kesetimbangan kimia

STANDAR KOMPETENSI
Memahami kinetika reaksi,
kesetimbangan kimia, faktor-faktor
yang mempengaruhinya serta proses
penerapan dalam kehidupan seharihari dan industri
Kompetensi Dasar
• Menjelaskan
kesetimbangan
dan
faktor-faktor
yang
mempengaruhi
pergeseran
arah
kesetimbangan
dengan melakukan percobaan
Indikator
1. Menjelaskan reaksi kesetimbangan dan keadaan
setimbang.
2. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi
pergeseran kesetimbangan.
3. Menentukan harga tetapan kesetimbangan (Kc).
4. Menentukan harga tetapan kesetimbangan
parsial gas (Kp).
5. Menjelaskan hubungan antara Kc dan Kp.
6. Menjelaskan penerapan kesetimbangan kimia
pada bidang industri
Reaksi Kimia
• Reaksi irreversible
(reaksi satu arah\tidak dapat balik),
yaitu suatu reaksi hanya terjadi
pembentukan zat-zat hasil reaksi saja.
• Reaksi reversible
(reaksi dua arah/dapat balik),
yaitu suatu reaksi di mana hasil reaksi
dapat bereaksi kembali membentuk
zat-zat pereaksi
Ciri-ciri Kesetimbangan Dinamis
1. Reaksi berlangsung terus-menerus dengan arah yang
berlawanan. (↔ )
2. Terjadi pada ruang tertutup, suhu, dan tekanan tetap.
3. Kecepatan reaksi ke arah produk (hasil reaksi) sama
dengan kecepatan reaksi ke arah reaktan (zat-zat
pereaksi). V maju = V balik
4. Tidak terjadi perubahan makroskopis, yaitu
perubahan yang dapat dilihat, tetapi terjadi
perubahan mikroskopis, yaitu perubahan tingkat
partikel (tidak dapat dilihat).
5. Setiap komponen tetap ada.
Reaksi Kesetimbangan
Reaksi kesetimbangan dinamis
adalah Reaksi reversible di mana zat-zat hasil
reaksi dapat bereaksi kembali membentuk zatzat pereaksi dan berlangsung bolak balik terus
menerus tidak pernah berhenti.
Keadaan setimbang adalah suatu keadaan dimana
laju reaksi ke arah kanan (pembentukan hasil
reaksi) sama dengan laju reaksi ke arah kiri
(pembentukan zat-zat pereaksi)
mA + nB

pC + qD
Vmaju = V balik
Macam sistem Kesetimbangan
• A. Kesetimbangan dalam Sistem Homogen
1. Kesetimbangan dalam sistem gas–gas
Contoh:
2 SO2(g) + O2(g) ↔ 2 SO3(g)
2. Kesetimbangan dalam sistem larutan–larutan
Contoh:
_
+
NH4OH(aq) ↔ NH4 (aq) + OH (aq)
• B. Kesetimbangan dalam Sistem Heterogen
1. Kesetimbangan dalam sistem padat–gas
Contoh:
CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g)
2. Kesetimbangan dalam sistem padat–larutan
Contoh:
2+
2BaSO4(s) ↔ Ba +(aq) + SO4 (aq)
3. Kesetimbangan dalam sistem larutan–padat–gas
Contoh:
Ca(HCO3)2(aq) ↔ CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)
Pergeseran Kesetimbangan
Asas Le Chatelier
“Bila pada sistem kesetimbangan
diadakan aksi, maka sistem akan
mengadakan reaksi sedemikian
rupa, sehingga pengaruh aksi itu
menjadi sekecil-kecilnya”.
Atau
“jika ke dalam reaksi keetimbangan dilakukan
suatu
aksi
maka
kesetimbangan
akan
bergeser dan mengubah komposisi
zat-zat
hingga
kembali “
tercapai
kesetimbangan
Faktor-faktor yang mempengaruhi
pergeseran kesetimbangan
1. perubahan konsentrasi salah
satu zat
2. perubahan volume atau
tekanan
3. perubahan suhu
Faktor Konsentrasi
• Jika
ada
usaha
untuk
menambah
atau
mengurangi konsentrasi dari salah satu zat
pada reaksi setimbang, maka akan terjadi
pergeseran kesetimbangan. Hal ini dapat
dibuktikan
dengan
dengan cara berikut
melakukan
percobaan
Percobaan 1
• Siapkan larutan Fe(SCN)2+ (berwarna merah)
kemudian bagi larutan tersebut sama banyak ke dalam
3 tabung reaksi.
