Contoh Soal Kimia Termodinamika Pilihan Ganda, Isian, Uraian Lengkap dengan Pembahasan

soal kimia termodinamika

Pelajari dan kuasai konsep-konsep penting dalam termodinamika kimia melalui kumpulan contoh soal kimia termodinamika ini. Artikel ini menyediakan beragam jenis soal, mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga mencocokkan, yang dirancang untuk menguji pemahaman Anda tentang hukum termodinamika, entalpi, entropi, energi bebas Gibbs, dan faktor-faktor penentu spontanitas reaksi. Dengan total 32 soal yang mencakup berbagai tingkat kesulitan, Anda akan mendapatkan latihan komprehensif untuk persiapan ujian atau sekadar memperdalam materi. Setiap soal disertai dengan kunci jawaban dan pembahasan mendetail, memastikan Anda tidak hanya mengetahui jawaban yang benar tetapi juga memahami konsep di baliknya. Tingkatkan kemampuan Anda dalam menganalisis perubahan energi, kalor, dan kerja dalam sistem kimia dengan contoh soal kimia termodinamika terlengkap ini.

A. Soal Pilihan Ganda (20 Soal)

Perhatikan reaksi berikut: 2H₂ (g) + O₂ (g) → 2H₂O (l) ΔH = -571,6 kJ. Pernyataan yang benar tentang reaksi tersebut adalah…
1. Reaksi bersifat endoterm.
2. Kalor dilepaskan sebesar 571,6 kJ untuk setiap mol H₂O yang terbentuk.
3. Kalor diserap sebesar 571,6 kJ.
4. Reaksi bersifat eksoterm.
5. Entalpi pembentukan standar air adalah +285,8 kJ/mol.
Hukum Termodinamika I menyatakan bahwa…
1. Entropi alam semesta selalu meningkat.
2. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk.
3. Pada titik nol absolut, entropi kristal sempurna adalah nol.
4. Kalor selalu mengalir dari benda panas ke benda dingin.
5. Reaksi spontan memiliki ΔG negatif.
Jika suatu reaksi memiliki ΔH negatif dan ΔS positif, maka reaksi tersebut akan…
1. Spontan pada suhu rendah saja.
2. Spontan pada suhu tinggi saja.
3. Spontan pada semua suhu.
4. Tidak spontan pada semua suhu.
5. Memerlukan energi aktivasi yang tinggi.
Berikut ini adalah faktor-faktor yang dapat meningkatkan entropi suatu sistem, kecuali…
1. Peningkatan volume.
2. Peningkatan suhu.
3. Perubahan fasa dari cair ke gas.
4. Pembentukan senyawa kompleks dari ion-ion sederhana.
5. Peningkatan jumlah mol gas.
Diketahui ΔH°f CO₂ (g) = -393,5 kJ/mol dan ΔH°f H₂O (l) = -285,8 kJ/mol. Jika entalpi pembakaran CH₄ (g) adalah -890,3 kJ/mol, maka ΔH°f CH₄ (g) adalah…
1. -74,8 kJ/mol
2. +74,8 kJ/mol
3. -1869,6 kJ/mol
4. +1869,6 kJ/mol
5. -748 kJ/mol
Proses yang terjadi pada tekanan konstan disebut…
1. Isokhorik
2. Isotermik
3. Isoterm
4. Isokhor
5. Isobarik
Perubahan entalpi pembentukan standar (ΔH°f) adalah perubahan entalpi ketika 1 mol senyawa terbentuk dari unsur-unsurnya dalam keadaan standar. Keadaan standar didefinisikan pada…
1. 0°C dan 1 atm
2. 25°C dan 1 atm
3. 0 K dan 1 atm
4. 25 K dan 1 atm
5. Suhu kamar dan tekanan 1 Pa
Jika suatu sistem menyerap kalor sebesar 100 J dan melakukan kerja sebesar 50 J, maka perubahan energi internal sistem (ΔU) adalah…
1. +150 J
2. +50 J
3. -50 J
4. -150 J
5. +200 J
Reaksi N₂ (g) + 3H₂ (g) → 2NH₃ (g) melibatkan perubahan jumlah mol gas. Bagaimana perubahan entropi (ΔS) untuk reaksi ini?
1. ΔS > 0 (positif)
2. ΔS < 0 (negatif)
3. ΔS = 0
4. Tidak dapat ditentukan
5. Bergantung pada suhu
Energi ikatan rata-rata C-H adalah 413 kJ/mol, C=C adalah 614 kJ/mol, C-C adalah 348 kJ/mol, dan H-H adalah 436 kJ/mol. Hitung ΔH reaksi hidrogenasi etena (C₂H₄ (g) + H₂ (g) → C₂H₆ (g)).
1. -124 kJ
