Postingan ini membahas contoh soal larutan penyangga dan pembahasannya. Larutan penyangga adalah larutan yang dapat mempertahankan pH tertentu terhadap usaha mengubah pH, seperti penambahan asam, basa ataupun pengenceran. Dengan kata lain pH larutan penyangga tidak akan berubah walaupun pada larutan tersebut ditambahkan sedikit asam kuat, basa kuat atau larutan tersebut diencerkan.
Komponen larutan penyangga
- Larutan penyangga asam, mengandung asam lemah + basa konjugasinya. Contoh: CH3COOH + NaCH3COO (komponen buffer: CH3COOH dan CH3COO–).
- Larutan penyangga basa, mengandung basa lemah + asam konjugasinya. Contoh NH3 + NH4Cl (komponen buffer: NH3 dan NH4+)
pH larutan penyangga
Rumus pH larutan penyangga asam sebagai berikut:
Rumus pH larutan penyangga basa sebagai berikut:
pOH = – log Kb – logpH = 14 – pOH
Keterangan: Ka = tetapan ionisasi asam lemah dan Kb = tetapan ionisasi basa lemah.
Contoh soal dan pembahasan
Contoh soal 1
Periksalah apakah campuran larutan dibawah ini bersifat penyangga atau tidak!.
- 50 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 50 mL larutan Ca(CH3COO)2 0,1 M
- 50 mL larutan CH3COOH 0,1 M + 50 mL larutan NaOH 0,2 M
- 50 mL larutan CH3COOH + 50 mL NaOH 0,1 M
Pembahasan
Campuran larutan nomor 1 adalah larutan penyangga karena mengandung asam lemah CH3COOH dan basa konjugasinya yaitu ion CH3COO– yang berasal dari Ca(CH3COO)2.
Campuran nomor 2 bukan larutan penyangga karena CH3COOH tidak bersisa, dengan perhitungan sebagai berikut:
| CH3COOH | OH– | → | CH3COO– | H2O | |
| Awal | 5 mmol | 10 mmol | |||
| Reaksi | 5 mmol | 5 mmol | 5 mmol | 5 mmol | |
| Akhir | – | 5 mmol | 5 mmol | 5 mmol |
Campuran nomor 3 adalah larutan penyangga karena CH3COOH bereaksi dengan sebagian OH– dari NaOH membentuk ion CH3COO– dengan perhitungan sebagai berikut:
| CH3COOH | OH– | → | CH3COO– | H2O | |
| Awal | 10 mmol | 5 mmol | |||
| Reaksi | 5 mmol | 5 mmol | 5 mmol | 5 mmol | |
| Akhir | 5 mmol | – | 5 mmol | 5 mmol |
Jadi dalam campuran terdapat 5 mmol CH3COOH (asam lemah) dan 5 mmol CH3COO– yang merupakan basa konjugasi dari CH3COOH.
Contoh soal 2
Hitunglah pH larutan penyangga yang dibuat dari campuran 200 mL CH3COOH 0,2 M dengan 300 mL larutan CH3COONa 0,2 M jika Ka CH3COOH = 10-5.
Pembahasan
mol asam lemah CH3COOH = 200 mL x 0,3 M = 60 mmolmol CH3COONa = 300 mL x 0,2 ml = 60 mmol
mol basa konjugasi CH3COO– = mol CH3COONa = 60 mmol
Karena termasuk penyangga asam (ada Ka) maka:
pH = – log Ka – log
pH = – log 10-5 – log
Contoh soal 3
Hitunglah massa NaOH yang harus dimasukkan kedalam 200 mL HCOOH 0,2 M untuk membuat larutan penyangga yang mempunyai pH = 4 jika Ka HCOOH = 10-4.
Pembahasan
Pada soal ini diketahui mol HCOOH = 200 mL x 0,2 M = 40 mmol.
| NaOH | HCOOH | → | HCOONa | H2O | |
| Awal | x | 40 | |||
| Reaksi | x | x | x | x | |
| Akhir | – | 40 – x | x | x |
Jadi mol sisa HCOOH = 40 – x mmol dan mol sisa HCOONa = x. Untuk menentukan x kita gunakan rumus pH larutan penyangga asam (ada ka) sebagai berikut:
pH = – log Ka – log4 = – log 10-4 – log
4 = 4 – log
log
40 – x = x atau 2x = 40. Jadi x = 40/2 = 20 mmol = 0,02 mol.
