Selamat datang di sumber belajar terlengkap untuk menghadapi ujian kimia, khususnya pada materi termodinamika kimia! Artikel ini dirancang khusus untuk membantu Anda menguasai konsep-konsep inti termodinamika melalui serangkaian latihan soal yang komprehensif. Termodinamika kimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara kalor, kerja, dan bentuk-bentuk energi lainnya dengan perubahan kimia dan fisika. Pemahaman yang kuat tentang entalpi, entropi, energi bebas Gibbs, hukum Hess, serta konsep spontanitas reaksi sangat penting. Di sini, Anda akan menemukan 20 soal pilihan ganda, 5 soal isian singkat, 5 soal uraian, dan 2 soal mencocokkan, semuanya dilengkapi dengan kunci jawaban dan pembahasan mendetail. Persiapkan diri Anda dengan baik, latih kemampuan analisis Anda, dan tingkatkan pemahaman Anda tentang soal kimia materi termodinamika kimia agar siap menghadapi berbagai tantangan akademik.
A. Soal Pilihan Ganda
- Perhatikan pernyataan berikut:
- Sistem adalah bagian dari alam semesta yang menjadi pusat perhatian.
- Lingkungan adalah bagian di luar sistem yang berinteraksi dengan sistem.
- Sistem terbuka dapat mempertukarkan materi dan energi dengan lingkungan.
- Sistem tertutup hanya dapat mempertukarkan materi dengan lingkungan.
- Sistem terisolasi tidak dapat mempertukarkan materi maupun energi dengan lingkungan.
Pernyataan yang tidak tepat mengenai sistem dan lingkungan adalah…
A. (a)
B. (b)
C. (c)
D. (d)
E. (e) - Proses endoterm adalah proses yang…
A. Melepaskan kalor ke lingkungan
B. Membutuhkan kalor dari lingkungan
C. Tidak ada perubahan kalor
D. Mengalami penurunan suhu
E. Menghasilkan kerja - Jika reaksi A + B → C memiliki ΔH = -100 kJ, maka reaksi tersebut adalah…
A. Endoterm
B. Eksoterm
C. Reversibel
D. Spontan
E. Tidak spontan - Entalpi pembentukan standar (ΔH°f) suatu unsur dalam bentuk paling stabilnya adalah…
A. Positif
B. Negatif
C. Nol
D. Tergantung suhu
E. Tergantung tekanan - Diketahui reaksi:
- C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH = -393,5 kJ
- H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) ΔH = -285,8 kJ
- C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) → 2CO₂(g) + H₂O(l) ΔH = -1299,6 kJ
Berdasarkan hukum Hess, entalpi pembentukan standar C₂H₂(g) adalah…
A. +226,7 kJ/mol
B. -226,7 kJ/mol
C. +188,3 kJ/mol
D. -188,3 kJ/mol
E. +678,5 kJ/mol - Kalor yang dilepaskan atau diserap pada tekanan konstan disebut…
A. Energi dalam
B. Kerja
C. Entalpi
D. Entropi
E. Energi bebas Gibbs - Perubahan entalpi standar untuk reaksi dekomposisi 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya dalam keadaan standar disebut…
