Simulasi Contoh Soal Olimpiade Kimia OSN SMA : 2025 (6)

16 Mar 2025 | dibaca 27 kali

Daftar Isi

Soal 1
Soal 2
Soal 3
Soal 4
Soal 5
Soal 6
Soal 7
Soal 8
Soal 9
Soal 10
Soal 11
Soal 12
Soal 13
Soal 14
Soal 15
Pembahasan

Soal 1

Diketahui reaksi pembakaran: $C_{3} H_{8} + 5 O_{2} ⟶ 3 CO_{2} + 4 H_{2} O$ Sebanyak 44 gram propana ( $C_{3} H_{8}$ ) dibakar dengan 160 gram $O_{2}$ . Tentukan zat mana yang menjadi pereaksi pembatas (limiting reagent) dan berapa massa $CO_{2}$ (dalam gram) yang dihasilkan secara teoritis?

Lihat Pembahasan

Soal 2

Terdapat tiga tahap reaksi pembentukan $Al_{2} O_{3}$ sebagai berikut:
(1) $2 Al (s) + 3 Cl_{2} (g) ⟶ 2 AlCl_{3} (s)$
(2) $2 AlCl_{3} (s) + 3 H_{2} O (l) ⟶ Al_{2} O_{3} (s) + 6 HCl (g)$
(3) $H_{2} (g) + Cl_{2} (g) ⟶ 2 HCl (g)$

Entalpi pembentukan standar masing-masing senyawa:\
$Δ H_{f}^{\circ} (AlCl_{3} (s)) = - 704 kJ/mol$
$Δ H_{f}^{\circ} (HCl (g)) = - 92 kJ/mol$
$Δ H_{f}^{\circ} (H_{2} O (l)) = - 286 kJ/mol$
$Δ H_{f}^{\circ} (Al_{2} O_{3} (s)) = - 1676 kJ/mol$

Gunakan data tersebut (serta data lain yang diperlukan) untuk menghitung entalpi reaksi total pembentukan $Al_{2} O_{3}$ dari $Al (s)$ , $Cl_{2} (g)$ , dan $H_{2} O (l)$ .

Lihat Pembahasan

Soal 3

Dalam suatu wadah tertutup, gas $A$ dan $B$ bereaksi membentuk $C$ menurut persamaan reaksi: $2 A (g) + B (g) \overset{- ⇀}{↽ -} 2 C (g)$ Dengan konsentrasi awal $[A]_{0} = 2, 0 M$ dan $[B]_{0} = 1, 0 M$ . Setelah mencapai kesetimbangan pada suhu tertentu, konsentrasi $C$ terukur sebesar $0, 8 M$ . Hitung $K_{c}$ untuk reaksi tersebut.

Lihat Pembahasan

Soal 4

Suatu reaksi orde kedua umum dapat dinyatakan: $\frac{1}{[A]} = k t + \frac{1}{[A]_{0}}$ Diukur bahwa waktu paruh (half-life) reaksi ini adalah 10 detik ketika konsentrasi awal $[A]_{0} = 0, 1 M$ . Tentukan laju konstanta $k$ reaksi tersebut (dalam satuan $M^{- 1} s^{- 1}$ ).

Lihat Pembahasan

Soal 5

Perhatikan sel galvanik berikut: $Zn (s) | Zn^{2 +} (aq) | | Cu^{2 +} (aq) | Cu (s)$ Diketahui:\
$E^{\circ} (Zn^{2 +} / Zn) = - 0, 76 V$
$E^{\circ} (Cu^{2 +} / Cu) = + 0, 34 V$
Jika konsentrasi $Zn^{2 +}$ adalah 0,1 M dan konsentrasi $Cu^{2 +}$ adalah 0,001 M, hitung potensial sel ( $E_{sel}$ ) pada suhu 25 °C. Gunakan persamaan Nernst: $E = E^{\circ} - \frac{0,059 2}{n} \log Q$ di mana $n = 2$ untuk reaksi tersebut.

Lihat Pembahasan

Soal 6

Sebanyak 0,1 mol asam lemah $HA$ (dengan $K_{a} = 10^{- 5}$ ) dilarutkan hingga volume total 1 L. Kemudian ditambahkan 0,05 mol garam $KA$ dari asam lemah yang sama. Hitung pH larutan penyangga (buffer) tersebut.

