Contoh soal teori kinetik gas

19 Contoh Soal Teori Kinetik Gas

1. Gas ideal berada dalam wadah tertutup pada mulanya mempunyai tekanan P dan volume V. Apabila tekanan gas dinaikkan menjadi 4 kali semula dan volume gas tetap maka perbandingan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir gas adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Tekanan awal (P₁) = P
Tekanan akhir (P₂) = 4P
Volume awal (V₁) = V
Volume akhir (V₂) = V
Ditanya : Perbandingan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir (EK₁ : EK₂)
Jawab :
Hubungan antara tekanan (P), volume (V) dan energi kinetik (EK) gas ideal :
Perbandingan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir :
2. Tentukan energi kinetik translasi rata-rata molekul gas pada suhu 57^oC!
Pembahasan
Diketahui :
Suhu gas (T) = 57^oC + 273 = 330 Kelvin
Konstanta Boltzmann (k) = 1,38 x 10^-23 Joule/Kelvin
Ditanya : Energi kinetik translasi rata-rata
Jawab :
Hubungan antara energi kinetik dan suhu gas :
Energi kinetik translasi rata-rata :
3. Suatu gas bersuhu 27^oC berada dalam suatu wadah tertutup. Agar energi kinetiknya meningkat menjadi 2 kali energi kinetik semula maka gas harus dipanaskan hingga mencapai suhu…
Pembahasan
Diketahui :
Suhu awal (T₁) = 27^oC + 273 = 300 K
Energi kinetik awal = EK
Energi kinetik akhir = 4 EK
Ditanya : Suhu akhir (T₂)
Jawab :
Suhu akhir gas adalah 600 K atau 327^oC.

4. Suatu gas ideal berada di dalam ruang tertutup. Gas ideal tersebut dipanaskan hingga kecepatan rata-rata partikel gas meningkat menjadi 3 kali kecepatan awal. Jika suhu awal gas adalah 27^oC, maka suhu akhir gas ideal tersebut adalah…
Pembahasan
Diketahui :
Suhu awal = 27^oC + 273 = 300 Kelvin
Kecepatan awal = v
Kecepatan akhir = 2v
Ditanya : Suhu akhir gas ideal
Jawab :

Kecepatan rata-rata akhir = 2 x Kecepatan rata-rata awal

5. Tiga mol gas berada di dalam suatu ruang bervolume 36 liter. Masing-masing molekul gas mempunyai energi kinetik 5 x 10^–21 Joule. Konstanta gas umum = 8,315 J/mol.K dan konstanta  Boltzmann = 1,38 x 10^-23 J/K. Hitung tekanan gas dalam ruang tersebut!
Pembahasan
Diketahui :
Jumlah mol (n) = 3 mol
Volume = 36 liter = 36 dm³ = 36  x 10^-3 m³
Konstanta  Boltzmann (k) = 1,38 x 10^-23 J/K
Energi kinetik (EK) = 5 x 10^–21 Joule
Konstanta gas umum (R) = 8,315 J/mol.K
Ditanya : tekanan gas (P)
Jawab :
Hitung suhu (T) menggunakan rumus energi kinetik gas dan suhu :

Hitung tekanan gas menggunakan rumus hukum Gas Ideal (dalam jumlah mol, n) :

Tekanan gas adalah 1,67 x 10⁵ Pascal atau 1,67 atmosfir.

6. Di dalam sebuah bejana tertutup, volume gas memuai menjadi 2 kali volume awal (V_o = volume awal, P_o = tekanan awal) dan suhu gas naik menjadi 4 kali semula. Besar tekanan gas menjadi…
A. P_o
B. 2 P_o
C. 4 P_o
D. 6 P_o
E. 8 P_o
Pembahasan
Diketahui :
Volume awal gas (V₁) = V_o
Volume akhir gas (V₂) = 2V_o
Suhu awal gas (T₁) = T
Suhu akhir gas (T₂) = 4T
Tekanan awal gas (P₁) = P_o
Ditanya : Tekanan akhir gas (P₂)
Jawab :

Jawaban yang benar adalah B.

7. Sejumlah gas ideal menjalani proses isotermik, sehingga tekanan menjadi 2 kali tekanan semula, maka volumenya menjadi…
A. 4 kali semula
B. 2 kali semula
C. ½ kali semula
D. ¼ kali semula
E. tetap
Pembahasan
Isotermik = suhu konstan
Diketahui :
Volume awal gas (V₁) = V
Tekanan awal gas (P₁) = P
Tekanan akhir gas (P₂) = 2P
Ditanya : Volume akhir gas (V₂)
Jawab :
P₁ V₁ = P₂ V₂
P V = (2P) V₂
V = (2) V₂
V₂ = V / 2
V₂ = ½ V
Jawaban yang benar adalah C.