• Tabung 1 sebagai pembanding
• Tabung 2 di tetesi larutan KSCN
• Tabubg 3 ditetesi larutan FeCl3
• Kocok kedua tabung dan bandingkan setiap perubahan
warna yang terjadi dengan larutan pada tabung pertama
Hasil
3+
Fe (aq)
Kuning jingga
2+
-
+ SCN (aq) ↔ FeSCN (aq)
Tak berwarna
Merah
Penambahan ion Fe3+ dan penambahan ion SCNmenyebabkan larutan standar menjadi lebih merah,
berarti
ion
Fe(SCN)2+
bertambah.
Itu
berarti
penambahan ion Fe3+ dan ion SCN- menyebabkan
kesetimbangan bergeser ke arah ion Fe(SCN)2+
• Jadi, Jika salah satu komponen pada sistem
kesetimbangan di tambah, akan bergeser ke arah
lawan begitu juga sebaliknya.
A. Perubahan Konsentrasi
Apabila dalam sistem kesetimbangan homogen,
1.konsentrasi salah satu zat diperbesar, maka
kesetimbangan akan bergeser ke arah yang
berlawanan dari zat tersebut.
2. Sebaliknya, jika konsentrasi salah satu zat
diperkecil, maka kesetimbangan akan bergeser ke
pihak zat tersebut.
3.Bila zat diencerkan dengan menambah air pada
sistem, maka kesetimbangan bergeser pada
jumlah molekul terbanyak.
Contoh soal
Ke arah mana kesetimbangan bergeser
bila pada reaksi kesetimbangan:
2 SO2(g) + O2(g) ↔ 2 SO3(g)
a. SO2 ditambah?
b. SO3 ditambah?
c. O2 dikurangi?
d. SO3 dikurangi?
Jawab
a. Bila pada sistem kesetimbangan ini
ditambahkan gas SO2, maka kesetimbangan
akan bergeser ke kanan.
b. Bila pada sistem kesetimbangan ini dikurangi
gas SO3, maka kesetimbangan akan
bergeser ke kiri.
c. Bila pada sistem kesetimbangan ini dikurangi
O2, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri.
d. Bila pada sistem kesetimbangan ini dikurangi
SO3, maka kesetimbangan akan bergeser ke
kanan.
Faktor Tekanan
• Jika tekanan sistem dinaikkan, kesetimbangan
akan bergeser ke arah jumlah mol gas terkecil
• Jika
tekanan
sistem
diturunkan,
kesetimbangan akan bergeser ke arah jumlah
mol gas terbesar
Faktor Volume
• Jika volume sistem dinaikkan, kesetimbangan akan
bergeser ke arah jumlah mol terbesar (ke kiri)
• Jika volume sistem diturunkan, kesetimbanagn akan
bergeser ke arah jumlah mol terkecil (ke kiri)
Simpulan
1. Jika tekanan diperbesar (volume
diperkecil), maka kesetimbangan akan
bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi
kecil.
2. Jika tekanan diperkecil (volume
diperbesar), maka kesetimbangan akan
bergeser ke arah jumlah koefisien reaksi
besar.
Contoh Soal
Pada reaksi kesetimbangan:
N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g)
jumlah koefisien reaksi di kanan = 2
jumlah koefisien reaksi di kiri = 1 + 3 = 4
• Bila pada sistem kesetimbangan tersebut tekanan
diperbesar (volume diperkecil), maka
kesetimbangan akan bergeser ke kanan
(jumlah koefisien kecil).
• Bila pada sistem kesetimbangan tersebut tekanan
diperkecil (volume diperbesar), maka
kesetimbangan akan bergeser ke kiri
(jumlah koefisien besar).
Faktor Temperatur
• Jika temperatur sistem dinaikkan, kesetimbangan
akan bergeser ke reaksi yang endoterm (ke kiri)
• Jika temperatur sistem diturunkan,
kesetimbangan akan bergeser ke reaksi eksoterm
(ke kanan)
• Hal ini juga dapat di buktikan dengan melakukan
percobaan berikut
Percobaan 2
• Masukkan ke dalam tiga tabung reaksi, masingmasing 10 tetes HNO3 dan 1 lempeng Cu.
