Bab 9: Larutan Penyangga

Jawaban Benar: C. ${\text{CH}}_3\text{COOH}$ dan ${\text{CH}}_3\text{COOK}$ Pembahasan: Larutan penyangga asam memiliki komposisi asam lemah dengan garam konjugasinya. Di antara larutan HCl, NaOH, ${\text{CH}}_3\text{COOH}$, ${\text{CH}}_3\text{COOK}$, dan ${\text{CH}}_3{\text{CH}}_2\text{COOH}$, larutan yang termasuk asam lemah adalah ${\text{CH}}_3\text{COOH}$. Larutan ${\text{CH}}_3\text{COOK}$ merupakan garam yang merupakan konjugasi dari ${\text{CH}}_3\text{COOH}$. Oleh karena itu, penyusun sistem penyangga pada larutan adalah ${\text{CH}}_3\text{COOH}$ dan ${\text{CH}}_3\text{COOK}$ (opsi C).

Jawaban Benar: D. 0,05 M Pembahasan: Campuran asam lemah dengan garam konjugasinya sehingga membentuk larutan penyangga asam. Persamaan matematis yang digunakan adalah sebagai berikut: $[{\text{H}}^{+}]=\frac{\text{asam lemah}}{\text{garam konjugasi}}\times K_a$ Oleh karena campuran memiliki volume total sama, persamaan dapat diubah menjadi: $[{\text{H}}^{+}]=\frac{\text{mol asam lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_a$ Konsentrasi $[{\text{H}}^{+}]$ bisa diperoleh dari pH. Oleh karena itu, perhitungannya menjadi seperti berikut: $[{\text{H}}^{+}]=2\text{M}\times 25\text{mL}\times \frac{1\times 10^{-5}}{\text{M}{\text{CH}}_3\text{COONa}\times 50\text{mL}}$ $[{\text{H}}^{+}]=2\times 10^{-4}=\frac{2\times 10^{-4}}{2}$ $M_{{\text{CH}}_3\text{COONa}}=\frac{2\text{M}\times 1}{20\times 2}=0,05\text{M}$

Jawaban Benar: B. $5+\log 2$ Pembahasan: ${\text{mol CH}}_3\text{COOH}=50\text{mL}\times 0,5\text{M}=25\text{mmol}$ ${\text{mol CH}}_3\text{COONa}=100\text{mL}\times 0,5\text{M}=50\text{mmol}$ Campuran asam lemah dengan garam konjugasinya sehingga membentuk larutan penyangga asam. Persamaan matematis yang digunakan adalah sebagai berikut: $[{\text{H}}^{+}]=\frac{\text{asam lemah}}{\text{garam konjugasi}}\times K_a$ Oleh karena campuran memiliki volume total sama, persamaan dapat diubah menjadi: $[{\text{H}}^{+}]=\frac{\text{mol asam lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_a$ $[{\text{H}}^{+}]=\frac{25\text{mmol}}{50\text{mmol}}\times 1\times 10^{-5}=\frac{1}{2}\times 10^{-5}=5\times 10^{-6}$ $\text{pH}=-\log [{\text{H}}^{+}]=-\log [5\times 10^{-6}]$ $\text{pH}=6-\log 5$ $\text{pH}=5+\log 2$

Jawaban Benar: E. ${\text{H}}_2{\text{PO}}_4^{-}|{\text{HPO}}_4^{2-}$ Pembahasan: Larutan penyangga memiliki fokus pada nilai $p{K}_a$. Jika larutan penyangga dengan $p{K}_a=6,37$ ingin ditiru, sistem penyangga pengganti harus memiliki nilai $p{K}_a$ mendekati 6,37. Pada soal, nilai yang paling mendekati adalah ${\text{H}}_3{\text{PO}}_4$ dari ${\text{H}}_3{\text{PO}}_4$ - dan ${\text{HPO}}_4^{2-}$, sehingga sistem penyangga kedua ion tersebut $({\text{H}}_2{\text{PO}}_4^{-}|{\text{HPO}}_4^{2-})$ dapat dibuat serupa dengan penyangga karbonat.

