Ringkasan, contoh soal dan pembahasan mengenai asam, basa dan larutan penyangga

Persamaan ionisasi air

H₂O <=> H⁺ + OH‾

Dari reaksi di atas sesuai hukum kesetimbangan, tetapan kesetimbangan (K) ditulis sebagai berikut.

K [H₂O] = [H⁺] [OH‾]

Kw = [H⁺] [OH‾]

pada temperatur 25 °C diperoleh harga Kw = 1,0 x 10^-14

Artinya pada temperatur 25 °C dalam satu liter air murni terdapat 10^-7 ion H⁺ dan 10^-7 ion OH‾.

Contoh Soal

1. Berapa konsentrasi H⁺ dan OH^– dalam 500 mL larutan HCl 0,1 M?

Jawab

HCl(aq) → H⁺(aq) + Cl^–(aq)

Perbandingan koefisien = 1 : 1 : 1

Konsentrasi OH^– dalam HCl 0,1 M adalah

[H⁺] [OH^–] = 10^–14 M

0,1 M [OH^–] = 10^–14 M

2. Berapa konsentrasi ion H+ dan ion SO42– dalam 500 mL larutan H2SO4 0,2 M?

Jawab

H₂SO₄(aq) → 2H⁺(aq) + SO₄^2–(aq)

Perbandingan koefisien = 1 : 2 : 1

3. Berapa konsentrasi OH^– dan H⁺ dalam larutan NaOH 0,2 M?

Jawab

NaOH(aq) → Na⁺(aq) + OH^–(aq)

Perbandingan koefisien = 1 : 1 : 1

[H⁺] [OH^–] = 10^–14 M

[H⁺] x 0,2 = 10^–14 M

Tetapan Ionisasi Asam Basa

Asam dan basa kuat terionisasi seluruhnya sehingga tidak memiliki tetapan kesetimbangan. Namun asam dan basa lemah memiliki tetapan kesetimbangan karena dalam air hanya terurai atau hanya terionisasi sebagian. Misalnya suatu asam lemah (HA) dilarutkan dalam air akan terurai sesuai persamaan berikut.

HA(aq) <==> H⁺(aq) + A^–(aq)

[H⁺] = [A^–] maka

 

[H⁺]² = Ka.[HA]

Dengan cara yang sama

dengan Ka = tetapan ionisasi asam

Ca = konsentrasi asam awal

Kb = tetapan ionisasi basa

Cb = kosentrasi basa.

Dari rumus di atas, konsentrasi H⁺ dan OH^– dari asam lemah dan basa lemah dapat ditentukan asal harga Ka dan Kb diketahui.

Hubungan Ka, Kb dengan derajat ionisasi asam dan basa

Ka = Ca x α²

Kb = Cb x α²

Jika Ka dan Kb disubstitusikan ke rumus

Akan diperoleh persamaan sebagai berikut

Contoh soal cara menghitung konsentrasi H⁺

Tentukan [H⁺] yang terdapat dalam asam formiat 0,01 M. Jika diketahui Ka. HCOOH = 1,7 x 10^–4.

Jawab

Reaksi ionisasi HCOOH

HCOOH(aq) <==> H⁺(aq) + HCOO^–(aq)

 = 1,30 x 10^-3 M

Contoh soal menghitung konsentrasi OH^–

Tentukan [OH^–] yang terdapat dalam larutan amonia 0,5 M jika diketahui Kb.NH₃ = 1,8 x 10–5.

Jawab

Dalam air NH₃ terionisasi sebagai berikut = NH₄OH(aq) <==> NH₄⁺(aq) + OH^–(aq)

3 x 10^-3

Contoh 1

Berapa konsentrasi H⁺, HCOO^–, dan HCOOH dalam larutan asam formiat 0,1 M,

jika derajat ionisasinya 1,5%.

Jawab

Contoh 2

Derajat ionisasi asam cuka 0,1 M adalah 1%. Berapa [H⁺] dan Ka asam cuka tersebut?

