Kinetika reaksi: latihan soal dengan penyelesaian langkah demi langkah

Latihan soal Kinetika reaksi gratis dengan diagram, petunjuk, dan pembahasan lengkap. Nilai baru setiap kali, dalam tiga tingkat: orde satu, konversi dan orde dua, Arrhenius.

Soal latihan gratisMudah
t (min)C/C₀t½​ = 5 min0,5

Reaksi orde satu memiliki waktu paruh 5 min. Cari konstanta lajunya k.

t½ = 5 min
min⁻¹
Soal berikutnya →
Berlatih Kinetika reaksi secara gratisBerlatih Kinetika reaksi sekarang5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.

Yang Anda latih

  1. Mudahorde satu
  2. Sedangkonversi dan orde dua
  3. SulitArrhenius

Rumus utama

Orde satu
ln(CA/CA0) = −kt
Waktu paruh (orde satu)
t½ = ln 2/k
Orde dua
1/CA = 1/CA0 + kt
Arrhenius
k = A·e−Ea/(RT)
Dua suhu
ln(k2/k1) = (Ea/R)(1/T1 − 1/T2)

Pelajari Kinetika reaksi dari nol

1Apa itu kinetika reaksi

Reaksi kimia memerlukan waktu. Kinetika membahas seberapa cepat reaksi berjalan, bukan seberapa jauh. Kinetika memberi tahu seberapa besar reaktor harus dibuat dan berapa lama satu batch harus berjalan.

Untuk reaksi A → produk, laju adalah seberapa cepat konsentrasi A turun, dalam mol/(L·menit). Laju biasanya bergantung pada berapa banyak A yang tersisa: molekul lebih sedikit, tumbukan lebih sedikit, reaksi lebih lambat.

Kasus paling sederhana adalah reaksi orde pertama, tempat laju sebanding dengan konsentrasi CA:

−dCA/dt = k · CA

Tetapan laju k mengukur seberapa cepat reaksi berlangsung. Untuk orde pertama satuannya 1/waktu, misalnya menit⁻¹. k yang lebih besar berarti reaksi yang lebih cepat.

Tes mandiri Konsentrasi A dalam reaksi orde pertama digandakan. Apa yang terjadi pada lajunya?
  1. Menjadi dua kali lipat
  2. Menjadi empat kali lebih besar
  3. Menjadi setengah
  4. Tetap sama

Jawaban: Menjadi dua kali lipat. Orde pertama berarti laju = k·C. Gandakan C dan laju menjadi dua kali lipat. Empat kali lipat adalah orde kedua, tempat laju mengikuti C².

2Reaksi orde pertama

Menyelesaikan persamaan laju menghasilkan peluruhan eksponensial. Konsentrasi setelah waktu t adalah:

CA = CA0 · e−k·t or ln(CA/CA0) = −k·t
t (min)C (mol/L)C₀C₀/2t½2t½

Waktu paruh t½ adalah waktu untuk kehilangan setengah A. Untuk orde pertama waktu ini tidak bergantung pada titik awal: setiap waktu paruh membagi dua yang tersisa.

t½ = ln 2 / k = 0,693 / k

Konversi X adalah proporsi A yang telah bereaksi, sehingga CA = CA0·(1 − X). Waktu untuk mencapai konversi X adalah:

t = −ln(1 − X) / k
Tes mandiri Reaksi orde pertama memiliki k = 0,1 menit⁻¹. Berapa waktu paruhnya?
  1. 0,0693 menit
  2. 10 menit
  3. 5 menit
  4. 6,93 menit

Jawaban: 6,93 menit. t½ = ln 2/k = 0,693/0,1 = 6,93 menit. 10 menit adalah 1/k, waktu untuk turun ke e⁻¹ = 37%, bukan ke 50%.

3Orde kedua dan suhu

Pada reaksi orde kedua laju mengikuti kuadrat konsentrasi: −dCA/dt = k·CA². Maka k memiliki satuan seperti L/(mol·menit), dan:

1/CA = 1/CA0 + k·t

Reaksi menjadi lebih cepat ketika suhu naik. Persamaan Arrhenius menjelaskan bagaimana k bergantung pada suhu absolut T:

k = A · e−Ea/(R·T)

Ea adalah energi aktivasi dalam J/mol dan R = 8,314 J/(mol·K). Dengan k yang diketahui pada satu suhu, bagi persamaan untuk dua suhu:

ln(k2/k1) = (Ea/R) · (1/T1 − 1/T2)

Pakai kelvin, dan Ea dalam J/mol (kJ/mol × 1000).