Jawaban Benar: C. $9-\log 4$ Pembahasan: ${\text{mol NH}}_4\text{OH}=50\text{mL}\times 1\text{L}\times 0,1\text{M}=0,005\text{mol}$ ${\text{mol NH}}_4\text{Cl}=\frac{1,07\text{g}}{53,5\text{g/mol}}=0,02\text{mol}$ Campuran basa lemah dengan garam konjugasinya sehingga membentuk larutan penyangga basa. Persamaan matematis yang digunakan adalah sebagai berikut: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{basa lemah}}{\text{garam konjugasi}}\times K_b$ Oleh karena campuran memiliki volume total sama, persamaan dapat diubah menjadi: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{mol basa lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_b$ $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{0,005\text{mol}}{0,02\text{mol}}\times 1\times 10^{-5}=2,5\times 10^{-6}$ $\text{pOH}=-\log [{\text{OH}}^{-}]=-\log [2,5\times 10^{-6}]=6-\log 2,5$ $\text{pH}=14-\text{pOH}=14-(6-\log 2,5)=8+\log 2,5$ $\text{pH}=9-\log 4$

Jawaban Benar: E. 0,2 Pembahasan: Campuran basa lemah dengan garam konjugasinya sehingga membentuk larutan penyangga basa. Persamaan matematis yang digunakan adalah sebagai berikut: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{basa lemah}}{\text{garam konjugasi}}\times K_b$ Oleh karena campuran memiliki volume total sama, persamaan dapat diubah menjadi: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{mol basa lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_b$ Konsentrasi $[{\text{OH}}^{-}]$ bisa diperoleh dari pOH yang diturunkan dari pH. $\text{pOH}=14-\text{pH}=14-(8+\log 2)=6-\log 2$ Oleh karena itu, perhitungannya menjadi seperti berikut: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{M{\text{NH}}_4\text{OH}\times 25\text{mL}}{M{\text{NH}}_4\text{Cl}\times 50\text{mL}}\times 1\times 10^{-5}$ $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{2\times 10^{-6}}{1\times 10^{-5}}=0,2$ $M_{{\text{NH}}_4\text{OH}}=0,2\text{M}$

Jawaban Benar: B. 0,2 M Pembahasan: Campuran basa lemah dengan garam konjugasinya sehingga membentuk larutan penyangga basa. Persamaan matematis yang digunakan adalah sebagai berikut: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{basa lemah}}{\text{garam konjugasi}}\times K_b$ Oleh karena campuran memiliki volume total yang sama, persamaan dapat diubah menjadi: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{mol basa lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_b$ Konsentrasi $[{\text{OH}}^{-}]$ bisa diperoleh dari pOH yang diturunkan dari pH. $\text{pOH}=14-\text{pH}=14-9=5$ $[{\text{OH}}^{-}]=10^{-5}\text{mol/L}$ Perhitungan: 1. Hitung jumlah mol dari masing-masing larutan: - ${\text{mol NH}}_4\text{OH}=M\times V=0,1\text{M}\times 50\text{mL}=0,1\times 0,050\text{L}=0,005\text{mol}$ - ${\text{mol NH}}_4\text{Br}=M\times V=0,5\text{M}\times 25\text{mL}=0,5\times 0,025\text{L}=0,0125\text{mol}$ 2. Karena campuran memiliki volume total yang sama (50 mL + 25 mL = 75 mL), kita dapat menghitung konsentrasi masing-masing: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{0,005\text{mol}}{0,0125\text{mol}}\times 10^{-5}=0,2\text{M}$

