2(g) ∆H = -150 kJApabila pada volume tetap suhu diaikkan, maka kesetimbangan bergeser ke arah … .a. Kanan dan harga K tetapb. Kiri dan harga K makin kecilc. Kanan dan harga K makin besard. kanan dan harga K makin kecile. kiri dan harga K makin besar

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

9Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2

Standar Kompetensi :Memahami konsep kesetimbangan reaksiKompetensi Dasar :Menentukan hubungan kuantitatif antara pereaksi dan hasil reaksi suatu reaksi kesetimbangan

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2

Standar Kompetensi :Memahami konsep kesetimbangan reaksiKompetensi Dasar :Menentukan hubungan kuantitatif antara pereaksi dan hasil reaksi suatu reaksi kesetimbangan

Jangan malu untuk

bertanya. Dia yg

bertanya, meskipun

hanya pertanyaan

bodoh, hanya akan

bodoh semenit,

dibandingkan yg tidak

bertanya, akan bodoh

selamanya....

Tujuan Kegiatan Pembelajaran1. Peserta didik mampu menjelaskan dengan

komunikatif pengertian derajat disosiasi dan tetapan kesetimbangan setelah menggali informasi dan berdiskusi

2. Setelah melalui diskusi informasi, peserta didik menunjukkan semangat kerja keras dalam menghitung harga Kc berdasarkan konsentrasi zat dalam kesetimbangan

3. Peserta didik menunjukkan kerja keras dan ketelitian dalam menghitung harga Kp berdasarkan tekanan parsial gas pereaksi dan hasil reaksi pada keadaan setimbang melalui diskusi dan informasi.

4. Melalui diskusi informasi, peserta didik menunjukkan kreatifitas dalam menjelaskan konversi Kc menjadi Kp berdasarkan persamaan gas

Hukum kesetimbangan dikemukakan

oleh Cato Goldberg dan Peter Wage: “Untuk

setiap sistem kesetimbangan pada suhu

tertentu, perbandingan hasil kali konsentrasi

zat hasil reaksi pangkat koefisien masing-

masing dengan hasil kali konsentrasi zat

pereaksi pangkat koefisien masing-masing

adalah dan tetap”.

10Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Reaksi kesetimbangan secara umum:

a P + b Q ⇄ c R + d S

Menurut Golberg dan Wage berlaku:

b a

d c

[Q] x[P][S] x[R]

K

K : tetapan kesetimbangan

[P] : konsentrasi zat P (mol/liter)

[Q] : konsentrasi zat Q (mol/liter)

[R] : konsentrasi zat R (mol/liter)

[S] : konsentrasi zat S (mol/liter)

a, b c dan d : koefisien reaksi

Harga K tetap selama suhu tetap

Harga tetap ini disebut dengan tetapan kesetimbangan (K)

Tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc)

Contoh:

Untuk reaksi dalam keadaan kesetimbangan:

N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g)

Tuliskan rumus tetapan kesetimbangan (Kc)

Jawab

Kc =

Tetapan Kesetimbangan Gas

Dalam sistem kesetimbangan gas Rumusan tetapan kesetimbangan

dapat dinyatakan dalam bentuk tekanan (KP)

Reaksi kesetimbangan:

N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g)

Kp =

11Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

PNH3 : tekanan parsial NH3

PH2 : tekanan parsial H2

PN2 : tekanan parsial N2

Menurut Avogadro: “Jumlah tekanan pasial gas-gas dalam sistem

sebanding dengan jumlah mol sistem dalam volume dan suhu tetap”

P1 + P2 + P3 + … = Ptotal

n1 + n2 + n3 + … = ntotalPtotal ≈ ntotal

P1 =

PENTING!!!!!

Untuk reaksi yang sama harga Kc hanya

dipengaruhi suhu. Selama suhu tetap maka K

tetap. Harga K berubah hanya apabila suhunya

berubah. perubahan harga K tergantung jenis Reaksi Endoterm (menyerap kalor / delta H nya positif): K berbanding

lurus dengan suhu. Artinya jika suhunya meningkat maka K nya juga

meningkat dan sebaliknya jika suhunya menurun maka K nya juga

menurun.