Jawab

[H⁺] = Ca x α

= 0,1 x 0,01 = 10^-3 M

Ka = Ca x α²

= 0,1 x (0,01)² = 10^–5 M

Contoh 3

Suatu larutan basa lemah NH₄OH 0,1M dalam air terionisasi 1%. Tentukan:

a. Kosentrasi OH^– yang terbentuk,

b. Harga Kb

Jawab

[OH^–] = Cb x α

= 0,1 x 0,01

= 0,001 M

= 1 x 10^-5

Derajat Keasaman dan kebasaan (pH dan pOH)

Kw = [H⁺] [OH^–]

pKw = pH + pOH

Kw = 1,0 x 10^-14

pKw = 14

14 = pH + pH atau pH = 14 – pOH atau pOH = 14 – pH

pH dan pOH untuk larutan asam, basa dan netral dapat diringkas seperti yang tertera pada Tabel.

Larutan	[H+]	[OH–]	pH	pOH
Asam Netral Basa	> 10-7 = 10–7 < 10–7	< 10-7 = 10–7 > 10–7	< 7 = 7 > 7	> 7 = 7 < 7

Sebelum masuk pada contoh soal perhatikan bebera cara atau langkah penyelesaian soal terkait asam basa:

Jika [H+] = 1 x 10^-n, maka pH = n

Jika [H+] = x x 10^-n, maka pH = n – log x

Jika pH = n, maka [H⁺] = 10^-n

Jika [OH-] = 0,01 M, maka pOH = -log 0,01 = 2

Jika pOH = 3, maka [OH^–] = 10^-3 M

Jika pH larutan yang dicari adalah pH larutan asam dan basa lemah maka konsentrasi H+ dan OH- dapat dicari menggunakan persamaan

 

 Contoh Soal:

1. Suatu larutan asam mempunyai konsentrasi H⁺ = 10^–2 M, tentukan harga pH larutan tersebut.

Jawab

[H⁺] = 10^–2 M

pH = – log [H⁺] = – log 10^–2 = 2

2. Suatu larutan basa mempunyai konsentrasi OH^– = 5 x 10^–3 M, tentukan harga pOH dan pH dari larutan tersebut.

Jawab

[OH^–] = 5 x 10^–3 M

pOH = – log [OH^–]

= – log [5 x 10^–3]

= – [log 5 + log 10^–3]

= 3 – log 5

pH + pOH = 14

pH = 14 – pOH

= 14 – (3 – log 5)

= 11 + log 5

3. Tentukan pH dari 500 mL larutan HCl 0,2 M.

Jawab

HCl merupakan asam kuat maka konsentrasi H⁺ yang dihasilkan sama dengan konsentrasi awal asam.

HCl(aq) → H⁺(aq) + Cl^–(aq)

Konsentrasi HCl = 0,2 maka konsentrasi H⁺ = 0,2 M

pH = – log [H+]

= – log 2.10^–1 = 1 – log 2

4. 100 mL larutan HBr 0,1 M diencerkan dengan aquades 100 mL. Tentukan:

a. pH mula-mula

b. pH setelah diencerkan.

Jawab

pH mula-mula

HBr adalah basa kuat maka konsentrasi H+ sama dengan konsentrasi HBr awal.

[H⁺] = [HBr] = 0,1 M = 10^–1

pH = – log [H⁺] = – log 10^–1 = 1

pH setelah diencerkan

Catatan: M (molar) = mol atau mmol zat dalam liter atau mL pelarut. Contoh larutan 1 M artinya 1 mol zat dalam 1 L larutan atau 1 mmol zat dalam 1 mL pelarut.

