Simulasi Soal Olimpiade Kimia SMA Standar IChO : 2025 (7)

Pembahasan 1 (Termodinamika)

(a) Reaksi menjadi spontan jika $$\Delta G \le 0$$. Dengan $$\Delta G = \Delta H - T \Delta S$$, maka pada titik perubahan dari tidak spontan menjadi spontan, $$\Delta G = 0$$ sehingga:

$$0 = \Delta H - T \Delta S \quad \Rightarrow \quad T = \frac{\Delta H}{\Delta S}$$

Substitusikan $$\Delta H = 178\text{ kJ/mol} = 178000\text{ J/mol}$$ dan $$\Delta S = 160\text{ J/(mol.K)}$$:

$$T = \frac{178000}{160} \approx 1112.5 \text{ K}$$

(b) Karena reaksi bersifat endotermik dan menghasilkan gas CO₂, energi dalam bentuk panas yang cukup tinggi diperlukan untuk mengatasi energi aktivasi dan memecah struktur kristal padat CaCO₃. Semakin tinggi suhu, semakin besar pula kontribusi TΔS sehingga akhirnya reaksi menjadi spontan.

(c) $$\Delta G^\circ = \Delta H - T \Delta S = 178000 \text{ J/mol} - (1000 \text{ K})(160 \text{ J/(mol.K)})$$

$$\Delta G^\circ = 178000 \text{ J/mol} - 160000 \text{ J/mol} = 18000 \text{ J/mol} = 18 \text{ kJ/mol}$$

Nilai positif menandakan pada 1000 K, reaksi masih belum sepenuhnya spontan.

Pembahasan 2 (Kimia Organik – Reaksi Aromatik)

(a) Senyawa dengan substituen –NO₂ (meta-directing, penarik elektron kuat) dan –CH₃ (ortho-/para-directing, pendorong elektron melalui efek induktif) akan mengalami kompetisi. Umumnya, posisi ortho/para dari –CH₃ lebih aktif dibanding meta dari –NO₂. Namun, efek –NO₂ yang kuat dapat menurunkan densitas elektron pada cincin. Posisi yang paling dominan seringkali para terhadap –CH₃ karena faktor sterik lebih menguntungkan dibanding ortho.

(b) Mekanisme: - Gugus –NO₂ menarik elektron secara kuat, terutama mengurangi kepadatan di posisi ortho/para relatif terhadapnya.
- Gugus –CH₃ menyumbang elektron via efek induktif dan hiperkojugasi, meningkatkan kepadatan elektron di ortho/para relatif terhadapnya.
- Akibatnya, substituen elektrofilik berikutnya lebih cenderung masuk ke posisi ortho/para dari –CH₃, terutama posisi para.

Pembahasan 3 (Kimia Anorganik – Kompleks Transition Metal)

(a) Kompleks [Fe(CN)₆]⁴⁻ mengandung Fe(II) (oksidasi +2) dengan konfigurasi d⁶. CN⁻ adalah ligan medan kuat sehingga cenderung membentuk low spin (t_2g⁶, e_g⁰).

(b) CN⁻ memberikan pemisahan energi orbital d (∆_o) yang besar, menyebabkan elektron d menempati orbital t_2g terlebih dahulu secara berpasangan.

(c) Pada konfigurasi low spin d⁶, semua elektron berpasangan, sehingga bersifat diamagnetik.

Pembahasan 4 (Kinetika Kimia)

(a) Untuk reaksi orde pertama, waktu paruh: $$t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k}.$$ Diberikan $$t_{1/2} = 15 \text{ menit},$$ maka:

$$k = \frac{\ln 2}{15} \approx 0.0462 \,\text{menit}^{-1}.$$

(b) Rumus reaksi orde pertama: $$\ln \frac{[A]}{[A]_0} = -kt \quad \Rightarrow \quad t = \frac{1}{k}\,\ln\!\biggl(\frac{[A]_0}{[A]}\biggr).$$ Dengan [A]₀ = 0,10 M, [A] = 0,025 M, dan k ≈ 0.0462 menit⁻¹:

$$t = \frac{1}{0.0462}\,\ln\bigl(\tfrac{0.10}{0.025}\bigr) = \frac{1}{0.0462}\,\ln(4) \approx 21.3 \,\text{menit}.$$

(c) Plot ln[A] vs. waktu untuk reaksi orde pertama membentuk garis lurus dengan kemiringan (slope) = −k. Dari kemiringan tersebut diperoleh nilai k.