•Reaksi Eksoterm (melepas kalor / delta H nya negatif): K berbanding

terbalik dengan suhu. Artinya jika suhunya meningkat maka K nya

menurun dan sebaliknya jika suhunya menurun maka K nya meningkat.

Hubungan antara KP dengan KCa P (g) + b Q (g) ⇄ c R (g) + d S (g)

b a

d c

[Q] x[P][S] x[R]

Kc b)Q(P x a)P(P

d)S(P x c)R(PPK

PP : Tekanan parsial gas P

PQ : Tekanan parsial gas Q

PR : Tekanan parsial gas R

PS : Tekanan parsial gas S

KP : Tetapan kesetimbangan tekanan

12

Menurut persamaan gas ideal:

PV = n RT

P : tekanan

V : Volume

n : jumlah mol

R : Tetapan gas ideal

T : Suhu (K)

RTVn

P

Maka:

Pp = [P] RT PQ = [Q] RT

PR = [R] RT PS = [S] RT

Dengan mensubstitusikan persamaan tekanan maka harga Kp

dRT) ([Q] xcRT) ([P]

dRT) ([S] xcRT) ([R]PK

bRT) ( x b] Q [ x(RT) x a] P [

dRT) ( xd] S [ xc(RT) x c] R [PK

a

baRT) ( x b] Q [ x a] P [

RT) ( xd] S [ x c] R [PK

dc

Lihat rumusan Kc: maka

baRT) ( x b] Q [ x a] P [

RT) ( xd] S [ x c] R [PK

dc

b)(ad)(cC

RT x KPK

( c + d) – ( a+b ) = Δn : selisih koefisien hasil reaksi dengan

koefisien pereaksi.

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

13

Secara umum hubungan antara Kp dan Kc sebagai berikut:

Kp = Kc (RT)Δn

R : tetapan gas = 0,082 lt.atm/mol.K

T : suhu (⁰K = 173 + ⁰C)

Δn = koefisien hasil reaksi – koefisiien hasil reaksi

Kesetimbangan Dissosiasi

Kesetimbangan dissosiasi adalah sistem kesetimbangan dimana

satu senyawa terurai menjadi dua atau lebih jenis senyawa lebih

sederhana.

Derajat dissosiasi () adalah perbandingan antara jumlah zat

yang terurai dengan jumlah zat mula-mula

mulamula zat mol

terurai zat molα

Langkah-langkah perhitungan kimia:

1. Menuliskan persamaan kesetimbangan. Contoh: mA{g) +nB(g) ⇌ pC(g) +qD(g)

2. Menuliskan ungkapan hukum kesetimbangan.

3. Jika konsentrasi zat pada kondisi kesetimbangan diketahui, maka

penyelesaian dapat dilakukan secara langsung dengan

memasukkan harga tersebut ke dalam rumusan tahapan

kesetimbangan.

4. Jika konsentrasi zat setelah kesetimbangan belum diketahui, dapat

dilakukan dengan cara:

mA + nB ⇌ pC + qD

mula-mula a b - -

reaksi c d g h

setimbang (a-c) (b-d) g H

Keterangan:

a = mol zat A mula-mula

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

14

b = mol zat B mula-mula

c = mol zat A yang bereaksi

d = mol zat B yang bereaksi

e = mol zat A keadaan setimbang (a - c)

f = mol zat B keadaan setimbang (b - d)

g = mol zat C pada keadaan setimbang

h = mol zat D pada keadaan setimbang

Urutan penyelesaian soal-soal kesetimbangan:

1. Masukkan mol yang tercantum pada soal dalam tabel.

2. Lengkapi angka-angka jalur koefisien, berdasarkan perbandingan

koefisien.