8. Di dalam sebuah bejana tertutup, volume gas memuai menjadi 2 kali volume awal (V_o = volume awal, P_o = tekanan awal) dan suhu gas naik menjadi 4 kali semula. Besar tekanan gas menjadi…

A. P_o
B. 2 P_o
C. 4 P_o
D. 6 P_o
E. 8 P_o

Pembahasan
Diketahui :
Volume awal gas (V₁) = V_o
Volume akhir gas (V₂)  = 2V_o
Suhu awal gas (T₁) = T
Suhu akhir gas  (T₂) = 4T
Tekanan awal gas (P₁) = P_o
Ditanya : Tekanan akhir gas (P₂)
Jawab :
Jawaban yang benar adalah B.

9. Sejumlah gas ideal menjalani proses isotermik, sehingga tekanan menjadi 2 kali tekanan semula, maka volumenya menjadi…

A. 4 kali semula
B. 2 kali semula
C. ½ kali semula
D. ¼ kali semula
E. tetap

Pembahasan
Isotermik = suhu konstan
Diketahui :
Volume awal gas (V₁) = V
Tekanan awal gas (P₁) = P
Tekanan akhir gas (P₂) = 2P
Ditanya : Volume akhir gas (V₂)
Jawab :
P₁ V₁ = P₂ V₂
P V = (2P) V₂
V = (2) V₂
V₂ = V / 2
V₂ = ½ V
Jawaban yang benar adalah C.

10. Tekanan gas ideal di dalam ruang tertutup terhadap dinding tabung dirumuskan :

P = ^2N/_3V EK

P = tekanan (Pa)

N = jumlah molekul (partikel) gas

V = volume gas

EK = energi kinetik rata-rata molekul (J).

Pernyataan yang benar terkait rumusan di atas adalah…

A. Tekanan gas terhadap dinding tergantung pada jumlah molekul per satuan volume

B. Energi kinetik gas tidak tergantung pada tekanan yang ditimbulkan molekul terhadap dinding

C. Volume gas dalam tabung tidak berubah jika tekanan gas berubah

D. Jumlah molekul gas berkurang maka energi kinetik molekul akan bertambah

E. Volume gas bertambah maka jumlah molekul gas bertambah

Pembahasan

Ruangan tertutup sehingga walaupun tekanan gas berubah, volume gas dalam tabung tidak berubah.

Jawaban yang benar adalah C.

11. Tekanan gas ideal di dalam ruang tertutup terhadap dinding tabung dirumuskan sebagai P = (2N / 3V) EK. P = tekanan (Pa), N = jumlah molekul (partikel) gas dan EK adalah energi kinetik rata-rata molekul (J). Berdasarkan persamaan ini, pernyataan yang benar adalah …

A. Tekanan gas terhadap dinding bergantung pada energi kinetik rata-rata molekul

B. Energi kinetik gas bergantung pada tekanan yang ditimbulkan molekul terhadap dinding

C. Suhu gas dalam tabung akan berubah jika tekanan gas berubah

D. Jika jumlah molekul gas berkurang maka volume energi kinetik molekul akan berkurang

E. Jika volume gas bertambah maka tekanan gas akan berkurang

Pembahasan

Diketahui :

Rumus tekanan : P = (2N / 3V) EK

P = tekanan

N = jumlah molekul partikel gas

V = volume gas

EK = energi kinetik rata-rata

P berbanding lurus dengan N dan EK

P berbanding terbalik dengan V

N berbanding lurus dengan volume

N berbanding terbalik dengan EK

Ditanya : Pernyataan yang benar

Jawab :

A salah karena berdasarkan rumus di atas, tekanan gas (P) bergantung pada energi kinetik, bukan energi kinetik rata-rata.

B salah karena tekanan bergantung pada energi kinetik gas, bukan sebaliknya.

C salah karena berdasarkan rumus di atas, suhu tidak bergantung pada tekanan

D salah karena N berbanding terbalik dengan EK, artinya jika N besar maka EK besar.

E benar karena tekanan (P) berbanding terbalik dengan volume (V).

Jawaban yang benar adalah E.

12. Gas ideal yang berada dalam suatu bejana dimampatkan (ditekan), maka gas akan mengalami….

A. Penurunan laju partikel

B. Penurunan suhu

C. Kenaikan suhu

D. Penambahan partikel gas

E. Penurunan partikel gas

Pembahasan

Hukum gas ideal (dalam jumlah mol) :

PV = nRT

Hukum gas ideal (dalam jumlah molekul) :

PV = NkT

Hubungan antara energi kinetik dan suhu gas :

EK = 3/2 kT

Keterangan :

P = tekanan, V = volume, T = suhu, n = jumlah mol, N = jumlah molekul, R = konstanta umum gas, k = konstanta Boltzmann

Berdasarkan tiga rumus di atas, disimpulkan sebagai berikut :

– Jika gas ditekan maka volume (V) gas berkurang.

