Pembahasan Soal 1

a) Dari persamaan: $$\ce{M^{+6} + 2 Fe^{2+} -> M^{+4} + 2 Fe^{3+}},$$ setiap 1 mol \(\ce{M^{+6}}\) memerlukan 2 mol \(\ce{Fe^{2+}}\).

Jumlah mol \(\ce{Fe^{2+}}\) yang digunakan: $$n_{\ce{Fe^{2+}}} = 0,200\ \mathrm{M} \times 0,0250\ \mathrm{L} = 0,00500\ \mathrm{mol}.$$ Karena rasio \(\ce{Fe^{2+}} : \ce{M^{+6}} = 2 : 1\), maka $$n_{\ce{M^{+6}}} = \frac{0,00500}{2} = 0,00250\ \mathrm{mol}.$$

b) Jika sampel mengandung 30% pengotor netral, berarti dari 0,500 g total, hanya 70% (0,350 g) yang merupakan oksida \(\ce{M^{+6}}\) yang bereaksi. Dari stoikiometri di atas, 0,00250 mol \(\ce{M^{+6}}\) benar-benar bereaksi. Untuk mengetahui berapa persen massa logam M di dalam oksida tersebut, kita perlu menghitung massa M dalam 0,350 g senyawa.

Asumsikan oksida itu \(\ce{M_xO_y}\) dengan x = 1 (sesuai soal). Kita tidak tahu y, tetapi yang ditanyakan adalah persen massa M di dalam sampel. Total 0,00250 mol \(\ce{M}\) berarti 0,00250 × (Ar M) gram. Karena data Ar M tidak diberikan, kita hanya dapat menyimpulkan persentase relatif terhadap 0,350 g oksida aktif.

Misal massa M dalam oksida aktif = (0,00250 × Ar M) g. Maka persentase massa M terhadap 0,350 g = $$\frac{0,00250 \times \mathrm{Ar\ M}}{0,350} \times 100\%.$$
Jika soal hanya meminta kesimpulan kualitatif: “Terdapat 70% senyawa aktif, dan dari senyawa aktif itu 0,00250 mol M.” Sehingga dalam 0,500 g sampel, persentase massa M = \(\frac{0,00250 \times \mathrm{Ar\ M}}{0,500} \times 100\%\).

Jawaban tepat bergantung pada informasi \(\mathrm{Ar\ M}\). Namun, kunci soalnya: 30% dari sampel tidak berkontribusi terhadap reaksi, jadi hanya 70% massa yang relevan. Jika misal ditafsir: “Berapa persen massa logam M di total sampel?” Maka kita gunakan massa M yang hadir dalam 0,00250 mol M, dibagi 0,500 g × 100%.

Pembahasan Soal 2

Senyawa \(\ce{C10H12O2}\), tidak bereaksi dengan Tollens (bukan aldehid), tidak mendekolorisasi bromin (tidak ada ikatan rangkap C=C), tetapi dapat diesterifikasi satu gugus (berarti ada satu -OH asam atau fenol) dan menghasilkan asam karboksilat aromatik tunggal ketika dioksidasi kuat.

Hal ini menunjukkan terdapat gugus \(\ce{-CH3}\) atau rantai alkil terikat pada cincin benzena (aril) yang dapat dioksidasi menjadi \(\ce{-COOH}\). Karena hanya terdapat satu produk asam aromatik, rantai samping itu hanya ada satu. Selain itu, adanya kemungkinan gugus fenol (\(\ce{-OH}\) terikat cincin), atau gugus asam karboksilat teresterkan, tetapi soal menyebut “monoester”, maka lebih memungkinkan -OH fenolik atau -OH alkohol pada rantai samping, tetapi tampaknya fenol lebih umum dalam sintesis semacam ini.

Salah satu kandidat adalah p-kresol (\(\ce{C7H8O}\)) yang kemudian ditambah gugus -CH2-…? Namun harus sesuai dengan \(\ce{C10H12O2}\). Bisa jadi sebuah fenol tersubstitusi \(\ce{-CH2OH}\), misalnya \(\ce{HOC6H4-CH2-CH3}\) (masih kurang unsur O).

Salah satu struktur yang memungkinkan: 4-metilfenol (p-kresol) dengan satu gugus metil tambahan teroksidasi menjadi 4-metilbenzoat saat dioksidasi. Atau etil fenol, dll. Kunci utamanya adalah terdapat 10C total, 1 gugus OH fenol, 1 gugus lain alifatik yang teroksidasi jadi asam benzoat. Contohnya p-etilfenol: \(\ce{C6H4(OH)-C2H5}\). Rumus molekulnya \(\ce{C8H10O}\), masih kurang O untuk \(\ce{C10H12O2}\). Sehingga mungkin p-hidroksibenzoat tersubstitusi, atau 4-(metil)fenil metanol yang diesterifikasi.

