View
300
Download
15
Category
Preview:
Citation preview
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
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
Recommended