Simulasi Soal Olimpiade Kimia SMA Standar IChO : 2025 (6)

15 Mar 2025 | dibaca 89 kali

Berikut adalah kumpulan soal simulasi Olimpiade Kimia setara tingkat International Chemistry Olympiad (IChO). Setiap soal memiliki tingkat kesulitan tinggi, namun pembahasannya disusun agar mudah dipahami. Silakan gunakan Daftar Isi di bawah ini untuk menavigasi soal maupun pembahasannya.

Daftar Isi

Soal 1: Termokimia

Diketahui reaksi pembentukan asam klorida dari gas hidrogen dan gas klorin sebagai berikut:

\[ \ce{H2(g) + Cl2(g) -> 2HCl(g)} \quad \Delta H_r = -184\,\text{kJ/mol} \]

Selain itu, panas pembentukan standar (\(\Delta H_f^\circ\)) masing-masing:
\(\ce{HCl(g)} = -92\,\text{kJ/mol}\).
Hitunglah:

  1. Total perubahan entalpi reaksi di atas dalam kondisi standar untuk 2 mol \(\ce{H2}\) bereaksi dengan 2 mol \(\ce{Cl2}\).
  2. Panas pembentukan standar \(\ce{H2(g)}\) dan \(\ce{Cl2(g)}\) diasumsikan sama dengan nol. Verifikasi nilai \(\Delta H_r\) menggunakan data panas pembentukan standar \(\ce{HCl(g)}\).
Lihat Pembahasan

Soal 2: Kinetika Kimia

Suatu reaksi didefinisikan oleh persamaan kimia sederhana:

\[ \ce{2A + B -> C} \]

Diketahui eksperimen menunjukkan laju reaksi sebagai berikut: \[ \text{laju} = k[\ce{A}]^m [\ce{B}]^n \] Dari data percobaan diperoleh bahwa ketika konsentrasi \(\ce{A}\) digandakan dan \(\ce{B}\) dijaga tetap, laju meningkat 4 kali. Ketika konsentrasi \(\ce{B}\) digandakan dengan \(\ce{A}\) tetap, laju meningkat 2 kali.

  1. Tentukan nilai \(m\) dan \(n\).
  2. Tuliskan satuan tetapan laju \(k\) jika laju dinyatakan dalam \(\mathrm{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}\), \([\ce{A}]\) dan [\ce{B}] dalam \(\mathrm{mol\,L^{-1}}\).
Lihat Pembahasan

Soal 3: Kesetimbangan Kimia

Pertimbangkan reaksi gas berikut pada suhu tertentu:

\[ \ce{N2O4(g) <=> 2NO2(g)} \]

Diketahui tetapan kesetimbangan \(\displaystyle K_p = 0.113\). Sebanyak 2 mol \(\ce{N2O4}\) dimasukkan ke dalam wadah tertutup bertekanan 1 atm. Hitunglah fraksi disosiasi (\(\alpha\)) \(\ce{N2O4}\) pada kesetimbangan serta tekanan parsial tiap gas di dalam wadah.

Lihat Pembahasan

Soal 4: Elektrokimia

Diketahui sel elektrokimia berikut:

\[ \ce{Zn(s) | Zn^{2+}(aq) || Cu^{2+}(aq) | Cu(s)} \]

Jika konsentrasi \(\ce{Zn^{2+}}\) = 0,1 M dan konsentrasi \(\ce{Cu^{2+}}\) = 0,001 M pada suhu 25 °C, dan potensial standar sel \(\ce{E^\circ}\) = 1,10 V, tentukan:

  1. Potensial sel pada kondisi tersebut.
  2. Arah spontan reaksi (elektroda mana yang menjadi katoda dan mana yang menjadi anoda).
Lihat Pembahasan

Soal 5: Kimia Koordinasi

Pertimbangkan kompleks koordinasi \(\ce{[Fe(CN)6]^{3-}}\). Jawab pertanyaan-pertanyaan berikut:

  1. Tentukan bilangan koordinasi dan bilangan oksidasi Fe pada kompleks tersebut.
  2. Klasifikasikan ligan \(\ce{CN-}\) apakah termasuk ligan lapangan kuat (strong field) atau lemah (weak field). Bagaimana pengaruhnya terhadap konfigurasi elektron \(\ce{d}\) pada Fe?
  3. Jelaskan apakah kompleks tersebut cenderung bersifat diamagnetik atau paramagnetik, berdasarkan prinsip bidang kristal (CFSE).
Lihat Pembahasan

Soal 6: Kimia Organik (Struktur & Mekanisme)

Diberikan reaksi substitusi nukleofilik berikut pada benzyl chloride (\(\ce{C6H5CH2Cl}\)) dengan ion hidroksida dalam pelarut air:

\[ \ce{C6H5CH2Cl + OH- -> C6H5CH2OH + Cl-} \]

Jawab:

  1. Apakah mekanisme yang paling mungkin terjadi, \(S_\mathrm{N}1\) atau \(S_\mathrm{N}2\)? Jelaskan alasanmu.
  2. Bagaimana efek cincin benzena terhadap stabilisasi intermediat atau transisi state?

Struktur benzyl chloride (skematis):

Cl CH2 Lihat Pembahasan

Soal 7: Stereokimia & Analisis Spektroskopi

Senyawa organik dengan rumus molekul \(\ce{C4H8O2}\) memberikan puncak sinyal IR kuat di sekitar 1740 cm-1 dan dua sinyal NMR 1H dengan rasio 3:2.

  1. Identifikasi kemungkinan gugus fungsional yang sesuai dengan data IR di 1740 cm-1.
  2. Dengan mempertimbangkan rasio sinyal 3:2 pada 1H NMR dan rumus molekul, usulkan struktur yang konsisten dengan data tersebut.
  3. Tunjukkan kemungkinan isomer stereokimia jika ada.
Lihat Pembahasan

Soal 8: Stoikiometri & Kimia Zat Padat

Suatu oksida logam \(\ce{M_xO_y}\) memiliki kerapatan yang terukur 4,5 g/cm3. Uji analisis menunjukkan dalam 100 g sampel oksida logam mengandung 68,4 g logam M dan 31,6 g oksigen. Ar logam M = 55, Ar O = 16.

  1. Tentukan rumus empiris oksida logam tersebut.
  2. Jika data difraksi sinar-X menunjukkan struktur kristal kubus rapat (cubic close packed) untuk susunan anion, perkirakan koordinasi kation dan anion dalam sel satuan.
  3. Jelaskan bagaimana perbandingan kation terhadap anion memengaruhi struktur kristal padatnya.
Lihat Pembahasan

Pembahasan

Pembahasan Soal 1

  1. Total perubahan entalpi untuk 2 mol \(\ce{H2}\) + 2 mol \(\ce{Cl2}\).
    Reaksi dasar: \(\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}\) dengan \(\Delta H_r = -184\,\text{kJ/mol}\).
    Jika jumlah \(\ce{H2}\) dan \(\ce{Cl2}\) adalah 2 mol masing-masing, reaksi berlangsung 2 kali lipat.
    Sehingga total \(\Delta H\) = \(2 \times -184\,\text{kJ} = -368\,\text{kJ}\).
  2. Verifikasi dengan Panas Pembentukan Standar

    Diketahui:
    \(\Delta H_f^\circ(\ce{HCl(g)}) = -92\,\text{kJ/mol}\).
    Untuk 2 mol \(\ce{HCl}\), total panas pembentukan adalah: \[ 2 \times (-92\,\text{kJ}) = -184\,\text{kJ} \]

    Karena \(\Delta H_f^\circ(\ce{H2}) = 0\) dan \(\Delta H_f^\circ(\ce{Cl2}) = 0\), entalpi reaksi dihitung sebagai: \[ \Delta H_r = \sum \Delta H_f^\circ (\text{produk}) - \sum \Delta H_f^\circ (\text{reaktan}) = (-184\,\text{kJ}) - 0 = -184\,\text{kJ/mol (reaksi)} \]

    Nilai ini sesuai dengan data \(\Delta H_r\) yang diberikan.