Intinya, X punya fenol atau asam karboksilat satu, substituen alkil aromatik yang saat dioksidasi menjadi asam benzoat (tunggal), dan total \(\ce{C10H12O2}\). Salah satu opsi sederhana adalah asam 4-metilbenzoat (p-toluat) yang beresterifikasi parsial, namun detail penamaan mungkin bervariasi. Konsep umumnya: Satu gugus fenol/karboksil yang bisa diesterifikasi, dan satu gugus alkil di cincin yang teroksidasi menjadi asam benzoat tunggal.

Pembahasan Soal 3

Dari tabel:
Eksperimen 1: \([\ce{SO2}] = 0,10\) M, [\(\ce{O2}\)] = 0,10 M, laju = \(1,2 \times 10^{-4}\).
Eksperimen 2: \([\ce{SO2}] = 0,20\) M, [\(\ce{O2}\)] = 0,10 M, laju = \(4,8 \times 10^{-4}\).
Eksperimen 3: \([\ce{SO2}] = 0,20\) M, [\(\ce{O2}\)] = 0,20 M, laju = \(9,6 \times 10^{-4}\).

a) Orde terhadap \(\ce{SO2}\):
Membandingkan E1 dan E2: \([\ce{SO2}]\) naik 2 kali, \([\ce{O2}]\) tetap, laju naik 4 kali. Berarti laju ~ [\(\ce{SO2}\)]². Jadi orde terhadap \(\ce{SO2}\) = 2.

Orde terhadap \(\ce{O2}\):
Membandingkan E2 dan E3: \([\ce{SO2}]\) sama, \([\ce{O2}]\) naik 2 kali, laju naik 2 kali. Berarti laju ~ [\(\ce{O2}\)]¹. Jadi orde terhadap \(\ce{O2}\) = 1.

b) Persamaan laju: $$\text{laju} = k \,[\ce{SO2}]^2 [\ce{O2}].$$ Gunakan data E1 (atau eksperimen lain) untuk mencari \(k\). Dari E1: $$1,2 \times 10^{-4} = k \,(0,10)^2 \,(0,10).$$ $$1,2 \times 10^{-4} = k \,(0,001).$$ $$k = \frac{1,2 \times 10^{-4}}{0,001} = 1,2 \times 10^{-1} = 0,12\, \mathrm{M}^{-2}\mathrm{s}^{-1}.$$

Pembahasan Soal 4

a) Reaksi sel (ditulis sebagai reaksi keseluruhan): $$\ce{Zn(s) + 2Ag+(aq) -> Zn^{2+}(aq) + 2Ag(s)}.$$ Hitung: $$E^0_{\text{sel}} = E^0_{\text{kathode}} - E^0_{\text{anode}} = (+0,80)\,\text{V} - (-0,76)\,\text{V} = 1,56\,\text{V}.$$

b) Persamaan Nernst untuk reaksi di atas (2 elektron per reaksi seng): $$ E_{\text{sel}} = E^0_{\text{sel}} - \frac{0.0592}{n} \log Q,$$ dengan $$Q = \frac{[\ce{Zn^{2+}}]}{[\ce{Ag+}]^2}.$$ Masukkan data \([\ce{Ag+}] = 0,0010\) M, \([\ce{Zn^{2+}}] = 0,20\) M, dan \(n=2\).

$$ Q = \frac{0.20}{(0.0010)^2} = \frac{0.20}{1 \times 10^{-6}} = 2 \times 10^5.$$ $$ E_{\text{sel}} = 1,56 - \frac{0.0592}{2} \log(2 \times 10^5). $$ $$ \log(2 \times 10^5) \approx \log(2) + \log(10^5) = 0.301 + 5 = 5.301. $$ $$ E_{\text{sel}} = 1,56 - 0.0296 \times 5.301 = 1,56 - 0.157 \approx 1,40\,\text{V}. $$

Pembahasan Soal 5

Struktur kristal rutile (\(\ce{TiO2}\) sebagai contoh) menempatkan kation logam (M) di sekitar pusat oktahedral yang terbentuk oleh anion (X). Dalam sel satuan rutile, setiap M dikoordinasikan oleh 6 anion X (oktahedral). Namun M hanya mengisi separuh posisi oktahedral yang tersedia dalam susunan rapat X.

a) Koordinasi M adalah oktahedral (CN = 6). Lokasi M biasanya di setengah dari octahedral voids, sehingga setiap sel satuan menampung jumlah M sesuai rasio \(\ce{M : X = 1 : 2}\).

b) Struktur rutile cenderung padat dan memiliki ikatan ionik yang relatif kuat. Kombinasi interaksi ionik yang kuat dan koordinasi oktahedral pada M menyebabkan material \(\ce{MX2}\) tipe rutile umumnya memiliki titik leleh tinggi, serta sifat mekanik (kekerasan) yang tinggi. Selain itu, adanya susunan rapat X yang terisi sebagian oleh M juga meningkatkan stabilitas dan kerapatan kristal.

