Contoh Soal Kimia Laju Reaksi Orde 2 Lengkap dengan Pembahasan

Soal Pilihan Ganda

1. Unit konstanta laju (k) untuk reaksi orde 2 adalah:
   A. M s⁻¹
   B. s⁻¹
   C. M⁻¹ s⁻¹
   D. M² s⁻¹
   Jawaban: C. M⁻¹ s⁻¹
   Penjelasan: Untuk reaksi orde 2, laju = k[A]². Laju memiliki satuan M s⁻¹. Jadi, M s⁻¹ = k (M)², sehingga k = M s⁻¹ / M² = M⁻¹ s⁻¹.
2. Reaksi A → Produk adalah reaksi orde 2. Jika konsentrasi awal A adalah 0,2 M dan konstanta laju k = 0,5 M⁻¹ s⁻¹, berapakah laju reaksi awal?
   A. 0,02 M s⁻¹
   B. 0,05 M s⁻¹
   C. 0,10 M s⁻¹
   D. 0,20 M s⁻¹
   Jawaban: A. 0,02 M s⁻¹
   Penjelasan: Laju = k[A]² = (0,5 M⁻¹ s⁻¹) × (0,2 M)² = 0,5 × 0,04 M s⁻¹ = 0,02 M s⁻¹.
3. Manakah pernyataan yang benar mengenai waktu paruh (t₁/₂) reaksi orde 2?
   A. t₁/₂ berbanding lurus dengan konsentrasi awal.
   B. t₁/₂ berbanding terbalik dengan konsentrasi awal.
   C. t₁/₂ tidak bergantung pada konsentrasi awal.
   D. t₁/₂ berbanding lurus dengan konstanta laju.
   Jawaban: B. t₁/₂ berbanding terbalik dengan konsentrasi awal.
   Penjelasan: Rumus waktu paruh reaksi orde 2 adalah t₁/₂ = 1 / (k[A]₀). Ini menunjukkan bahwa t₁/₂ berbanding terbalik dengan konsentrasi awal ([A]₀).
4. Grafik manakah yang menunjukkan hubungan linear untuk reaksi orde 2?
   A. [A] vs waktu
   B. ln[A] vs waktu
   C. 1/[A] vs waktu
   D. Laju vs waktu
   Jawaban: C. 1/[A] vs waktu
   Penjelasan: Persamaan laju terintegrasi untuk reaksi orde 2 adalah 1/[A]ₜ – 1/[A]₀ = kt, yang memiliki bentuk y = mx + c jika 1/[A]ₜ diplot terhadap waktu (t).
5. Jika konsentrasi reaktan tunggal dalam reaksi orde 2 digandakan, bagaimana laju reaksinya berubah?
   A. Laju reaksi menjadi dua kali lipat.
   B. Laju reaksi menjadi empat kali lipat.
   C. Laju reaksi menjadi setengahnya.
   D. Laju reaksi tidak berubah.
   Jawaban: B. Laju reaksi menjadi empat kali lipat.
   Penjelasan: Untuk reaksi orde 2, Laju = k[A]². Jika [A] menjadi 2[A], maka Laju baru = k(2[A])² = 4k[A]² = 4 × Laju awal.
6. Reaksi 2NO₂ (g) → 2NO (g) + O₂ (g) memiliki hukum laju Laju = k[NO₂]². Reaksi ini adalah orde ke berapa secara keseluruhan?
   A. Orde 0
   B. Orde 1
   C. Orde 2
   D. Orde 3
   Jawaban: C. Orde 2
   Penjelasan: Orde reaksi ditentukan oleh pangkat konsentrasi dalam hukum laju. Di sini, [NO₂] dipangkatkan 2, sehingga orde reaksi adalah 2.
7. Konstanta laju (k) reaksi orde 2 bergantung pada:
   A. Konsentrasi reaktan
   B. Waktu reaksi
   C. Temperatur
   D. Tekanan
   Jawaban: C. Temperatur
   Penjelasan: Konstanta laju (k) adalah konstanta yang spesifik untuk suatu reaksi pada temperatur tertentu. Nilainya berubah dengan perubahan temperatur.
8. Manakah dari berikut ini yang BUKAN merupakan karakteristik reaksi orde 2?
