Simulasi Soal Olimpiade Kimia SMA Standar IChO : 2025 (1)

24 Feb 2025 | dibaca 61 kali

Daftar Isi

Soal 1: Kimia Fisika – Termodinamika

Reaksi hipotetis berikut dilangsungkan dalam kondisi tertutup:

\[ \ce{2X (g) + Y (g) -> Z (g)} \]

Diketahui pada suhu tertentu:

  • \(\Delta H^\circ\) (per reaksi) = +125 kJ
  • \(\Delta S^\circ\) (per reaksi) = -200 J/K

a. Tentukan tanda (positif/negatif) dari \(\Delta G^\circ\) pada suhu 298 K dan jelaskan apakah reaksi cenderung spontan atau tidak pada suhu tersebut.

b. Hitung suhu minimum (jika ada) agar reaksi dapat menjadi spontan (asumsikan \(\Delta H^\circ\) dan \(\Delta S^\circ\) konstan terhadap suhu).

c. Bagaimana pengaruh kenaikan tekanan total pada kesetimbangan reaksi tersebut? Berikan penjelasan berdasarkan perubahan jumlah mol gas.

Lihat Pembahasan Soal 1

Soal 2: Kimia Anorganik – Kompleks Perak

Perak(I) dapat membentuk kompleks dengan berbagai ligan. Salah satu ligan yang kerap berkoordinasi kuat adalah ligan CN–. Pertimbangkan reaksi berikut:

\[ \ce{Ag+ (aq) + 2CN- (aq) <=> [Ag(CN)2]- (aq)} \]

a. Tuliskan konfigurasi elektronik perak(I) dan jelaskan mengapa perak(I) cenderung stabil dalam kompleks dengan ligan yang bersifat \(\pi\)-akseptor seperti CN–.

b. Berdasarkan konsep konstanta kesetimbangan, bagaimana penambahan ligan CN– yang berlebih akan mempengaruhi kelarutan garam AgCl di dalam larutan?

c. Jelaskan prinsip di balik metode argentometri (titrasi perak) untuk menentukan konsentrasi halida, misalnya klorida, di dalam larutan.

Lihat Pembahasan Soal 2

Soal 3: Kimia Organik – Substitusi Alifatik

Diberikan dua senyawa alkil halida: 2-klorobutana dan 1-kloro-2,2-dimetilpropana (tert-butil klorida). Keduanya dicampur dalam reaksi dengan nukleofil \(\ce{OH-}\) pada suhu tertentu. Hasil pengamatan menunjukkan reaksi 2-klorobutana mengikuti mekanisme SN2, sedangkan tert-butil klorida mengikuti mekanisme SN1.

a. Jelaskan secara singkat mekanisme SN2 dan SN1, serta faktor-faktor yang memengaruhi pemilihan mekanisme pada kedua senyawa di atas.

b. Tuliskan mekanisme reaksi untuk kedua kasus tersebut (tunjukkan tahapan penyerangan nukleofil dan pembentukan/pemecahan intermediat).

c. Bagaimana perbedaan stereokimia produk yang dihasilkan dari kedua mekanisme tersebut?

Lihat Pembahasan Soal 3

Soal 4: Kimia Fisik – Kesetimbangan Asam-Basa

Asam lemah HA (dengan konstanta asam \(\displaystyle K_a\)) dilarutkan dalam air membentuk kesetimbangan:

\[ \ce{HA <=> H+ + A-} \]

a. Tuliskan persamaan pH untuk larutan asam lemah tersebut menggunakan pendekatan Henderson-Hasselbalch.

b. Bagaimana pH larutan berubah bila garam dari basa konjugat (misalnya \(\ce{NaA}\)) ditambahkan ke dalam larutan asam HA tersebut?

c. Sebutkan prinsip penentuan pH larutan penyangga (buffer) dan mengapa buffer mempertahankan pH relatif konstan saat sedikit asam atau basa ditambahkan.