2. +124 kJ
3. -136 kJ
4. +136 kJ
5. -248 kJ
Proses peleburan es (H₂O (s) → H₂O (l)) pada 0°C dan 1 atm adalah proses…
1. Spontan, ΔH positif, ΔS positif
2. Tidak spontan, ΔH positif, ΔS positif
3. Spontan, ΔH negatif, ΔS negatif
4. Tidak spontan, ΔH negatif, ΔS positif
5. Spontan, ΔH positif, ΔS negatif
Dalam suatu kalorimeter, 50 g air dipanaskan dari 25°C menjadi 30°C. Jika kalor jenis air adalah 4,2 J/g°C, maka kalor yang diserap air adalah…
1. 210 J
2. 1050 J
3. 2100 J
4. 10500 J
5. 21000 J
Manakah pernyataan yang benar mengenai energi bebas Gibbs (ΔG)?
1. Jika ΔG > 0, reaksi bersifat spontan.
2. Jika ΔG < 0, reaksi bersifat spontan.
3. Jika ΔG = 0, reaksi bersifat spontan.
4. Jika ΔG < 0, reaksi bersifat tidak spontan.
5. ΔG hanya bergantung pada perubahan entalpi.
Perhatikan reaksi: C (s) + O₂ (g) → CO₂ (g) ΔH = -393,5 kJ/mol. Reaksi ini merupakan contoh dari…
1. Entalpi pembentukan standar CO₂
2. Entalpi pembakaran standar C
3. Entalpi reaksi
4. A dan B benar
5. Semua benar
Suatu sistem melakukan kerja sebesar 200 J dan melepaskan kalor sebesar 150 J. Perubahan energi internal (ΔU) sistem adalah…
1. +350 J
2. +50 J
3. -50 J
4. -350 J
5. 0 J
Entropi adalah ukuran…
1. Energi total sistem.
2. Derajat ketidakteraturan atau keacakan sistem.
3. Kalor yang diserap atau dilepaskan.
4. Kerja yang dilakukan sistem.
5. Potensial listrik.
Reaksi CaCO₃ (s) → CaO (s) + CO₂ (g) adalah reaksi yang…
1. ΔH negatif, ΔS negatif
2. ΔH positif, ΔS negatif
3. ΔH negatif, ΔS positif
4. ΔH positif, ΔS positif
5. ΔH = 0, ΔS = 0
Pada proses adiabatik, …
1. Suhu sistem konstan.
2. Tekanan sistem konstan.
3. Tidak ada pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan.
4. Volume sistem konstan.
5. Energi internal sistem konstan.
Jika ΔH = +20 kJ dan ΔS = +50 J/K pada 25°C, maka reaksi tersebut akan spontan pada suhu…
1. Di bawah 400 K
2. Di atas 400 K
3. Tepat 400 K
4. Pada semua suhu
5. Tidak akan pernah spontan
Manakah dari pernyataan berikut yang paling tepat mendeskripsikan Hukum Termodinamika III?
1. Entropi alam semesta selalu meningkat dalam proses spontan.
2. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
3. Pada nol absolut, entropi kristal sempurna adalah nol.
4. Kalor mengalir secara spontan dari benda panas ke benda dingin.
5. ΔG = ΔH – TΔS.

B. Soal Isian Singkat (5 Soal)

Satuan standar untuk perubahan entalpi (ΔH) adalah…
Proses yang tidak melibatkan perubahan suhu disebut…
Jika ΔG suatu reaksi bernilai nol, maka reaksi tersebut berada dalam keadaan…
Hukum Hess menyatakan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir, tidak bergantung pada…
Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1°C disebut…

C. Soal Uraian (5 Soal)

Jelaskan perbedaan antara reaksi eksoterm dan endoterm, serta berikan masing-masing satu contoh reaksi.
Bagaimana Hukum Termodinamika I (Hukum Kekekalan Energi) diaplikasikan dalam reaksi kimia? Jelaskan dengan konsep energi internal, kalor, dan kerja.
Tentukan apakah reaksi berikut spontan pada 25°C (298 K) jika ΔH = -120 kJ dan ΔS = -250 J/K. Jelaskan alasan Anda.
Jelaskan apa yang dimaksud dengan entropi dan berikan tiga contoh proses yang menyebabkan peningkatan entropi.
Diketahui data energi ikatan rata-rata:
- C-H : 413 kJ/mol
- O=O : 495 kJ/mol
- C=O : 799 kJ/mol (dalam CO₂)
- O-H : 463 kJ/mol
Hitung perubahan entalpi (ΔH) untuk reaksi pembakaran metana: CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g).

