Simulasi Soal Olimpiade Kimia SMA Standar IChO : 2025 (2)

Pembahasan Soal 1

1(a). Dari data 25% massa Cl, kita asumsikan 1 mol kompleks memiliki massa tertentu di mana 25% dari total massa berasal dari Cl. Misal massa total kompleks = \(M\) gram, maka massa Cl = 0,25\(M\). Massa 1 atom Cl = 35,5 g/mol, maka jumlah atom Cl = \(\frac{0,25M}{35,5}\). Kita perlu menyesuaikan rasio ini dengan rumus empiris M(= logam) : L(= ligan) : H₂O : Cl.

1(b). Uji AgNO₃ menunjukkan ion Cl^- bebas di luar kompleks. Jika konduktivitas 1:2, maka 1 molekul kompleks dalam air menghasilkan 2 ion. Hal ini menunjukkan rumus kompleks bermuatan +2 dan 2Cl^- sebagai ion bebas (atau sebaliknya).

Dengan analisis lebih lanjut (perbandingan muatan, stoikiometri air, dll.), nilai m dapat ditentukan sebagai 2 (Cl di luar kompleks), dan n biasanya 6 untuk koordinasi oktahedral khas (misalnya \(\ce{[M(L)3(H2O)3]Cl2}\)).
Kompleks kemungkinan \(\ce{[M(L)3(H2O)3]Cl2}\) dengan struktur oktahedral di mana 3 ligan L menempati tiga posisi, dan 3 H₂O menempati tiga posisi lainnya.

Kembali ke Daftar Isi

Pembahasan Soal 2

2(a).
\(\Delta H^\circ_\text{reaksi} = \Delta H_f^\circ(\ce{A}) + \Delta H_f^\circ(\ce{B2}) - \Delta H_f^\circ(\ce{AB2}) \).
Substitusi nilai: \[ \Delta H^\circ_\text{reaksi} = (0) + (30 \text{ kJ/mol}) - (-450 \text{ kJ/mol}) = 480 \text{ kJ/mol}. \] \(\Delta S^\circ_\text{reaksi} = \Delta S^\circ(\ce{A}) + \Delta S^\circ(\ce{B2}) - \Delta S^\circ(\ce{AB2})\).
\[ \Delta S^\circ_\text{reaksi} = 30 + 200 - 50 = 180 \text{ J/(mol.K)}. \]
2(b). Reaksi menjadi spontan saat \(\Delta G^\circ \le 0\).
\[ \Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T \Delta S^\circ \le 0 \implies T \ge \frac{\Delta H^\circ}{\Delta S^\circ}. \] \[ T \ge \frac{480000 \text{ J/mol}}{180 \text{ J/(mol.K)}} = 2667 \text{ K (kurang lebih)}. \]
2(c). Jika tekanan dinaikkan, kesetimbangan akan bergeser ke arah mengurangi jumlah mol gas, yaitu ke arah pembentukan padatan \(\ce{AB2}\). Dengan kata lain, tekanan tinggi cenderung menghambat reaksi dekomposisi.

Kembali ke Daftar Isi

Pembahasan Soal 3

3(a). Reaksi sel secara umum: \[ \ce{Zn(s) -> Zn^2+(aq) + 2e-} \] \[ \ce{Ag+(aq) + e- -> Ag(s)} \] Sehingga reaksi sel total: \[ \ce{Zn(s) + 2Ag+(aq) -> Zn^2+(aq) + 2Ag(s)} \]
Potensial sel standar: \[ E^\circ_\text{sel} = E^\circ(\ce{Ag+}/\ce{Ag}) - E^\circ(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}) = 0,80 \text{ V} - (-0,76 \text{ V}) = 1,56 \text{ V}. \]
3(b). Pada kondisi \([\ce{Ag+}] = 0,01\text{ M}\), \([\ce{Zn^2+}] = 0,1\text{ M}\), gunakan persamaan Nernst: \[ E_\text{sel} = E^\circ_\text{sel} - \frac{0,0592}{n}\log Q, \] di mana \[ Q = \frac{[\ce{Zn^2+}]}{[\ce{Ag+}]^2} = \frac{0,1}{(0,01)^2} = \frac{0,1}{10^{-4}} = 1000. \] Karena reaksi melibatkan 2 elektron total (untuk 2Ag⁺), \[ E_\text{sel} = 1,56 - \frac{0,0592}{2}\log (1000) = 1,56 - 0,0296 \times 3 = 1,56 - 0,0888 = 1,47 \text{ V} (\text{approx}). \]
3(c). Penambahan NH₃ membentuk kompleks \(\ce{[Ag(NH3)2]+}\), menurunkan konsentrasi \(\ce{Ag+}\> bebas\). Hal ini akan meningkatkan drive reaksi ke arah reduksi Ag⁺, sehingga potensial elektroda perak cenderung naik dan potensial sel pun meningkat.