3. Lengkapi mol-mol kesetimbangan.

4. Mol-mol pada kesetimbangan masing-masing dibagi volume untuk

memperoleh konsentrasi masing-masing zat pada kesetimbangan.

5. Gunakan rumus tetapan kesetimbangan (Kc) yang sesuai dengan

reaksinya.

1. Tuliskan rumus-rumus Kc untuk reaksi:

a. C(s)+C02(g) ⇌ 2CO(g)

b. N204(g) ⇌2 CO(g)

c. CaC03(s) ⇌ CaO(s)+C02(g)

Penyelesaian:

a. C(s)+C02(g) ⇌ 2CO(g)

Kc =

b. N2O4 (g) ⇌ 2NO2 (g)

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Contoh-contoh soal

15

Kc =

c. CaC03(s) ⇌ CaO(s)+C02(g)

Kc = [C02]

2. Tuliskan rumus-rumus Kc untuk reaksi:

a. Ag2Cr04 (s) ⇌ Ag+(aq) + CrO4

2-(aq)

b. Cu2+(aq) + 2Fe2+

(aq) ⇌Cu(s) + 2Fe3+(aq)

Penyelesaian:

a. Ag2Cr04(s) ⇌Ag+(aq)+Cr04

2-(aq)

Kc = [Ag+][Cr042–]

b. Cu2+(aq) + 2Fe2+

(aq) ⇌Cu(s) + 2Fe3+(aq)

Kc =

3. Dalam ruang 1 L mol HI terurai menurut reaksi 2HI ⇌H2+I2

Jika I2 yang terbentuk adalah 0,02 mol, hitunglah tetapan

kesetimbangan (Kc)!

Penyelesaian:

Cara menentukan jumlah zat dalam keadaan setimbang:

1) Jumlah I2 dipindahkan ke keadaan reaksi, perhatikan I2 mula-

mula tidak ada

2) Salah satu zat keadaan reaksinya diketahui, maka jumlah zat

lain dalam keadaan reaksi dapat dicari sesuai koefisien reaksi

3) Keadaan setimbang H2 = keadaan reaksi

4) Keadaan setimbang H1 = mula-mula dikurangi yang bereaksi

5) Perhatikan jumlah koefisien kiri = jumlah koefisien kanan

2HI (g) ⇌ H2 (g) + I2 (g)

mula-mula 0,1 mol - -

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

16

reaksi 0,04 mol 0,02 mol 0,02 mol

setimbang 0,06 mol 0,02 mol 0,02 mol

Kc =

Kc = = = 0,11

4. Jika natrium bikarbonat dipanaskan menurut reaksi:

2NaHCO3(s) ⇌ NaCO3(s) +CO2(g) +H2O(g)

Ternyata tekanan total pada saat setimbang = 0, 004 atm.

Berapakah harga Kp?

Penyelesaian:

Reaksi setimbang:

2NaHCO3(s) ⇌ NaCO3(s) + CO2(g) +H2O(g)

Berdasarkan persamaan reaksi: mol CO2 = mol H2O = 1 mol

Sehingga,

mol CO2 = mol H2O = 1 mol

Sehingga,

=

=

= 0,002 atm

Kp =

= (0,002 x 0,002) atm

= 4.10-4 atm

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

17

5. Gas HI dipanaskan dalam ruang 1 liter hingga terurai membentuk

reaksi:

2HI (g)

↔ H2 (g)

+ I2 (g)

Pada suhu tertentu harga tetapan kesetimbangan (Kc) adalah 4.

Tentukan berapa persen HI yang telah terurai!

