Pada halaman ini akan dibahas mengenai Contoh Perhitungan pH Larutan Asam Poliprotik. Semua informasi ini kami rangkum dari berbagai sumber. Semoga memberikan faedah bagi kita semua.
Asam poliprotik adalah asam yang ketika terurai akan menghasilkan ion H+ lebih dari satu. Contoh asam poliprotik: H2CO3, H2SO4, H3PO4, H2S, H4P2O7. Untuk menentukan derajat keasamannya tentu diperlukan kecermatan dengan mempertimbangan besarnya konsentrasi asam dan besar-kecilnya nilai tetapan kesetimbangan asam (Ka), baik Ka1, Ka2, Ka3, Ka4 bila ada atau diketahui. Kadang aturan 5% untuk pengabaikan apakah suatu konsentrasi berpengaruh secara signifikan atau tidak perlu diuji bila diperlukan. Tentang aturan 5% ini dapat dibaca di sini.
Berikut ini beberapa contoh soal dan penyelesaian tentang perhitungan pH asam poliprotik.
Penyelesaian #1:
\begin{aligned}
K_{a1} &= \frac{[H^+] [HCO_{3}^{-}]}{[H_2CO_3]}\\
4,2 \times 10^{-7} &= \frac{x~ .~ x}{0,16-x}\\
4,2 \times 10^{-7} &= \frac{x^2}{0,16-x}\\
dengan~asumsi~&nilai~x \ll 0,16\\
4,2 \times 10^{-7} &= \frac{x^2}{0,16}\\
0,16 \times 4,2 \times 10^{-7} &= x^2\\
x^2 &= 6,72 \times 10^{-8} \\
x &= 2,60 \times 10^{-4}\\
\end{aligned}
Pengujian validitas asumsi:
jika % ion < 5% maka asumsi yang digunakan valid
jika % ion > 5% maka asumsi yang digunakan tidak valid, jika tidak valid nilai x yang semula diabaikan harus turut diperhitungkan.
[H+] = x = 2,60 × 10-4 M
\begin{aligned}
\% ~ion &=\frac{[H^+]}{[H_2CO_3]} \times 100 \% \\
&=\frac{2,60 \times 10^{-4}M}{0,16M} \times 100 \% \\
&= 0,1625 \% \\
\end{aligned}
Karena % ion < 5%, maka asumsi 0,16 - x ≈ 0,16 adalah valid.
Total [H+] = 2,60 × 10-4 M + 4,80 × 10-11 M
tetapi karena 4,80 × 10-11 M ≪ 2,60 × 10-4 M,
maka [H+] ≈ 2,60 × 10-4 M sehingga pH = – log 2,60 × 10-4 = 3,59
Penyelesaian #2:
Karena Ka1 = besar maka dapat diartikan H2SO4 terurai secara sempurna seperti reaksi berikut.
Nilai x dapat dihitung menggunakan kalkulator persamaan kuadrat .
Pada soal-soal yang bersifat umum dan nilai Ka2 tidak diketahui [H+] pada H2SO4 = 2 [H2SO4].
Hitunglah setiap spesi yang muncul pada reaksi kesetimbangannya dan hitung pula pH asam tersebut?
Penyelesaian #3:
Ringkasan konsentrasi spesi yang muncul adalah
[H3PO4] = 0,92 M;
[HPO42-] = 6 × 10–8 M;
[PO43-] = 3,75 × 10–19 M;
[H+] = 0,08 M.
pH = – log 0,08 = 1,10
Berikut ini beberapa contoh soal dan penyelesaian tentang perhitungan pH asam poliprotik.
Soal #1:
[H2CO3] = 0,16 M dengan Ka1 = 4,2 × 10−7 ; Ka2 = 4,8 × 10−11 berapakah pH asam tersebut dan tentukan [CO32-]Penyelesaian #1:
| Reaksi | : | H2CO3 (aq) | ⇌ | H+ (aq) | + | HCO3- (aq) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| [Awal] M | : | 0,16 | – | – | ||
| [Bereaksi] M | : | –x | +x | +x | ||
| [Kesetimbangan] M | : | 0,16 – x | x | x |
\begin{aligned}
K_{a1} &= \frac{[H^+] [HCO_{3}^{-}]}{[H_2CO_3]}\\
4,2 \times 10^{-7} &= \frac{x~ .~ x}{0,16-x}\\
4,2 \times 10^{-7} &= \frac{x^2}{0,16-x}\\
dengan~asumsi~&nilai~x \ll 0,16\\
4,2 \times 10^{-7} &= \frac{x^2}{0,16}\\
0,16 \times 4,2 \times 10^{-7} &= x^2\\
x^2 &= 6,72 \times 10^{-8} \\
x &= 2,60 \times 10^{-4}\\
\end{aligned}
jika % ion < 5% maka asumsi yang digunakan valid
jika % ion > 5% maka asumsi yang digunakan tidak valid, jika tidak valid nilai x yang semula diabaikan harus turut diperhitungkan.