A. Entalpi pembentukan standar
B. Entalpi penguraian standar
C. Entalpi pembakaran standar
D. Entalpi netralisasi standar
E. Entalpi pelarutan standar - Suatu reaksi dikatakan spontan jika…
A. ΔG > 0
B. ΔG < 0
C. ΔG = 0
D. ΔH > 0
E. ΔS < 0 - Jika ΔH bernilai positif dan ΔS bernilai negatif, maka reaksi…
A. Selalu spontan pada semua suhu
B. Selalu tidak spontan pada semua suhu
C. Spontan pada suhu tinggi
D. Spontan pada suhu rendah
E. Spontan pada suhu tertentu - Satuan untuk entropi adalah…
A. Joule (J)
B. Joule per mol (J/mol)
C. Joule per Kelvin (J/K)
D. Joule per mol Kelvin (J/mol·K)
E. Kelvin (K) - Hukum termodinamika pertama menyatakan bahwa…
A. Entropi alam semesta selalu meningkat
B. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan
C. Pada titik nol absolut, entropi kristal sempurna adalah nol
D. Kalor mengalir dari benda panas ke benda dingin
E. Energi bebas Gibbs menentukan spontanitas reaksi - Reaksi pembakaran metana (CH₄) adalah eksoterm. Ini berarti…
A. Sistem menyerap kalor dari lingkungan
B. Sistem melepaskan kalor ke lingkungan
C. Entalpi produk lebih tinggi dari entalpi reaktan
D. ΔH reaksi bernilai positif
E. Reaksi ini tidak spontan - Manakah dari proses berikut yang melibatkan peningkatan entropi (ΔS > 0)?
A. Pembekuan air
B. Kondensasi uap air
C. Pembentukan kristal
D. Peleburan es
E. Gas bereaksi membentuk padatan - Diketahui energi ikatan rata-rata:C-H = 413 kJ/molO=O = 495 kJ/molC=O = 799 kJ/molO-H = 463 kJ/molPerubahan entalpi untuk reaksi pembakaran CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g) adalah…
A. -808 kJ/mol
B. +808 kJ/mol
C. -1640 kJ/mol
D. +1640 kJ/mol
E. -204 kJ/mol - Jika suatu reaksi memiliki ΔH = -50 kJ dan ΔS = -150 J/K, pada suhu berapakah reaksi ini akan spontan?
A. T < 333,3 K
B. T > 333,3 K
C. T = 333,3 K
D. Selalu spontan
E. Tidak pernah spontan - Kalorimeter bom digunakan untuk mengukur…
A. Perubahan entalpi pada tekanan konstan
B. Perubahan entalpi pada volume konstan
C. Perubahan energi dalam pada tekanan konstan
D. Perubahan energi dalam pada volume konstan
E. Kerja yang dilakukan oleh sistem - Jika suatu reaksi mencapai kesetimbangan, maka nilai energi bebas Gibbs (ΔG) adalah…
A. Positif
B. Negatif
C. Nol
D. Tergantung suhu
E. Tergantung tekanan - Reaksi N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) memiliki perubahan entropi yang…
A. Positif, karena jumlah mol gas bertambah
B. Negatif, karena jumlah mol gas berkurang
C. Positif, karena terjadi pembentukan ikatan
D. Negatif, karena terjadi pemutusan ikatan
E. Nol, karena jumlah atom tetap - Pada proses adiabatik…
A. Tidak ada pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan
B. Suhu sistem tetap konstan
C. Tekanan sistem tetap konstan
D. Volume sistem tetap konstan
E. Sistem melakukan kerja maksimum - Hukum termodinamika ketiga menyatakan bahwa…
A. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan
B. Entropi alam semesta selalu meningkat
C. Entropi kristal sempurna pada 0 K adalah nol
D. Kalor mengalir dari benda panas ke benda dingin
E. Energi bebas Gibbs menentukan spontanitas reaksi
B. Soal Isian Singkat
- Perubahan entalpi pada pembakaran 1 mol zat secara sempurna dengan oksigen berlebih dalam keadaan standar disebut entalpi __________ standar.
- Hukum Hess menyatakan bahwa perubahan entalpi suatu reaksi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir, tidak pada __________ reaksi.
- Jika nilai ΔH reaksi positif, maka reaksi tersebut adalah reaksi __________ .
- Proses yang terjadi pada suhu konstan disebut proses __________ .
- Nilai ΔG = ΔH – TΔS adalah persamaan untuk menghitung __________ .
C. Soal Uraian
- Jelaskan perbedaan mendasar antara sistem terbuka, sistem tertutup, dan sistem terisolasi dalam termodinamika kimia, serta berikan contoh masing-masing.
- Hitunglah perubahan entalpi (ΔH) untuk reaksi pembentukan gas SO₃ dari belerang padat dan gas oksigen, jika diketahui:
- S(s) + O₂(g) → SO₂(g) ΔH = -296,8 kJ
- 2SO₃(g) → 2SO₂(g) + O₂(g) ΔH = +197,8 kJ
Reaksi yang ditanyakan: S(s) + 3/2 O₂(g) → SO₃(g)
- Tentukan apakah reaksi berikut spontan pada 25°C:2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)Diketahui:ΔH° = -114,1 kJΔS° = -146,5 J/K(Asumsikan T = 298 K)
- Jelaskan apa yang dimaksud dengan entropi dan bagaimana perubahan entropi dapat mempengaruhi spontanitas suatu reaksi kimia. Berikan contoh reaksi dengan peningkatan entropi dan penurunan entropi.
