Contoh Soal Dan Penjelasan Konsep Kalor [PDF]

Citation preview

Konsep Kalor dan Kalorimetri



1. Berapa kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu 7,35 g air dari 21,0 ke 98,0 ˚C? (Asumsikan kalor spesifik air adalah 4,18 J g−1 ˚ C−1



dalam kisaran suhu tersebut.)



Penyelesaian : Kalor spesifik adalah kapasitas kalor dari 1,00 g air : 4,18 J g air ˚ C



Kapasitas kalor sistem (7,35 g air) adalah 7,35 g air x



4,18 J g air ˚ C



J



= 30,7 ˚ C



Perubahan suhu yang diperlukan dalam sisem adalah (98,0 -21,0) ˚ C = 77, 0 ˚ C Kalor yang diperlukan untuk menghasilkan perubahan suhu ini adalah J 30,7 ˚ C



3 x 77, 0 ˚ C = 2,36 x 10 J



Sumber Petrucci, Ralph H. dkk. 2008. Kimia Dasar Prinsip – Prinsip & Aplikasi Modern. Jakarta: Erlangga. Halaman 225 2. Diketahui:



(a). Sebanyak 150,0 g sampel timbal dipanaskan sampai suhu didih air (100,0˚C). (b) Sebanyak 50,0 g sampel air ditambahkan ke gelas piala kedap termal dan suhunya diketahui 22,0˚C. (c) Timbal panas dibenamkan ke air dingin dan suhu akhir campuran timbal air adalah 28,8˚C. Gunakan data yang disajikan untuk menghitung kalor spesifik timbal. Penyelesaian



:



Hitung q air = 50,0 g air x 3



10



4,18 J g air ˚ C



x (28,8 – 22,0) ˚C = 1,4 x



J



q timbal q timbal



3 = - q air = - 1,4 x 10 J



=150,0 g timbal x kalor spesifik timbal x (28,8 – 100,0)˚C =



3 -1,4x 10 J



Kalor spesifik timbal



= Sumber



=



−1,4 x 103 J 150,0 g timbal x ( 28,8−100,0 ) ˚ C



−1,4 x 103 J 150,0 g timbal x−71,2˚ C



−1 −1 = 0,13 J g ˚ C



Petrucci, Ralph H. dkk. 2008. Kimia Dasar Prinsip – Prinsip & Aplikasi Modern. Jakarta: Erlangga. Halaman 226 3. Pembakaran 1,010 g sukrosa,



C12 H 22 O11



, dalam kalorimeter bom



mengakibatkan suhu naik dari 24,92 menjadi 28,33˚C. Kapasitas kalor pada rakitan kalorimeter adalah 4,90 Kj/˚C. (a) Berapa kalor pembakaran sukrosa (dinyatakan dalam kilojoule per mol C12 H 22 O11 ? (b) Buktikan klaim produsen gula yang menyatakan bahwa satu sendok teh gula (sekitar 4,8 g) hanya mengandung 19 kalori. Penyelesaian : (a) Hitung q kalorim q kalorim = 4,90 kJ/˚C x (28,33 - 24,92) ˚C = (4,90 x 3,41) k J =



16,7 k J q reaksi = -



q kalorim = - 16,7 k J



Ini adalah kalor pembakaran dari 1,010 g sampel.. Per gram C12 H 22 O11 q reaksi



−16,7 k J



= 1,010 g C12 H 22 O11 = - 16,5 k J/g C12 H 22 O11



Per mol C12 H 22 O11 q reaksi



=



−16,5 k J g C 12 H 22 O11



x



342,3 g C12 H 22 O11 1mol C 12 H 22 O11



3 = - 5, 65 x 10 k J/mol C12 H 22 O11



(b) Untuk menetukan kadar kalori sukrosa, kita dapat menggunakan kalor pembakaran per gram sukrosa yang telah ditentukan pada



bagian (a), bersama dengan satu faktor untuk mengonversi dari kilojoule ke kilokalori. ( karena 1 kal = 4,184 J, maka 1 kkal = 4,184 k J)? kkal =