Pembahasan Soal 6

a) Inhibitor kompetitif bersaing dengan substrat untuk berikatan pada sisi aktif enzim. Hal ini meningkatkan nilai \(\displaystyle K_m\) (karena dibutuhkan [substrat] lebih tinggi untuk mencapai kecepatan yang sama), tetapi tidak memengaruhi \(\displaystyle V_{\max}\) karena pada konsentrasi substrat yang sangat tinggi, inhibitor “kalah bersaing” dan enzim dapat mencapai kecepatan maksimum seperti biasa.

b) Pada diagram Lineweaver-Burk (plot \(1/v\) vs \(1/[S]\)), penambahan inhibitor kompetitif akan mengubah titik potong sumbu x (karena \(\displaystyle K_m\) berubah), tetapi titik potong sumbu y (yang merepresentasikan \(1/V_{\max}\)) tetap sama. Grafik garis akan berporos sama di sumbu y, namun dengan kemiringan (slope) yang lebih besar.

Pembahasan Soal 7

Diketahui asam lemah \(\ce{HA}\) dengan \(K_a = 1,8 \times 10^{-5}\) dan [HA] awal 0,10 M. pH awal 3,00 (cukup mendekati hasil perhitungan asam lemah).

Setelah ditambahkan garam \(\ce{NaA}\), maka [HA] = 0,10 M dan [A^-] = 0,10 M. Gunakan persamaan Henderson-Hasselbalch: $$ \mathrm{pH} = \mathrm{p}K_a + \log\!\biggl(\frac{[\ce{A^-}]}{[\ce{HA}]}\biggr). $$

\(\mathrm{p}K_a = -\log(1,8 \times 10^{-5}) \approx 4,74.\) Karena \([\ce{A^-}] = [\ce{HA}] = 0,10\,\text{M}\), maka $$ \frac{[\ce{A^-}]}{[\ce{HA}]} = 1. $$ $$ \mathrm{pH} = 4,74 + \log(1) = 4,74. $$

Jadi pH naik dari 3,00 menjadi 4,74 setelah pembentukan penyangga \(\ce{HA/A^-}\).

Pembahasan Soal 8

a) Rumus molekul \(\ce{C7H10}\) menunjukkan derajat ketidakjenuhan:
Rumus alkana jenuh untuk 7 C adalah \(\ce{C7H16}\). Kekurangan 6 hidrogen (16 - 10 = 6) berarti 3 derajat ketidakjenuhan. Setiap cincin atau ikatan rangkap menyumbang 1 derajat ketidakjenuhan. Jadi bisa 1 cincin dan 2 ikatan rangkap, atau 3 cincin, atau 1 cincin + 1 rangkap ganda + 1 rangkap rangkap lain, dsb. Tetapi karena adisi \(\ce{2 Br2}\), tampaknya terdapat 2 ikatan rangkap (alifatik) atau 1 cincin + 2 rangkap, dsb.

b) Beberapa kemungkinan: norbornena-like, tropilena-like, atau sikloheksadiena. Sebagai contoh sederhana, sikloheksadiena (\(\ce{C6H6}\) + satu substituen \(\ce{CH4}\)?). Namun kita butuh \(\ce{C7H10}\). Satu struktur misal sikloheksuna dengan satu ikatan rangkap di cincin dan satu substituen vinil, atau norbornena (\(\ce{C7H10}\)).
Karena dapat mengadisi 2 mol \(\ce{Br2}\), berarti ada 2 ikatan rangkap total (bisa di dalam cincin, bisa substituen).

Salah satu kemungkinan paling sederhana adalah norbornadiena (2 ikatan rangkap pada rangka bicyclic), tapi itu \(\ce{C7H8}\). Dengan \(\ce{C7H10}\), norbornena (satu ikatan rangkap) pun butuh tempat untuk rangkap kedua. Alternatif lain: sikloheksadiena (1,3-) dengan satu substituen H “hilang” sehingga \(\ce{C6H8}\) plus \(\ce{CH2}\) substituen.
Inti jawaban: senyawa siklik dengan 2 ikatan rangkap (posisi bervariasi) sehingga total saturasi setara 3 (2 rangkap + 1 cincin).

Contoh 1,3-sikloheksadiena (\(\ce{C6H8}\)) ditambah 1 substituen \(\ce{CH2}\) menjadi \(\ce{C7H10}\), misal metil-sikloheksadiena. Hal itu rasional dengan data reaksi adisi 2 mol \(\ce{Br2}\). Pembenaran detail boleh bervariasi, intinya 3 derajat ketidakjenuhan dan memungkinkan adisi 2 set bromin.