Mol HBr mula-mula = 100 mL x 0,1 mmol/mL = 10 mmol = 0,010 mol

Volum larutan = 100 mL HBr + 100 mL aquades = 200 mL = 0,2 L

Kosentrasi HBr setelah diencerkan:

[H⁺] = [HBr] = 0,05 = 5 x 10^–2

pH = –log [H⁺] = –log 5 x 10^–2 = 2 – log 5

5. Tentukan pH larutan jika 0,37 gram kalsium hidroksida dilarutkan dalam 250 mL air?

Jawab

6. Hitunglah pH larutan HCN 0,01 M (Ka HCN = 4,9 x 10^–10)

Jawab

 2,2 x 10^–6 M

pH = – log [H⁺]

= – log 2,2 x10^–6

= 6 – log 2,2 = 5,66

7. Suatu asam lemah dengan harga α= 0,01 dan konsentrasi asam = 0,1 M. Hitunglah pH larutan asam tersebut.

Jawab

8. Hitung pH larutan NH₄OH 0,01 M (Kb NH₄OH = 1,8 x 10^–5)

Jawab

 = 4,2 x 10^–4

pOH = – log OH^–

= -log 4,2 x 10^–4

= 4 – log 4,2

pH = 14 – pOH

= 14 – (4 – log 4,2)

= 10 + log 4,2

= 10,6

Jadi, pH larutan = 10,6.

TITRASI ASAM BASA

Dasar titrasi asam basa yaitu reaksi asam basa.

Asam + basa <==> garam + air

Reaksi asam basa dalam bentuk larutan sebenarnya reaksi pembentukan air. Misalnya reaksi antara larutan NaOH dan HCl berlangsung sesuai persamaan berikut.

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Jika reaksi di atas ditulis dalam bentuk ion maka ion Na⁺ dan ion Cl^– pada reaktan dan produk ttetap ada.

Na⁺ + OH^– + H⁺ + Cl^– → Na⁺ + Cl^– + H₂O

Dalam tirtrasi asam basa, jika

· mol H⁺ = mol OH^– maka campuran bersifat netral

· mol H⁺ > mol OH^–, maka campuran bersifat asam dan konsentrasi ion H⁺ dalam campuran ditentukan oleh jumlah ion H⁺ yang tersisa.

· Mol H⁺ < mol OH^– maka campuran bersifat basa dan konsentrasi ion OH^– dalam campuran ditentukan oleh jumlah mol ion OH^– yang tersisa.

Titrasi asam-basa menggunakan rumus konsentrasi dan volume asam maupun basa dihitung dengan persamaan berikut:

V_asam x M_asam = V_basa x M_basa

dengan:

V = volum

Masam = molaritas H⁺

Mbasa = molaritas OH^–

Titik ekivalen yaitu = pH pada saat asam dan basa tepat ekivalen

Titik akhir titrasi yaitu = pH pada saat indikator menunjukan perubahan warna

Jadi dalam titrasi asam basa, usahakan titik akhir titrasi dekat dengan titik ekivalen agar tidak terlalu banyak larutan asam atau basa yang berlebih. Hal ini dapat dilakukan dengan memilih indikator yang cocok atau indikator yang sesuai. Perlu ditekankan bahwa, dalam titrasi asam basa tidak semua indikator dapat digunakan.

 Contoh Soal :

1. 10 mL HCl yang tidak diketahui konsentrasinya dititrasi oleh larutan NaOH 0,1 M. Pada titik akhir titrasi ternyata rata-rata volum NaOH 0,1 M yang digunakan adalah 12,52 mL. Hitunglah konsentrasi HCl yang dititrasi.

Jawab

V_asam x M_asam = V_basa x M_basa

10 mL x M_asam = 12,52 mL x 0,1 M

Jadi konsentrasi HCl adalah 0,125 M.

2. 10 mL HCl X M dititrasi oleh larutan Ba(OH)₂ 0,1 M diperlukan 15 mL. Hitunglah konsentrasi HCl yang dititrasi.

Jawab

V_asam x M_asam = V_basa x M_basa

10 mL x Masam = 15 mL x 0,2 M

3. 50 mL larutan NaOH dinetralkan melalui titrasi oleh 25 mL larutan HCl 0,2 M. Berapa massa NaOH yang terdapat pada larutan tersebut?