- Sebanyak 50 gram air dipanaskan dari 20°C menjadi 80°C. Jika kalor jenis air adalah 4,2 J/g°C, hitunglah kalor yang diserap oleh air tersebut.
D. Soal Mencocokkan
- Cocokkan istilah di kolom kiri dengan definisi yang tepat di kolom kanan:
- Kolom Kiri
- Entalpi
- Entropi
- Energi Bebas Gibbs
- Hukum Hess
- Kolom Kanan
- Ukuran ketidakteraturan atau keacakan sistem.
- Fungsi keadaan yang menentukan spontanitas reaksi.
- Kalor reaksi pada tekanan konstan.
- Perubahan entalpi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir.
- Kolom Kiri
- Cocokkan jenis reaksi di kolom kiri dengan karakteristik perubahan entalpinya di kolom kanan:
- Kolom Kiri
- Reaksi Eksoterm
- Reaksi Endoterm
- Kolom Kanan
- ΔH > 0 (positif)
- ΔH < 0 (negatif)
- Kolom Kiri
Kunci Jawaban
A. Kunci Jawaban Soal Pilihan Ganda
- D. (d)
Pembahasan: Pernyataan (d) salah. Sistem tertutup hanya dapat mempertukarkan energi (kalor atau kerja) dengan lingkungan, tetapi tidak dapat mempertukarkan materi. - B. Membutuhkan kalor dari lingkungan
Pembahasan: Proses endoterm adalah proses yang menyerap atau membutuhkan kalor dari lingkungan, sehingga ΔH bernilai positif. - B. Eksoterm
Pembahasan: Reaksi dengan ΔH bernilai negatif (-100 kJ) menunjukkan bahwa reaksi tersebut melepaskan kalor ke lingkungan, yang merupakan ciri reaksi eksoterm. - C. Nol
Pembahasan: Entalpi pembentukan standar suatu unsur dalam bentuk paling stabilnya (misalnya O₂(g), C(grafit), H₂(g)) didefinisikan sebagai nol. - A. +226,7 kJ/mol
Pembahasan: Untuk mencari ΔH°f C₂H₂(g) dari reaksi 2C(s) + H₂(g) → C₂H₂(g), kita harus memanipulasi reaksi yang diketahui:1. C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH = -393,5 kJ (kalikan 2)2C(s) + 2O₂(g) → 2CO₂(g) ΔH = -787,0 kJ2. H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) ΔH = -285,8 kJ (tetap)3. C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) → 2CO₂(g) + H₂O(l) ΔH = -1299,6 kJ (balik reaksi)2CO₂(g) + H₂O(l) → C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) ΔH = +1299,6 kJJumlahkan ketiga reaksi yang sudah dimanipulasi:2C(s) + 2O₂(g) → 2CO₂(g) ΔH = -787,0 kJH₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) ΔH = -285,8 kJ2CO₂(g) + H₂O(l) → C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) ΔH = +1299,6 kJ————————————————————- +2C(s) + H₂(g) + 2O₂(g) + 1/2 O₂(g) + 2CO₂(g) + H₂O(l) → 2CO₂(g) + H₂O(l) + C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g)Sederhanakan:2C(s) + H₂(g) + 5/2 O₂(g) → C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g)2C(s) + H₂(g) → C₂H₂(g)ΔH = -787,0 kJ + (-285,8 kJ) + 1299,6 kJ = +226,8 kJ. (Pilihan A adalah yang terdekat) - C. Entalpi
Pembahasan: Entalpi (H) adalah fungsi keadaan yang menyatakan kalor yang diserap atau dilepaskan pada tekanan konstan. - B. Entalpi penguraian standar
Pembahasan: Entalpi penguraian standar (ΔH°d) adalah kebalikan dari entalpi pembentukan standar, yaitu energi yang diperlukan untuk menguraikan 1 mol senyawa menjadi unsur-unsurnya dalam keadaan standar. - B. ΔG < 0
Pembahasan: Reaksi dikatakan spontan jika perubahan energi bebas Gibbs (ΔG) bernilai negatif. - B. Selalu tidak spontan pada semua suhu