Lihat Pembahasan Soal 4

Soal 5: Kimia Anorganik – Struktur Perovskite

Perovskite (misalnya \(\ce{ABO3}\)) merupakan padatan anorganik yang struktur kristalnya banyak diteliti karena sifat listrik dan magnetnya. Dalam sel satuan kubik sederhana, ion A berada di titik-titik sudut (corner), ion B berada di pusat sel (body center), dan ion O berada di tengah masing-masing sisi (face center).

a. Tentukan jumlah rumus \(\ce{ABO3}\) dalam satu sel satuan dengan memperhitungkan kontribusi posisi atom di sudut, pusat, dan tengah sisi.

b. Jika jari-jari ion A, B, dan O diketahui, jelaskan kriteria tolerance factor (faktor toleransi) untuk stabilitas struktur perovskite.

c. Berikut ilustrasi sederhana sel satuan perovskite dalam format SVG:

Lihat Pembahasan Soal 5

Soal 6: Kimia Organik – Reaksi Cross-Coupling

Reaksi cross-coupling (misalnya Suzuki-Miyaura) banyak digunakan untuk membentuk ikatan C–C antara aril atau vinil halida dengan aril boronic acid. Persamaan reaksi sederhananya:

\[ \ce{Ar-X + Ar'-B(OH)2 -> Ar-Ar' + HX + ...} \]

a. Sebutkan peran katalis logam (misalnya Pd) dalam reaksi Suzuki-Miyaura. Mengapa ligan fosfin sering diperlukan?

b. Jelaskan tahapan mekanisme umum reaksi Suzuki-Miyaura (transmetalasi, reduktif eliminasi, dsb.).

c. Reaksi ini banyak diaplikasikan dalam sintesis farmasi. Berikan salah satu contoh aplikasi reaksi cross-coupling dalam sintesis obat.

Lihat Pembahasan Soal 6

Soal 7: Biokimia – Metabolisme Karbohidrat

Proses glikolisis mengubah glukosa menjadi piruvat, menghasilkan energi dalam bentuk ATP dan NADH. Salah satu tahapan kunci adalah fosforilasi fruktosa-6-fosfat menjadi fruktosa-1,6-bisfosfat oleh enzim fosfofruktokinase-1 (PFK-1).

a. Tuliskan reaksi kimia keseluruhan untuk tahap fosforilasi fruktosa-6-fosfat oleh ATP dalam glikolisis.

b. Mengapa reaksi tersebut dianggap sebagai salah satu titik kontrol utama pada jalur glikolisis?

c. Sebutkan satu faktor alosterik yang dapat mengaktivasi PFK-1, dan satu faktor alosterik yang dapat menghambat PFK-1. Jelaskan secara singkat bagaimana mekanisme aktivasi atau inhibisi tersebut.

Lihat Pembahasan Soal 7

Soal 8: Kimia Fisik – Spektroskopi IR dan Raman

Spektroskopi inframerah (IR) dan Raman sama-sama mempelajari vibrasi molekul. Namun, keduanya memiliki prinsip interaksi cahaya yang berbeda.

a. Jelaskan secara singkat perbedaan mendasar antara transisi vibrasi yang diamati pada IR vs Raman.

b. Sebutkan aturan pemilihan (selection rule) umum untuk spektrum IR dan Raman, serta contoh molekul yang aktif di IR tetapi tidak aktif di Raman (atau sebaliknya).

c. Mengapa \(\ce{CO2}\) menampilkan puncak di spektrum IR, sedangkan molekul homonuklir seperti \(\ce{O2}\) atau \(\ce{N2}\) tidak?

Lihat Pembahasan Soal 8

Pembahasan

Pembahasan Soal 1: Kimia Fisika – Termodinamika

  1. Perhitungan \(\Delta G^\circ\) pada 298 K:

    Rumus: \[ \Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T\,\Delta S^\circ \]

    Diketahui:
    \(\Delta H^\circ = +125\,\text{kJ} = +125000\,\text{J}\)
    \(\Delta S^\circ = -200\,\text{J/K}\)

    Maka, pada \(T = 298\,\text{K}\): \[ \Delta G^\circ = 125000 - (298 \times (-200)) = 125000 + 59600 = 184600\,\text{J} = 184.6\,\text{kJ} \]

    Karena \(\Delta G^\circ\) bernilai positif, reaksi tidak spontan pada 298 K.