Penyelesaian:

2HI (g) ⇌ H2 (g) + I2 (g)

mula-mula 1 mol - -

reaksi α mol ½ α mol ½ α mol

setimbang (1–α) mol ½ α mol ½ α mol

Kc =

4 =

22 =

2 =

α = atau 80%

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Pernakah Anda melihat ketika semut-semut membawa makanan? Terlihat ada semut yang membawa

beban lebih besar dari tubuhnya. Menurut penelitian, semut bisamembawa beban 10 kali berat

tubuhnya. Jika ada beban besar yang tidak bisa dibawa sendiri,

semut mempunyai strategi,yaitu mengumpulkan temannya dan

menggotongnya beramai-ramai agar benda tersebut bisa dibawa

ke sarangnya. Strategi yang jitu dan kompak untuk mencapai tujuan tersebut bernama kerjasama

18

1. Diketahui reaksi kesetimbangan: H2S(g) + CH4(g) ⇄ H2(g) + CS2(g)

Tetapan kesetimbangan setelah reaksi tersebut disetarakan

adalah … .

a. Kc =

b. Kc =

c. Kc =

d. Kc =

e. Kc =

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

19

2. Reaksi kesetimbangan: 2 HI(g) ⇄ H2(g) + I2(g)

Bila mula-mula dalam ruang I liter terdapat 0,4 mol HI, dan

diperoleh 0,1 mol gas hidrogen pada saat setimbang, maka

besarnya derajat disosiasi HI adalah … .

a. 0,20 d. 0,75

b. 0,25 e. 0,80

c. 0,60

3. Dalam wadah 5 L dimasukkan 4 mol SO3 yang kemudian terurai

menurut reaksi:

2SO3 (g) ⇄ 2SO2(g) + O2(g). Jika pada saat kesetimbangan tercapai

masih ada I mol SO3, maka tetapan kesetimbangan reaksi di atas

adalah … .

a. 2,7 d. 13,5

b. 5,4 e. 27

c. 9

4. Dalam suatu ruang dicampur 5 mol PCl3 dan 5 mol Cl2 menurut

reaksi:

PCl3 (g) + Cl2 (g) ⇄ PCl5 (g).

Setelah gas Cl2 bereaksi 20%, tercapai keadaan kesetimbangan.

Bila Ptotal = 3 atm, maka harga tetapan kesetimbangan tekanan

(Kp) adalah … .

a. 1 d. 1/9

b. 4 e. 3/16

c. 1/3

5. Diketahui reaksi kesetimbangan H2(g) + I2(g) ⇄ 2HI(g). Jika suhu

ruang 212 oC dan Kc = 1,8 harga Kp reaksi tersebut adalah … .

(R = 0,082 L.atm/mol.K)

a. 1,8 d. 0,6

b. 1,2 e. 0,4

c. 0,9

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

20Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

KEGIATAN PEMBELAJARAN 3

Standar

Kompetensi:

Memahami konsep

kesetimbangan reaksi

Kompetensi Dasar:

Menguasai

Kesetimbangan

Kimia dalam

Industri

KEGIATAN PEMBELAJARAN 3

Standar

Kompetensi:

Memahami konsep

kesetimbangan reaksi

Kompetensi Dasar:

Menguasai

Kesetimbangan

Kimia dalam

Industri

Bila Anda berpikir

Anda bisa, maka Anda

benar. Bila Anda

berpikir Anda tidak

bisa, Anda pun benar.

Karena itu ketika

seseorang berpikir

tidak bisa, maka

sesungguhnya dia

telah membuang

kesempatan untuk

menjadi bisa.

Tujuan Kegiatan Pembelajaran1. Setelah melihat video dan berdiskusi, peserta

didik memiliki rasa ingin tahu dalam

memahami kondisi optimum untuk

memproduksi bahan-bahan kimia di industri

2. Melalui diskusi informasi peserta didik

menunjukkan kreatifitas dalam menjelaskan

proses Haber Bosch dan kontak dalam

industri

3. Peserta didik mampu mendiskusikan dengan

komunikatif manfaat proses Haber Bosch

dan Kontak dalam industri

Proses produksi dalam dunia industri

mengharapkan dengan biaya sekecil mungkin

dapat menghasilkan produk yang banyak, oleh

karena itu perlu dicari cara agar di peroleh

hasil yang maksimal. Produksi bahan-bahan

kimia dalam industri yang didasarkan pada

reaksi kesetimbangan memerlukan kondisi

optimum. Kondisi optimum tersebut dapat

diperoleh dengan menerapkan faktor-faktor

yang mempengaruhi kesetimbangan agar

reaksi bergeser ke arah hasil reaksi dan

berlangsung cepat sehingga menguntungkan

secara ekonomis.

21Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Berdasarkan prinsip kesetimbangan, kondisi yang

menguntungkan untuk kentutasan reaksi pembentukan NH3 adalah

suhu rendah dan tekanan tinggi. Akan tetapi, reaksi tersebut

berlangsung sangat lambat pada suhu rendah, bahkan pada suhu 500 oC.

Fritz Haber dari Jerman berhasil mensintesis amonia langsung

dari unsur-unsurnya, yaitu dari gas nitrogen dan gas hidrogen.

Kemudian proses pembentukan amonia ini disempurnakan oleh rekan

senegaranya, Karl Bosch dengan metode tekanan tinggi sehingga

proses pembuatan amonia tersebut dikenal sebagai proses Haber-

Bosch. Proses ini mendesak proses sianamida karena proses Haber-

Bosch adalah proses pembuatan amonia yang lebih murah. Dalam

proses haber-Bosch, bahan baku berupa N2 dan H2.

N2 diperoleh dari hasil destilasi bertingkat udara cair

H2 diperoleh dari gas alam (metana) yang dialirkan bersama uap air

dengan katalisator nikel pada suhu tinggi dan tekanan tinggi.

Pembuatan amonia menurut proses Haber-Bosch adalah

reaksi kesetimbangan yang berlangsung eksoterm pada suhu sekitar

400-600 oC dan tekanan sekitar 200-600 atm.

Reaksi : N2 (g) + 3 H2 (g) ⇄ 2 NH3 (g) ΔH = -92 kJ

Mula-mula campuran gas nitrogen dan hidrogen di kompresi

hingga mencapai tekanan yang diinginkan. Campuran gas kemudian

dipanaskan dalam suhu ruangan bersama katalisator sehingga

terbentuk amonia. Campuran gas kemudian didinginkan sehingga

amonia mencair. Gas hidrogen dan gas nitrogen yang belum bereaksi

(serta amonia yang tidak bereaksi) diresirkulasi, sehingga pada

akhirnya semua diubah menjadi amonia.

Agar amonia dihasilkan (NH3) maksimum usaha yang dilakukan:

Tekanan optimum 1000 atm pada tekanan tinggi

kesetimbangan bergeser ke kanan (ke arah pembentukan

ammonia)

Suhu optimum 500⁰C, walaupun pada suhu tinggi secara teoritis

rekasi bergeser ke kiri, tetapi pada suhu rendah reaksi berjalan

lambat.

1.Industri Amonia (NH3) menurut Proses

22Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Kegunaan Amonia

23Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Mengeluarkan gas amonia (NH3) yang dihasilkan sehingga

konsentrasi NH3 berkurang maka kesetimbangan bergeser ke

kanan.

Penggunaan katalisator besi oksida

Kegunaan amonia bagi manusia cukup beragam. Diantaranya

sebagai berikut:

a. Untuk pembuatan pupuk, terutama urea dan ZA (Zwavelzur

amonium = amonium sulfat)

2 NH3(g) + CO2(g) → CO(NH2)2(aq) + panas

2 NH3(g) + H2SO4 → (NH4)2SO4(aq)

b. Untuk membuat senyawa nitrogen yang lain, seperti asam nitrat,

amonium klorida, amonium nitrat.

4 NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g)

NH3(g) + HCl(aq) → NH4Cl(aq)

NH3(g) + HNO3(aq) → NH4NO3(aq)

c. Untuk membuat hidrazin.

