Ini Dia 5 Contoh Soal Termodinamika Terbaru Yang Harus Kamu Pelajari

Contoh Soal Termodinamika (Bagian II)

Soal 1

Hitung perubahan entropi ketika 3,00 mol bensin menguap secara reversibel pada titik didih normalnya yaitu 80,1°C. Entalpi molar penguapan bensin pada suhu ini adalah 30,8 kJ mol^-1. (Ketika penguapan terjadi, tekanan bensin di atas cairan dipertahankan pada 1 atm dengan cara meningkatkan volume yang tersedia untuk gas.)

Solusi:

Perubahan entropi dari suatu proses reversibel diberikan oleh rumus:

ΔS = q_rev/T

di mana ΔS adalah perubahan entropi, q_rev adalah kalor yang diserap atau dilepaskan selama proses reversibel, dan T adalah suhu pada saat proses terjadi.

Pada kasus ini, bensin menguap secara reversibel pada titik didih normalnya yaitu 80,1°C. Karena tekanannya dipertahankan pada 1 atm dengan meningkatkan volume yang tersedia untuk gas, proses ini bersifat isobarik. Kalor yang diserap oleh bensin selama penguapan diberikan oleh entalpi molar penguapan, ΔH_vap:

q_rev = ΔH_vap × n

di mana n adalah jumlah mol bensin yang menguap. Pada kasus ini, n = 3,00 mol.

q_rev = (30,8 kJ/mol) × (3,00 mol) = 92,4 kJ

Suhu pada saat proses terjadi adalah titik didih bensin, yang diberikan sebagai 80,1°C. Suhu ini harus dikonversi ke kelvin:

T = 80,1°C + 273,15 = 353,25 K

Sekarang kita dapat menghitung perubahan entropi:

ΔS = q_rev/T = (92,4 kJ)/(353,25 K) = 0,262 kJ/K

Oleh karena itu, perubahan entropi ketika 3,00 mol bensin menguap secara reversibel pada titik didih normalnya yaitu 80,1°C adalah 0,262 kJ/K.

Soal 2

(a) Hitung perubahan entropi untuk proses 5,00 mol argon yang mengembang secara reversibel pada suhu konstan 298 K dari tekanan 10,0 atm menjadi 1,00 atm.

(b) Hitung perubahan entropi untuk keadaan awal dan akhir yang sama seperti pada bagian (a) tetapi melalui jalur yang berbeda. Pertama, 5,00 mol argon mengembang secara reversibel dan adiabatik antara dua tekanan yang sama. Ini menyebabkan suhu turun menjadi 118,6 K. Kemudian gas dipanaskan pada tekanan konstan kembali ke 298 K.

Solusi:

(a) Untuk menghitung perubahan entropi untuk proses tersebut, kita dapat menggunakan rumus:

ΔS = nR ln(V2/V1) = nR ln(P1/P2)

Di mana ΔS adalah perubahan entropi, n adalah jumlah mol, R adalah konstanta gas, V1 adalah volume awal, V2 adalah volume akhir, P1 adalah tekanan awal, dan P2 adalah tekanan akhir.

Oleh karena itu, perubahan entropi adalah:

ΔS = nR ln(P1/P2) = (5,00 mol)(8,314 J/mol·K)ln(10 atm/1 atm) = +95,7 J/K

(b) Untuk langkah pertama, prosesnya adiabatik, sehingga tidak ada pertukaran kalor dan ΔS = 0. Ketika gas dipanaskan secara reversibel pada tekanan konstan dari 118,6 hingga 298 K, perubahan entropinya adalah

ΔS = nCp ln(T2/T1)

Di mana C adalah kapasitas kalor molar gas pada tekanan konstan. Untuk gas ideal, kita dapat hitung menggunakan rumus:

Cp = (5/2)R

Jadi:

ΔS1 = (5,00 mol)(5/2)(8,314 J/mol·K)ln(298K/118,6 K) = +95,7 J/K

Soal 3:

Hitunglah panas yang diserap dan kerja yang dilakukan pada sistem gas ideal yang terdiri dari 5,00 mol saat mengalami ekspansi yang ireversibel pada suhu konstan T sebesar 298 K dari tekanan 10,0 atm hingga 1,00 atm. Tekanan eksternal dijaga konstan pada 1,00 atm.

Solusi:

Pertama kita hitung volume awal menggunakan persamaan gas ideal:

V₁ = nRT/P₁ = (5 mol) (0,08206 L.atm.K^-1.mol^-1)(298K)/10 atm = 12,2 L

Lalu kita hitung volume akhir:

V₂ = nRT/P₁ = (5 mol) (0,08206 L.atm.K^-1.mol^-1)(298K)/1 atm = 122 L

Selanjutnya hitung kerja yang dilakukan menggunakan rumus:

w_irrev = -P_ext ΔV = - (1,00 atm) (122 L – 12,2 L) = 109,8 L.atm = -11,125 kJ

Pada T konstan, ΔU = 0, sehingga

q_irrev = - w_irrev = 11,125 kJ

Soal 4

Diketahui:

S^o(N₂(g)) = 191,50 JK^-1mol^-1

S^o(O₂(g)) = 205,03 JK^-1mol^-1

S^o(NO₂(g)) = 239,95 JK^-1mol^-1

Hitung ΔS^o untuk reaksi kimia 

Dengan reaktan dan produk berada pada suhu 25^oC dan tekanan 1 atm.

Solusi:

Perubahan entropi untuk reaksi adalah jumlah entropi produk, dikurangi jumlah entropi reaktan, masing-masing dikalikan dengan koefisien dalam persamaan kimia seimbang. 

Soal 5

Diketahui:

ΔG_f^o(N₂O(g)) = 104,18 kJ.mol^-1

ΔG_f^o(NO₂(g)) = 51,29 kJ.mol^-1

ΔG_f^o(NO(g)) = 86,55 kJ.mol^-1

Hitung ΔG^o untuk reaksi kimia 

Solusi: 

Baca juga:

• Contoh Soal Termodinamika (Bagian I)

• Konsep Kerja, Kalor, dan Energi Dalam dalam Hukum Termodinamika Pertama: Persamaan dan Aplikasi Termokimia

• Hukum Termodinamika Pertama