Kembali ke Daftar Isi

Pembahasan Soal 4

Rute sintesis asam m-nitrobenzoat dari benzena (skema umum):

1. Nitrasi benzena menghasilkan nitrobenzena (\(\ce{C6H5NO2}\)) dengan campuran asam nitrat/asam sulfat. Produk utama adalah nitrobenzena (posisi substitusi awal tidak ditentukan, tapi reaksi nitrasi pertama cenderung membentuk nitrobenzena). Namun, langkah selanjutnya harus dirancang agar substituen karboksil masuk ke posisi meta.
2. Reduksi nitrobenzena menjadi anilin (\(\ce{C6H5NH2}\)). Reduksi dapat dilakukan dengan Fe/HCl atau katalitik.
3. Proteksi (asetilasi) anilin menjadi asetanilida (\(\ce{C6H5NHCOCH3}\)) untuk mengarahkan substitusi ke posisi meta. (Anilin langsung sulit dikontrol arah substitusinya karena efek aktifasi yang kuat.)
4. Nitrasi asetanilida akan cenderung memberikan substituen nitro pada posisi meta terhadap gugus asetamido. Hasilnya m-nitro-asetanilida.
5. Hidrolisis m-nitro-asetanilida menghasilkan m-nitroanilin.
6. Selanjutnya, oksidasi cincin anilin dapat dilakukan atau, lebih umum, langkah yang diinginkan adalah mengganti gugus amino dengan gugus karboksilat. Salah satu rute yang sering dipakai adalah diazotasi anilin, kemudian substitusi dengan gugus –COOH (via Sandmeyer-type reaction yang dimodifikasi). Tetapi untuk menuju asam benzoat, biasanya rute yang lebih praktis adalah nitrasi langsung asam benzoat (dari toluena -> asam benzoat -> nitrasi).
   Alternatif:
   • Dari nitrobenzena, lakukan reaksi Friedel-Crafts asilasi (mengarahkan substituen ke meta), kemudian oksidasi gugus alkil menjadi –COOH. Namun ini juga memerlukan manuver lanjutan.
   Secara ringkas:
   Benzena -> Nitrasi -> (Manipulasi substituen) -> Introduksi gugus karboksil -> asam m-nitrobenzoat.

Mekanisme reaksi kunci mencakup:

• Mekanisme nitrasi (elektrofilik aromatik): pembentukan elektrofil \(\ce{NO2+}\), penyerangan cincin, kemudian deprotonasi.
• Mekanisme Friedel-Crafts (jika digunakan): pembentukan karbokation asil, penyerangan cincin, deprotonasi.
• Hidrolisis, reduksi, oksidasi, atau diazotasi tergantung jalur spesifik yang dipilih.

Dalam konteks IChO, detail jalur perlu disesuaikan agar substituen nitro dan karboksil berposisi meta.

Kembali ke Daftar Isi

Pembahasan Soal 5

5(a). Mekanisme oksidasi adisi (oxidative addition) melibatkan kompleks logam (Nol) dengan orbital kosong yang cukup untuk menerima pasangan elektron dari ikatan \(\ce{R-X}\). Logam formalnya teroksidasi dari Ni(0) ke Ni(II), dan ikatan R–X terbelah sehingga R dan X masing-masing berkoordinasi ke logam.

5(b). Perbedaan utama:

• Oksidasi adisi: bilangan oksidasi logam meningkat, fragmen \(\ce{R}\) dan \(\ce{X}\) masuk ke logam.
• Reduksi eliminasi: kebalikan dari oksidasi adisi; logam kembali ke tingkat oksidasi lebih rendah dan dua gugus (misalnya R dan X) dilepaskan sebagai molekul netral atau ikatan kovalen.