Segera tutup.
N2O4
↔
2NO2
(tak berwarna)
(Coklat)
• Masukkan tabung 1 ke dalam air es
• tabung 2 ke dalam air panas
• 1 tabung sebagai pembanding.
• Bandingkan warna dalam ketiga tabung
tersebut.
Hasil
N2O4
↔
2NO2
(tak berwarna)
(Coklat)
►jika didinginkan warna coklat hilang, berarti
gas NO2 berkurang. Jadi reaksi bergeser ke
arah kiri
►Jika dipanaskan warna coklat makin tua.
Karena gas NO2 bertambah. Jadi reaksi
bergeser ke arah kanan
Simpulan
Menurut Van’t Hoff:
1. Bila pada sistem kesetimbangan suhu
dinaikkan, maka kesetimbangan reaksi akan
bergeser ke arah yang membutuhkan kalor
(ke arah reaksi endoterm).
2. Bila pada sistem kesetimbangan suhu
diturunkan, maka kesetimbangan reaksi akan
bergeser ke arah yang membebaskan kalor
(ke arah reaksi eksoterm).
Contoh Soal
2 NO(g) + O2(g) ↔ 2 NO2(g) ∆H = –216 kJ
Reaksi ke kanan eksoterm berarti reaksi ke kiri endoterm.
• Jika pada reaksi kesetimbangan tersebut suhu
dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke kiri
(ke arah endoterm)
• Jika pada reaksi kesetimbangan tersebut suhu
diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke
kanan (ke arah eksoterm).
Latihan
Pada reaksi kesetimbangan:
C(s) + CO2(g) ↔ 2 CO(g) ∆ H = +120 kJ
Bagaimana pengaruhnya terhadap CO, jika:
a. ditambah CO2?
b. suhu dinaikkan?
c. suhu diturunkan?
d. tekanan diperbesar?
Pengaruh Katalisator terhadap
Kesetimbangan
• Fungsi katalisator dalam reaksi
kesetimbangan adalah mempercepat
tercapainya kesetimbangan dan tidak
merubah letak kesetimbangan (harga
tetapan kesetimbangan Kc tetap).
Hal ini disebabkan katalisator
mempercepat
reaksi ke kanan dan ke kiri sama besar.
KOMPETENSI DASAR
Menentukan hubungan
kuantitatif antara pereaksi
dengan hasil reaksi dari suatu
reaksi kesetimbangan
Tetapan Kesetimbangan
Hukum kesetimbangan menurut “Guldberg
dan Waage”
“Dalam keadaan kesetimbangan pada
suhu tetap, maka hasil kali konsentrasi
zat-zat hasil reaksi dibagi dengan hasil
kali konsentrasi pereaksi yang sisa di
mana masing-masing konsentrasi itu
dipangkatkan dengan koefisien
reaksinya adalah tetap.”
1. Tetapan kesetimbangan
berdasarkan konsentrasi (Kc)
Harga Kc adalah hasil kali konsentrasi zat – zat hasil
reaksi dibagi dengan hasil kali konsentrasi pereaksi
setelah masing – masing zat dipangkatkan dengan
koefisiennya menurut persamaan reaksi
kesetimbangan
Reaksi : pA + qB
 mC + nD
[C] m [D]n
Kc =
[A]p [B]q
Contoh :
Rumus Kc untuk reaksi :

2H2(g) + O2(g)  2H2O(g)

H2O
Kc 
2
H 2  O2 
2

2NO(g)  N2(g) + O2(g)
[ N2][ O2]
Kc 
2
NO
Harga K beberapa reaksi berhubungan
•
A ⇄ B , K1
•
3A ⇄ 3B , K2
•
B ⇄ A , K3
Jika reaksi dikali 3 maka harga K dipangkat 3
K2 = K13
Jika reaksi dibalik maka harga K dibalik
K3 = 1
—
K1
Contoh Soal
Diketahui reaksi berikut
A+B
↔
C K= 4
2A + D ↔
C K=8
Tetukan tetapan kesetimbangan untuk reaksi :
C + D ↔ 2B
2. Tetapan kesetimbangan
berdasarkan tekanan parsial (Kp)
Harga Kp adalah hasil kali tekanan parsial gas – gas
hasil reaksi dibagi dengan hasil kali tekanan parsial
gas – gas pereaksi setelah masing – masing
dipangkatkan dengan koefisiennya menurut
persamaan reaksi kesetimbangan
Reaksi : pA + qB  mC + nD
(PC)m (PD)n
Kp =
(PA)p (PB)q
Keterangan
Kp = tetapan kesetimbangan tekanan gas
PA = tekanan parsial gas A (atm)
=
mol A
x P total
mol total
PB = tekanan parsial gas B (atm)
=
mol B
x P total
mol total
PC = tekanan parsial gas C (atm)
=
mol C
x P total
mol total
PD = tekanan parsial gas D (atm)
=
mol D
x P total
mol total
m A(g) + n B(g) ↔ r C(g) + s D(g)
Dari rumus PV = nRT, dapat disimpulkan bahwa
P = konsentrasi x RT.