Jadi massa NaOH yang diperlukan = mol x Mr(NaOH) = 0,02 x 40 = 0,8 gram
Contoh soal 4
Sebanyak 50 mL larutan NH3 0,1 M (Kb = 10-5) dicampur dengan 100 mL larutan NH4Cl 0,5 M. Hitunglah pH larutan tersebut.
Pembahasan
Mol basa lemah NH3 = 50 mL x 0,1 M = 5 mmolMol asam konjugasi NH4Cl = 100 mL x 0,5 M = 50 mmol
pOH = – log Kb – log
pOH = – log 10-5 – log
pOH = 5 + 1 = 4 = 6
pH = 14 – 6 = 9
Contoh soal 5
Untuk membuat larutan penyangga dengan pH = 9, maka kedalam 40 mL larutan NH3 0,5 M (Kb = 10-5) harus ditambahkan larutan HCl 0,2 M sebanyak…mL
Pembahasan
Pada soal ini diketahui pOH = 14 – 9 = 5 dan mol NH3 = 40 mL x 0,5 M = 20 mmol.
| NH3 | HCl | → | NH4Cl | |
| Awal | 20 mmol | x | ||
| Reaksi | x | x | x | |
| Akhir | 20 – x | x |
Jadi mol sisa NH3 = 20 – x dan mol sisa NH4Cl = x. Untuk menghitung x dengan rumus dibawah ini:
pOH = – log Kb – log5 = – log 10-5 – log
log
20 – x = x atau 2x = 20 maka x = 20/2 = 10 mmol.
Jadi mol HCl = 0,01 mmol dengan volume =
Contoh soal 6
Bila 2 liter larutan NH4OH 0,2 M dicampurkan dengan 2 Liter larutan NH4Cl 0,2 M (Kb NH4OH = 1,8 x 10-5), tentukan:
- pH larutan penyangga
- pH larutan penyangga setelah penambahan 10 mL HCl 0,1 M.
- pH larutan penyangga setelah penambahan 10 mL NaOH 0,1 M.
Pembahasan
Jawaban soal 1 sebagai berikut:
Mol NH4OH = 2 liter x 0,2 M = 0,4 mol = 400 mmol.Mol NH4Cl = 2 liter x 0,2 M = 0,4 mol = 400 mmol.
pOH = – log Kb – log
pOH = – log 1,8 . 10-5 – log
pOH = 5 – log 1,8
pH = 14 – pOH = 14 – (5 – log 1,8) = 9 + log 1,8
Jawaban soal 2 sebagai berikut:
Pada saat HCl ditambahkan ke dalam campuran NH4OH dan NH4Cl maka NH4OH bereaksi dengan HCl membentuk NH4Cl dengan persamaan sebagai berikut (mol HCl = 10 mL x 0,1 M = 1 mmol):
Maka pH larutan dihitung dengan cara dibawah ini:
pOH = – log Kb – logpOH = – log 1,8 . 10-5 – log
pOH = 5 – log 1,79
pH = 14 – (5 – log 1,79) = 9 + log 1,79
Jawaban soal 3 sebagai berikut:
Pada saat NaOH ditambahkan kedalam campuran maka NaOH bereaksi dengan NH4Cl maka NH4OH bertambah dan NH4Cl berkurang dengan persamaan reaksi dibawah ini (mol NaOH = 10 mL x 0,1 M = 1 mmol):
Jadi pH larutan:
pOH = – log Kb – logpOH = – log 1,8 . 10-5 – log
pOH = 5 – log 1,81
pH = 14 – (5 – log 1,81) = 9 + log 1,81
Sumber tulisan:
- Utami, Budi, Kimia untuk SMA/MA kelas XI Program Ilmu Alam, Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, 2009.
- Permana, Irvan, Kimia SMA/MA Untuk kelas XI Semester 1 dan 2 Program Ilmu Pengetahuan Alam, Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, 2009.