Tes mandiri Reaksi orde kedua memiliki k = 0,5 L/(mol·menit) dan C₀ = 1 mol/L. Berapa C setelah 2 menit?
  1. 0 mol/L
  2. 0,368 mol/L
  3. 0,5 mol/L
  4. 2 mol/L

Jawaban: 0,5 mol/L. 1/C = 1/1 + 0,5·2 = 2 L/mol, sehingga C = 0,5 mol/L. Memakai rumus orde pertama menghasilkan e⁻¹ = 0,368, dan lupa mengambil 1/2 di akhir menghasilkan 2.

4Metode ini selangkah demi selangkah

  1. Cari ordenya dari soal: satuan k atau hukum laju (k·C atau k·C²) memberi tahu Anda.
  2. Tuliskan k, CA0, dan waktu atau konversi yang Anda ketahui. Periksa bahwa k dan t memakai satuan waktu yang sama.
  3. Orde pertama: CA = CA0·e−kt, t½ = ln 2/k, atau t = −ln(1 − X)/k.
  4. Orde kedua: 1/CA = 1/CA0 + kt, lalu ambil kebalikannya.
  5. Suhu: ubah keduanya ke kelvin dan pakai persamaan Arrhenius dua suhu.
  6. Periksa: konsentrasi harus turun seiring waktu dan tetap di atas nol.

5Contoh soal lengkap

Ikuti setiap langkah. Cobalah menebak langkah berikutnya sebelum membukanya.

Contoh soal

Reaksi orde pertama A → produk memiliki k = 0,05 menit⁻¹. Konsentrasi awal A adalah 1,2 mol/L. Cari konsentrasi CA setelah 10 menit.

1

Bayangkan peluruhannya

t (min)C (mol/L)1,2C = ?10

Orde pertama, sehingga konsentrasi turun secara eksponensial dari 1,2 mol/L.

2

Eksponennya

k dan t sama-sama dalam menit, sehingga dapat langsung dikalikan.

k · t = 0,05 · 10 = 0,5
3

Faktor peluruhan

e−0,5 = 0,6065

Jadi 60,65% A masih ada setelah 10 menit.

4

Konsentrasi

CA = 1,2 · 0,6065 = 0,728 mol/L
5

Periksa jawabannya

Waktu paruhnya 0,693/0,05 = 13,86 menit. Setelah 10 menit, belum sampai satu waktu paruh berlalu, jadi C harus berada di antara 0,6 dan 1,2 mol/L. 0,728 mol/L sesuai.

Jawaban

CA ≈ 0,728 mol/L setelah 10 menit.

6Kesalahan umum

  • Memakai ln(X) atau ln(0,9) untuk konversi 90%. Yang tersisa adalah 1 − X = 0,1, sehingga t = −ln(0,1)/k.
  • Memakai log₁₀, bukan logaritma natural ln.
  • Memakai rumus orde pertama untuk reaksi orde kedua.
  • Arrhenius dengan °C, atau dengan Ea dalam kJ/mol di samping R = 8,314 J/(mol·K).
  • Mencampur satuan waktu: k dalam menit⁻¹ dengan t dalam detik.
Tes mandiri Reaksi batch orde pertama memiliki k = 0,1 menit⁻¹. Berapa lama untuk mencapai konversi 90%?
  1. 1,05 menit
  2. 10 menit
  3. 23,0 menit
  4. 9 menit

Jawaban: 23,0 menit. Terkonversi 90% berarti 10% tersisa: t = −ln(0,1)/0,1 = 23,0 menit. Memakai ln(0,9) menghasilkan 1,05 menit, yaitu waktu untuk konversi hanya 10%.

7Seperti apa soal ujiannya

  • Mudah: orde pertama. Cari konsentrasi setelah suatu waktu, waktu paruh, atau k dari waktu paruh.
  • Sedang: waktu untuk konversi tertentu, atau reaksi orde kedua dengan 1/C = 1/C0 + kt.
  • Sulit: Arrhenius. Cari k pada suhu baru, atau energi aktivasi dari dua tetapan laju.

Contoh Arrhenius: k1 = 0,02 menit⁻¹ pada 40 °C, Ea = 40 kJ/mol. Pada 70 °C: ln(k2/k1) = (40 000/8,314)·(1/313,15 − 1/343,15) = 1,343.

k2 = 0,02 · e1,343 = 0,0766 min⁻¹

Pelajari selangkah demi selangkah di aplikasiPelajari selangkah demi selangkah di aplikasi

Contoh dengan pembahasan

Contoh 1Mudah
t (min)C (mol/L)60 minC = ?