Pembahasan 5 (Elektrokimia)

(a) Reaksi sel total:

$$\text{Zn}(s) + \text{Cu}^{2+}(aq) \rightarrow \text{Zn}^{2+}(aq) + \text{Cu}(s)$$

Potensial sel: $$E_{\text{sel}}^\circ = E^\circ_{\text{katode}} - E^\circ_{\text{anode}} = (+0.34) - (-0.76) = +1.10 \,\text{V}.$$

(b) Dengan persamaan Nernst (pada T = 25 °C):

$$E_{\text{sel}} = E_{\text{sel}}^\circ - \frac{0.0592}{n} \log \biggl(\frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Cu}^{2+}]}\biggr) = 1.10 - \frac{0.0592}{2} \log \bigl(\tfrac{0.001}{1}\bigr).$$

$$E_{\text{sel}} = 1.10 - 0.0296 \,\log(0.001) = 1.10 - 0.0296 \times (-3) = 1.10 + 0.0888 = 1.1888 \,\text{V}.$$

(c) Disebut sel galvani karena reaksi berlangsung spontan menghasilkan energi listrik, dengan Zn teroksidasi menjadi Zn²⁺ dan Cu²⁺ tereduksi menjadi Cu.

Pembahasan 6 (Spektroskopi – IR dan NMR)

(a) Puncak IR di 1715 cm⁻¹ menandakan gugus karbonil (keton) alifatik. Rumus C₄H₈O dan sinyal NMR δ ~2,1 ppm (singlet, 3H) sesuai CH₃ yang bersebelahan dengan C=O, sinyal δ ~2,4 ppm (triplet, 2H), dan δ ~2,7 ppm (triplet, 2H) menunjukkan dua gugus CH₂ yang berdekatan. Struktur yang cocok adalah 2-butanon (metil etil keton).

(b) Serapan IR ~1715 cm⁻¹ merupakan ciri khas ikatan C=O pada keton jenuh. Kekuatan ikatan ganda dan lingkungan alifatik memunculkan puncak di rentang tersebut.

(c) Pola triplet menandakan lingkungan CH₂ yang bertetangga dengan CH₂ atau CH₃ lain, sedangkan singlet di 2,1 ppm menandakan gugus metil tanpa tetangga proton (atau sangat lemah). Keseluruhan data mendukung struktur 2-butanon.

Pembahasan 7 (Stereokimia – Isomer E/Z dan R/S)

(a) Alkena dapat memiliki isomer E/Z jika kedua karbon rangkap dua masing-masing terikat pada dua substituen yang berbeda. Jika salah satu karbon hanya terikat gugus substituen identik, tidak akan muncul isomer E/Z.

(b) Konfigurasi R/S ditentukan dengan aturan Cahn-Ingold-Prelog (CIP):
• Urutkan prioritas berdasarkan nomor atom pengikat (semakin besar nomor atom, semakin tinggi prioritas).
• Tempatkan substituen prioritas terendah di belakang.
• Lihat urutan 1 → 2 → 3. Jika searah jarum jam = R, jika berlawanan = S.

(c) Contoh sederhana:
(i) 2-butenal (CH₃–CH=CH–CHO) dapat memiliki isomer E/Z.
(ii) 2-butanol (CH₃CH(OH)CH₂CH₃) memiliki pusat kiral pada C-2, sehingga bisa R atau S.

Pembahasan 8 (Biokimia – Enzim dan Kinetika Michaelis-Menten)

(a) Jika [S] < K_m, maka $$v \approx \frac{V_{\max}\,[S]}{K_m},$$ sehingga laju (v) berbanding lurus dengan [S].

(b) Jika [S] >> K_m, maka $$v \approx V_{\max},$$ laju reaksi relatif konstan dan tidak terlalu dipengaruhi oleh [S].

(c) Dengan plot Lineweaver-Burk (1/v vs. 1/[S]), kemiringan = (K_m/V_max) dan titik potong pada sumbu y = 1/V_max, titik potong pada sumbu x = −1/K_m. Dari sana dapat diperoleh K_m dan V_max.

Pembahasan 9 (Analisis Kuantitatif – Titrasi Kompleksometri)

(a) pH diatur agar EDTA dapat membentuk kompleks optimal dengan Mg²⁺ dan Ca²⁺. Jika pH terlalu rendah, EDTA terprotonasi dan kemampuan pengompleksnya berkurang.

(b) Indikator seperti Eriochrome Black T berikatan dengan ion logam (Mg²⁺/Ca²⁺) membentuk kompleks berwarna. Saat EDTA mencompleksi logam tersebut, indikator terlepas dan berubah warna.

(c) Jika total (Mg²⁺ + Ca²⁺) membutuhkan 25,00 mL EDTA, dan Ca²⁺ saja 10,00 mL, maka Mg²⁺ memerlukan 15,00 mL. Rasio mol Mg²⁺ : Ca²⁺ = 15 : 10 = 3 : 2.