5(c). Contoh reaksi cross-coupling: Misalnya reaksi Negishi coupling, Kumada coupling, atau Suzuki coupling (walau biasanya menggunakan Pd, Ni juga dapat berperan dalam beberapa sistem). Mekanisme kuncinya sama: oksidasi adisi, transmigrasi gugus, dan reduksi eliminasi.

Kembali ke Daftar Isi

Pembahasan Soal 6

6(a). Persamaan laju: \[ r = k[\ce{A}]^2[\ce{B}]. \] Pada saat t=0, \([\ce{A}] = [\ce{A}]_0\) = 0,1 M, \([\ce{B}] = [\ce{B}]_0\) = 0,1 M. Seiring reaksi berjalan, [A] dan [B] akan berkurang sesuai stoikiometri. Jika x mol/L A bereaksi, maka x/2 mol/L B bereaksi (karena 2A : 1B).

6(b). Orde total reaksi = 2 + 1 = 3. Dapat ditentukan dengan eksperimen, misalnya dengan memvariasikan [A] dan [B] secara terpisah dan melihat efeknya terhadap laju awal.

6(c). Faktor-faktor yang memengaruhi k: suhu (persamaan Arrhenius), katalis, pelarut, dll. Semakin tinggi suhu, biasanya k meningkat (energi aktivasi lebih mudah dicapai).

Kembali ke Daftar Isi

Pembahasan Soal 7

7. Data yang diberikan: C₇H₁₂O, sinyal NMR:

• \(\delta\) 1,2 (triplet, 3H) – tipikal untuk gugus CH₃ bersebelahan dengan CH₂.
• \(\delta\) 2,4 (quartet, 2H) – tipikal untuk CH₂ bersebelahan dengan CH₃.
• \(\delta\) 2,1 (singulet, 3H) – dapat mengindikasikan gugus \(\ce{CH3}\) terikat ke karbon karbonil (misalnya keton) atau rantai lain yang tidak terprotonasi tetangganya.
• \(\delta\) 9,5 (broad singulet, 1H) – kemungkinan gugus \(\ce{-OH}\) enolik atau \(\ce{-CHO}\) (aldehid). Namun 9,5 seringkali menunjukkan aldehid, tetapi dapat juga asam karboksilat. Namun asam biasanya di sekitar 10-12 ppm (broad). Aldehid lebih khas di ~9-10 ppm. Tergantung bentuk puncaknya.
• \(\delta\) 2,3 (multiplet, 3H) – ini agak tidak biasa; bisa jadi sekumpulan proton alkil tak teratur atau tumpang tindih sinyal CH₃ berdekatan dengan fungsi tertentu.

IR 1715 cm^-1 khas untuk karbonil (keton/aldehid).
Rumus C₇H₁₂O mengindikasikan kemungkinan satu derajat ketidakjenuhan (cincin atau ikatan rangkap). Karbonil adalah satu ketidakjenuhan, jadi tidak ada ikatan rangkap lain/cincin tak jenuh.

Sinyal ~9,5 ppm broad dapat juga merupakan \(\ce{-OH}\) enol tautomer. Jika benar, bisa jadi senyawa adalah enol bentuk dari keton \(\ce{CH3-CO-CH2-CH3}\) dengan substituen tertentu. Namun, kebanyakan enol terstabilkan dengan resonance jika ada gugus tertentu (misalnya \(\beta\)-diketone).
Alternatif: Aldehid dengan gugus CH₃ di posisi alpha.

Salah satu kandidat adalah 2-butanon (metil etil keton) dengan substituen tambahan. Namun, total C adalah 7. Coba: \(\ce{CH3-CO-CH2-CH2-CH3}\) itu C5. Kita butuh C7 => mungkin 2-heptanon (\(\ce{CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-CH3}\))? NMR:

• Triplet di ~1,2 ppm (3H) => ujung rantai CH₃-CH₂
• Quartet di ~2,4 ppm (2H) => CH₂ di sebelah CH₃
• Singulet 3H di 2,1 ppm => ini bisa jadi metil di karbonil (keton) tapi tidak “singulet” normal, harusnya terikat pada carbonyl. Jika 2-heptanon, CH₃ carbonyl justru tidak akan tampak singulet; akan jadi multiplet.