D. Soal Mencocokkan (2 Soal)

Cocokkan istilah di kolom kiri dengan definisi yang tepat di kolom kanan:

Istilah	Definisi
a. Entalpi	1. Ukuran ketidakteraturan sistem
b. Entropi	2. Energi yang dilepaskan atau diserap pada tekanan konstan
c. Energi Bebas Gibbs	3. Kriteria spontanitas reaksi pada suhu dan tekanan konstan

Cocokkan jenis proses termodinamika dengan karakteristiknya:

Jenis Proses	Karakteristik
a. Isotermik	1. Tidak ada pertukaran kalor (q=0)
b. Isobarik	2. Suhu konstan (ΔT=0)
c. Adiabatik	3. Volume konstan (ΔV=0)
d. Isokhorik	4. Tekanan konstan (ΔP=0)

Kunci Jawaban dan Pembahasan

A. Kunci Jawaban Soal Pilihan Ganda

D. Reaksi bersifat eksoterm.
Pembahasan: Nilai ΔH negatif (-571,6 kJ) menunjukkan bahwa reaksi melepaskan kalor ke lingkungan, yang merupakan ciri reaksi eksoterm.
B. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk.
Pembahasan: Ini adalah pernyataan fundamental dari Hukum Termodinamika I, juga dikenal sebagai Hukum Kekekalan Energi.
C. Spontan pada semua suhu.
Pembahasan: Jika ΔH negatif dan ΔS positif, maka ΔG = ΔH – TΔS akan selalu negatif pada semua suhu (karena -TΔS akan selalu negatif). Reaksi dengan ΔG negatif selalu spontan.
D. Pembentukan senyawa kompleks dari ion-ion sederhana.
Pembahasan: Pembentukan senyawa kompleks dari ion-ion sederhana biasanya melibatkan pengurangan jumlah partikel bebas atau peningkatan keteraturan, sehingga entropi cenderung menurun. Pilihan lainnya meningkatkan entropi.
A. -74,8 kJ/mol
Pembahasan: Reaksi pembakaran CH₄: CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (l). ΔH reaksi = [ΔH°f CO₂ + 2 × ΔH°f H₂O] – [ΔH°f CH₄ + 2 × 0]. -890,3 = [-393,5 + 2 × (-285,8)] – [ΔH°f CH₄ + 0]. -890,3 = [-393,5 – 571,6] – ΔH°f CH₄. -890,3 = -965,1 – ΔH°f CH₄. ΔH°f CH₄ = -965,1 + 890,3 = -74,8 kJ/mol.
E. Isobarik
Pembahasan: Proses isobarik adalah proses yang terjadi pada tekanan konstan (ΔP = 0).
B. 25°C dan 1 atm
Pembahasan: Keadaan standar dalam termokimia didefinisikan pada suhu 25°C (298 K) dan tekanan 1 atm.
B. +50 J
Pembahasan: Berdasarkan Hukum Termodinamika I, ΔU = q + w. Kalor diserap (q) = +100 J. Melakukan kerja (w) = -50 J (karena kerja dilakukan oleh sistem). ΔU = 100 J + (-50 J) = +50 J.
B. ΔS < 0 (negatif)
Pembahasan: Reaksi ini mengubah 4 mol gas (1 mol N₂ + 3 mol H₂) menjadi 2 mol gas (2 mol NH₃). Penurunan jumlah mol gas menyebabkan penurunan ketidakteraturan sistem, sehingga ΔS negatif.