Lihat Pembahasan

Soal 7

200 g larutan sukrosa (gula tebu) dalam air memiliki titik beku $- 0,372^{\circ} C$ . Tetapan penurunan titik beku air ( $K_{f}$ ) adalah $1, 86^{\circ} C·kg/mol$ . Jika massa jenis larutan adalah $1, 0 g/mL$ , perkirakan massa sukrosa ( $C_{12} H_{22} O_{11}$ ) yang terlarut dalam larutan tersebut.

Lihat Pembahasan

Soal 8

Kelarutan $AgCl$ dalam air pada suhu tertentu adalah $1, 0 \times 10^{- 5} mol/L$ . Hitung $K_{s p}$ untuk $AgCl$ . Jika ke dalam larutan jenuh $AgCl$ tersebut ditambahkan $NaCl$ 0,01 M, berapakah konsentrasi $Ag^{+}$ yang tersisa (anggap volume tidak berubah)?

Lihat Pembahasan

Soal 9

Perhatikan reaksi substitusi nukleofilik (SN1) berikut: $(CH_{3})_{3} C - Br + OH^{-} ⟶ (CH_{3})_{3} C - OH + Br^{-}$ Berikan mekanisme reaksi SN1 yang lengkap (tuliskan tahapan-tahapan intinya) serta sebutkan faktor-faktor yang memengaruhi kecepatan reaksi SN1 tersebut.

Lihat Pembahasan

Soal 10

Dalam kimia organik, stereoisomer dapat berupa enantiomer atau diastereomer. Berikan contoh molekul yang memiliki chiral center tunggal dan jelaskan bagaimana enantiomer dapat dibedakan secara fisik maupun kimia.

Lihat Pembahasan

Soal 11

Dalam tabel periodik, energi ionisasi pertama unsur-unsur golongan 1A cenderung menurun dari atas ke bawah. Jelaskan faktor-faktor yang menyebabkan tren tersebut. Kemudian, bandingkan energi ionisasi pertama $Li$ dengan $Na$ .

Lihat Pembahasan

Soal 12

Ion kompleks $[Fe (CN)_{6}]^{3 -}$ dikenal memiliki warna kuning sedangkan $[Fe (H_{2} O)_{6}]^{3 +}$ berwarna ungu kemerahan. Gunakan teori medan kristal (CFT, Crystal Field Theory) untuk menjelaskan perbedaan warna tersebut.

Lihat Pembahasan

Soal 13

Suatu logam transisi $M$ dapat bereaksi dengan asam klorida membentuk senyawa kompleks $[MCl_{4}]^{2 -}$ . Jika $M$ berada pada tingkat oksidasi +2 dalam kompleks tersebut, berapa jumlah elektron pada subkulit d milik $M$ sebelum berikatan (misalnya untuk $M^{2 +}$ ), jika diketahui $M$ terletak pada golongan 9 (Golongan Co dalam sistem IUPAC modern)?

Lihat Pembahasan

Soal 14

Sebutir sampel radioaktif $Ra - 226$ mengalami peluruhan alfa menjadi $Rn - 222$ dengan waktu paruh 1600 tahun. Berapa persen sampel $Ra - 226$ yang tersisa setelah 4800 tahun? Gunakan rumus peluruhan: $N = N_{0} \times {(\frac{1}{2})}^{\frac{t}{t_{1 / 2}}}$

Lihat Pembahasan

Soal 15

Perhatikan struktur berikut. Misalkan Anda memiliki molekul benzena yang disubstitusi oleh gugus metil ( $- CH_{3}$ ) dan nitro ( $- NO_{2}$ ) pada posisi tertentu. Identifikasi apakah substituen $- CH_{3}$ bersifat ortho/para-directing atau meta-directing, dan apakah substituen $- NO_{2}$ bersifat ortho/para atau meta-directing. Jelaskan alasannya.

Contoh representasi SVG benzena ter-substitusi (ilustrasi sederhana):

Lihat Pembahasan

Pembahasan

Pembahasan Soal 1

Reaksi: $C_{3} H_{8} + 5 O_{2} ⟶ 3 CO_{2} + 4 H_{2} O$ .
- Massa molar $C_{3} H_{8}$ = 44 g/mol, sehingga 44 g propana = 1 mol.
- Massa molar $O_{2}$ = 32 g/mol, sehingga 160 g $O_{2}$ = 5 mol.
Dari persamaan stoikiometri, 1 mol $C_{3} H_{8}$ membutuhkan 5 mol $O_{2}$ .
Karena tersedia 5 mol $O_{2}$ dan dibutuhkan tepat 5 mol, maka pereaksi pembatas tidak ada yang tersisa (keduanya habis sempurna), tetapi secara teknis, $O_{2}$ dicocokkan persis dengan $C_{3} H_{8}$ .
Jumlah $CO_{2}$ yang dihasilkan = 3 mol $CO_{2}$ (karena 1 mol $C_{3} H_{8}$ menghasilkan 3 mol $CO_{2}$ ).
Massa $CO_{2}$ = 3 mol × 44 g/mol = 132 g.

