Jawaban Soal UK BAB 6 Fisika Kelas XI (Teori Kinetik Gas)

Baca Juga

Di Bab 6 fisika yaitu Teori Kinetik Gas. Kita akan mempelajari tentang gas ideal, energi kinetik rata-rata, prinsip ekuipartisi energi, dan lain-lain. Berikut adalah jawaban soal UK Bab 6 Fisika Kelas XI tentang Teori Kinetik Gas.

1). Pernyataan berikut ini yang bukan merupakan anggapan gas ideal adalah...
a. Partikelnya senantiasa bergerak
b. Ukuran partikelnya jauh lebih kecil dari jarak antara partikel-partikelnya
c. Tidak ada gaya tarik atau gaya tolak antar partikelnya
d. Jika terjadi tumbukan selalu lenting sempurna
e. Hukum Newton tentang gerak tidak berlaku

Jawab:
Jawabannya adalah (E) karena hukum-hukum Newton tentang gerak itu juga berlaku untuk gas ideal.

2). Suatu gas ideal berada dalam suatu bejana tertutup dengan tekanan P, volume V, dan suhu T. Jika suatu saat suhu diubah menjadi 2T, dan volumenya menjadi 3/2 V, maka perbandingan tekanan awal (P1) dengan tekanan akhir (P2) setelah V dan T diubah adalah...
a. 1:3
b. 1:2
c. 2:3
d. 3:4
e. 4:3

Diketahui:
P1 = P
V1 = V
V2 = 3/2 V
T1 = T
T2 = 2T

Ditanya: Perbandingan P1 dan P2?

Jawab:
(P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2
(P1.V)/T = (P2 . 3/2V) / 2T  ------> coret V dan T masing-masing persamaan
P1 = (P2. 3/2) / 2 -----> pindah 2 ke ruas kiri
2P1 = 3/2 P2 ------> pindah 2 ke ruas kiri
2P1 x 2 = 3P2
4P1 = 3P2
P2 = 4P1/3
P2 = 4/3

Perbandingannya menjadi:
P1 : P2
1 : 4/3 -------> masing-masing dikali x3
jadi, 3 : 4

Jawabannya adalah (D) 3 : 4

3). Suatu gas memuai pada proses isotermal sehingga volumenya menjadi dua kali lipat dari volumenya semula. Tekanan gas akan menjadi...
a. Seperempat kali tekanan semula
b. Setengah kali tekanan semula
c. Tetap sama dengan tekanan semula
d. Dua kali tekanan semula
e. Empat kali tekanan semula

Diketahui:
V1 = V
V2 = 2V
Memuai pada proses isotermal berarti suhu tetap
Jadi, T1 = T2
Anggap saja P1 = P

Ditanya: P2 (tekanan gas akhir)?

Jawab:
Dalam proses isotermis, berlaku:
P1.V1 = P2.V2
P. V = P2 . 2V ----> coret V
P = 2P2
P2 = P/2
P2 = 1/2

Berarti tekanan gas akan menjadi setengah kali tekanan semula.

4). Perhatikan gambar berikut.
Ketika tabung yang berisi raksa sepanjang 2 cm dihadapkan ke atas, panjang kolom, udara yang berada di dalam tabung adalah L1 = 3,7 cm. Namun, ketika tabungnya dihadapkan ke bawah panjang kolom udaranya menjadi L2 = 3,9 cm. Dari data tersebut dan dengan menggunakan Hukum Boyle, Anda dapat menentukan tekanan udara luar P0, yaitu sebesar...
a. 74 cmHg
b. 76 cmHg
c. 78cmHg
d. 80 cmHg
e. 82 cmHg

Sementara Belum Diisi

5). Selama melakukan percobaan di laboratorium Kimia, seoarang siswa menampung contoh gas hidrogen hasil reaksi Kimia ke dalam 0,7 liter tabung pada suhu ruang 27°C dan tekanan 1 atm. Kemudian, gas tersebut didinginkan hingga mencapai suhu 7°C dan disimpan di dalam suatu kontainer kecil dengan volume 0,3 liter. Tekanan gas di dalam kontainer tersebut adalah...
a. 0,5 atm
b. 1,5 atm
c. 2,0 atm
d. 2,5 atm
e. 3,0 atm

Diketahui:
V1 = 0,7 L
V2 = 0,3 L
T1 = 27°C = 27 + 273 K = 300 K
T2 = 7°C = 7 + 273 K = 280 K
P1 = 1 atm

Ditanya: P2?