Jawaban Benar: D. $9+\log 4$ Pembahasan: Campuran basa lemah dengan garam konjugasinya sehingga membentuk larutan penyangga basa. Persamaan matematis yang digunakan adalah sebagai berikut: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{basa lemah}}{\text{garam konjugasi}}\times K_b$ Oleh karena campuran memiliki volume total sama, persamaan dapat diubah menjadi: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{mol basa lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_b$ Mol garam konjugasi diperoleh dari $({\text{NH}}_4{)}_2{\text{SO}}_4$, sedangkan peran penyangga dilakukan ion konjugasinya. Valensi ion konjugasi sebesar 2 sehingga perlu dikalikan terlebih dahulu. Perhitungan: 1. Hitung jumlah mol dari masing-masing larutan: - ${\text{mol NH}}_3=200\text{mL}\times 0,2\text{M}=40\text{mmol}$ - ${\text{mol NH}}_4\text{Br}=50\text{mL}\times 0,2\text{M}=10\text{mmol}$ 2. Hitung konsentrasi ${\text{OH}}^{-}$: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{40\text{mmol}}{10\text{mmol}}\times 2\times 10^{-5}=4\times 10^{-5}$ 3. Hitung pOH: $\text{pOH}=-\log [{\text{OH}}^{-}]=-\log (4\times 10^{-5})=5-\log 4$ 4. Hitung pH: $\text{pH}=14-\text{pOH}=14-(5-\log 4)=9+\log 4$

Jawaban Benar: D. $9+\log 4$ Pembahasan: Campuran basa lemah dengan garam konjugasinya sehingga membentuk larutan penyangga basa. Persamaan matematis yang digunakan adalah sebagai berikut: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{basa lemah}}{\text{garam konjugasi}}\times K_b$ Oleh karena campuran memiliki volume total sama, persamaan dapat diubah menjadi: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{mol basa lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_b$ Mol garam konjugasi diperoleh dari $({\text{NH}}_4{)}_2{\text{SO}}_4$, sedangkan peran penyangga dilakukan ion konjugasinya. Valensi ion konjugasi sebesar 2 sehingga perlu dikalikan terlebih dahulu. Perhitungan: 1. Hitung jumlah mol dari masing-masing larutan: - ${\text{mol NH}}_3=200\text{mL}\times 0,2\text{M}=40\text{mmol}$ - ${\text{mol NH}}_4\text{Br}=50\text{mL}\times 0,2\text{M}=10\text{mmol}$ 2. Hitung konsentrasi ${\text{OH}}^{-}$: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{40\text{mmol}}{10\text{mmol}}\times 2\times 10^{-5}=4\times 10^{-5}$ 3. Hitung pOH: $\text{pOH}=-\log [{\text{OH}}^{-}]=-\log (4\times 10^{-5})=5-\log 4$ 4. Hitung pH: $\text{pH}=14-\text{pOH}=14-(5-\log 4)=9+\log 4$

Jawaban Benar: B. $11+\log 2$ Pembahasan: Campuran basa lemah dengan asam kuat sehingga terjadi reaksi asam-basa. Ingat! Asam kuat berapapun valensinya selalu terionisasi seluruhnya sehingga stoikiometri menjadi seperti berikut: $2({\text{CH}}_3{)}_2\text{NH}+{\text{H}}_2{\text{SO}}_4\to ({\text{CH}}_3{)}_2{\text{NH}}_2^{+}+{\text{HSO}}_4^{-}$ M $=50\text{mmol}$ R $=40\text{mmol}$ S $=10\text{mmol}$ Tersisa basa lemah dan terbentuk garam konjugasinya sehingga menyusun larutan penyangga asam. Persamaan matematis yang digunakan adalah sebagai berikut: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{basa lemah}}{\text{garam konjugasi}}\times K_b$ Oleh karena campuran memiliki volume total sama, persamaan dapat diubah menjadi: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{\text{mol basa lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_b$ Mol garam konjugasi diperoleh dari $({\text{CH}}_3{)}_2{\text{NH}}_2^{+}$, sedangkan peran penyangga dilakukan oleh konjugasinya. Valensi ion konjugasi sebesar 2 sehingga perlu dikalikan terlebih dahulu. Perhitungan: $[{\text{OH}}^{-}]=\frac{40\text{mmol}}{5\text{mmol}\times 2}\times 5\times 10^{-4}=2\times 10^{-3}$ pOH dapat dihitung sebagai berikut: $\text{pOH}=-\log [{\text{OH}}^{-}]=-\log (2\times 10^{-3})=3-\log 2$ pH dapat dihitung sebagai: $\text{pH}=14-\text{pOH}=14-(3-\log 2)=11+\log 2$