Pembahasan: Jika ΔH positif (endoterm) dan ΔS negatif (penurunan entropi), maka ΔG = ΔH – TΔS akan selalu positif (ΔG = (+) – T(-)) pada semua suhu, sehingga reaksi selalu tidak spontan. - D. Joule per mol Kelvin (J/mol·K)
Pembahasan: Satuan standar untuk entropi adalah Joule per Kelvin (J/K) atau Joule per mol Kelvin (J/mol·K) jika merujuk pada entropi molar. - B. Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan
Pembahasan: Ini adalah pernyataan dari Hukum Termodinamika Pertama, yang juga dikenal sebagai hukum kekekalan energi. - B. Sistem melepaskan kalor ke lingkungan
Pembahasan: Reaksi eksoterm melepaskan kalor ke lingkungan, menyebabkan ΔH bernilai negatif. - D. Peleburan es
Pembahasan: Peleburan es (padat menjadi cair) meningkatkan keacakan dan ketidakteraturan molekul air, sehingga entropi meningkat. Pilihan lain menunjukkan penurunan entropi (gas ke cair, cair ke padat). - A. -808 kJ/mol
Pembahasan:ΔH reaksi = Σ Energi ikatan pemutusan – Σ Energi ikatan pembentukanIkatan yang diputus:4 × C-H = 4 × 413 = 1652 kJ2 × O=O = 2 × 495 = 990 kJTotal pemutusan = 1652 + 990 = 2642 kJIkatan yang terbentuk:2 × C=O (dalam CO₂) = 2 × 799 = 1598 kJ4 × O-H (dalam 2H₂O) = 4 × 463 = 1852 kJTotal pembentukan = 1598 + 1852 = 3450 kJΔH reaksi = 2642 – 3450 = -808 kJ/mol - B. T > 333,3 K
Pembahasan:Reaksi spontan jika ΔG < 0.ΔG = ΔH – TΔS0 > ΔH – TΔSTΔS > ΔH T > ΔH / ΔSΔH = -50 kJ = -50.000 JΔS = -150 J/KT > -50.000 J / -150 J/KT > 333,33 K - D. Perubahan energi dalam pada volume konstan
Pembahasan: Kalorimeter bom adalah kalorimeter volume konstan, sehingga kalor yang diukur adalah perubahan energi dalam (ΔU atau ΔE). - C. Nol
Pembahasan: Pada keadaan kesetimbangan, sistem tidak memiliki kecenderungan untuk bergerak ke arah reaktan maupun produk, sehingga ΔG = 0. - B. Negatif, karena jumlah mol gas berkurang
Pembahasan: Pada reaksi N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g), jumlah mol gas berkurang dari 4 mol (1+3) menjadi 2 mol. Penurunan jumlah mol gas menyebabkan penurunan entropi (ΔS < 0). - A. Tidak ada pertukaran kalor antara sistem dan lingkungan
Pembahasan: Proses adiabatik adalah proses termodinamika di mana tidak ada pertukaran kalor (q = 0) antara sistem dan lingkungan. - C. Entropi kristal sempurna pada 0 K adalah nol
Pembahasan: Ini adalah pernyataan dari Hukum Termodinamika Ketiga, yang mendefinisikan titik nol absolut untuk entropi.
B. Kunci Jawaban Soal Isian Singkat
- pembakaran
- jalur/tahapan
- endoterm
- isotermal
- energi bebas Gibbs
C. Kunci Jawaban Soal Uraian
- Perbedaan Sistem dalam Termodinamika:
- Sistem Terbuka: Dapat mempertukarkan materi dan energi (kalor/kerja) dengan lingkungan. Contoh: Air mendidih dalam panci terbuka (uap air keluar, kalor masuk/keluar).
- Sistem Tertutup: Hanya dapat mempertukarkan energi (kalor/kerja) tetapi tidak materi dengan lingkungan. Contoh: Air mendidih dalam panci tertutup rapat (uap air tidak keluar, kalor masuk/keluar).
- Sistem Terisolasi: Tidak dapat mempertukarkan materi maupun energi dengan lingkungan. Contoh: Air panas dalam termos vakum yang sangat ideal (tidak ada uap atau kalor yang keluar/masuk secara signifikan).