Jawab:
(P1.V1)/T1 = (P2.V2)/T2
(1. 0,7) / 300 = (P2 . 0,3) / 280
0,7 / 300 = 0,3 P2 / 280 -----> 280 pindahkan ke ruas kiri
0,653 = 0,3 P2
P2 = 2,17 atm (Jawaban yang mendekati adalah C: 2,0 atm)

6). Pada suhu 27°C dan tekanan 1 atm (1 atm = 10⁵ Pa), sejumlah gas ideal massanya 2 gram menempati tabung dengan volume 1 liter. Jika diketahui tetapan gas umum R = 8,31 J/mol K, massa relatif gas tersebut mendekati...
a. 30 g/mol
b. 40 g/mol
c. 50 g/mol
d. 60 g/mol
e. 80 g/mol

Diketahui:
T = 27°C = 27 + 273 K = 300 K
P = 10⁵ Pa = 100.000 Pa
m = 2 gram
V = 1 liter = 0,001 m³
R = 8,31 J/mol K

Ditanya: Mr (massa relatif gas)?

Jawab:
P.V = (m/Mr) R.T
100.000 x 0,001 = (2/Mr) 8,31 x 300
100 = (2/Mr) 2493
100 = 4986/Mr -------> pindah Mr ke ruas kiri
100 Mr = 4986
Mr = 4986/100
Mr = 49,86 g/mol (Jawaban yang mendekati adalah C: 50 g/mol)

7). Udara di dalam sebuah ban mobil pada pagi yang bersuhu 22°C memiliki tekanan 295 kPa. Setelah digunakan sepanjang hari pada jalan beraspal yang panas suhu ban mobil menjadi 60°C. Tekanan udara di dalam ban akan menjadi...
a. 297 kPa
b. 303 kPa
c. 327 kPa
d. 333 kPa
e. 355 kPa

Diketahui:
T1 = 22°C = 22 + 273 = 295 K
P1 = 295 kPa
T2 = 60°C  = 60 + 273 = 333 K

Ditanya: P2?

Jawab:
P1/T1 = P2/T2
295/295 = P2 / 333
1 = P2 / 333
P2 = 333 kPa (Jawaban: D)

8). Tabung gas dilengkapi dengan sebuah katup pengaman, volume tabung 5 liter dengan massa gas yang ada di dalam tabung 0,20 kg pada tekanan 2 atm dan suhunya 300 K. Jika tekanan melampaui 2 atm katup pengaman akan terbuka, sebagian massa gas akan terlepas keluar tabung. Kemudian, tabung dipanaskan hingga mencapai suhu 400 K, massa gas yang keluar dari dalam tabung adalah...
a. 0,02 kg
b. 0,04 kg
c. 0,05 kg
d. 0,08 kg
e. 0,10 kg

Diketahui:
Anggap saja tekanan dan volume tabung tetap.
m1 = 0,20 kg
T1 = 300 K
T2 = 400 K

Ditanya:  massa gas yang keluar dari tabung?

Jawab: 
Massa berbanding terbalik dengan suhu.
m2/m1 = T1/T2
m2/0,2 = 300/400
m2 = (0,2 x 300)/400
m2 = 0,15 kg

menghitung massa gas yang keluar yaitu:
Δm = m1 - m2
Δm = 0,2 - 0,15
Δm = 0,05 kg (Jawaban: C)

9). Setiap makhluk hidup membutuhkan gas oksigen O2 untuk bernapas. Diketahui massa relatif O2 adalah 32 g/mol, tetapan gas umum R = 8,31 J/mol K dan 1 atm = 1,01 x 10⁵ N/m². Massa jenis gas oksigen di ruang kelas Anda yang bersuhu 25°C pada tekanan 1 atm adalah...
a. 1,0 kg/m³
b. 1,3 kg/m³
c. 1,6 kg/m³
d. 1,9 kg/m³
e. 2,4 kg/m³

Diketahui:
Mr O2 = 32 g/mol ---> 0,032 kg/mol
R = 8,31 J/mol K
P = 1 atm =
T = 25°C = 25 + 273 = 298 K

Ditanya: ρ (massa jenis gas)?