Kembali ke Soal 1

Pembahasan Soal 2

Kita dapat menggunakan data $Δ H_{f}^{\circ}$ senyawa-senyawa yang terlibat untuk menghitung entalpi reaksi pembentukan $Al_{2} O_{3}$ .
Reaksi keseluruhan: $2 Al (s) + 3 H_{2} O (l) ⟶ Al_{2} O_{3} (s) + 3 H_{2} (g)$ .
Namun, dari rangkaian tahap (1), (2), dan (3) di soal, kita perlu menyusun ulang dan menambahkan/mengurangkan reaksi sesuai Hess's Law (serta mengingat $H_{2} (g)$ punya $Δ H_{f}^{\circ} = 0$ ).
Secara umum, rumus: $Δ H_{reaksi} = \sum Δ H_{f}^{\circ} (produk) - \sum Δ H_{f}^{\circ} (reaktan)$ .
Skema singkat:
- (1) $Δ H = 2 \times (- 704)$ kJ/mol (pembentukan 2 mol $AlCl_{3}$ dari $Al$ dan $Cl_{2}$ )
- (2) $Δ H = [(- 1676) + 6 \times (- 92)] - [2 \times (- 704) + 3 \times (- 286)]$ , sesuaikan stoikiometri dengan hati-hati
- (3) $Δ H = 2 \times (- 92) - [0 + 0]$ (karena $H_{2} (g)$ dan $Cl_{2} (g)$ nilai $Δ H_{f}^{\circ} = 0$ )
Jumlahkan ketiga tahapan setelah disusun sehingga terbentuk $Al_{2} O_{3}$ .
Hasil akhirnya adalah nilai $Δ H$ total yang kira-kira akan mendekati $- 1676$ kJ/mol (karena $Δ H_{f}^{\circ} (Al_{2} O_{3})$ ) ditambah kontribusi reaktan dasar. Perhitungan detail bergantung cara kita menyeimbangkan reaksi-reaksi. Intinya, penggunaan data $Δ H_{f}^{\circ}$ akan memberikan $Δ H_{reaksi}$ sekitar $- 1676$ kJ/mol (disesuaikan reaktan elemental).

Kembali ke Soal 2

Pembahasan Soal 3

Reaksi: $2 A + B \overset{- ⇀}{↽ -} 2 C$ .
Misalkan perubahan konsentrasi A adalah $- 2 x$ , B adalah $- x$ , dan C adalah $+ 2 x$ .
Diketahui $[C]_{eq} = 0, 8 M$ → berarti $2 x = 0, 8$ → $x = 0, 4$ .
Maka $[A]_{eq} = [A]_{0} - 2 x = 2, 0 - 2 (0, 4) = 1, 2 M$ .
$[B]_{eq} = [B]_{0} - x = 1, 0 - 0, 4 = 0, 6 M$ .
Rumus kesetimbangan: $K_{c} = \frac{[C]^{2}}{[A]^{2} [B]}$ Tetapi harus diperhatikan koefisien reaksi: Reaksi $2 A + B ⟶ 2 C$ , maka $K_{c} = \frac{[C]^{2}}{[A]^{2} [B]} .$ Substitusi: $K_{c} = \frac{(0, 8)^{2}}{(1, 2)^{2} \times 0, 6} = \frac{0, 64}{1, 44 \times 0, 6} = \frac{0, 64}{0,864} \approx 0, 74.$

Kembali ke Soal 3

Pembahasan Soal 4

Reaksi orde dua dengan waktu paruh (half-life) $t_{1 / 2}$ untuk konsentrasi awal $[A]_{0}$ memiliki rumus: $t_{1 / 2} = \frac{1}{k [A]_{0}} .$ Diketahui $t_{1 / 2} = 10$ s dan $[A]_{0} = 0, 1 M$ .
Substitusikan: $10 = \frac{1}{k \times 0, 1} ⟹ k = \frac{1}{10 \times 0, 1} = 1 M^{- 1} s^{- 1} .$