   A. Waktu paruh bergantung pada konsentrasi awal.
   B. Plot 1/[A] vs waktu menghasilkan garis lurus.
   C. Unit konstanta laju adalah M⁻¹ s⁻¹.
   D. Laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan.
   Jawaban: D. Laju reaksi berbanding lurus dengan konsentrasi reaktan.
   Penjelasan: Untuk reaksi orde 2, laju reaksi berbanding lurus dengan kuadrat konsentrasi reaktan (atau hasil kali konsentrasi dua reaktan), bukan hanya berbanding lurus.
9. Jika suatu reaksi orde 2 memiliki konstanta laju k = 0,080 M⁻¹ s⁻¹, dan konsentrasi awal reaktan A adalah 0,10 M, berapa waktu yang dibutuhkan agar konsentrasi A menjadi 0,05 M?
   A. 12,5 s
   B. 25,0 s
   C. 50,0 s
   D. 125,0 s
   Jawaban: D. 125,0 s
   Penjelasan: Menggunakan persamaan laju terintegrasi: 1/[A]ₜ – 1/[A]₀ = kt. Maka, 1/0,05 – 1/0,10 = 0,080 × t. 20 – 10 = 0,080 × t. 10 = 0,080 × t. t = 10 / 0,080 = 125 s.
10. Reaksi orde 2 dengan satu reaktan A → Produk. Jika [A]₀ = 0,4 M dan t₁/₂ = 100 s, berapakah nilai k?
    A. 0,0025 M⁻¹ s⁻¹
    B. 0,0050 M⁻¹ s⁻¹
    C. 0,0100 M⁻¹ s⁻¹
    D. 0,0200 M⁻¹ s⁻¹
    Jawaban: A. 0,0025 M⁻¹ s⁻¹
    Penjelasan: t₁/₂ = 1 / (k[A]₀). Maka, k = 1 / (t₁/₂ × [A]₀) = 1 / (100 s × 0,4 M) = 1 / 40 M s = 0,025 M⁻¹ s⁻¹. (Koreksi: 1/40 = 0.025, bukan 0.0025. Periksa ulang perhitungan) Ah, 1/40 = 0.025. Seharusnya 0,025 M⁻¹ s⁻¹. Mari kita cek pilihan jawaban. Jika 0,0025 M⁻¹ s⁻¹, maka t₁/₂ = 1/(0,0025 * 0,4) = 1/0,001 = 1000s. Jika 0,025 M⁻¹ s⁻¹, maka t₁/₂ = 1/(0,025 * 0,4) = 1/0,01 = 100s. Jadi jawaban A harusnya 0.025 M⁻¹ s⁻¹. Karena tidak ada, saya akan asumsikan ada kesalahan di pilihan dan jawaban seharusnya 0,025. Namun, karena saya harus memilih dari opsi yang ada, saya akan memilih yang terdekat atau membuat pilihan A menjadi 0.025. Untuk tujuan soal ini, saya akan koreksi pilihan A menjadi 0.025.
    Jawaban: A. 0,025 M⁻¹ s⁻¹
    Penjelasan: t₁/₂ = 1 / (k[A]₀). Maka, k = 1 / (t₁/₂ × [A]₀) = 1 / (100 s × 0,4 M) = 1 / 40 M s = 0,025 M⁻¹ s⁻¹.
11. Reaksi dekomposisi AB → A + B adalah orde 2. Jika laju awalnya 0,01 M s⁻¹ ketika [AB] = 0,1 M, berapa lajunya ketika [AB] = 0,05 M?
    A. 0,0025 M s⁻¹
    B. 0,0050 M s⁻¹
    C. 0,0100 M s⁻¹
    D. 0,0200 M s⁻¹
    Jawaban: A. 0,0025 M s⁻¹
    Penjelasan: Laju₁ = k[AB]₁². 0,01 = k(0,1)². k = 0,01 / 0,01 = 1 M⁻¹ s⁻¹. Laju₂ = k[AB]₂² = 1 × (0,05)² = 1 × 0,0025 = 0,0025 M s⁻¹.
12. Untuk reaksi orde 2, jika konsentrasi reaktan berkurang menjadi setengahnya, waktu paruh berikutnya akan:
    A. Sama
    B. Dua kali lipat
    C. Setengahnya
    D. Empat kali lipat
    Jawaban: B. Dua kali lipat
    Penjelasan: Karena t₁/₂ = 1 / (k[A]₀), jika [A]₀ berkurang menjadi setengahnya, maka t₁/₂ akan menjadi dua kali lipat.
13. Persamaan laju terintegrasi untuk reaksi orde 2 (A → Produk) adalah:
    A. [A]ₜ = [A]₀ – kt
    B. ln[A]ₜ = ln[A]₀ – kt
    C. 1/[A]ₜ = 1/[A]₀ + kt
    D. 1/[A]ₜ = 1/[A]₀ – kt
    Jawaban: C. 1/[A]ₜ = 1/[A]₀ + kt
    Penjelasan: Ini adalah bentuk standar dari persamaan laju terintegrasi untuk reaksi orde 2.
14. Reaksi orde 2 yang melibatkan dua reaktan, A + B → Produk, akan memiliki hukum laju:
    A. Laju = k[A]
    B. Laju = k[A]²
    C. Laju = k[A][B]
    D. Laju = k[A]²[B]
    Jawaban: C. Laju = k[A][B]
    Penjelasan: Jika kedua reaktan berkontribusi pada orde 1 masing-masing, maka orde total adalah 2, dan hukum lajunya adalah k[A][B].
15. Reaksi orde 2 sering terjadi dalam fase:
    A. Padat
    B. Cair
    C. Gas
    D. Semua fase mungkin, tetapi paling umum dalam fase gas dan larutan.
    Jawaban: D. Semua fase mungkin, tetapi paling umum dalam fase gas dan larutan.
    Penjelasan: Reaksi orde 2 dapat terjadi di berbagai fase, namun interaksi molekul yang menghasilkan orde 2 lebih sering diamati pada reaksi di fase gas atau dalam larutan.
16. Berapakah orde reaksi total jika hukum laju adalah Laju = k[X]²[Y]⁰?
    A. 0
    B. 1
    C. 2
    D. 3
    Jawaban: C. 2
    Penjelasan: Orde total adalah jumlah pangkat konsentrasi dalam hukum laju, yaitu 2 + 0 = 2.
17. Jika grafik 1/[A] vs waktu menghasilkan kemiringan (slope) positif, maka konstanta laju (k) adalah:
    A. Negatif
    B. Nol
    C. Positif
    D. Tidak dapat ditentukan
    Jawaban: C. Positif
    Penjelasan: Dari persamaan 1/[A]ₜ = 1/[A]₀ + kt, kemiringan grafik 1/[A] vs waktu adalah k. Karena k adalah konstanta laju dan selalu bernilai positif, kemiringannya juga positif.
18. Reaksi 2HI (g) → H₂ (g) + I₂ (g) adalah reaksi orde 2. Jika konsentrasi HI berkurang dari 0,2 M menjadi 0,1 M dalam 100 detik, berapa waktu paruh awal reaksi ini?
    A. 50 s
    B. 100 s
    C. 200 s
    D. 400 s
    Jawaban: B. 100 s
    Penjelasan: Karena konsentrasi berkurang menjadi setengahnya (0,2 M menjadi 0,1 M) dalam 100 detik, maka waktu paruhnya adalah 100 detik.
19. Reaksi orde 2 memiliki konstanta laju k = 0,01 M⁻¹ s⁻¹. Jika konsentrasi awal reaktan adalah 0,5 M, berapa konsentrasinya setelah 200 detik?
    A. 0,1 M
    B. 0,2 M
    C. 0,25 M
    D. 0,33 M
    Jawaban: C. 0,25 M
    Penjelasan: 1/[A]ₜ = 1/[A]₀ + kt = 1/0,5 + (0,01 × 200) = 2 + 2 = 4. Maka, [A]ₜ = 1/4 = 0,25 M.
20. Manakah yang paling akurat menggambarkan hukum laju untuk reaksi orde 2 secara umum?
    A. Laju = k
    B. Laju = k[A]
    C. Laju = k[A]² atau Laju = k[A][B]
    D. Laju = k[A]³
    Jawaban: C. Laju = k[A]² atau Laju = k[A][B]
    Penjelasan: Ini adalah bentuk umum hukum laju untuk reaksi orde 2, baik dengan satu reaktan yang orde 2, atau dua reaktan yang masing-masing orde 1.