– Jika volume (V) gas berkurang maka tekanan (P) gas bertambah dan suhu (T) gas bertambah.

– Ruangan tertutup (V konstan) karenanya jumlah mol gas (n) dan jumlah partikel gas (N) tidak berubah.

– Jika suhu (T) gas bertambah maka energi kinetik (EK) gas bertambah. Jika energi kinetik gas bertambah maka kecepatan gerak partikel gas bertambah (EK = ½ m v², v = kelajuan).

Jawaban yang benar adalah C.

13. Sejumlah gas ideal dalam tabung tertutup dipanaskan secara isokhorik sehingga suhunya naik menjadi empat kali suhu semula. Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal menjadi….

A. ¼ kali semula

B. ½ kali semula

C. Sama dengan semula

D. 2 kali semula

E. 4 kali semula

Pembahasan

Isokhorik = volume konstan

Hubungan antara energi kinetik rata-rata (EK) dan suhu (T) gas dinyatakan melalui persamaan di bawah :

EK = 3/2 kT

Keterangan : EK = energi kinetik, T = suhu, 3/2 = konstanta, k = konstanta Boltzmann.

Berdasarkan rumus ini tampak bahwa energi kinetik berbanding lurus dengan suhu. Jadi semakin besar suhu, semakin besar energi kinetik. Jika suhu naik menjadi empat kali semula maka energi kinetik juga naik menjadi empat kali semula.

Jawaban yang benar adalah E.

14. Suatu gas ideal dengan tekanan P dan volume V dalam ruang tertutup. Jika tekanan gas dalam ruang tersebut diturunkan menjadi 1/4 kali semula pada volume tetap, maka perbandingan energi kinetik sebelum dan sesudah penurunan tekanan adalah…

A. 1 : 4

B. 1 : 2

C. 2 : 1

D. 4 : 1

E. 5 : 1

Pembahasan

Diketahui :

Volume awal = V

Volume akhir = V

Tekanan awal gas = P

Tekanan akhir gas = ¼ P

Ditanya : perbandingan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir (EK₁ : EK₂)

Jawab :

Hubungan antara tekanan (P), volume (V) dan energi kinetik (EK) gas :

Perbandingan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir :

Jawaban yang benar adalah D.

15. Suhu gas ideal dalam tabung dirumuskan sebagai EK = 3/2 kT, T menyatakan suhu mutlak dan EK = energi kinetik rata-rata molekul gas. Beradasarkan persamaan di atas…

A. Semakin tinggi suhu gas, energi kinetiknya semakin kecil

B. Semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin lambat

C. Semakin tinggi suhu gas, gerak partikel gas semakin cepat

D. Suhu gas berbanding terbalik dengan energi kinetik gas

E. Suhu gas tidak mempengaruhi gerak partikel gas

Pembahasan

Berdasarkan rumus di atas, suhu berbanding lurus dengan energi kinetik. Semakin tinggi suhu, semakin besar energi kinetik. Energi kinetik sebanding dengan kecepatan gerak partikel gas (EK = ½ m v², di mana EK = energi kinetik, v = kecepatan). Semakin besar energi kinetik, semakin cepat gerakan partikel gas.

Jawaban yang benar adalah C.

7. Faktor yang mempengaruhi energi kinetik gas di dalam ruang tertutup :

(1) tekanan

(2) volume

(3) suhu

(4) jenis zat

Pernyataan yang benar adalah….

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (1) dan (4)

D. (2) saja

E. (3) saja

Pembahasan

Ruang tertutup karenanya volume gas konstan, volume gas tidak mempengaruhi energi kinetik.

Jawaban yang benar adalah B.

16. Perhatikan pernyataan berikut!

(1) Jumlah partikel gas ditambah

(2) Jumlah mol dikurangi

(3) Suhu ditingkatkan

(4) Volume ditambah

Faktor yang dapat meningkatkan tekanan gas dalam suatu ruangan tertutup ditunjukkan oleh nomor…

Pembahasan

Persamaan tekanan gas dalam ruang tertutup:

Keterangan:

P = tekanan, N = jumlah molekul gas, m = massa, v = kecepatan rata‐rata molekul, V = volume wadah, n = jumlah mol.

Berdasarkan persamaan di atas,

Jika jumlah partikel gas (N) bertambah maka tekanan gas (P) bertambah.