4,8 g C 12 H 22 O11 sendok teh



x



−16,5 k J g C 12 H 22 O11



x



1 kkal 4,184 k J



=



−19 kkal sendok teh



1 kalori makanan ( 1 kalori dnegan huruf kapital K) sebenarnya adalah 1000 kal, atau 1 kkal. Jadi, 19 kkal = 19 kalori. Klaim ini dapat dibenarkan



Sumber Petrucci, Ralph H. dkk. 2008. Kimia Dasar Prinsip – Prinsip & Aplikasi Modern. Jakarta: Erlangga. Halaman 229



4. Sejumlah massa alumunium (c = 0,21 kal/g ∙ ˚C) dipanasi hingga suhunya naik sebanyak 57 ˚C. Andai kata jumlah kalor yang sama dihantarkan pada jumlah massa tembaga (c = 0,093 kal/ g ∙ ˚C) yang sama pula, berapakah kenaikan suhu terjadi pada tembaga?



Penyelesaian



:



Karena ∆ Q sama untuk keduanya, kita peroleh, m c al ∆ T al = m c cu ∆ T cu ∆ T cu=¿



c al ( ∆ T al ) c cu



0,21 ( 0,093 )



=



(57 ˚ C ¿=129 ˚ C



Sumber Bueche, Frederick J. 1999. Teori dan Soal – Soal Fisika. Jakarta: Erlangga.



5. Dalam sebuah botol termos terdapat 250 g kopi pada suhu 90˚C. Ditambahkan susu sebanyak 20 g bersuhu 5˚C.. berapakah suhu campuran? Boleh dimisalkan tidak ada kalor yang terserap botol termos. Penyelesaian : Air, kopi, dan susu mempunyai nilai c yang sama yaitu 1,00 kal/g ∙˚ C . Berdasarkan hukum kekekalan energi sehingga dapat ditulis :



(perubahan kalor kopi) + (perubahan kalor susu) = 0 T



T



(cm ∆ ¿ ¿ kopi + (cm ∆ ¿ ¿ susu



=0



Kalau suhu akhir adalah t, maka ∆ T kopi



= t - 90˚C



Substitusikan, maka



∆ T susu



= t - 5˚C



(250 g )( t - 90˚C) + (20g)( t - 5˚C) = 0 Atau t = 83,7 ˚ C Sumber Bueche, Frederick J. 1999. Teori dan Soal – Soal Fisika. Jakarta: Erlangga. 6. Perpindahan kalor dari sebuah bola berdiameter 2 m kealiran udara bersuhu 25oC selama interval waktu satu jam adalah 3000 kJ. Berikan estimasi temperatur di permukaan bola jika koefisien perpindahan kalor nya adalah 10 W/m2K. Pembahasan



:



Perpindahan kalornya adalah Q=h c A(T s −T ∞ )∆ t 3 ×106 =10× 4 π ×12 ( T s−25 ) ×3600



Temperatur di permukaan dihitung sebesar T s=31,6 ℃



2 Perhatikan bahwa luas permukaan suatu bola adalah 4 π r



Sumber Merle C. Potter dan Craig W. Somerton. 2011. Termodinamika Teknik Edisi Kedua. Jakarta: Erlangga Halaman 44 No. 3.10.



3 7. (a) Berapa kalor diperlukan untuk memanaskan air 250 cm dari



suhu 20˚C menjadi 35˚C (b) berapa kalor dilepas air kalau air kembali mendingin sampai 20˚C? Penyelesaian : 3 Karena 250 cm air massanya 250 g, dan karena C air = 1,00 kal/ g˚C maka, (a) ∆ Q=mc ∆ T = (250 g)(1 kal/g ∙ ˚C)(15˚C) = 3750 kal = 15,7 k J ( b ) ∆ Q=mc ∆ T



= (250 g)(1 kal/g ∙ ˚C)(-15˚C) = -3750 kal = -15,7



kJ



Sumber Bueche, Frederick J. 1999. Teori dan Soal – Soal Fisika. Jakarta: Erlangga.