2 NH3(g) + NaOCl(aq) → N2H4(l) + NaCl(s) + H2O(l)

Hidrazin merupakan salah satu senyawa nitrogen yang

digunakan sebagai bahan bakar roket.

d. Dalam pabrik es, amonia cair digunakan sebagai pendingin

(refrigerant) karena amonia cair mudah menguap dan akan

menyerap panas sehingga menimbulkan efek pembekuan

Kegunaan Amonia

24

Dasar teori menurut proses kontak. Disebut proses

kontak karena reaksi antara SO2 dan O2 pada tahap 2 terjadi di

permukaan katalis V2O5. Proses ini melibatkan reaksi-reaksi

eksoterm yang melepas panas. Panas yang dihasilkan digunakan

sebagai energi input untuk tahapan proses lainnya. Sebagai

contoh, panas dari tahap 1 dan 2 digunakan untuk memproduksi

uap air. Uap air digunakan untuk melelehkan bahan baku belerang.

Hal ini merupakan efisiensi karena dapat menekan konsumsi

energi dari luar.

Pembuatan asam sulfat (H2SO4) melalui proses kontak

dibagi menjadi 3 tahap:

Tahap 1: Pembentukan SO2

Belerang yang sudah dilelehkan direaksikan dengan O2 membentuk

gas SO2 :

Reaksi : S(s) + O2 (g) → SO2 (g) ∆H = -296,9 kJ

Tahap 2 : Pembentukan SO3

Gas SO2 direaksikan dengan O2 pada suhu -450 oC dan tekanan 2-3

atm membentuk gas SO3 dengan bantuan katalis V2O5 melalui reaksi

kesetimbangan berikut :

2 SO2 (g) + O2 (g) ⇄ 2 SO3 (g) ΔH = -196 kJ

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

2. Industri Asam sulfat (H2SO4) menurut Proses

Mengapa SO3 tidak langsung direaksikan dengan H2O (air) untuk membentuk H2SO4?

Hal ini disebabkan karena reaksi langsung SO3 dengan H2O akan menyebabkan terbentuknya kabut H2SO4. Kabut ini sulit dikumpulkan, tidak dapat terkodensasi, dan dapat menyebabkan pencemaran udara.

25

Pemilihaan kondisi optimum untuk pembentukan SO3 adalah sebagai berikut :

Faktor Reaksi :

2SO3(g) + O2(g) ⇄ 2SO3 (g) ∆H = ˜ 191kJ

Kondisi

Optimum

Suhu Reaksi bersifat eksotermik. Suhu rendah

akan menggeser kesetimbangan ke kanan.

Akan tetapi, laju reaksi menjadi lambat.

Pemilihan suhu juga harus juga harus

memperhitungan faktor antara lain korosi

pada suhu tinggi.

˜4500C

Tekanan Total mol pereaksi lebih besar

dibandingkan total mol produk reaksi.

Penambahan tekanan akan menggeser

kesetimbangan ke kanan. Pada tekanan

sedikit di atas 1 atm, reaksi sudah

menghasilkan ˜97% SO3.

2-3 atm

Katalis Katalis tidak menggeser kesetimbangan ke

kanan, tetapi mempercepat laju reaksi

secara keseluruhan

V2O5

Tahap 3 : Pembentukan H2SO4

Pada tahap ini, SO3 tidak langsung direaksikan dengan H2O untuk

membentuk H2SO4, Tetapi dilarutkan ke dalam campuran 98% H2SO4

dan 2% H2O membentuk larutan yang disebut oleum.

SO3 (g) + H2SO4 (aq) → H2S2O7 (aq)

Oleum kemudian diencerkan dengan air untuk membentuk lelehan

H2SO4 pekat :

H2S2O7 (aq) + H2O (l) → H2SO4 (aq)

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

26

Asam sulfat (H2SO4) adalah senyawa dasar yang penting dan

dihasilkan dalam jumlah terbesar (ranking pertama dari segi jumlah)

dari semua senyawa anorganik yang dihasilkan industri. Asam sulfat

murni adalah cairan kental (mp 10.370C), dan melarut dalam air

dengan menghasilkan sejumlah besar panas menghasilkan larutan

asam kuat. Asam sulfat mempunyai rumus kimia H2S O 4, merupakan

asam mineral (anorganik) yang kuat. Zat ini larut dalam air pada

semua perbandingan. Asam sulfat mempunyai banyak kegunaan,

termasuk dalam kebanyakan reaksi kimia.