Jawab:
ρ = (P.Mr)/(R.T)
ρ = (1,01 x 10⁵. 0,032) / (8,31 . 298)
ρ = 3232 / 2476,38
ρ = 1,30 kg/m³ (Jawaban: B)

10). Besarnya energi kinetik dari sebuah molekul gas helium pada suhu 27°C adalah...
a. 4,14 x 10^-17 J
b. 2,07 x 10^-18 J
c. 6,21 x 10^-18 J
d. 2,07 x 10^-21 J
e. 6,21 x 10^-21 J

Diketahui:
T = 27°C = 27 +273 = 300 K
k = 1,38 x 10⁻²³ J/K

Ditanya: Ek?

Jawab:
Karena gas Helium adalah gas monoatomik, maka:
Ek = (3/2) k.T
Ek = (3/2) 1,38 x 10⁻²³ . 300
Ek = (3/2) 414 x 10⁻²³
Ek = 621 x 10⁻²³
Ek = 6,21 x 10^-21 J (Jawaban: E)

11). Jika suhu mutlak suatu gas dinaikkan menjadi dua kali suhu mutlaknya mula-mula, energi kinetik rata-rata molekul gas akan menjadi...
a. 1/2 kali
b. tetap
c. √2
d. 2 kali
e. 4 kali

Diketahui:
Ek1  = 1
T1 = 1
T2 = 2T1 = 2

Ditanya: Ek2?

Jawab:
Memakai perbandingan.
Ek1/Ek2 = T1/T2
1/Ek2 = 1/2
Ek2  = (2.1)/1
Ek2 = 2

Perbandingan Ek1 dengan Ek2 adalah 1:2 berarti energi kinetik rata rata molekul gas menjadi 2 kali lipat daripada semula. (Jawaban: D)

12). Pada suhu tertentu energi suatu molekul gas diatomik adalah 4 x 10^-21 J. Ketika itu, gas tersebut memiliki lima derajat kebebasan. Energi kinetik rata rata setiap molekul gas tersebut adalah...
a. 0,8 x 10^-21 J
b. 2,0 x 10^-21 J
c. 5,0 x 10^-21 J
d. 2,0 x 10^-20 J
e. 5,0 x 10^-20 J

Sementara Belum Diisi

13). Kecepatan efektif molekul-molekul gas oksigen (M_r = 32 g/mol) pada suhu 320 K akan sama dengan kecepatan efektif molekul-molekul gas hidrogen (M_r = 2 g/mol) pada suhu...
a. 20 K
b. 40 K
c. 80K
d. 160 K
e. 640 K

Diketahui:
Mr1 = 32 g/mol
T1 = 320 K
Mr2 = 2 g/mol

Ditanya:  T2?

Jawab:
Memakai perbandingan.
Mr1/Mr2 = T1/T2
32/2 = 320/T2
T2 = (320 x 2)/32
T2 = 20 K (Jawaban: A)

14). Perbandingan kecepatan v_rms (root mean square) dari molekul-molekul gas helium (M_r =4 g/mol) dan molekul-molekul gas CO (M_r = 28 g/mol) pada suhu 25°C adalah...
a. √7 : 1
b. 1 : √7
c. 7 : 1
d. 1 : 7
e. 14 : 1

Diketahui: 
Mr gas helium = 4 g/mol
Mr gas CO = 28 g/mol
T = 25°C

Ditanya: Perbandingan kecepatan Vrms dari kedua molekul?

Jawab:
Vrms1 = Vrms2
√(3RT)/Mr H = √(3RT)/Mr CO -----> coret R (karena tetapannya sama, 3, dan T (karena suhunya sama yaitu 25°C
√1/Mr H = √1/Mr Co
√1/4 = √1/28 ------> jadikan pecahan menjadi angka biasa dengan mengkalikan 28
√28/4 = √28/28
√7 = √1
√7 = 1

Jadi perbandingannya adalah √7 : 1 (Jawaban: A)

15). Suatu gas berada dalam tabung tertutup bertekanan 4 x 10⁵ Pa. Jika diketahui massa jenis gas adalah 7,5 kg/m³, v_rms gas tersebut adalah...
a. 100 m/s
b. 200 m/s
c. 300 m/s
d. 400 m/s
e. 600 m/s

Diketahui:
P = 4 x 10⁵ Pa = 400.000
ρ = 7,5 kg/m³

Ditanya: v_rms gas?