[H+] = x = 2,60 × 10-4 M
\begin{aligned}
\% ~ion &=\frac{[H^+]}{[H_2CO_3]} \times 100 \% \\
&=\frac{2,60 \times 10^{-4}M}{0,16M} \times 100 \% \\
&= 0,1625 \% \\
\end{aligned}
Karena % ion < 5%, maka asumsi 0,16 - x ≈ 0,16 adalah valid.
| Reaksi | : | HCO3- (aq) | ⇌ | H+ (aq) | + | CO32- (aq) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| [Awal] | : | 2,60 × 10-4 | 2,60 × 10-4 | – | ||
| [Bereaksi] | : | –x | +x | +x | ||
| [Kesetimbangan] | : | 2,60 × 10-4 – x | 2,60 × 10-4 + x | x |
\begin{aligned}
K_{a2} &= \frac{[H^+] [CO_{3}^{2-}]}{[HCO_{3}^{-}]}\\
4,8 \times 10^{-11} &= \frac{(2,60 \times 10^{-4}+x) . x}{2,60 \times 10^{-4}-x}\\
diasumsikan~&nilai~x~sangat~kecil\\
4,8 \times 10^{-11} &= x \\
x &=4,8 \times 10^{-11}M\\
[CO_{3}^{2-}]&=4,8 \times 10^{-11}M\\
\end{aligned}
K_{a2} &= \frac{[H^+] [CO_{3}^{2-}]}{[HCO_{3}^{-}]}\\
4,8 \times 10^{-11} &= \frac{(2,60 \times 10^{-4}+x) . x}{2,60 \times 10^{-4}-x}\\
diasumsikan~&nilai~x~sangat~kecil\\
4,8 \times 10^{-11} &= x \\
x &=4,8 \times 10^{-11}M\\
[CO_{3}^{2-}]&=4,8 \times 10^{-11}M\\
\end{aligned}
Total [H+] = 2,60 × 10-4 M + 4,80 × 10-11 M
tetapi karena 4,80 × 10-11 M ≪ 2,60 × 10-4 M,
maka [H+] ≈ 2,60 × 10-4 M sehingga pH = – log 2,60 × 10-4 = 3,59
Soal #2:
[H2SO4] = 0,01 M dengan Ka1 = besar ; Ka2 = 1 × 10−2 berapakah pH asam tersebut?Penyelesaian #2:
Karena Ka1 = besar maka dapat diartikan H2SO4 terurai secara sempurna seperti reaksi berikut.
| H2SO4 (aq) | → | H+ (aq) | + | HSO4- (aq) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,01 M | 0,01 M | 0,01 M |
| Reaksi | : | HSO4- (aq) | ⇌ | H+ (aq) | + | SO42- (aq) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| [Awal] M | : | 0,01 | 0,01 | – | ||
| [Bereaksi] M | : | –x | +x | +x | ||
| [Kesetimbangan] M | : | 0,01 – x | 0,01 + x | x |
\begin{aligned}
K_{a2} &= \frac{[H^+] [SO_{4}^{2-}]}{[HSO_{4}^{-}]}\\
0,01 &= \frac{(0,01+x) . x}{0,01-x}\\
0,0001 - 0,01.x &= 0,01 x + x^2\\
x^2 + 0,02.x -0,0001&=0\\
x &= 0,0041 M \\
\end{aligned}
Total [H+] = 0,01 M + 0,0041 M sehingga pH = – log 0,0141 = 1,85.K_{a2} &= \frac{[H^+] [SO_{4}^{2-}]}{[HSO_{4}^{-}]}\\
0,01 &= \frac{(0,01+x) . x}{0,01-x}\\
0,0001 - 0,01.x &= 0,01 x + x^2\\
x^2 + 0,02.x -0,0001&=0\\
x &= 0,0041 M \\
\end{aligned}
Nilai x dapat dihitung menggunakan kalkulator persamaan kuadrat .
Pada soal-soal yang bersifat umum dan nilai Ka2 tidak diketahui [H+] pada H2SO4 = 2 [H2SO4].
Soal #3:
[H3PO4] = 1 M dengan Ka1 = 7 × 10−3 ; Ka2 = 6 × 10−8 ; Ka3 = 5 × 10−13Hitunglah setiap spesi yang muncul pada reaksi kesetimbangannya dan hitung pula pH asam tersebut?
