Simulasi Soal Olimpiade Kimia SMA Standar IChO : 2025 (3)

Pembahasan 1

(a) Nilai x, y, dan z
Rumus kompleks yang dinyatakan adalah $[\mathrm{Co}(\mathrm{NH}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_x\mathrm{Cl}{\phantom{A}}_y]\mathrm{Cl}{\phantom{A}}_z$. Diketahui bahwa 2 klorida terikat sebagai ligan (internal) dan 1 klorida berada di luar (ion luar). Kobalt berada pada bilangan oksidasi +3, amonia netral, sedangkan klorida bermuatan -1.

Muatan total kompleks inti harus +1 karena Co(+3) dan 2 ligan Cl(-2) menghasilkan +1 bersih. Agar kompleks keseluruhan netral, dibutuhkan 1 ion klorida luar (bermuatan -1). Selain itu, total ligan pada Co(III) adalah 6 (oktahedral), sehingga $x+y=6$. Karena $y=2$ (dua klorida di dalam), maka $x=4$.
Jadi rumusnya $[\mathrm{Co}({\mathrm{NH}}_3{)}_4{\mathrm{Cl}}_2]\mathrm{Cl}$.

(b) Susunan ligan dan alasan diamagnetik
Kobalt(III) dengan konfigurasi d⁶ dalam medan oktahedral yang relatif kuat akan cenderung low-spin, sehingga seluruh elektron terpasangkan dan kompleks bersifat diamagnetik. Ligan NH₃ termasuk ligan medan menengah-kuat, memfasilitasi keadaan low-spin.

(c) Struktur dan nama IUPAC
Struktur oktahedral, dengan 4 NH₃ dan 2 Cl^- menempati posisi oktahedral di sekitar Co(III).
Nama IUPAC: tetraamminedichlorocobalt(III) chloride.

Kembali ke Soal

Pembahasan 2

Persamaan kesetimbangan:

$$N_2(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons 2N{H}_3(g)$$

Diketahui $K_p=41$ pada 400 °C, $P_{N_2}=1$ atm, $P_{H_2}=3$ atm, dan $P_{\mathrm{total}}=10$ atm.

(a) Tekanan parsial $N{H}_3$
Untuk reaksi $$K_p=\frac{(P_{N{H}_3}{)}^2}{P_{N_2}(P_{H_2}{)}^3}$$. Substitusi: $K_p=41,P_{N_2}=1,P_{H_2}=3$: $$41=\frac{(P_{N{H}_3}{)}^2}{1\times 3^3}=\frac{(P_{N{H}_3}{)}^2}{27}.$$ Sehingga $$(P_{N{H}_3}{)}^2=41\times 27=1107,P_{N{H}_3}\approx 33.26\mathrm{atm}.$$ Nilai ini melebihi total 10 atm, sehingga secara fisik tidak konsisten. Namun, secara teoretis demikianlah hasil perhitungan dengan data yang diberikan.

(b) Fraksi mol
Jika total tekanan 10 atm: $y_i=P_i/P_{\mathrm{total}}$. Jadi $$y_{N_2}=0.1,y_{H_2}=0.3,y_{N{H}_3}=\frac{P_{N{H}_3}}{10}.$$ Tetapi mengingat $P_{N{H}_3}$ terhitung 33.26 atm, penjumlahan parsial tidak sesuai dengan total 10 atm. Soal ini sekadar contoh perhitungan kesetimbangan.

(c) Efek perubahan tekanan total
Menurut Le Chatelier, peningkatan tekanan akan menggeser kesetimbangan ke sisi yang jumlah mol gas-nya lebih sedikit, yaitu produk ($N{H}_3$). Dengan demikian, semakin tinggi tekanan, semakin banyak ammonia terbentuk.

Kembali ke Soal

Pembahasan 3

Data $\mathrm{\Delta }{H}_f^{\circ }$ (kJ/mol) pada 298 K:

• C(graphite): 0
• CO₂(g): -393.5
• H₂O(l): -285.8
• C₂H₅OH(l): -277.7

Reaksi pembakaran etanol: $${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}(\mathrm{l})+3{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})\to 2{\mathrm{CO}}_2(\mathrm{g})+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}).$$

(a) Perubahan entalpi
$$\mathrm{\Delta }{H}_{\mathrm{reaksi}}=\sum \mathrm{\Delta }{H}_f^{\circ }(\text{produk})-\sum \mathrm{\Delta }{H}_f^{\circ }(\text{reaktan}).$$ Produk:

• 2 mol CO₂: 2 × (-393.5) = -787.0 kJ
• 3 mol H₂O(l): 3 × (-285.8) = -857.4 kJ
• Total = -1644.4 kJ

Reaktan:

• 1 mol C₂H₅OH(l): -277.7 kJ

$$\mathrm{\Delta }{H}_{\mathrm{reaksi}}=(-1644.4)-(-277.7)=-1644.4+277.7=-1366.7\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}.$$ Nilai negatif menunjukkan reaksi eksotermik.

