10 Contoh Soal Essay tentang Termokimia dan Jawabannya

Termokimia adalah bagian dari ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara kalor (energi panas) dengan reaksi kimia atau proses-proses yang berhubungan dengan reaksi kimia. Untuk lebih mendalami materi termokimia, perhatikan contoh soal essay termokimia berikut ini.

Soal No. 1

Sepotong logam magnesium direaksikan dengan asam klorida encer pada sistem terbuka dengan reaksi:

Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g)

Pada reaksi tersebut sistem melepas kalor sebesar 200 kJ dan menghasilkan gas yang akan menyebabkan terjadinya perubahan volume. Sistem juga melakukan kerja sebesar 50 kJ. Tentukan perubahan energi dalam (∆E) dalam proses tersebut!

Jawaban:

Diketahui:

q = – 200 kJ (karena sistem melepas kalor, maka q bertanda negatif)

w = – 50 kJ (karena sistem melakukan kerja, maka w bertanda negatif)

Ditanyakan: ΔE = …?

Jawaban:

ΔE = q + w

ΔE = -200 + (-50)

ΔE = – 250 kJ

Soal No. 2

Nilai perubahan entalpi pembakaran standar (∆H_c⁰) methanol (CH₃OH) adalah – 638,5 kJ/mol. Tuliskan persamaan termokimiana!

Jawaban:

CH₃OH(l) + 3/2 O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g)               ∆H = –638,5 kJ

Soal No. 3

Diketahui ∆H_c⁰ C = – 393,5 kJ/mol. Berapa kalor yang terjadi pada pembakaran 1 kg arah jika dianggap bahwa arang mengandung 48% karbon dan Ar C = 12?

Jawaban:

Diketahui:

∆H_c⁰ C = – 393,5 kJ/mol

massa C = (48/100) x 1000 gram = 480 gram

Jumlah mol = gr/Ar = 480/12 = 40 mol

Ditanyakan: q = ….?

Jawaban:

q = 40 mol x 393,5 kJ/mol

q = 15.740 kJ

Soal No. 4

Di dalam suatu kalorimeter bom direaksikan 0,16 gram gas metana (CH₄) dengan oksigen berlebih sehingga terjadi reaksi berikut.

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g)

Ternyata terjadi kenaikan suhu 1,56⁰C. Diketahui kapasitas kalor kalorimeter adalah 958 J/⁰C, massa air di dalam kalorimeter adalah 1.000 gram, dan kalor jenis air 4,18 J/g⁰C. Tentukan kalor pembakaran gas metana dalam kJ/mol. (Ar C = 12, H = 1)

Jawaban:

Kalor yang dilepas sistem sama dengan kalor yang diserap oleh air dalam kalorimeter dan oleh kalorimeter, maka:

q_total = q_sistem + q_kalorimeter

q_sistem = m_air x c_air x ∆T

q_sistem = 1.000 g x 4,18 J/g⁰C x 1,56⁰C = 6.520 J

q_kalorimeter = C_p x ∆T

q_kalorimeter = 958 J/⁰C x 1,56⁰C = 1.494 J

maka:

q_total = 6.520 J + 1.494 J = 8.014 J = 8,014 kJ

Jumlah mol CH₄ = 0,16/16 = 0,01 mol

∆H_c⁰ = -(q/n) = – (8,014 kJ/0,01 mol = – 801,4 kJ/mol

Soal No. 5

Dalam suatu kalorimeter direaksikan 100 cm³ larutan NaOH 1 M dengan 100 cm³ larutan HCl 1 M. Ternyata suhunya naik dari 25⁰C menjadi 31⁰C. Kalor jenis larutan dianggap sama dengan kalor jenis air, yaitu 4,18 J/gK dan massa jenis larutan dianggap 1 g/cm³. Jika dianggap bahwa kalorimeter tidak menyerap kalor, tentukan perubahan entalpi dari reaksi:

NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)

Jawaban:

q_total = q_sistem + q_kalorimeter

oleh karena kalorimeter tidak menyerap kalor, maka:

q­_total = q_sistem

massa larutan = m NaOH + m HCl

massa larutan = 100 gram + 100 gram = 200 gram

∆T = 31 – 25 = 6⁰C = 6K

q_sistem = m_larutan x c_larutan x ∆T

q_sistem = 200 gram x 4,18 J/gK x 6 K

q_sistem = 5.016 J = 5,016 kJ

NaOH = HCl = 0,1 L x 1 mol/L = 0,1 mol

Jadi, pada reaksi antara 0,1 mol NaOH dengan 0,1 mol HCl terjadi perubahan kalor sebesar 5,016 kJ.