  2. Suhu Minimum untuk Spontan:

    Agar reaksi menjadi spontan, \(\Delta G^\circ < 0\). Maka:

    \[ 0 = \Delta H^\circ - T\,\Delta S^\circ \quad \Longrightarrow \quad T = \frac{\Delta H^\circ}{\Delta S^\circ} \]

    Karena nilai \(\Delta S^\circ\) bernilai negatif, perhitungan ini menghasilkan suhu negatif, yang tidak bermakna secara fisik. Sebagai contoh:

    \[ T = \frac{125000\,\text{J}}{-200\,\text{J/K}} = -625\,\text{K} \]

    Artinya pada semua suhu di atas 0 K, \(\Delta G^\circ\) tetap positif sehingga reaksi tidak spontan.

  3. Pengaruh Kenaikan Tekanan Total:

    Reaksi: \(\ce{2X(g) + Y(g) -> Z(g)}\). Jumlah mol gas reaktan adalah 3 mol, sedangkan produk hanya 1 mol. Saat tekanan dinaikkan, kesetimbangan bergeser ke sisi yang menghasilkan jumlah mol gas lebih sedikit (prinsip Le Chatelier), yaitu ke arah \(\ce{Z(g)}\).

Kembali ke Soal 1

Pembahasan Soal 2: Kimia Anorganik – Kompleks Perak

  1. Konfigurasi Elektronik dan Stabilitas:
    Perak(I), \(\ce{Ag+}\), memiliki konfigurasi d10. Ion d10 dapat distabilkan oleh ligan \(\pi\)-akseptor seperti \(\ce{CN-}\) karena ligan tersebut dapat berkoordinasi kuat dan menstabilkan kompleks.
  2. Pengaruh Penambahan \(\ce{CN-}\) Berlebih:
    Kompleks \(\ce{[Ag(CN)2]-}\) memiliki konstanta kestabilan yang tinggi. Jika \(\ce{CN-}\) berlebih ditambahkan, konsentrasi \(\ce{Ag+}\) yang bebas akan menurun drastis, sehingga kesetimbangan garam \(\ce{AgCl}\) bergeser agar lebih banyak \(\ce{AgCl}\) larut.
  3. Prinsip Argentometri:
    Titrasi perak memanfaatkan endapan \(\ce{AgX}\) (X = halida) yang sulit larut. Pada titik ekivalen, seluruh halida akan diendapkan sebagai \(\ce{AgX}\). Metode ini digunakan untuk menentukan konsentrasi halida dalam larutan.
Kembali ke Soal 2

Pembahasan Soal 3: Kimia Organik – Substitusi Alifatik

  1. Mekanisme SN2 vs SN1:
    - SN2: Satu tahap, nukleofil menyerang secara backside, laju bergantung pada [substrat] dan [nukleofil]. Substrat primer atau sekunder dengan hambatan sterik rendah lebih mendukung SN2.
    - SN1: Dua tahap, dengan pembentukan karbokation sebagai langkah lambat, diikuti serangan nukleofil. Substrat tersier atau sekunder yang stabil cenderung mengikuti mekanisme SN1.
  2. Mekanisme Reaksi:
    - 2-Klorobutana (SN2): \(\ce{OH-}\) menyerang karbon yang terikat Cl, disertai pelepasan Cl-.
    - Tert-Butil klorida (SN1): Pembentukan karbokation terlebih dahulu, kemudian \(\ce{OH-}\) menyerang karbokation tersebut.
  3. Stereokimia:
    - SN2: Inversi konfigurasi (Walden inversion).
    - SN1: Produk racemik karena serangan nukleofil dapat terjadi dari kedua sisi.
Kembali ke Soal 3

Pembahasan Soal 4: Kimia Fisik – Kesetimbangan Asam-Basa

  1. Persamaan pH (Henderson-Hasselbalch):
    \[ \text{pH} = \mathrm{p}K_a + \log \frac{[\ce{A-}]}{[\ce{HA}]} \]
  2. Efek Penambahan Garam \(\ce{NaA}\):
    Penambahan garam \(\ce{NaA}\) meningkatkan konsentrasi \(\ce{A-}\), sehingga rasio \([\ce{A-}]/[\ce{HA}]\) bertambah dan pH larutan naik.
  3. Prinsip Larutan Penyangga (Buffer):
    Buffer mempertahankan pH relatif konstan karena asam lemah dan basa konjugat saling menetralkan perubahan pH.
Kembali ke Soal 4