Jawab

V_asam x M_asam = V_basa x M_basa

25 mL.0,2 M = 50 mL .MNaOH

0,1 M artinya terdapat 0,1 mol NaOH dalam setiap liter larutan atau 0,1 mmol NaOH dalam setiap liter larutan. Maka jumlah mol NaOH yang terdapat dalam 50 mL larutan NaOH

= 50 mL x 0,1 M = 5 mmol = 5.10^–3 mol.

Yang ditanyakan adalah massa NaOH dalam larutan, maka mol NaOH x Mr NaOH (massa molar = massa molekul relatif NaOH)

= 5.10^–3 mol x 40 g/mol = 0,2 g.

4. Sebanyak 250 mL H₂SO₄ 0,1 M dapat dinetralkan melalui titrasi oleh larutan KOH 0,3 M. Hitunglah volum KOH yang diperlukan (dalam mL)?

Jawab

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2–

Asam sulfat termasuk asam berbasa dua atau asam yang dapat melepaskan dua H+ dalam air, sehingga

[H⁺] = 2 x konsentrasi H₂SO₄ awal atau koefisien H⁺ x konsentrasi awal H₂SO₄

V_asam x M_asam = V_basa x M_basa

250 mL x 0,2 M = V_basa x 0,3 M

Jadi volume KOH yang diperlukan sebanyak 166,7 mL

5. 40 mL larutan NH₄OH 0,2 M dicampurkan dengan 100 mL larutan HCl 0,02 M. Hitung massa (mg) garam yang terbentuk, jika diketahui Ar N = 14, H = 1, Cl = 35,5.

Jawab

Persamaan reaksi:

NH₄OH(aq) + HCl(aq) <==> NH₄Cl(aq) + H₂O(l)

NH₄OH yang ada = 40 mL x 0,2 mmol mL^–1 = 8 mmol

HCl yang ada = 100 mL x 0,02 mmol mL^–1 = 2 mmol

Pada persamaan reaksi di atas dapat diketahui bahwa perbandingan mol atau perbandingan koefisien NH₄OH dan HCl = 1: 1. Oleh sebab itu, HCl sebagai pereaksi pembatas, artinya HCl akan habis terlebih dahulu karena lebih sedikit dibanding NH₄OH.

Jadi produk yang terbentuk hanya tergantung pada mol atau mmol pereaksi pembatas, pada reaksi di atas garam (NH₄Cl) yang terbentuk hanya tergantung pada mol atau mmol HCl.

NH₄Cl yang terbentuk

Karena yang ditanyakan adalah massa garam yang terbentuk maka diperlukan Mr.garam

Mr.NH₄OH = 53,5

Jadi massa molar NH₄OH = 53,5 mg/mmol

Maka massa NH₄OH = 2 mmol x 53,5 mg/mmol = 107 mg

LARUTAN BUFER ATAU LARUTAN PENYANGGA

Semua larutan yang dapat mempertahankan pH disebut larutan buffer atau larutan penyangga. Sifat larutan buffer antara lain:  tidak berubah pH-nya meski diencerkan dan tidak berubah pH-nya meski ditambah sedikit asam atau basa atau karena pengenceran.

Larutan buffer di bagi menjadi larutan penyengga asam dan larutan buffer basa. buffer asam selalu mempunyai pH < 7, sedangkan buffer asam mempunyai pH >7.

Cara pembuatan buffer asam

1. Mencampur asam lemah dengan garam yang mengandung basa konjugasinya.

2. mencampurkan asam lemah dan basa kuat dengan jumlah asam lemah dibuat berlebih

Contoh

1. H₂CO₃ dicampur dengan NaHCO₃, NaHCO₃ membentuk ion HCO₃^– sehingga terbentuk larutan penyangga H₂CO₃/HCO₃^–.

2. Campuran larutan CH₃COOH dengan larutan NaOH akan bereaksi dengan persamaan reaksi:

CH₃COOH(aq) + NaOH(aq) → CH₃COONa(aq) + H₂O(l)

Jika jumlah CH₃COOH yang direaksikan lebih banyak daripada NaOH, maka akan terbentuk CH₃COONa dan ada sisa CH₃COOH sehingga terjadi larutan penyangga CH₃COOH/CH₃COO^–.