Maka, untuk setiap 1 mol NaOH yang bereaksi dengan 1 mol HCl akan terjadi perubahan kalor sebesar:

5,016 kJ/0,1 mol = 50,16 kJ/mol

Oleh karena pada saat reaksi suhu sistem naik, maka reaksi berlangsung secara eksoterm dan perubahan entalpinya bernilai negatif. Persamaan termokimianya adalah sebagai berikut.

NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)                ∆H = – 50,16 kJ

Soal No. 6

Diketahui:

2Al(s) + 3/2 O₂(g) → Al­₂O₃(s)       ∆H = – 1.601 kJ   ……….. (1)

2Fe(s) + 3/2 O₂(g) → Fe₂O₃(s)      ∆H = – 821 kJ      ……….. (2)

Hitunglah perubahan entalpi yang terjadi pada reaksi:

2Al(s) + Fe₂O₃(s) → Al₂O₃(s) + 2Fe(s) ……………………….…..(3)

Jawaban:

Soal No. 7

Diketahui:

∆H_f⁰ H₂O(g) = – 242 kJ/mol

∆H_f⁰ CO₂(g) = – 394 kJ/mol

∆H_f⁰ CH₄(g) = – 84 kJ/mol

Hitunglah perubahan entalpi pembakaran (∆H_c⁰) CH₄.

Jawaban:

Untuk menentukan perubahan entalpi pembakaran, maka reaksi pembakaran harus kita tuliskan terlebih dahulu.

CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(g)          ∆H_c⁰= ?

∆H = ⅀∆H_f⁰ produk – ⅀∆H_f⁰ reaktan

∆H = (∆H_f⁰ CO₂ + 2∆H_f⁰ H₂O) – (∆H_f⁰ CH₄ – 2∆H_f⁰ O₂)

∆H = (-394 + 2(-242)) – (-84 + 2(0))

∆H = -394 – 484 + 84 – 0 = – 794 kJ

Soal No. 8

Diketahui siklus Hess sebagai berikut.

Dari siklus tersebut, tentukan perubahan entalpi reaksi:

CaO(s) + H₂O(l) → Ca(OH)₂ (s)

Jawaban:

∆H₂ = ∆H₁ + ∆H₃

∆H₃ = ∆H₂ – ∆H₁

∆H₃ = – 986 kJ – (-920 kJ)

∆H₃ = -982 + 920 = – 66 kJ

Soal No. 9

Dengan menggunakan data energi ikatan rata-rata. Hitunglah perubahan entalpi (∆H) reaksi berikut.

CH₄(g) + Cl₂(g) → CH₃Cl(g) + HCl(g)

Jawaban:

Ikatan yang putus:

4 ikatan C – H = 4 x 413 kJ = 1.652 k

1 ikatan Cl – Cl = 1 x 242 kJ = 242 kJ

Ikatan yang terbentuk:

3 ikatan C – H = 3 x 413 kJ = 1.239 kJ

1 ikatan C – Cl = 1 x 328 kJ = 328 kJ

1 ikatan H – Cl = 1 x 431 kJ = 431 kJ

∆H = ⅀_{energi pemutusan ikatan} – ⅀_{energi penggabungan ikatan}

∆H = (1.652 + 242) – (1.239 + 328 + 431)

∆H = 1.894 – 1.998

∆H = – 104 kJ

Soal No. 10

Diketahui energi disosiasi ikatan Cl – Cl pada molekul Cl₂ adalah 243,4 kJ/mol dan H – H pada molekul H₂ adalah 435,9 kJ/mol, serta ∆H_f⁰ HCl adalah – 92,3 kJ/mol. Berdasarkan data tersebut, hitunglah energi ikatan rata-rata H – Cl pada molekul HCl.

Jawaban:

Reaksi pembentukan HCl adalah:

½ H₂(g) + ½ Cl₂(g) → HCl(g)                           ∆H_f⁰ = – 92,3 kJ

Struktur ikatannya adalah:

½ H – H + ½ Cl – Cl → H – Cl

∆H_f⁰ = ( ½ Cl – Cl + ½ H – H ) – ( H – Cl )

-92,3 = ( ½ x 243,4 + ½ x 435,9) – (H – Cl)

-92,3 = 339,65 – (H – Cl)

H – Cl = 92,3 + 339,65 = 431,95 kJ/mol