A. -124 kJ
Pembahasan: Reaksi: C₂H₄ (g) + H₂ (g) → C₂H₆ (g). Ikatan yang putus: 1 C=C, 1 H-H (Total = 614 + 436 = 1050 kJ). Ikatan yang terbentuk: 1 C-C, 2 C-H baru (Total = 348 + 2 × 413 = 348 + 826 = 1174 kJ). ΔH = Energi ikatan putus – Energi ikatan terbentuk = 1050 – 1174 = -124 kJ.
A. Spontan, ΔH positif, ΔS positif
Pembahasan: Peleburan es memerlukan energi (endoterm, ΔH positif) dan menghasilkan fase cair yang lebih tidak teratur dari padat (ΔS positif). Pada 0°C, proses ini spontan karena pada suhu ini es dan air berada dalam kesetimbangan, dan sedikit peningkatan suhu akan membuatnya spontan. Secara umum, pada suhu > 0°C, peleburan es spontan.
B. 1050 J
Pembahasan: q = m × c × ΔT = 50 g × 4,2 J/g°C × (30°C – 25°C) = 50 × 4,2 × 5 = 1050 J.
B. Jika ΔG < 0, reaksi bersifat spontan.
Pembahasan: Ini adalah kriteria spontanitas reaksi pada suhu dan tekanan konstan.
D. A dan B benar
Pembahasan: Reaksi ini membentuk 1 mol CO₂ dari unsur-unsurnya (C dan O₂) dalam keadaan standar, sehingga merupakan entalpi pembentukan standar CO₂. Sekaligus, ini adalah pembakaran 1 mol karbon, sehingga juga merupakan entalpi pembakaran standar C.
D. -350 J
Pembahasan: ΔU = q + w. Sistem melakukan kerja (w) = -200 J. Melepaskan kalor (q) = -150 J. ΔU = -150 J + (-200 J) = -350 J.
B. Derajat ketidakteraturan atau keacakan sistem.
Pembahasan: Entropi adalah ukuran kuantitatif dari ketidakteraturan atau keacakan suatu sistem.
D. ΔH positif, ΔS positif
Pembahasan: Reaksi dekomposisi CaCO₃ memerlukan energi (endoterm, ΔH positif) dan menghasilkan gas (CO₂), yang sangat meningkatkan ketidakteraturan sistem (ΔS positif). Reaksi ini spontan pada suhu tinggi.
C. Tidak ada pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan.
Pembahasan: Proses adiabatik adalah proses di mana tidak ada kalor yang masuk atau keluar dari sistem (q = 0).
B. Di atas 400 K
Pembahasan: Reaksi spontan jika ΔG < 0. ΔG = ΔH – TΔS. ΔH = +20 kJ = +20000 J. ΔS = +50 J/K. Agar spontan, ΔH – TΔS < 0. 20000 – T(50) < 0. 20000 < 50T. T > 20000 / 50. T > 400 K. Jadi, reaksi spontan pada suhu di atas 400 K.
C. Pada nol absolut, entropi kristal sempurna adalah nol.
Pembahasan: Ini adalah pernyataan Hukum Termodinamika III, yang mendefinisikan titik nol entropi.