Kembali ke Soal 4

Pembahasan Soal 5

Potensial sel standar: $E_{sel}^{\circ} = E^{\circ} (Cu^{2 +} / Cu) - E^{\circ} (Zn^{2 +} / Zn) = 0, 34 - (- 0, 76) = 1, 10 V .$ Reaksi sel: $Zn (s) + Cu^{2 +} (aq) ⟶ Zn^{2 +} (aq) + Cu (s)$ . Untuk Nernst, $E = E^{\circ} - \frac{0,059 2}{n} \log \frac{[Zn^{2 +}]}{[Cu^{2 +}]}$ (karena $Zn^{2 +}$ produk dan $Cu^{2 +}$ reaktan).
Substitusi: $E = 1, 10 - \frac{0,059 2}{2} \log \frac{0, 1}{0,001} = 1, 10 - 0,029 6 \log (100) .$ $\log (100) = 2$ . Jadi: $E = 1, 10 - 0,029 6 \times 2 = 1, 10 - 0,059 2 = 1,040 8 V \approx 1, 04 V .$

Kembali ke Soal 5

Pembahasan Soal 6

Larutan penyangga asam lemah dan garamnya: Gunakan persamaan Henderson-Hasselbalch: $pH = p K_{a} + \log (\frac{[garam]}{[asam]}) .$ Di sini, $[H A] = \frac{0, 1 mol}{1 L} = 0, 1 M$ , $[A^{-}] = \frac{0, 05 mol}{1 L} = 0, 05 M$ .
$K_{a} = 10^{- 5} ⟹ p K_{a} = 5.$
Substitusi: $pH = 5 + \log (\frac{0, 05}{0, 1}) = 5 + \log (0, 5) = 5 - 0,301 \approx 4, 70.$

Kembali ke Soal 6

Pembahasan Soal 7

Titik beku turun $Δ T_{f} = K_{f} \times m$ (molalitas).
$Δ T_{f} = 0,372^{\circ} C$ . $K_{f} (air) = 1, 86^{\circ} C·kg/mol$ .
Sehingga $m = \frac{Δ T_{f}}{K_{f}} = \frac{0,372}{1, 86} \approx 0, 2 mol/kg .$ 200 g larutan → 0{,}2 kg larutan. Diasumsikan massa jenis larutan 1 g/mL sehingga 200 g larutan = 200 mL.
Molalitas didefinisikan: $mol zat terlarut$ / $kg pelarut$ . Kita perlu massa pelarut (air), bukan massa total larutan. Asumsikan massa zat terlarut relatif kecil: ~ anggap 200 g larutan − x g sukrosa ≈ (200 − x) g air.
Namun, seringkali untuk pendekatan: $mol sukrosa \approx 0, 2 \times 0, 2 = 0, 04$ mol (karena 0,2 mol/kg × 0,2 kg pelarut, meski 0,2 kg bukan pelarut murni, ini pendekatan).
Massa molar sukrosa = 342 g/mol.
Maka massa sukrosa $\approx 0, 04 \times 342 = 13, 68 g \approx 14 g .$
Ini pendekatan karena kita mengasumsikan total 200 g larutan ~ 200 g pelarut untuk mempermudah (bias diabaikan).

Kembali ke Soal 7

Pembahasan Soal 8

Kelarutan $AgCl$ = $s = 1, 0 \times 10^{- 5} M$ . Persamaan kelarutan: $AgCl (s) ⟶ Ag^{+} (aq) + Cl^{-} (aq)$ . Sehingga $K_{s p} = [Ag^{+}] [Cl^{-}] = s \times s = s^{2} = (10^{- 5})^{2} = 10^{- 10} .$ Saat larutan mengandung $Cl^{-}$ dari $NaCl$ 0,01 M, $[Cl^{-}] \approx 0, 01 M$ .
Karena $K_{s p} = [Ag^{+}] [Cl^{-}],$ maka $[Ag^{+}] = \frac{10^{- 10}}{0, 01} = 10^{- 8} M .$ Jadi konsentrasi $Ag^{+}$ menurun menjadi $10^{- 8} M$ .

Kembali ke Soal 8

Pembahasan Soal 9

Mekanisme SN1 (substitusi nukleofilik unimolekuler) berlangsung dalam dua tahap:
1. Tahap pembentukan karbokation (lambat, tahap penentu kecepatan): $(CH_{3})_{3} C - Br ⟶ (CH_{3})_{3} C^{+} + Br^{-}$ .
2. Tahap serangan nukleofil: $(CH_{3})_{3} C^{+} + OH^{-} ⟶ (CH_{3})_{3} C - OH$ .
Faktor-faktor yang memengaruhi kecepatan SN1 antara lain:
- Stabilitas karbokation (tersier lebih stabil daripada sekunder atau primer).
- Pelarut (pelarut protik polar menstabilkan karbokation).
- Konsentrasi substrat (reaksi SN1 bersifat unimolekuler, bergantung pada konsentrasi substrat saja di tahap penentu kecepatan).
- Keberadaan gugus yang dapat menstabilkan karbokation melalui efek induktif atau resonansi.