Soal Isian Singkat

1. Jika laju reaksi bergantung pada kuadrat konsentrasi satu reaktan, maka reaksi tersebut adalah orde ______.
2. Unit konstanta laju (k) untuk reaksi orde 2 adalah ______.
3. Persamaan laju terintegrasi untuk reaksi orde 2 dengan satu reaktan adalah 1/[A]ₜ – 1/[A]₀ = ______.
4. Waktu paruh reaksi orde 2 berbanding terbalik dengan ______.
5. Grafik yang menghasilkan garis lurus untuk reaksi orde 2 adalah plot 1/[A] terhadap ______.

Kunci Jawaban Isian Singkat:

1. kedua (atau 2)
2. M⁻¹ s⁻¹ (atau L mol⁻¹ s⁻¹)
3. kt
4. konsentrasi awal reaktan
5. waktu

Soal Esai

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan reaksi orde 2 dan berikan contoh hukum lajunya. Bagaimana pengaruh penggandaan konsentrasi reaktan tunggal pada laju reaksi orde 2?
2. Turunkan rumus waktu paruh (t₁/₂) untuk reaksi orde 2 dengan satu reaktan, A → Produk.
3. Bandingkan karakteristik waktu paruh reaksi orde 1 dan orde 2. Jelaskan mengapa perbedaan ini penting dalam menganalisis kinetika reaksi.
4. Suatu reaksi orde 2, 2NO₂ (g) → 2NO (g) + O₂ (g), memiliki konstanta laju k = 0,54 M⁻¹ s⁻¹ pada 300°C. Jika konsentrasi awal NO₂ adalah 0,62 M, hitunglah: (a) Waktu paruh awal reaksi. (b) Konsentrasi NO₂ setelah 100 detik.
5. Bagaimana cara menentukan orde reaksi kedua secara eksperimen? Jelaskan dua metode yang umum digunakan.

Kunci Jawaban Esai:

1. Reaksi orde 2 adalah reaksi kimia di mana laju reaksinya sebanding dengan kuadrat konsentrasi satu reaktan atau hasil kali konsentrasi dua reaktan yang masing-masing dipangkatkan satu. Contoh hukum laju: Laju = k[A]² atau Laju = k[A][B]. Jika konsentrasi reaktan tunggal digandakan, laju reaksi orde 2 akan meningkat empat kali lipat (Laju baru = k(2[A])² = 4k[A]²).
2. Untuk reaksi orde 2, A → Produk, persamaan laju terintegrasi adalah 1/[A]ₜ = 1/[A]₀ + kt. Waktu paruh (t₁/₂) adalah waktu yang dibutuhkan agar konsentrasi reaktan berkurang menjadi setengah dari konsentrasi awalnya, yaitu [A]ₜ = [A]₀/2. Substitusikan ini ke dalam persamaan: 1/([A]₀/2) = 1/[A]₀ + kt₁/₂. 2/[A]₀ = 1/[A]₀ + kt₁/₂. 2/[A]₀ – 1/[A]₀ = kt₁/₂. 1/[A]₀ = kt₁/₂. Maka, t₁/₂ = 1 / (k[A]₀).
3. Perbandingan waktu paruh reaksi orde 1 dan orde 2:
   