Pembahasan Soal 5: Kimia Anorganik – Struktur Perovskite

  1. Jumlah Rumus \(\ce{ABO3}\) per Sel:
    - Ion A di sudut: 8 sudut \(\times\) \(1/8\) = 1
    - Ion B di pusat: 1 \(\times\) 1 = 1
    - Ion O di tengah sisi: 6 sisi \(\times\) \(1/2\) = 3
    Sehingga total \(\ce{ABO3}\) per sel satuan adalah 1:1:3.
  2. Faktor Toleransi (Tolerance Factor):
    \[ t = \frac{r_A + r_O}{\sqrt{2}(r_B + r_O)} \] Struktur perovskite yang stabil umumnya memiliki \(t \approx 1\).
  3. Ilustrasi Sel Satuan:
    Ion A di sudut, ion B di pusat, dan ion O di tengah tiap sisi. Ion B biasanya dikelilingi oleh oktahedron \(\ce{BO6}\).
Kembali ke Soal 5

Pembahasan Soal 6: Kimia Organik – Reaksi Cross-Coupling

  1. Peran Katalis Pd dan Ligan Fosfin:
    Katalis Pd, misalnya Pd(0), memfasilitasi pembentukan kompleks reaksi dan membantu proses transmetalasi. Ligan fosfin (seperti \(\ce{PPh3}\)) membantu menstabilkan keadaan aktif katalis.
  2. Tahapan Mekanisme Suzuki-Miyaura:
    1. Oxidative addition: Pd(0) bereaksi dengan \(\ce{Ar-X}\) membentuk kompleks Pd(II).
    2. Transmetalasi: Gugus aril berpindah dari \(\ce{Ar'-B(OH)2}\) ke Pd(II).
    3. Reductive elimination: Produk \(\ce{Ar-Ar'}\) terbentuk dan Pd(II) direduksi kembali ke Pd(0).
  3. Contoh Aplikasi Farmasi:
    Reaksi cross-coupling sering digunakan dalam sintesis obat, seperti sintesis senyawa antihipertensi atau obat kanker.
Kembali ke Soal 6

Pembahasan Soal 7: Biokimia – Metabolisme Karbohidrat

  1. Reaksi Fosforilasi Fruktosa-6-Fosfat:
    \[ \ce{Fruktosa-6-fosfat + ATP -> Fruktosa-1,6-bisfosfat + ADP + H+} \] Dikatalisis oleh enzim fosfofruktokinase-1 (PFK-1).
  2. Titik Kontrol pada Glikolisis:
    Reaksi ini merupakan langkah komitmen dan irreversible, sehingga berperan sebagai titik kontrol dalam jalur glikolisis.
  3. Faktor Alosterik:
    - Aktivator: \(\ce{AMP}\) atau \(\ce{Fruktosa-2,6-bisfosfat}\)
    - Inhibitor: \(\ce{ATP}\) berlebih atau sitrat
Kembali ke Soal 7

Pembahasan Soal 8: Kimia Fisik – Spektroskopi IR dan Raman

  1. Perbedaan Dasar IR vs Raman:
    - IR: Mendeteksi vibrasi yang mengubah momen dipol molekul.
    - Raman: Mendeteksi perubahan polarisabilitas molekul saat terhamburkan cahaya.
  2. Aturan Pemilihan (Selection Rule):
    - IR aktif jika terjadi perubahan momen dipol.
    - Raman aktif jika terjadi perubahan polarisabilitas. Contoh: \(\ce{N2}\) tidak aktif IR namun dapat aktif Raman.
  3. Aktivitas \(\ce{CO2}\) di IR:
    \(\ce{CO2}\) menampilkan puncak IR karena memiliki vibrasi asimetri yang mengubah momen dipol, sedangkan molekul homonuklir seperti \(\ce{O2}\) atau \(\ce{N2}\) tidak.
Kembali ke Soal 8

Baca Juga :