- Perhitungan ΔH dengan Hukum Hess:Reaksi yang ditanyakan: S(s) + 3/2 O₂(g) → SO₃(g)Diketahui:1. S(s) + O₂(g) → SO₂(g) ΔH = -296,8 kJ (Tetap)2. 2SO₃(g) → 2SO₂(g) + O₂(g) ΔH = +197,8 kJ (Balik dan bagi 2)Manipulasi reaksi:1. S(s) + O₂(g) → SO₂(g) ΔH = -296,8 kJ2. SO₂(g) + 1/2 O₂(g) → SO₃(g) ΔH = -1/2 × (+197,8 kJ) = -98,9 kJJumlahkan reaksi yang dimanipulasi:S(s) + O₂(g) + SO₂(g) + 1/2 O₂(g) → SO₂(g) + SO₃(g)S(s) + 3/2 O₂(g) → SO₃(g)ΔH = -296,8 kJ + (-98,9 kJ) = -395,7 kJJadi, perubahan entalpi untuk reaksi tersebut adalah -395,7 kJ.
- Penentuan Spontanitas Reaksi:Reaksi: 2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g)Diketahui:ΔH° = -114,1 kJ = -114.100 JΔS° = -146,5 J/KT = 25°C = 298 KGunakan persamaan Gibbs: ΔG = ΔH – TΔSΔG = -114.100 J – (298 K × -146,5 J/K)ΔG = -114.100 J – (-43.657 J)ΔG = -114.100 J + 43.657 JΔG = -70.443 J = -70,443 kJKarena ΔG bernilai negatif (ΔG < 0), maka reaksi 2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g) adalah spontan pada 25°C.
- Entropi dan Spontanitas Reaksi:Entropi (S) adalah ukuran ketidakteraturan atau keacakan suatu sistem. Semakin besar ketidakteraturan, semakin tinggi entropinya.Perubahan entropi (ΔS) mempengaruhi spontanitas reaksi melalui persamaan energi bebas Gibbs: ΔG = ΔH – TΔS.
- Jika ΔS positif (peningkatan ketidakteraturan), suku -TΔS akan menjadi negatif, yang cenderung membuat ΔG negatif (spontan), terutama pada suhu tinggi.
- Jika ΔS negatif (penurunan ketidakteraturan), suku -TΔS akan menjadi positif, yang cenderung membuat ΔG positif (tidak spontan), terutama pada suhu tinggi.
Contoh Peningkatan Entropi (ΔS > 0):Peleburan es: H₂O(s) → H₂O(l). Molekul air menjadi lebih tidak teratur saat berubah dari padat ke cair.Penguapan air: H₂O(l) → H₂O(g). Molekul air menjadi sangat tidak teratur saat berubah dari cair ke gas.Reaksi dekomposisi yang menghasilkan gas: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g). Pembentukan gas dari padatan sangat meningkatkan entropi.Contoh Penurunan Entropi (ΔS < 0):Pembekuan air: H₂O(l) → H₂O(s). Molekul air menjadi lebih teratur saat berubah dari cair ke padat.Pembentukan senyawa dari gas menjadi padatan/cairan: N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g). Jumlah mol gas berkurang, sehingga ketidakteraturan sistem menurun.
- Perhitungan Kalor yang Diserap:Diketahui:Massa air (m) = 50 gramPerubahan suhu (ΔT) = 80°C – 20°C = 60°CKalor jenis air (c) = 4,2 J/g°CRumus kalor: q = m × c × ΔTq = 50 g × 4,2 J/g°C × 60°Cq = 12.600 Jq = 12,6 kJJadi, kalor yang diserap oleh air tersebut adalah 12.600 Joule atau 12,6 kJ.
D. Kunci Jawaban Soal Mencocokkan
-
- Entalpi – Kalor reaksi pada tekanan konstan. (a – iii)
- Entropi – Ukuran ketidakteraturan atau keacakan sistem. (b – i)
- Energi Bebas Gibbs – Fungsi keadaan yang menentukan spontanitas reaksi. (c – ii)
- Hukum Hess – Perubahan entalpi hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir. (d – iv)
-
- Reaksi Eksoterm – ΔH < 0 (negatif) (a – ii)
- Reaksi Endoterm – ΔH > 0 (positif) (b – i)