Kembali ke Soal 1

Pembahasan Soal 2

  1. Menentukan orde reaksi terhadap A dan B.
    - Saat [\(\ce{A}\)] digandakan, laju meningkat 4 kali \(\Rightarrow 2^m = 4 \Rightarrow m = 2\).
    - Saat [\(\ce{B}\)] digandakan, laju meningkat 2 kali \(\Rightarrow 2^n = 2 \Rightarrow n = 1\).
  2. Satuan Tetapan Laju \(k\)

    Total orde: \( m + n = 2 + 1 = 3 \).

    Satuan laju: \( \mathrm{mol\,L^{-1}\,s^{-1}} \).

    Persamaan laju: \(\text{laju} = k[\ce{A}]^2[\ce{B}]\).

    Sehingga, \[ k = \frac{\mathrm{mol\,L^{-1}\,s^{-1}}}{\left(\mathrm{mol\,L^{-1}}\right)^3} = \mathrm{L^2\,mol^{-2}\,s^{-1}} \]

Kembali ke Soal 2

Pembahasan Soal 3

Reaksi: \(\ce{N2O4(g) <=> 2NO2(g)}\) dengan \(K_p = 0.113\).
Misalkan fraksi yang terdisosiasi = \(\alpha\).
Mula-mula: 2 mol \(\ce{N2O4}\), 0 mol \(\ce{NO2}\).
Saat kesetimbangan: \((2 - 2\alpha)\) mol \(\ce{N2O4}\) dan \((0 + 4\alpha)\) mol \(\ce{NO2}\).
Total mol = \(2 - 2\alpha + 4\alpha = 2 + 2\alpha\).
Tekanan total = 1 atm.
Tekanan parsial \(\ce{N2O4}\) = \(\frac{2 - 2\alpha}{2 + 2\alpha}\times1\) atm, Tekanan parsial \(\ce{NO2}\) = \(\frac{4\alpha}{2 + 2\alpha}\times1\) atm.

Tetapan kesetimbangan: \[ K_p = \frac{(P_{\ce{NO2}})^2}{P_{\ce{N2O4}}}. \] Substitusikan ekspresi tekanan parsial tadi dan selesaikan persamaan untuk \(\alpha\). Nilai \(\alpha\) akan diperoleh secara numerik (biasanya di kisaran 0,3–0,4 untuk \(K_p\) ~ 0,1). Kemudian dari \(\alpha\), kita bisa hitung \(P_{\ce{N2O4}}\) dan \(P_{\ce{NO2}}\).

Kembali ke Soal 3

Pembahasan Soal 4

  1. Potensial Sel

    Gunakan persamaan Nernst (pada 25 °C): \[ E = E^\circ - \frac{0.0592}{n} \log \left( \frac{[\ce{Zn^{2+}}]}{[\ce{Cu^{2+}}]} \right) \]

    Untuk reaksi \(\ce{Zn -> Zn^{2+}} + 2e^-\), diperoleh nilai \(n = 2\). Sehingga:

    \[ \begin{aligned} E &= 1{,}10 - \frac{0.0592}{2}\,\log \left(\frac{0.1}{0.001}\right)\\[1ex] &= 1{,}10 - 0.0296\,\log(100)\\[1ex] &= 1{,}10 - 0.0296 \times 2\\[1ex] &= 1{,}10 - 0.0592\\[1ex] &= 1{,}0408\,\text{V} \approx 1{,}04\,\text{V} \end{aligned} \]

  2. Arah spontan reaksi
    Zn akan teroksidasi (anoda), Cu akan tereduksi (katoda). Jadi elektroda Zn = anoda, elektroda Cu = katoda.
Kembali ke Soal 4