Jika rumus ini disubstitusikan ke dalam rumus Kp,
maka :
Kp
Kp
=
=
{[C] RT}r {[D] RT}s
{[A] RT}m {[B] RT}n
[Pc]r [Pd]s
[Pa]m [Pb]n
=
[C]r [D]s . RT (r+s)-(m+n)
[A]m [B]n
Kp = Kc (RT)∆n
Keterangan
R= tetapan gas ideal
= 0,082 L.atm.mol-1 K-1
T = suhu (K)
∆n = (jumlah koefisien zat-zat hasil) (reaksi–koefisien zat-zat pereaksi
Derajat Disosiasi
Adalah perbandingan mol zat yang terdisosiasi dengan mol zat
mula – mula sebelum terdisosiasi.
Pada reaksi penguraian, banyaknya zat yang terurai dapat
diketahui dari derajat penguraiannya (derajat disosiasi). Derajat
disosiasi () dapat dinyatakan dalam fraksi atau dalam
persentase, dengan rumus:
Mol terurai
=
Mol mula-mula
atau,
Mol terurai
=
x 100%
Mol mula-mula
Contoh Soal :
1. Dalam ruangan 5 liter berlangsung reaksi kesetimbangan
2 SO3 (g)  2SO2(g) + O2(g)
Jika dari pemanasan 1 mol gas SO3 diperoleh 0,25 mol gas O2.,
tentukan tetapan kesetimbangannya?
Jawab:
mula2
terurai
sisa
:
:
:
2 SO3 (g)
1
0,5
0,5

2SO2(g) + O2(g)
0,5
0,5
0,25
0,25
[SO3 ] = 0,5/5 = 0,1 M; [SO2 ] = 0,50/5 = 0,1 M; [O2 ] = 0,25/5 = 0,05 M
[SO2 ]2 [O2 ]
Kc =
(0,1)2 (0,05)
=
[SO3 ]2
= 0,05
(0,1)2
2. Jika natrium bikarbonat dipanaskan menurut reaksi :
2NaHCO3(s)  Na2CO3(s)+ CO2(g)+ H2O(g) , ternyata tekanan
total saat setimbang = 0,04 atm, hitung harga Kp ?
Jawab :
Reaksi setimbang : 2 NaHCO3(s)  Na2CO3(s) + CO2(g) + H2 O(g)
Yang berfase gas adalah CO2 dan H2O . Berdasarkan
persamaan reaksi ; mol CO2 = mol H2O
mol zat
PCO = PH2O =
x Ptotal
2
mol total
= 1/2 x 0,04 atm
= 0,02 atm
Kp = PCO2 x PH2O
= 0,02 x 0,02
= 0,0004
3. Untuk reaksi kesetimbangan :
PCl5(g)  PCl3(g) + Cl2(g) ,
harga Kc pada suhu 191o C = 3,26 x 10-2 ,
tentukan harga Kp pada suhu tersebut ?
Jawab :
R = 0,082; T = (191 + 273) = 464 K
n= 2 – 1 = 1
∆n
Kp = Kc x (RT)
= 3,26 x 10-2 x (0,082 x 464)1
= 1,24
4. Pada suhu tertentu dalam ruangan
dengan volume 1 liter terdapat reaksi
penguraian gas AB5:
AB5( g )  AB3( g )  B2( g )
Gas AB5 mula-mula 0,25 mol. Pada saat
setimbang terdapat gas B2 sebanyak 0,05
mol. Tentukan Derajat disosiasi ?