B. Kunci Jawaban Soal Isian Singkat

Joule (J) atau kilojoule (kJ)
Isotermik
Kesetimbangan
Jalannya reaksi atau tahapan reaksi
Kalor jenis

C. Kunci Jawaban Soal Uraian

Perbedaan Reaksi Eksoterm dan Endoterm:
- Reaksi Eksoterm: Reaksi yang melepaskan kalor ke lingkungan. Akibatnya, suhu lingkungan akan meningkat. Perubahan entalpi (ΔH) untuk reaksi eksoterm bernilai negatif. Contoh: Pembakaran bahan bakar (misalnya, CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (l), ΔH < 0).
- Reaksi Endoterm: Reaksi yang menyerap kalor dari lingkungan. Akibatnya, suhu lingkungan akan menurun. Perubahan entalpi (ΔH) untuk reaksi endoterm bernilai positif. Contoh: Fotosintesis (6CO₂ (g) + 6H₂O (l) → C₆H₁₂O₆ (s) + 6O₂ (g), ΔH > 0) atau peleburan es.
Aplikasi Hukum Termodinamika I dalam Reaksi Kimia: Hukum Termodinamika I menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk. Dalam konteks reaksi kimia, ini berarti perubahan energi internal (ΔU) suatu sistem (reaktan dan produk) adalah jumlah dari kalor (q) yang ditukarkan dengan lingkungan dan kerja (w) yang dilakukan oleh atau pada sistem. Persamaan matematisnya adalah ΔU = q + w.
- Energi Internal (ΔU): Merupakan total energi kinetik dan potensial partikel dalam sistem.
- Kalor (q): Energi yang ditransfer karena perbedaan suhu. Jika sistem menyerap kalor, q positif; jika sistem melepaskan kalor, q negatif.
- Kerja (w): Energi yang ditransfer melalui gaya yang bekerja pada jarak. Dalam reaksi kimia yang melibatkan gas, kerja seringkali berupa kerja ekspansi-kompresi (PΔV). Jika sistem melakukan kerja (misalnya, gas mengembang), w negatif; jika kerja dilakukan pada sistem (misalnya, gas dikompresi), w positif.
Jadi, energi total sistem dan lingkungan tetap konstan; energi hanya berpindah bentuk antara kalor, kerja, dan energi internal.
Spontanitas Reaksi: Untuk menentukan spontanitas, kita hitung energi bebas Gibbs (ΔG) menggunakan rumus ΔG = ΔH – TΔS. Diketahui: ΔH = -120 kJ = -120.000 J. ΔS = -250 J/K. T = 25°C = 298 K. ΔG = -120.000 J – (298 K × -250 J/K). ΔG = -120.000 J – (-74.500 J). ΔG = -120.000 J + 74.500 J. ΔG = -45.500 J = -45,5 kJ. Karena ΔG bernilai negatif (-45,5 kJ), reaksi tersebut spontan pada suhu 25°C.
Entropi dan Contoh Peningkatan Entropi: Entropi (S) adalah ukuran derajat ketidakteraturan, keacakan, atau penyebaran energi dalam suatu sistem. Semakin tinggi ketidakteraturan suatu sistem, semakin tinggi entropinya. Hukum Termodinamika II menyatakan bahwa entropi alam semesta selalu meningkat dalam proses spontan. Tiga contoh proses yang menyebabkan peningkatan entropi:
1. Peleburan es: H₂O (s) → H₂O (l). Padatan memiliki susunan partikel yang lebih teratur dibandingkan cairan, sehingga saat es melebur menjadi air, ketidakteraturan meningkat dan entropi positif.
2. Penguapan air: H₂O (l) → H₂O (g). Gas memiliki partikel yang bergerak bebas dan tidak teratur dibandingkan cairan, sehingga penguapan menyebabkan peningkatan entropi yang signifikan.
3. Pencampuran gas: Ketika dua gas berbeda dicampur, partikel-partikelnya menyebar ke seluruh volume yang tersedia, meningkatkan jumlah mikrostate dan ketidakteraturan, sehingga entropi sistem meningkat.
4. Reaksi yang menghasilkan lebih banyak mol gas: Misalnya, dekomposisi CaCO₃ (s) → CaO (s) + CO₂ (g). Satu mol padatan menghasilkan satu mol padatan dan satu mol gas, sehingga entropi sistem meningkat.
Perhitungan ΔH Reaksi Pembakaran Metana: Reaksi: CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g). Ikatan yang putus (reaktan):
- 4 × C-H = 4 × 413 kJ/mol = 1652 kJ
- 2 × O=O = 2 × 495 kJ/mol = 990 kJ
- Total energi ikatan putus = 1652 + 990 = 2642 kJ
Ikatan yang terbentuk (produk):
- 2 × C=O (dalam CO₂) = 2 × 799 kJ/mol = 1598 kJ
- 4 × O-H (dalam 2H₂O) = 4 × 463 kJ/mol = 1852 kJ
- Total energi ikatan terbentuk = 1598 + 1852 = 3450 kJ
Perubahan entalpi (ΔH) = Energi ikatan putus – Energi ikatan terbentuk. ΔH = 2642 kJ – 3450 kJ = -808 kJ. Jadi, perubahan entalpi untuk reaksi pembakaran metana adalah -808 kJ.

D. Kunci Jawaban Soal Mencocokkan

- a. Entalpi cocok dengan 2. Energi yang dilepaskan atau diserap pada tekanan konstan
- b. Entropi cocok dengan 1. Ukuran ketidakteraturan sistem
- c. Energi Bebas Gibbs cocok dengan 3. Kriteria spontanitas reaksi pada suhu dan tekanan konstan
- a. Isotermik cocok dengan 2. Suhu konstan (ΔT=0)
- b. Isobarik cocok dengan 4. Tekanan konstan (ΔP=0)
- c. Adiabatik cocok dengan 1. Tidak ada pertukaran kalor (q=0)
- d. Isokhorik cocok dengan 3. Volume konstan (ΔV=0)