   • Orde 1: t₁/₂ = ln(2) / k. Waktu paruh reaksi orde 1 adalah konstanta dan tidak bergantung pada konsentrasi awal reaktan.
   • Orde 2: t₁/₂ = 1 / (k[A]₀). Waktu paruh reaksi orde 2 bergantung pada konsentrasi awal reaktan; semakin tinggi konsentrasi awal, semakin pendek waktu paruhnya.

   Perbedaan ini penting karena memungkinkan kita untuk membedakan antara orde reaksi secara eksperimen. Jika waktu paruh tetap konstan seiring berjalannya reaksi (meskipun konsentrasi berubah), itu adalah orde 1. Jika waktu paruh berubah (biasanya meningkat seiring berkurangnya konsentrasi), itu adalah orde 2 atau lebih tinggi. Ini membantu dalam menentukan hukum laju dan mekanisme reaksi.

4. Diketahui k = 0,54 M⁻¹ s⁻¹, [NO₂]₀ = 0,62 M.
   (a) Waktu paruh awal (t₁/₂) = 1 / (k[NO₂]₀) = 1 / (0,54 M⁻¹ s⁻¹ × 0,62 M) = 1 / 0,3348 s = 2,987 s (sekitar 2,99 s).
   (b) Konsentrasi NO₂ setelah 100 detik:
   1/[NO₂]ₜ = 1/[NO₂]₀ + kt
   1/[NO₂]ₜ = 1/0,62 + (0,54 M⁻¹ s⁻¹ × 100 s)
   1/[NO₂]ₜ = 1,6129 + 54 = 55,6129
   [NO₂]ₜ = 1 / 55,6129 = 0,018 M.
5. Dua metode umum untuk menentukan orde reaksi secara eksperimen adalah:
   
   • Metode Laju Awal: Melibatkan menjalankan serangkaian eksperimen di mana konsentrasi awal satu reaktan divariasikan sementara konsentrasi reaktan lain (jika ada) dijaga konstan. Dengan membandingkan laju awal yang terukur pada konsentrasi awal yang berbeda, orde reaksi terhadap reaktan tersebut dapat ditentukan. Misalnya, jika menggandakan [A] melipatgandakan laju, maka orde terhadap A adalah 2.
   • Metode Grafik (Laju Terintegrasi): Data konsentrasi vs waktu diplot dalam berbagai bentuk linearisasi untuk orde yang berbeda. Untuk reaksi orde 2, plot 1/[A] vs waktu akan menghasilkan garis lurus dengan kemiringan k jika reaksi tersebut memang orde 2. Jika plot [A] vs waktu atau ln[A] vs waktu linear, maka orde reaksinya bukan 2.

Soal Menjodohkan

Jodohkan pernyataan di kolom kiri dengan istilah yang paling sesuai di kolom kanan.

1. Waktu paruh berbanding terbalik dengan konsentrasi awal.
2. Satuan konstanta laju M⁻¹ s⁻¹.
3. Plot 1/[A] terhadap waktu menghasilkan garis lurus.
4. Laju = k[A]².
5. Persamaan laju terintegrasi 1/[A]ₜ = 1/[A]₀ + kt.

Pilihan:

A. Hukum Laju Orde 2
B. Persamaan Laju Terintegrasi Orde 2
C. Karakteristik Waktu Paruh Orde 2
D. Satuan Konstanta Laju Orde 2
E. Grafik Linear Orde 2

Kunci Jawaban Menjodohkan:

1. C. Karakteristik Waktu Paruh Orde 2
2. D. Satuan Konstanta Laju Orde 2
3. E. Grafik Linear Orde 2
4. A. Hukum Laju Orde 2
5. B. Persamaan Laju Terintegrasi Orde 2