Pembahasan Soal 9

Senyawa Y (\(\ce{C6H10O}\)) dapat dihidrogenasi menjadi \(\ce{C6H12}\) (hidrokarbon jenuh), artinya Y memiliki 1 derajat ketidakjenuhan (ikatan rangkap atau cincin) yang hilang saat penambahan \(\ce{H2}\). Selain itu, terdapat satu gugus fungsional yang teroksidasi menjadi kemungkinan aldehid/keton (karbonil) pada reaksi [O].

Jika \(\ce{C6H10O}\) memiliki satu ikatan rangkap \(\ce{C=C}\) + satu gugus \(\ce{-OH}\), maka hidrogenasi akan menambah 2 H (menjadi \(\ce{C6H12O}\)), tapi itu belum tentu jadi hidrokarbon jenuh. Sebaliknya, mungkin Y adalah alil alkohol, atau enol (namun umumnya enol kurang stabil), atau cikloalkanol.
Berdasarkan skema, Y dihidrogenasi menjadi \(\ce{C6H12}\), berarti Y memiliki 1 cincin + 1 ikatan rangkap yang melibatkan atom O? Mungkin cikloheksanon (\(\ce{C6H10O}\)), yang direduksi jadi sikloheksanol (\(\ce{C6H11OH}\)), tapi reaksi di bawah menyinggung “hidrokarbon jenuh” (\(\ce{C6H12}\)), artinya O hilang? Jika reaksi hidrogenasi menghilangkan ikatan rangkap C=O, lazimnya itu reduksi menjadi alkohol, bukan “hidrokarbon jenuh.”

Kemungkinan Y adalah enol eter atau vinil eter yang dihidrogenasi menjadi eter jenuh \(\ce{C6H12O}\), kemudian direfluks oksidasi menghasilkan pecah rantai. Namun, skema hanya menyatakan jadi \(\ce{C6H12}\). Mungkin Y adalah aloksi alkuna tidak relevan.
Skenario paling sederhana: Y memiliki 1 cincin dan 1 ikatan rangkap yang melibatkan O (misal epoksida?), dihidrogenasi menjadi cincin saturasi. Reaksi oksidasi epoksida pun akan membuka cincin jadi diol atau aldehid/keton.

Jawaban ringkas: Y adalah sikloheksena dengan satu gugus fungsional -OH (mis. vinil sekunder?), atau epoksida, atau aldehid/keton tak jenuh. Oksidasi kuat menandakan terbentuk senyawa karbonil. Skema “\(\ce{H2, Ni}\)” → hidrokarbon jenuh menegaskan bahwa O tidak muncul di produk. Mungkin reaksi Clemmensen hydrogenation atau Wolff-Kishner (mereduksi karbonil).
Contoh: cikloheksanon yang tereduksi total (Clemmensen) menjadi sikloheksana. Oksidasi “lebih lanjut” dapat menjadikannya asam dikhayalkan? Akan tetapi detail kurang jelas di skema. Seringkali Y = cikloheksanon.

Kesimpulan: Struktur Y yang umum diusulkan adalah cikloheksanon (\(\ce{C6H10O}\)), di mana hydrogenasi kuat bisa menyingkirkan karbonil (menjadi sikloheksana) dan oksidasi menambah gugus fungsional karbonil “lain” (dalam jalur tertentu). Ada beberapa kemungkinan lain, namun sikloheksanon adalah jawaban paling singkat.

Pembahasan Soal 10

a) Tetapan kesetimbangan dalam bentuk tekanan parsial: $$K_p = \frac{P_{\ce{CO2}} \cdot P_{\ce{H2}}}{P_{\ce{CO}} \cdot P_{\ce{H2O}}}.$$

b) Jumlah mol total di kesetimbangan: \(\ce{CO}\) : \(\ce{H2O}\) : \(\ce{CO2}\) : \(\ce{H2}\) = 1 : 1 : 2 : 2. Total = 1+1+2+2 = 6 mol. Tekanan total = 5 atm. Maka fraksi mol \(\ce{CO} = 1/6\), \(\ce{H2O} = 1/6\), \(\ce{CO2} = 2/6\), \(\ce{H2} = 2/6\). Tekanan parsial \(\ce{CO}\) = (1/6)×5 = 5/6 atm, \(\ce{H2O}\) = 5/6 atm, \(\ce{CO2}\) = (2/6)×5 = 10/6 atm, \(\ce{H2}\) = 10/6 atm.

$$K_p = \frac{\left(\frac{10}{6}\right) \times \left(\frac{10}{6}\right)}{\left(\frac{5}{6}\right) \times \left(\frac{5}{6}\right)} = \frac{\frac{100}{36}}{\frac{25}{36}} = \frac{100}{36} \times \frac{36}{25} = \frac{100}{25} = 4.$$ Jadi \(K_p = 4\).