Bisa jadi kita mencari senyawa aldehid, misal CH₃-CH₂-CH₂-CH=O, tapi itu C4. Perlu total 7. \(\ce{CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH=O}\) => heksanal. NMR aldehid ~9,5-10. IR 1720 cm^-1. Tapi di data NMR belum tentu cocok.

\(\delta\) 2,1 singulet 3H kerap menunjukkan gugus asetil (\(\ce{COCH3}\)) dalam suatu keton. Mungkin ada cincin! C₇H₁₂O => siklohexanon substitusi? Siklohexanon = C₆H₁₀O, masih perlu 1C2H. Mungkin 2-metil siklohexanon.
2-metil siklohexanon punya sinyal CH₃ ~2,0 ppm (singulet?), lalu sisanya protons siklik. IR ~1715 khas keton siklik. Proton di alpha ke karbonil dapat bergeser ~2,3. Proton di ~9,5 ppm broad singulet kurang umum untuk keton ini.

Sinyal 9,5 ppm broad singulet bisa jadi asam karboksilat (C=O ~1715 cm^-1 + \(\ce{-OH}\) asam). Itu akan memberikan C₇H₁₂O₂ andai asam karboksilat. Tapi formula yang diberi hanya satu O (C₇H₁₂O).

Atau sinyal tersebut adalah enol, misal senyawa \(\beta\)-diketon tautomer enol. Tapi formula hanya satu O.
Pilihan paling masuk akal: aldehid alifatik. \(\delta \approx 9,5\) = proton aldehid. Lalu singulet 3H di 2,1 => mungkin gugus \(\ce{COCH3}\) jika itu aldehid terkonjugasi? Tapi kita tidak melihat tanda konjugasi.
Contoh: 2-metilpentanal (C₆H₁₂O) masih kurang 1C. 3-metilbutanal (C₅H₁₀O). Masih kurang. 2-propylpropanal?
Memeriksa intensitas sinyal: - 3H (triplet) + 2H (quartet) => ciri-ciri etil. - 3H (singulet) => Methyl di carbonyl? - 3H (multiplet) => mgk CH₃ lain di tengah? - 1H (broad singulet) => aldehid. Sepertinya senyawa bernama 3-butanon (MEK) aldehid... Namun, pilihan ringkas: 2,2-dimetilpropanal (pivalaldehid)? Formula: C₅H₁₀O aldehid. Kurang 2C.
Karena soal IChO-level, penalaran struktur ini “tricky.”

Kemungkinan akhir: Sebuah aldehid rantai lurus C₆H₁₁CHO (heptanal) => C₇H₁₄O, tapi itu tak cocok dgn H₁₂.
Enal? \(\ce{CH3CH2CH2CH=CHCHO}\) => C₆H₈O. Juga tidak cocok.
Mengingat IR 1715 cm^-1 => keton saturasi atau aldehid alifatik. Terdapat 7C, 12H. Salah satu kandidat: 2-heptanon. Mari cek NMR 2-heptanon:

• Terminal CH₃ (triplet ~0,9-1,0 ppm, 3H)
• CH₂ berikutnya (quartet ~1,5-2,0 ppm, 2H)
• CH₂ alpha ke keton ~2,4 ppm, 2H
• CH₃ di sisi lain keton => ~2,1 ppm (singulet) tapi seharusnya CH₃ ini tidak singulet murni jika masih di rantai.

Kunci: Sinyal broad di 9,5 ppm sulit dijelaskan kecuali itu aldehid. Bisa jadi aldehid siklik? Yakni sikloheksana karbaldehid => C₇H₁₂O. IR 1715 cocok aldehid (tidak selalu, tapi sekitar 1720). 1H aldehid muncul di ~9,5-10 ppm. Sisa 11H => sikloheksil (yang mencakup 6C dan 11H), satu H di aldehid.
Sikloheksana karbaldehid (cyclohexanecarbaldehyde) punya nama lain “cyclohexanecarboxaldehyde” (C₇H₁₂O). NMR dapat menampilkan sinyal aldehid ~9,5, sisanya alkil. Mungkin sinyal 2,1 ppm singulet 3H kurang cocok; tetapi substitusi di cincin bisa menyebabkan pola lain.