Kembali ke Soal 9

Pembahasan Soal 10

Contoh sederhana: 2-butanol ( $CH_{3} - CH (OH) - CH_{2} - CH_{3}$ ) dengan pusat kiral di $CH (OH)$ jika substituennya berbeda. Enantiomer adalah bayangan cermin yang tidak dapat ditumpuk.
Secara fisik, enantiomer memiliki sifat fisika sama (titik didih, titik leleh, dsb.) kecuali dalam memutar cahaya terpolarisasi (optis aktif) dengan arah berlawanan. Secara kimia, enantiomer bisa bereaksi berbeda dengan pereaksi kiral lain, misalnya dalam sistem biologis (enzim).

Kembali ke Soal 10

Pembahasan Soal 11

Energi ionisasi pertama cenderung menurun dari atas ke bawah golongan 1A karena meningkatnya jari-jari atom (kulit elektron semakin banyak), sehingga elektron valensi semakin jauh dari inti dan gaya tarik inti lebih lemah. Selain itu, efek shielding meningkat.
$Li$ memiliki energi ionisasi lebih besar daripada $Na$ karena $Li$ memiliki ukuran lebih kecil dan elektron valensinya lebih dekat dengan inti.

Kembali ke Soal 11

Pembahasan Soal 12

Menurut teori medan kristal, ligan $CN^{-}$ menghasilkan medan kristal yang lebih kuat daripada $H_{2} O$ . Hal ini memengaruhi pemisahan tingkat d-orbital ( $Δ_{o}$ ) pada ion Fe.
Karena $[Fe (CN)_{6}]^{3 -}$ memiliki medan kristal kuat, perbedaan energi antar orbital $t_{2 g}$ dan $e_{g}$ lebih besar, sehingga penyerapan cahaya terjadi pada panjang gelombang tertentu (menyebabkan warna kuning). Sementara itu, $[Fe (H_{2} O)_{6}]^{3 +}$ memiliki $Δ_{o}$ lebih kecil, sehingga menyerap panjang gelombang berbeda, menghasilkan warna ungu kemerahan.

Kembali ke Soal 12

Pembahasan Soal 13

Golongan 9 (Co, Rh, Ir) menunjukkan bahwa logam $M$ memiliki konfigurasi elektron valensi $(n - 1) d^{7} n s^{2}$ . Jika $M$ berada dalam keadaan oksidasi +2, maka elektron d-nya adalah 7.
Namun, ion $M^{2 +}$ berarti elektron s sudah terlepas terlebih dahulu. Jadi, untuk golongan 9, jumlah elektron d pada $M^{2 +}$ umumnya adalah 7. Artinya subkulit d memiliki 7 elektron sebelum membentuk kompleks.

Kembali ke Soal 13

Pembahasan Soal 14

Rumus peluruhan: $N = N_{0} {(\frac{1}{2})}^{\frac{t}{t_{1 / 2}}} .$ Waktu paruh $Ra - 226$ = 1600 tahun. Setelah 4800 tahun, $N = N_{0} {(\frac{1}{2})}^{\frac{4800}{1600}} = N_{0} {(\frac{1}{2})}^{3} = N_{0} \times \frac{1}{8} = 0,125 N_{0} .$ Persen sisa = 12,5%.

Kembali ke Soal 14

Pembahasan Soal 15

Gugus $- CH_{3}$ umumnya bersifat electron-donating lewat efek induktif, sehingga cenderung mengarahkan substituen baru ke posisi ortho dan para (ortho/para-directing) pada cincin benzena.
Gugus $- NO_{2}$ adalah electron-withdrawing group yang kuat karena adanya resonansi dan efek induktif, sehingga mengarahkan ke posisi meta (meta-directing).
Alasannya terkait stabilisasi intermediate (ion arenium) selama reaksi substitusi elektrofilik aromatik. Gugus donor menstabilkan kation sigma di ortho/para, sedangkan gugus penarik kuat mendestabilkan ortho/para dan lebih stabil di meta.

Kembali ke Soal 15