Kegunaan utama termasuk pemrosesan bijih mineral, sintesis

kimia, pemrosesan air limbah dan pengilangan minyak. Reaksi hidrasi

(pelarutan dalam air) dari asam sulfat adalah reaksi eksoterm yang

kuat. Jika air ditambah kepada asam sulfat pekat, terjadi pendidihan.

Senantiasa tambah asam kepada air dan bukan sebaliknya. Sebagian

dari masalah ini disebabkan perbedaan isipadu kedua cairan. Air

kurang padu dibanding asam sulfat dan cenderung untuk terapung di

atas asam. Reaksi tersebut membentuk ion hidronium : H2SO4 + H2O

→ H3O+ + HSO4-.

Disebabkan asam sulfat bersifat mengeringkan, asam sulfat

merupakan agen pengering yang baik, dan digunakan dalam

pengolahan kebanyakan buah-buahan kering. Apabila gas SO3 pekat

ditambah kepada asam sulfat, ia membentuk H2S2O7. Ini dikenali

sebagai asam sulfat fumingoleum.

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

Kegunaan Asam Sulfat (H2SO4)

Tugas Mandiri Tidak TerstrukturBuat makalah mengenai aplikasi proses kimia yang ramah

lingkungan

dalam suatu industri. Pengolahan produk ataupun penanganan

hasil samping (limbah).

Hal ini berguna untuk mengasah rasa ingin tahu, kepedulian

lingkungan, kerja keras, kreativitas. Keterampilan memecahkan

masalah dan tanggung jawab. Dikumpulkan sebelum hari terakhir

UKK

Buat makalah mengenai aplikasi proses kimia yang ramah

lingkungan

dalam suatu industri. Pengolahan produk ataupun penanganan

hasil samping (limbah).

Hal ini berguna untuk mengasah rasa ingin tahu, kepedulian

lingkungan, kerja keras, kreativitas. Keterampilan memecahkan

masalah dan tanggung jawab. Dikumpulkan sebelum hari terakhir

UKK

27

1. Berikut adalah contoh-contoh peristiwa alam yang menggunakan prinsip kesetimbangan, kecuali … .a. Siklus air d. siklus karbonb. Siklus oksigen e. siklus peredaran darahc. Siklus nitrogen

2. Perhatikan perlakuan pada sistem kesetimbangan berikut:(1) Menaikkan tekanan(2) Menambah katalis(3) Menurunkan suhu(4) Memperbesar volumeReaksi pembuatan belerang trioksida adalah reaksi eksoterm:2SO2(g) + O2(g) ⇄ 2SO3(g) ∆H<0Produksi belerang trioksida dapat meningkat apabila diberi perlakuan seperti pada nomor … .a. (1), (2), (3) d. (4) sajab. (1) dan (3) e. semua benarc. (2) dan (4)

3. Pada reaksi kesetimbangan: N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H = -22 kkal, konsentrasi NH3 akan bertambah jika … .a. suhu dinaikkan d. suhu diturunkanb. tekanan dikurangi e. volume diperbesarc. konsentrasi reaktan dikurangi

4. Dalam pembuatan amoniak dari nitrogen dan hidrogen dalam industri, katalis yang digunakan adalah … .a. Besi oksida d. kaliumb. Vanadium pentaoksida e. tembagac. Nikel

5. Pada sistem kesetimbangan: N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g) ∆H= -22 kkal.Faktor yang tidak mempengaruhi pergeseran pada sistem kesetimbangan tersebut adalah … .

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia

28

a. kenaikan suhub. penurunan suhuc. penambahan katalisd. kenaikan tekanane. kenaikan volume

Bahan Ajar Kimia Berbasis Soft Skills | Kesetimbangan Kimia