Kemungkinan jawaban: cyclohexanecarbaldehyde. Terdapat 6H di cincin (mungkin multiplet ~1,0-2,5 ppm), 1H aldehid ~9,5 ppm. Bisa jadi ada tumpang tindih sinyal => menimbulkan “3H” di 2,3 multiplet, “3H” di 2,1 singulet (barangkali terlipat). Triplet dan quartet menandakan gugus etil di rantai samping jika bukan cincin.
Soal ini kemungkinan menantang agar peserta menjelaskan logika.

KESIMPULAN: Satu struktur yang masuk akal dengan data: aldehid dengan rantai etil dan substituen metil di dekatnya (misalnya 2-metilbutanal, 3-metilbutanal) — tapi kita butuh total 7C. 2-metilpentanal (C₆H₁₂O) — masih kurang 1C. 3-metilpentanal (C₆H₁₂O) — sama, masih 6C total. 4-metilpentanal (C₆H₁₂O) — sama. 2-etilbutanal => C₆H₁₂O.
Perlu C₇. 3-metilhexanal => C₇H₁₄O, tapi H nya 14, bukan 12!

Melihat ketidakcocokan, ada kemungkinan senyawa itu adalah enon siklik (C₇H₁₂O => cyclohexenone), di mana proton enolik ~9,5 ppm broad. 2-cyclohexen-1-one (C₆H₈O) kurang 1 C.
3-methyl-2-butenal (crotonaldehyde turunan) => C₅H₈O masih kurang C.

Dalam banyak pembahasan, sinyal ~9-10 ppm broad di IR/NMR-lab jarang untuk keton jenuh. Mungkin soalnya bermaksud “broad singulet ~9,5 ppm” adalah sinyal aldehid yang sedikit melebar karena interaksi H-bond.

Dengan IR ~1715 cm^-1 khas aldehid jenuh (tak terkonjugasi). Rumus C₇H₁₂O => aldehid jenuh = \(\ce{R-CHO}\) di mana R = C₆H₁₁. Itu adalah heksil aldehid (heptanal) => C₇H₁₄O, tapi H nya 14.
Jadi opsinya: cyclohexanecarbaldehyde. (C₆ ring + 1 aldehid). H₁₂ total = 2 per CH₂ × 5 + 2 H di satu CH₂ + 1H di CHO = 12. This fits perfectly.

Sehingga strukturnya adalah cyclohexanecarbaldehyde.

Kembali ke Daftar Isi

Pembahasan Soal 8

8(a). Diagram energi (tidak berskala) menunjukkan dua tingkat elektronik: \(|1\rangle\) dan \(|2\rangle\). Masing-masing memiliki serangkaian level vibrasi, dan setiap level vibrasi memiliki tingkat rotasi. Jadi kita dapat menggambar dua kurva potensial (mis. kurva Morse) untuk keadaan dasar \(|1\rangle\) dan keadaan tereksitasi \(|2\rangle\), dengan tangga-tangga vibrasi di setiap kurva, dan di setiap tangga vibrasi terdapat sub-level rotasi.

8(b). Aturan seleksi dasar:

• Transisi elektronik sering melibatkan perubahan distribusi elektron; spin biasanya dipertahankan (\(\Delta S = 0\)), dan paritas atau aturan Laporte bergantung pada simetri molekul.
• Untuk vibrasi, aturan seleksi (dalam IR) sering \(\Delta v = \pm 1\), tapi dalam transisi elektronik, banyak transisi vibrasi \(\Delta v\) berbeda yang dapat diizinkan (Franck-Condon principle).
• Pada rotasi, \(\Delta J = \pm 1\) (untuk transisi rotasi murni) dalam banyak kasus.

8(c). Pita absorpsi elektronik menjadi lebar karena adanya serangkaian transisi vibrasi dan rotasi di atas transisi elektronik utama (kumpulan garis-garis sangat rapat, sehingga membentuk pita). Juga peluruhan dan interaksi antarmolekul dalam fase kondensasi dapat menyebabkan pelebaran garis (collisional broadening, solvent broadening).

Kembali ke Daftar Isi