Reaksi
:
AB 5(g)
AB3(g) 
Mula”
: 0,25 mol
Reaksi
: 0,05 mol
Setimbang : 0,2 mol
0,05 mol
0,05 mol
Derajat disosiasi
mol zat yang terdisosi asi


 mol zat mula - mula
0,05

 0,2
0,25
B 2(g)
0,05 mol
0,05 mol
Contoh
Dalam ruang 2 liter terdapat 5 mol gas amonia
(NH3) yang terurai sesuai reaksi:
2 NH3(g) ↔ 2(g) + 3 H2(g)
Pada keadaan setimbang terdapat 2 mol NH3.
Tentukan:
a. besarnya derajat disosiasi ( α )
b. KC
c. KP jika tekanan total sebesar 2 atm
Jawab:
Persamaan reaksi : 2 NH3(g) ↔ N2(g) + 3 H2(g)
Mula-mula :
5 mol
0 mol 0 mol
Bereaksi :
3 mol
1,5 mol 4,5 mol
Sisa (setimbang): 2 mol
1,5 mol 4,5 mol
a. α = mol NH3 bereaksi (terurai)
X 100%
mol NH3 mula-mula
= 3 X 100 %
5
= 60%
Latihan Soal
1. Dalam ruang satu liter, satu mol zat AB direaksikan
dengan satu mol zat CD menurut persamaan reaksi:
AB(g) + CD(g) ↔ AD(g) + BC(g)
Setelah kesetimbangan tercapai ternyata tersisa 0,25
mol senyawa CD. Tentukan tetapan kesetimbangan
untuk reaksi tersebut!
2. Diketahui reaksi:
CO(g) + H2O(g) ↔ CO2(g) + H2(g) Kc = 16
Bila 4 mol gas CO direaksikan dengan 4 mol H2O
dalam ruang 1 liter, berapa mol gas
CO2 dan H2 yang terbentuk?
3. Dalam reaksi disosiasi N2O4 berdasarkan
persamaan reaksi:
N2O4(g) ↔ 2 NO2(g)
banyaknya mol N2O4 dan NO2 pada keadaan
setimbang adalah sama. Pada keadaan ini,
berapakah harga derajat disosiasinya?
4. Pada reaksi kesetimbangan:
PCl5(g) ↔ PCl3(g) + Cl2(g)
bila dalam ruang 2 liter, 8 mol gas PCl5
berdisosiasi 75%, tentukan besarnya harga
tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc)!
5. Dalam ruang 1 liter, 5 mol SO3 terurai
menurut reaksi:
2 SO3(g) ↔ 2 SO2(g) + O2(g)
Bila pada keadaan setimbang
mol SO2 : mol O2 = 2 : 1, tentukan
besarnya:
a. derajat disosiasi ( α ) SO3
b. tetapan kesetimbangan konsentrasi (Kc)
6. Diketahui reaksi kesetimbangan:
2 ICl(g) ↔ I2(g) + Cl2(g)
Satu mol ICl terurai dalam ruang 5 liter. Bila
Kc = 0,25, tentukan:
a. mol I2 dan mol Cl2 yang terbentuk
b. Kp bila Ptotal = 2 atm
7. Zat A2B terurai menurut reaksi:
-2
2 AB(g) ↔ 2 A(g) + B2(g) Kc = 2,5 × 10
TentukanKp pada suhu 27 °C (R = 0,082 L atm
mol/K)!
8. Dalam ruang 2 liter, 2 mol NaHCO3 terurai
menurut reaksi:
2 NaHCO3(s)↔ Na2CO3(s) + CO2(g) +H2O(g)
Bila terbentuk 1 mol gas CO2 dan 1 mol gas
H2O, dan tekanan total 4 atm, tentukan
besarnya Kc dan Kp!
9. Dalam ruang 1 liter, 5 mol gas CCl4 terurai 60%
menurut reaksi:
CCl4(g) ↔C(g) + 2 Cl2(g)
Tentukan besarnya Kc dan Kp pada suhu 25 °C
(R = 0,082 L atm mol–1 K–1)!
Sekian
Dan
Terima Kasih