Jawab:
Vrms = √(3P)/ρ
Vrms = √(3. 400000)/7,5
Vrms = √1200000/7,5
Vrms = √160000
Vrms = 400 m/s (Jawaban: D)

16). Ruangan yang bervolume 1,5 liter terdapat gas yang bertekanan 10⁵ Pa. Jika partikel gas memiliki kelajuan rata-rata sebesar 750 m/s, maka massa gas tersebut adalah...
a. 80 gram
b. 8 gram
c. 3,2 gram
d. 0,8 gram
e. 0,4 gram

Diketahui:
V = 1,5 L
P = 10⁵ Pa = 100.000 Pa
Vrms = 750 m/s

Ditanya: m (massa gas tersebut)?

Jawab:
Vrms = √(3PV)/m
750 = √(3 x 100.000 x 1,5)/m
750 = √450.000/m ------> dikuadratkan agar akar hilang
750² = 450.000/m
562500 = 450.000/m
562500.m = 450.000
m = 450.000/562.500
m = 0,8 gram (Jawaban: D)

17). Partikel-partikel gas oksigen di dalam tabung tertutup pada suhu 20°C memiliki energi kinetik 2140 J. Untuk mendapatkan energi kinetik 6420 J, kita harus menaikkan suhunya menjadi...
a. 879°C
b. 606°C
c. 589°C
d. 60°C
e. 40°C

Diketahui:
T1 = 20°C = 20 + 273 K= 293 K
Ek1 = 2140 J
Ek2 = 6420 J

Ditanya: T2?

Jawab:
Memakai perbandingan persamaan energi kinetik gas.
Ek1/Ek2 = T1/T2
2140/6420 = 293/T2
T2 = (6420.293)/2140
T2 = 879 K
T2 = 879 - 273 = 606°C (Jawaban: B)

18). Jika P = tekanan, V = volume, T = suhu mutlak, N = jumlah partikel, n = jumlah mole, r = konstanta gas umum, k = konstanta Boltzman, dan N_o = bilangan Avogadro, maka persamaan gas ideal ini benar, kecuali...
a. PV = nRT
b. PV = (N/N_o) RT
c. PV = nkT
d. PV = NkT
e. PV = nN_okT

Jawab:
Jawabannya adalah (C) karena rumus PV = nkT itu salah, yang benar adalah PV = NkT, jadi jawaban yang benar adalah C.

19). Di dalam sebuah tangki tertutup terdapat 0,012 mol gas monoatomik dengan suhu 300 K. Berapa kalor yang diperlukan agar suhu gas naik menjadi 400 K jika tetapan gas R = 8,31 J/mol K?
a. 14,958 J
b. 13,875 J
c. 14,828 J
d. 12,756 J
e. 13,762 J

Diketahui:
n = 0,012 mol
T1 = 300 K
T2 = 400 K
ΔT = 400-300 = 100 K
R = 8,31 J/mol K

Ditanya:  Q (kalor yang diperlukan agar suhu gas naik menjadi 400 K)?

Jawab:
C = Q/ΔT
karena tangki tertutup berarti volumenya tidak berubah (tetap) karena itu bisa menggunakan Cp = (3/2) . n . R
Q = (3/2).n.R.ΔT
Q = (3/2).0,012. 8,31. 100
Q = (3/2) . 9,972
Q = 14,958 J (Jawaban: A)

20). Persamaan gas ideal ditulis dalam bentuk (PV/T) sama dengan bilangan tetap yang bergantung pada...
a. jenis gas
b. suhu gas
c. tekanan gas
d. volume gas
e. banyak partikel

Jawab:
Rumus gas ideal adalah PV = N.k.T sehingga (PV/T) = N.k
Karena konstanta tetap berarti (PV/T) sangat bergantung kepada N yaitu jumlah banyaknya partikel, berarti jawabannya (E)