Jawaban Benar: D. $397:500$ Pembahasan: Larutan penyangga sitrat tersusun dari kesetimbangan asam lemah. Persamaan matematis yang dapat digunakan adalah sebagai berikut: $[H^{+}]=\frac{\text{mol asam lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_a$ Jika kedua sisi dibuat negatif logaritmanya, persamaannya menjadi sebagai berikut: $-\log [H^{+}]=-\log \left(\frac{\text{mol asam lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\times K_a\right)$ $pH=p{K}_a+\log \left(\frac{\text{mol asam lemah}}{\text{mol garam konjugasi}}\right)$ Oleh karena rasio yang ditanya $\frac{{\text{HC}}_6{\text{H}}_5{\text{O}}_7^{2-}}{{\text{C}}_6{\text{H}}_5{\text{O}}_7^{3-}}$, maka kita menggunakan $p{K}_a$: $p{K}_a=pH-\log \left(\frac{{\text{mol HC}}_6{\text{H}}_5{\text{O}}_7^{2-}}{{\text{mol C}}_6{\text{H}}_5{\text{O}}_7^{3-}}\right)$ $5.4-5.5=\log \left(\frac{{\text{mol CH}}_3\text{COOH}}{{\text{mol CH}}_3{\text{COO}}^{-}}\right)$ $\log \left(\frac{{\text{mol CH}}_3\text{COOH}}{{\text{mol CH}}_3{\text{COO}}^{-}}\right)=-0.1$ $\frac{{\text{mol CH}}_3\text{COOH}}{{\text{mol CH}}_3{\text{COO}}^{-}}=10^{-0.1}=0.794$ $\frac{{\text{mol CH}}_3\text{COOH}}{{\text{mol CH}}_3{\text{COO}}^{-}}=\frac{397}{500}$

Jawaban Benar: B. ${\text{CH}}_3{\text{CH}}_2\text{COOK}$ Pembahasan: Asam propanoat ${\text{CH}}_3{\text{CH}}_2\text{COOH}$ adalah asam organik bervalensu 1 dengan tiga atom karbon. Dalam membentuk larutan penyangga, asam propanoat perlu dicampur dengan garam propanoat yang berarti senyawa bukan asam yang mengandung ion propanoat. Jumlah karbon harus sama dan dengan susunan yang sama sehingga ${\text{CH}}_3{\text{CH}}_2\text{COOK}$ pada opsi B adalah jawaban yang sesuai.

Jawaban Benar: C. 3 Pembahasan: Larutan penyangga dapat dibuat dengan mencampurkan asam/basa lemah dengan garam konjugasinya. Larutan ${\text{CH}}_3\text{COOK}$ adalah garam yang terion membentuk larutan ${\text{CH}}_3{\text{COO}}^{-}$ yang merupakan ion konjugasi dari larutan ${\text{CH}}_3\text{COOH}$. Oleh karena itu, larutan ${\text{CH}}_3\text{COOH}$ (opsi 3) diperlukan untuk membentuk larutan penyangga dengan larutan ${\text{CH}}_3\text{COOK}$.

Jawaban Benar: C. 32 Pembahasan: Larutan penyangga bisa dibuat dengan reaksi antara asam lemah-basa kuat atau asam kuat-basa lemah. Terdapat 8 variasi asam lemah, 2 variasi basa lemah, 3 variasi basa kuat, dan 4 variasi asam kuat sehingga kombinasi pembentuk larutan penyangga bisa dihitung dengan persamaan matematis berikut: $\text{As.Lemah}\times \text{Bs.Kuat}=\text{varian asam lemah}\times \text{varian basa kuat}$ $\text{As.Lemah}\times \text{Bs.Kuat}=8\times 3=24$ $\text{As.Kuat}\times \text{Bs.Lemah}=\text{varian asam kuat}\times \text{varian basa lemah}$ $\text{As.Kuat}\times \text{Bs.Lemah}=4\times 2=8$ Jadi, variasi larutan penyangga yang dapat dibuat sebanyak 24 + 8 = 32 kombinasi.