Reaksi orde nol A → produk memiliki konstanta laju 0,01 mol/(L·min). Konsentrasi awal A adalah 0,8 mol/L. Cari konsentrasi CA setelah 60 min.

k = 0,01 mol/(L·min)CA0 = 0,8 mol/Lt = 60 min

Tentukan CA (mol/L)

Tampilkan petunjuk
  1. Orde nol: laju −dC/dt = k tidak bergantung pada konsentrasi.
  2. Integrasi memberi C = C₀ − kt (berlaku sampai A habis).
  3. kt = 0,6 mol/L.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Hukum orde nol terintegrasi

CA = CA0 − kt = 0,8 − 0,01·60 = 0,2 mol/L

Jawaban

CA = 0,2 mol/L
Contoh 2Sedang
t (min)X (%)t = ?99%

Reaksi orde satu dalam reaktor batch memiliki k = 0,02 min⁻¹. Berapa lama waktu untuk mencapai konversi 99%? Cari t.

k = 0,02 min⁻¹X = 99 %

Tentukan t (min)

Tampilkan petunjuk
  1. Konversi X berarti C = C₀(1 − X).
  2. Substitusikan ke C = C₀·e^(−kt): 1 − X = e^(−kt), jadi t = −ln(1 − X)/k.
  3. 1 − X = 0,01.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Laju reaksi: untuk reaksi orde satu −dC/dt = kC, jadi C = C₀·e−kt dan waktu paruh ln 2/k tidak bergantung pada konsentrasi. Untuk reaksi orde dua 1/C = 1/C₀ + kt. Konstanta laju naik terhadap suhu menurut Arrhenius: k = A·e−Ea/(RT).

Konversi dan konsentrasi

C/C0 = 1 − X = 0,01

Selesaikan untuk waktu

t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,01)/0,02 = 230,3 min

Jawaban

t = 230,3 min
Contoh 3Sulit
Tk30 °C0,170 °C?

Sebuah reaksi memiliki konstanta laju 0,1 min⁻¹ pada 30 °C dan energi aktivasi 120 kJ/mol. Cari konstanta laju k2 pada 70 °C.

k1 = 0,1 min⁻¹T1 = 30 °CT2 = 70 °CEa = 120 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

Tentukan k2 (min⁻¹)

Tampilkan petunjuk
  1. Tulis Arrhenius pada kedua suhu lalu bagi: ln(k₂/k₁) = −(Ea/R)·(1/T₂ − 1/T₁).
  2. Gunakan kelvin, dan Ea dalam J/mol agar cocok dengan R = 8,314 J/(mol·K).
  3. 1/T2 − 1/T1 = -3,845e-4 K⁻¹.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Laju reaksi: untuk reaksi orde satu −dC/dt = kC, jadi C = C₀·e−kt dan waktu paruh ln 2/k tidak bergantung pada konsentrasi. Untuk reaksi orde dua 1/C = 1/C₀ + kt. Konstanta laju naik terhadap suhu menurut Arrhenius: k = A·e−Ea/(RT).

Suhu mutlak

T1 = 303,1 K, T2 = 343,1 K

Rasio Arrhenius

ln(k2/k1) = −(120000/8,314)·(1/343,1 − 1/303,1) = 5,55
k2 = 0,1·e5,55 = 25,72 min⁻¹

Jawaban

k2 = 25,72 min⁻¹

Tanya jawab

Apa itu Kinetika reaksi?

Reaksi kimia memerlukan waktu. Kinetika membahas seberapa cepat reaksi berjalan, bukan seberapa jauh. Kinetika memberi tahu seberapa besar reaktor harus dibuat dan berapa lama satu batch harus berjalan.

Untuk reaksi A → produk, laju adalah seberapa cepat konsentrasi A turun, dalam mol/(L·menit). Laju biasanya bergantung pada berapa banyak A yang tersisa: molekul lebih sedikit, tumbukan lebih sedikit, reaksi lebih lambat.

Bagaimana cara menyelesaikan soal Kinetika reaksi langkah demi langkah?

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Apa kesalahan yang sering terjadi pada Kinetika reaksi?
  • Itu hukum orde satu. Orde nol berarti lajunya konstan, jadi C turun secara linear: C = C₀ − kt.
  • Itu jumlah yang telah bereaksi. Kurangkan dari konsentrasi awal.
Apa saja yang dilatih dalam soal Kinetika reaksi?
  • Mudah: orde satu
  • Sedang: konversi dan orde dua
  • Sulit: Arrhenius

Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya. Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.

Cara kerja latihan

  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Kemajuan, kesalahan, dan soal tersimpan Anda disimpan, sehingga Anda dapat mengulasnya sebelum ujian.

Topik sebelum dan sesudah ini

Lanjutkan dengan

Perancangan ukuran reaktor (CSTR & PFR)

Mata kuliah dengan topik ini

Kimia DasarTeknik Reaksi KimiaLatihan ujian FE Chemical

Topik lain di Kimia

Neraca massaNeraca energiHukum gas idealPerancangan ukuran reaktor (CSTR & PFR)Penukar panas (LMTD)

Lembar kerja yang dapat dicetak

Lembar kerja Kinetika reaksi dengan jawaban
Berlatih Kinetika reaksi secara gratisBerlatih Kinetika reaksi sekarang5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.