Cara pembuatan buffer basa

1. Mencampur basa lemah dengan garam yang mengandung asam konjugasinya.

2. mencampurkan basa lemah dan asam kuat dengan jumlah asam lemah dibuat berlebih

contoh

1. NH₃(aq) dicampur dengan NH₄Cl. NH₄Cl membentuk ion NH₄⁺, sehingga terbentuk larutan penyangga NH₃/NH₄⁺

2. Campuran NH₃(aq) dengan HCl akan bereaksi dengan persamaan reaksi

NH₃(aq) + HCl(aq) → NH₄Cl(aq)

Jika jumlah NH₃(aq) berlebih setelah bereaksi akan terbentuk NH₄Cl dan ada sisa NH₃(aq) sehingga terjadi larutan penyangga NH₃(aq)/NH₄⁺.

Contoh soal

Apakah terjadi larutan buffer jika 100 mL CH₃COOH 0,5 M direaksikan dengan 200 mL NaOH 0,2 M?

Jawab

pH Larutan Buffer

pH buffer asam

Jika konsentrasi dinyatakan dengan molar (mol per liter), maka persamaan dapat ditulis sebagai

pH buffer basa

Jika konsentrasi dinyatakan dengan molar (mol per liter), maka persamaan dapat ditulis sebagai

Contoh 1

Sebanyak 1 L larutan penyangga mengandung CH₃COOH 0,1 M dan CH₃COONa 0,1 M. Jika Ka CH₃COOH = 1,8 × 10–5, maka tentukan

a. pH larutan penyangga

b. pH larutan penyangga jika ditambah 10 mL HCl 0,1 M,

c. pH larutan penyangga jika ditambah 10 mL NaOH 0,1 M.

Jawab

a. Jumlah mol basa konjugasi (CH₃COO^–) diperoleh dari garam CH₃COONa

Jumlah mol masing-masing zat dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut.

Jumlah mol CH₃COOH = 1 L × 0,1 mol.L^-1 = 0,1 mol

Jumlah mol CH₃COONa = 1 L × 0,1 mol.L^-1 = 0,1 mol

pH larutan buffer dihitung dengan persamaan berikut

b. pH larutan penyangga jika ditambah 10 mL HCl 0,1 M

HCl merupakan suatu asam m,aka penambahannya sama dengan meningkatkan ion H⁺ dalam campuran. Jumlah mol HCl = 0,01 L × 0,1 mol.L^-1 = 0,001 mol

H⁺ yang ditambahkan sama dengan konsentrasi mula-mula asam karena merupakan asam kuat dan akan bereaksi dengan akan bereaksi dengan CH₃COO- membentuk CH3COOH yang tidak terionisasi.

Dari reaksi diperoleh

Mol CH₃COO^– = mol CH₃COONa = 0,099

mol CH₃COOH = 0,101

pH larutan penyangga setelah ditambah asam kuat HCl dapat dihitung sebagai berikut.

c. Pada larutan penyangga, CH₃COOH akan menetralisir basa kuat NaOH yang ditambahkan. Jumlah mol NaOH yang ditambahkan. Dapat dihitung dengan cara sebagai berikut.

Jumlah mol NaOH = 0,01 L × 0,1 mol L–1 = 0,001 mol

NaOH merupakan basa kuat maka jumlah ion OH^– yang ditembahkan sama dengan konsentrasi awal NaOH dan akan bereaksi H⁺ dalam larutan membentuk H₂O. Agar tetap seimbang maka CH₃COOH terurai menjadi CH₃COO^– dan H⁺. H⁺ yang terbentuk sebanyak yang bereaksi dengan OH-.

Persamaan reaksi dan jumlah mol masing-masing spesi.

Dari reaksi diperoleh

mol CH₃COO^– = 0,101

mol CH₃COOH = 0,099

pH larutan penyangga setelah penambahan basa kuat dapat dihitung sebagai berikut.

Jadi, pH larutan penyangga jika ditambah 10 mL NaOH 0,1 M adalah 4,75.