Pembahasan Soal 5

  1. Bilangan koordinasi & bilangan oksidasi Fe
    Kompleks \(\ce{[Fe(CN)6]^{3-}}\). Setiap \(\ce{CN-}\) bermuatan -1, total ligan = 6 → total muatan -6. Kompleks bermuatan -3, maka Fe harus +3. Bilangan koordinasi = 6.
  2. \(\ce{CN-}\) termasuk ligan medan kuat (strong field)
    \(\ce{CN-}\) menimbulkan pemisahan medan kristal yang besar, sehingga Fe(III) (d5) cenderung membentuk konfigurasi elektron low-spin.
  3. Sifat magnetik
    Fe(III) dalam ligan kuat cenderung memiliki elektron tak berpasangan lebih sedikit (low-spin). Biasanya masih ada 1 elektron tak berpasangan (paramagnetik lemah), tidak diamagnetik sempurna. Namun jauh lebih sedikit daripada kompleks medan lemah.
Kembali ke Soal 5

Pembahasan Soal 6

  1. Mekanisme
    Gugus benzil (\(\ce{-CH2-}\) langsung menempel ke cincin fenil) dapat menjalani \(S_\mathrm{N}2\) dengan cepat karena steriknya relatif rendah di posisi benzilik. Namun benzil kation juga sangat stabil (resonansi) jika jalur \(S_\mathrm{N}1\) terbentuk.
    Dalam praktiknya, benzyl chloride dapat bereaksi melalui kedua jalur tergantung kondisi (pelarut, konsentrasi nukleofil, dll.). Pada pelarut berair polar, \(S_\mathrm{N}1\) juga sangat mungkin karena stabilisasi kation benzil.
  2. Efek cincin benzena
    Cincin benzena menstabilkan intermediat karbokation benzil via delokalisasi elektron (resonansi). Jika mekanisme \(S_\mathrm{N}2\), gugus benzil juga mudah diserang nukleofil karena posisi \(\alpha\) ke cincin tidak terlalu sterik.
Kembali ke Soal 6

Pembahasan Soal 7

  1. Puncak IR 1740 cm-1
    Umumnya menandakan gugus karbonil (C=O), terutama ester (biasanya ~1740–1750 cm-1) atau aldehida/keton jenuh. Asam karboksilat lebih rendah (~1700 cm-1) dan biasanya ada serapan O–H lebar. Jadi kemungkinan terbesar adalah ester.
  2. Dua sinyal 1H NMR (rasio 3:2)
    Rumus \(\ce{C4H8O2}\) dan rasio 3:2 sering cocok dengan metil propanoat (\(\ce{CH3CH2COOCH3}\)) atau isomer ester lain. Misalnya, metil propanoat akan memiliki gugus \(\ce{-OCH3}\) (3H) dan \(\ce{-CH2-}\) (2H) yang relatif terpisah sinyalnya.
  3. Kemungkinan isomer stereokimia
    Pada contoh ester rantai lurus seperti metil propanoat, tidak ada pusat kiral, sehingga tidak ada isomer optik. Isomer struktural bisa ada (misal etil asetat, propil format, dsb.), tetapi sinyal NMR 3:2 lebih konsisten dengan metil propanoat.
Kembali ke Soal 7

Pembahasan Soal 8

  1. Rumus empiris oksida logam
    Dalam 100 g sampel: 68,4 g M dan 31,6 g O.
    Mol M = 68,4 / 55 ≈ 1,245, Mol O = 31,6 / 16 = 1,975.
    Rasio M : O ≈ 1,245 : 1,975 ≈ 1 : 1,587 (kurang lebih 1 : 1,6).
    Jika diubah ke bilangan bulat sederhana, 1 : 1,6 sama dengan 5 : 8.
    Jadi rumus empirisnya \(\ce{M5O8}\).
  2. Struktur kubus rapat (ccp) untuk anion
    Dalam ccp, anion menempati kisi kubus rapat, kation menempati sela (oktahedral/tetrahedral). Umumnya anion berkoordinasi 12 (karena ccp), sedangkan kation pada situs oktahedral berkoordinasi 6 atau tetrahedral berkoordinasi 4.
  3. Pengaruh perbandingan kation:anion
    Dengan rasio M:O = 5:8, sebagian situs sela (oktahedral/tetrahedral) terisi hingga memenuhi stoikiometri \(\ce{M5O8}\). Jumlah dan jenis situs yang ditempati kation menentukan pola tataan kristalnya.
Kembali ke Soal 8

Baca Juga :