Jika jumlah mol (n) dikurangi maka tekanan gas (P) berkurang.

Jika suhu (T) ditingkatkan maka tekanan gas (P) bertambah.

Jika volume (V) bertambah maka tekanan gas (P) berkurang.

Jadi faktor yang dapat meningkatkan tekanan gas dalam ruangan tertutup adalah 1 dan 3.

17. Gas Argon berada dalam ruangan tertutup saat suhunya berubah menjadi 2 kali semula, maka kecepatan gerak partikel gas argon berubah menjadi…. kali semula.

Pembahasan

Diketahui:

Suhu awal = T

Suhu akhir = 2T

Kecepatan awal = v

Ditanya: Kecepatan akhir = ….v

Jawab:

Rumus hubungan kecepatan, energi kinetik rata-rata dan suhu gas:

Keterangan:

v = kecepatan, k = konstanta Bolztmann, T = suhu, m = massa

Kecepatan awal:

Andaikan k = 1, T = 1 dan m = 1.

Jika suhu akhir = 2 maka kecepatan akhir:

Kecepatan akhir = √2 kali semula.

18. Sejumlah gas ideal monoatomik mula-mula memiliki tekanan 120 kPa. Kemudian, gas dipanasi pada tekanan tetap sehingga mengembang. Misalkan konstanta gas universal dinyatakan sebagai R J.mol^-1.K^-1. Jika pada proses itu temperature gas naik menjadi 38,4/R Kelvin dan usaha per kmol yang dilakukan gas untuk mengembang adalah 8,4 J, maka volume mula-mula gas per kmol adalah…

A. 210 cc

B. 225 cc

C. 235 cc

D. 240 cc

E. 250 cc

Pembahasan

Diketahui:

Tekanan (P) = 120 kPa = 120.000 Pascal

Konstanta gas universal = R

Suhu (T) = 38,4/R

Usaha (W) per kilomol = 8,4 Joule

Ditanya: Volume awal (V₁) per kilomol

Jawab:

Hitung volume akhir (V₂):

P V₂ = n R T

120.000 (V₂) = R (38,4/R)

120.000 (V₂) = 38,4

V₂ = 38,4 /120.000

V₂ = 0,00032

V₂ = 0,32 x 10^-3 m³/kmol

V₂ = 0,32 x 10^-3 x 10⁶ cm³/kmol

V₂ = 0,32 x 10³ cm³/kmol

V₂ = 320 cm³/kmol

V₂ = 320 cc/kmol

Hitung volume awal (V₁):

W = P (V₂ – V₁)

8,4 = 120 x 10³ (0,32 x 10^-3 – V₁)

8,4 = 120 x 10³ x 0,32 x 10^-3 – (120 x 10³ V₁)

8,4 = 120 x 0,32 – (120 x 10³ V₁)

8,4 = 38,4 – (120 x 10³ V₁)

(120 x 10³ V₁) = 38,4 – 8,4

(120 x 10³ V₁) = 30

V₁ = 30 / (120 x 10³)

V₁ = 0,25 x 10^-3 m³

V₁ = 0,25 x 10^-3 x 10⁶ cm³

V₁ = 0,25 x 10³ cm³

V₁ = 250 cm³

V₁ = 250 cc

Jawaban yang benar adalah E.

19. Gas Argon dapat dianggap sebagai gas ideal. Gas itu mula-mula mempunyai energi dalam E₁ dan temperature T₁. Gas tersebut mengalami proses dengan melakukan usaha W, melepaskan energi senilai Q dan keadaan akhir energi dalam E_f serta temperature T_f. Besarnya perubahan energi tersebut digambarkan seperti gambar di atas. Apa simpulan proses tersebut?

A. Gas mengalami proses Isobarik dan T_f < T_i

B. Gas mengalami proses Adiabatik dan T_f < T_i

C. Gas mengalami proses Isokhorik dan T_f < T_i

D. Gas mengalami proses Isotermal dan T_f = T_i

E. Gas mengalami proses Isokhorik dan T_f = T_i

Pembahasan

Berdasarkan gambar, energi awal (E_i) dan energi akhir (E_f) tidak berubah, dengan kata lain perubahan energi dalam bernilai nol. Rumus perubahan energi dalam : ΔU = 3/2 N k ΔT

Berdasarkan rumus ini, jika perubahan energi dalam nol (ΔU=0) maka perubahan suhu juga nol (ΔT=0). Perubahan suhu nol artinya suhu tidak berubah. Jika suhu tidak berubah maka gas tersebut mengalami proses isotermal.

Jawaban yang benar adalah D.

Sumber soal:

Soal UN Fisika SMA/MA