Contoh soal 2

Ke dalam larutan penyangga yang terdiri dari 200 mL NH₃ 0,6 M dengan 300 mL NH₄Cl 0,3 M (Kb NH₃ = 1,8.10^–5) ditambahkan air sebanyak 500 mL. Tentukan

a. pH larutan mula-mula

b. pH setelah di tambah 500 mL aquades.

Jawab

pH mula-mula

Jumlah mol NH₃ = 0,6 M x 200 mL = 120 mmol = 0,12 mol

Jumlah mol NH₄⁺ = 0,3 M x 300 mL = 90 mmol = 0,09 mol

Volum campuran = 200 mL + 300 mL = 500 mL = 0,5 L

pOH = –log 2,4.10–5

= 5 – log 2,4

= 4,62

pH = 14 – 4,62 = 9,38

Jadi, pH mula-mula adalah 9,38.

pH setelah di tambah 500 mL aquades

Penambahan aquades sama dengan pengenceran. Dalam pengenceran volume larutan bertambah besar, sehingga konsentrasi larutan menjadi kecil namun jumlah mol zat terlarut tidak berubah.

Dalam pengenceran berlaku rumus

V1 x M1 = V2 x M2

Volum campuran (V2) = 200 mL NH₃ + 300 mL NH₄Cl + 500 mL aquades = 1000 mL = 1 L

M . NH₃ = 0,6 M

M . NH₄Cl = 0,3 M

Yang dicari V2 dari NH₃ dan NH₄⁺

pOH = –log 2,4.10–5 = 4,62

pH = 14 – 4,62 = 9,38

Jadi, pH setelah ditambah 500 mL air adalah 9,38.

CONTOH SOAL LAINNYA

1.  V mL NaOH 0,3 M ditambah 2V mL CH₃COOH 0,3M, jika diketahui pKa CH₃COOH = 5, tentukan pH lartuan yang terbentuk?

Jawab

Campuran di atas merupakan larutan penyangga asam (asam lemah + basa konjugasi)

pH = -log H+

pH = 5

perhatikan langkah kerja berikut sedikit berbeda dengan langkah-langkah yang telah dikerjakan sebelumnya tetapi tetap memberi hasil yang sama. Pada contoh terdahulu rumus

Langsung dijadikan pH dengan cara dikalikan –log, sehingga diperoleh rumus berikut

Sedangkan pada contoh di atas di cari terlebih konsentrasi H⁺. Baru di masukan pada pH = log H⁺.

2. Tentukan pH larutan 0,01 M garam yang diperoleh dari basa lemah dan asam kuat bila diketahui Kb basa = 10^-6?

Jawab

3. Untuk membuat larutan pH = 5, maka ke dalam 100 mL larutan 0,1 M asam asetat (Ka = 10⁵) harus ditambah NaOH sebesar…..(penambahan volume akibat penambahan diabaikan dan Mr.NaOH = 40)

Jawab

Massa NaOH = 5 mmol x 40 mg/mmol = 200 mg

4. Tentukan konstanta asam HZ bila asam lemah HZ 0,5 M mempunyai pH = 4-log 5.

Jawab

pH = 4-log 5

H+ = 5 x 10-4

25 x 10-8 = Ka x 0,5

Ka= 5 x 10^-7

5. Suatu larutan penyangga di buat dengan mencampur 60 mL larutan NH₃ 0,1 M dengan 40 mL larutan NH₄Cl 0,1 M. Berapa pH larutan penyangga yang diperoleh jika diketahui Kb.NH3 = 1,8 x 10^-5?.

Jawab

Mol NH₃ = 0,1 mmol mL^-1 x 60 mL = 6 mmol

Mol NH₄Cl = NH₄⁺ = 0,1 mmol.mL^-1 x 40 mL = 4 mmol

pH = – log OH

= -log 2,7 x 10^-5

= 4,57

Karena yang ditanyakan pH, maka berlaku rumus

pKw = pH + pOH

14 = 4,57 + pOH

pOH = 14 – 4,57 = 9,43

jadi pH larutan buffer yang diperoleh 9,43