(b) Prinsip entalpi pembentukan standar
Dengan $\mathrm{\Delta }{H}_f^{\circ }$ tiap zat, kita tidak perlu mengukur langsung kalor pembakaran; cukup gunakan selisih entalpi pembentukan total produk dan reaktan.

(c) Eksotermik atau endotermik?
Eksotermik karena $\mathrm{\Delta }H$ bernilai negatif.

Kembali ke Soal

Pembahasan 4

Kristal ionik MX (NaCl-type), $\rho =2.80\mathrm{g}{\mathrm{cm}}^{-3}$, massa molar 95.0 g/mol, 4 formula per sel satuan.

(a) Panjang sisi sel satuan
1 sel satuan berisi 4 unit MX. Massa 1 mol MX = 95.0 g, sehingga massa 4 unit = $4\times \frac{95.0}{N_A}$ g dengan $N_A=6.022\times {10}^{23}$.
Kira-kira $$m_{\mathrm{sel}}=4\times \frac{95.0}{6.022\times {10}^{23}}\approx 6.31\times {10}^{-22}\mathrm{g}.$$ Dengan densitas 2.80 g cm^-3: $$V_{\mathrm{sel}}=\frac{m_{\mathrm{sel}}}{\rho }\approx \frac{6.31\times {10}^{-22}}{2.80}\approx 2.25\times {10}^{-22}{\mathrm{cm}}^3.$$ Panjang sisi kubus ($a$): $$a^3=2.25\times {10}^{-22}{\mathrm{cm}}^3,a=\sqrt[3]{2.25\times {10}^{-22}}\mathrm{cm}\approx 2.80\times {10}^{-8}\mathrm{cm}=280\mathrm{pm}.$$

(b) Contoh senyawa dengan struktur serupa
NaCl, KCl, AgCl, dan lain-lain.

(c) Hubungan struktur dan sifat fisik
Dalam struktur NaCl, kation dan anion masing-masing berkoordinasi 6, memberikan interaksi elektrostatik kuat, menghasilkan titik leleh dan kekerasan yang relatif tinggi.

Kembali ke Soal

Pembahasan 5

Data reaksi dekomposisi A:

Waktu (s)	[A] (M)
0	0,100
100	0,081
200	0,066
300	0,054

(a) Orde reaksi
Dengan menguji plot ln[A] vs. waktu (orde 1) dan 1/[A] vs. waktu (orde 2), tampak ln[A] vs. waktu mendekati linier sehingga reaksi orde 1.

(b) Konstanta laju (k)
Untuk reaksi orde 1: $\ln [A]=\ln [A_0]-kt$.
Gunakan data t=0 ([A]=0,100) dan t=300 ([A]=0,054):

• $\ln (0,100)\approx -2,3026$
• $\ln (0,054)\approx -2,9178$

$$-2,9178=-2,3026-300k$$ $$-2,9178+2,3026=-300k$$ $$-0,6152=-300k$$ $$k\approx 0,00205{\mathrm{s}}^{-1}.$$

(c) Waktu untuk [A] turun dari 0,200 M ke 0,100 M
$\ln (\frac{[A]}{[A_0]})=-kt$.
$\ln (\mathrm{0,100}/\mathrm{0,200})=\ln (0,5)=-0,6931$.
$$-0,6931=-kt,t=\frac{0,6931}{0,00205}\approx 338\mathrm{s}.$$

Kembali ke Soal

Pembahasan 6

Senyawa $C_7{H}_{14}O$ tidak bereaksi dengan Fehling (bukan aldehida), tetapi teroksidasi oleh asam kromat menjadi asam karboksilat $C_7{H}_{14}{O}_2$. Hal ini menunjukkan kemungkinan bahwa gugus fungsionalnya adalah alkohol primer.

(a) Struktur yang konsisten
Agar hasil oksidasi tetap memiliki 7 atom C pada asam karboksilat, -CH₂OH harus berada di ujung rantai. Satu-satunya kandidat yang sesuai adalah 1-heptanol: CH₃(CH₂)₅OH.

(b) Mekanisme oksidasi
Alkohol primer dioksidasi terlebih dulu menjadi aldehida (heptanal), lalu dioksidasi lebih lanjut menjadi asam heptanoat (C₆H₁₃COOH). Dalam suasana asam dan menggunakan oksidator kuat (misalnya asam kromat), transformasi ini berlangsung sempurna.

(c) Reaksi dehidrasi
Dengan asam sulfat pekat, 1-heptanol dapat terdehidrasi menjadi heptena (C₇H₁₄), umumnya 2-heptena sebagai produk utama (menurut aturan Zaitsev).

Kembali ke Soal

Pembahasan 7

Asam poliprotik $H_{3}A$ dengan $p{K}_{a1}=2.0$, $p{K}_{a2}=7.0$, $p{K}_{a3}=12.0$.

(a) Reaksi ionisasi
1) $H_{3}A\rightleftharpoons H^{+}+H_2{A}^{-}$
2) $H_2{A}^{-}\rightleftharpoons H^{+}+H{A}^{2-}$
3) $H{A}^{2-}\rightleftharpoons H^{+}+A^{3-}$
Di setiap tahap, dapat terbentuk larutan penyangga (campuran asam dan basa konjugat).