Penyelesaian #3:
| Reaksi | : | H3PO4 (aq) | ⇌ | H+ (aq) | + | H2PO4- (aq) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| [Awal] M | : | 1 | – | – | ||
| [Bereaksi] M | : | –x | +x | +x | ||
| [Kesetimbangan] M | : | 1 – x | x | x |
\begin{aligned}
K_{a1} &= \frac{[H^+] [H_{2}PO_{4}^{-}]}{[H_{3}PO_{4}]}\\
7 \times 10^{-3} &= \frac{x . x}{1-x}\\
7 \times 10^{-3} &= \frac{x^2}{1-x}\\
7 \times 10^{-3}(1-x) &= x^2\\
7 \times 10^{-3} - (7 \times 10^{-3}).x &= x^2\\
x^2 + (7 \times 10^{-3}).x - 7 \times 10^{-3} &=0\\
x &= 0,08\\
\end{aligned}
Gunakan kalkulator persamaan kuadrat untuk menentukan nilai x.
Jadi [H3PO4] pada keadaan setimbang 1 - 0,08 = 0,92 M, [H+] dan [H2PO4-] masing-masing 0,08 MK_{a1} &= \frac{[H^+] [H_{2}PO_{4}^{-}]}{[H_{3}PO_{4}]}\\
7 \times 10^{-3} &= \frac{x . x}{1-x}\\
7 \times 10^{-3} &= \frac{x^2}{1-x}\\
7 \times 10^{-3}(1-x) &= x^2\\
7 \times 10^{-3} - (7 \times 10^{-3}).x &= x^2\\
x^2 + (7 \times 10^{-3}).x - 7 \times 10^{-3} &=0\\
x &= 0,08\\
\end{aligned}
Gunakan kalkulator persamaan kuadrat untuk menentukan nilai x.
| Reaksi | : | H2PO4- (aq) | ⇌ | H+ (aq) | + | HPO42- (aq) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| [Awal] M | : | 0,08 | 0,08 | – | ||
| [Bereaksi] M | : | –x | +x | +x | ||
| [Kesetimbangan] M | : | 0,08 – x | 0,08 + x | x |
\begin{aligned}
K_{a2} &= \frac{[H^+] [HPO_{4}^{2-}]}{[H_{2}PO_{4}^{-}]}\\
6 \times 10^{-8} &= \frac{(0,08+x) x}{0,08-x}\\
diasumsikan~&x \ll 0,08~maka\\
6 \times 10^{-8} &= \frac{0,08.x}{0,08}\\
6 \times 10^{-8}(0,08) &= 0,08.x\\
x &= 6 \times 10^{-8}\\
\end{aligned}
Jadi [HPO42-] pada keadaan setimbang 6 × 10–8 MK_{a2} &= \frac{[H^+] [HPO_{4}^{2-}]}{[H_{2}PO_{4}^{-}]}\\
6 \times 10^{-8} &= \frac{(0,08+x) x}{0,08-x}\\
diasumsikan~&x \ll 0,08~maka\\
6 \times 10^{-8} &= \frac{0,08.x}{0,08}\\
6 \times 10^{-8}(0,08) &= 0,08.x\\
x &= 6 \times 10^{-8}\\
\end{aligned}
| Reaksi | : | HPO42- (aq) | ⇌ | H+ (aq) | + | PO43- (aq) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| [Awal] | : | 6 × 10-8 | 0,08 | – | ||
| [Bereaksi] | : | –x | +x | +x | ||
| [Kesetimbangan] | : | 6 × 10-8 – x | 0,08 + x | x |
\begin{aligned}
K_{a3} &= \frac{[H^+] [PO_{4}^{3-}]}{[HPO_{4}^{2-}]}\\
5 \times 10^{-13} &= \frac{(0,08+x) x}{6 \times 10^{-8}-x}\\
diasumsi&kan~x \ll 0,08\\
dan~x \ll ~6 &\times 10^{-8}~maka\\
5 \times 10^{-13} &= \frac{0,08.x}{6 \times 10^{-8}}\\
3 \times 10^{-20} &= 0,08.x\\
x &= 3,75 \times 10^{-19}\\
\end{aligned}
Jadi [PO43-] pada keadaan setimbang 3,75 × 10–19 MK_{a3} &= \frac{[H^+] [PO_{4}^{3-}]}{[HPO_{4}^{2-}]}\\
5 \times 10^{-13} &= \frac{(0,08+x) x}{6 \times 10^{-8}-x}\\
diasumsi&kan~x \ll 0,08\\
dan~x \ll ~6 &\times 10^{-8}~maka\\
5 \times 10^{-13} &= \frac{0,08.x}{6 \times 10^{-8}}\\
3 \times 10^{-20} &= 0,08.x\\
x &= 3,75 \times 10^{-19}\\
\end{aligned}
Ringkasan konsentrasi spesi yang muncul adalah
[H3PO4] = 0,92 M;
[HPO42-] = 6 × 10–8 M;
[PO43-] = 3,75 × 10–19 M;
[H+] = 0,08 M.
pH = – log 0,08 = 1,10
Tidak ada komentar:
Posting Komentar