(b) pH titik setengah
Pada titik setengah penambahan basa, $\mathrm{pH}\approx \mathrm{p}{K}_a$.
- Titik setengah pertama: pH $\approx 2.0$
- Titik setengah kedua: pH $\approx 7.0$

(c) Kurva titrasi kualitatif
- pH awal cukup asam.
- Penyangga pertama di sekitar pH 2, lalu titik ekuivalen pertama.
- Penyangga kedua di sekitar pH 7, lalu titik ekuivalen kedua.
- Terus berlanjut hingga penambahan basa berlebih.

Kembali ke Soal

Pembahasan 8

(a) Warna pada kompleks logam transisi (Teori Medan Kristal)
Ion logam transisi memiliki elektron d yang terbelah energinya ketika berada dalam medan ligan oktahedral. Transisi elektron dari tingkat d lebih rendah ke d lebih tinggi menyerap cahaya tertentu, sehingga warna yang teramati merupakan warna komplementer.

(b) Pengaruh bilangan oksidasi
Ti(III) (d¹) dan Ti(II) (d²) memiliki jumlah elektron d berbeda. Konfigurasi d dan energi transisi yang berubah akan memengaruhi spektrum serapan, sehingga warna kompleks pun berbeda.

(c) Sifat magnetik
- $[\mathrm{Ti}({\mathrm{H}}_2\mathrm{O}{)}_6{]}^{3+}$ (Ti(III), d¹): 1 elektron tak berpasangan, paramagnetik.
- $[\mathrm{Ti}({\mathrm{H}}_2\mathrm{O}{)}_6{]}^{2+}$ (Ti(II), d²): 2 elektron tak berpasangan, juga paramagnetik.

Kembali ke Soal

Pembahasan 9

Reaksi redoks (belum setara):

$${\mathrm{Fe}}^{2+}+{\mathrm{MnO}}_4^{-}+{\mathrm{H}}^{+}⟶{\mathrm{Fe}}^{3+}+{\mathrm{Mn}}^{2+}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$$

(a) Setarakan dengan metode setengah reaksi
Oksidasi: ${\mathrm{Fe}}^{2+}\to {\mathrm{Fe}}^{3+}+e^{-}$
Reduksi: ${\mathrm{MnO}}_4^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}+5e^{-}\to {\mathrm{Mn}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
Samakan elektron: kalikan reaksi Fe sebanyak 5, lalu jumlahkan: $$5{\mathrm{Fe}}^{2+}+{\mathrm{MnO}}_4^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}\to 5{\mathrm{Fe}}^{3+}+{\mathrm{Mn}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}.$$

(b) Konsentrasi ${\mathrm{Fe}}^{2+}$
Volume ${\mathrm{KMnO}}_4$ = 25,00 mL, konsentrasi 0,0200 M.
Mol ${\mathrm{KMnO}}_4$ = 0,0200 × 0,02500 = 0,00050 mol.
Dari persamaan setara, 1 mol ${\mathrm{MnO}}_4^{-}$ menitrasi 5 mol ${\mathrm{Fe}}^{2+}$.
Maka mol ${\mathrm{Fe}}^{2+}$ = 5 × 0,00050 = 0,00250 mol.
Larutan Fe²⁺ volumenya 20,00 mL (0,02000 L). Sehingga $$[{\mathrm{Fe}}^{2+}]=\frac{0,00250}{0,02000}=0,125\mathrm{M}.$$

(c) Pentingnya suasana asam
Diperlukan suasana asam agar ${\mathrm{MnO}}_4^{-}$ tereduksi menjadi ${\mathrm{Mn}}^{2+}$ dengan sempurna. Tanpa suasana asam, dapat terbentuk endapan ${\mathrm{MnO}}_2$ atau spesies lain, sehingga titrasi tidak akurat.

Kembali ke Soal

Pembahasan 10

Target: 2-metil-2-butanol (alkohol tersier dengan total 5 atom C).

(a) Jalur sintesis
Salah satu rute yang umum adalah melalui reaksi Grignard:

• Sediakan butanon (CH₃-CH₂-C(=O)-CH₃).
• Siapkan metilmagnesium bromida (CH₃MgBr) dari CH₃Br + Mg di pelarut eter kering.
• Reaksikan butanon dengan CH₃MgBr, lalu lanjutkan pengasaman. Hasilnya 2-metil-2-butanol.

(b) Skema reaksi
1. CH₃Br + Mg $\to$ CH₃MgBr (dalam eter kering).
2. CH₃-CH₂-C(=O)-CH₃ + CH₃MgBr $\to$ (setelah hidrolisis asam) 2-metil-2-butanol.

(c) Titik kritis
Reagen Grignard sangat reaktif terhadap air (dapat terurai), sehingga perlu kondisi anhidrat. Pemilihan butanon tepat agar posisi gugus metil di C karbonil membentuk alkohol tersier yang diinginkan.

Kembali ke Soal