Rangkuman Materi Teori Kinetik Gas Kelas 11

GAS IDEAL

Sifat-Sifat Gas Ideal

1. Berlaku hukum Newton tentang gerak
2. Partikel gas selalu bergerak secara acak atau sembarangan.
3. Tidak ada gaya tarik menarik/interaksi antarmolekul.
4. Ukuran molekul gas dapat diabaikan terhadap ukuran ukuran ruangan tempat gas berada.
5. partikel gas terdistribusi merata dalam ruangan.
6. Tumbukan antar partikel bersifat lenting sempurna.

Hukum-hukum tentang Gas

Hukum Boyle

“pada suhu yang dibuat tetap, perkalian tekanan dan volume selalu konstan/tetap”.

Sehingga berlaku persamaan berikut :

PV = konstan

P₁V₁ = P₂V₂

Hukum Charles

“pada tekanan yang dibuat tetap, hasil bagi volume terhadap suhu akan selalu bernilai konstan/tetap”.

atau :

Hukum gay-lussac

“pada volume yang dibuat tetap, hasil bagi tekanan terhadap suhu akan selalu bernilai konstan/tetap “.

atau:

Hukum boyle-gay lussac

merupakan gabungan dari hukum boyle ,hokum charles , dan hokum gay lussac .di dapat persamaan berikut:

Keterangan :

P₁= Tekanan awal (N/m²)

P₂=Tekanan akhir (N/m²)

V₁=Volume awal(m³)

V₂=Volume akhir (m³)

T₁=Suhu awal (K)

T₂=suhu akhir (K)

Persamaan umum gas ideal

Dirumuskan sebagai berikut:

PV = NkT atau PV = nRT

Keterangan:

P = tekanan gas ideal (N/m²)

V = volume gas ideal(m³)

N = jumlah molekul zat

n = jumlah mol

k = konstanta Boltzmann(dimana k = 1,38 x 10^-23J/K)

R = konsanta gas umum (dimana R=8,31J/Mol K)

T = suhu gas ideal (K)

mol zat (n) dapat ditentukan dengan persamaan.

Keterangan:

N = jumlah molekul zat

N_A=bilangan Avogadro (6,02 x 1023 partikel)

m= massa partikel gas (gram)

Mr=massa relatif molekul gas

Hubungan Kecepatan Partikel Gas, Energi Kinetik Dan Tekanan

Dalam gas ideal tekanan , suhu, dan kecepatan dapat ditentukan dengan persamaan berikut.

Energi kinetik

Tekanan gas

Suhu gas

Kecepatan efektif

Keterangan:

N = jumlah partikel zat

EK = energi kinetik rata-rata(J)

M₀ = massa partikel gas (kg)

Mr = massa molekul relatif (kg/mol)

ρ = massa jenis gas ideal(kg/m³)

k = konstanta Boltzmann(dimana k = 1,38 x 10^-23J/K)

R = konsanta gas umum (dimana R=8,31J/Mol K)

T = suhu (kelvin)

Energi Dalam

yaitu energi kinetik partikel gas yang terdapat di dalam suatu ruang tertutup

U = N.Ek = Nf(½ KT)

Keterangan:

N =jumlah partikel

Ek = energi kinetik

f = derajat kebebasan

1. Gas monoatomic(f=3 seperti He , Ne, dan Ar)
2. Gas diatomi seperti H₂,O₂,N₂

Suhu rendah (T = ±250k ), f=3

Suhu rendah (T = ±500k), f=5

Suhu tinggi (T= ± 1000 k ), f=7 

Contoh Soal Teori Kinetik Gas Pembahasan & Jawaban Kelas 11

Soal No.1 (UTBK 2019)

Sejumlah gas argon mengalami proses kuasistatik dari keadaaan A ke keadaan B kemudian ke keadaan C dan kembali ke keadaan A seperti ditunjukkan gambar. Anggaplah gas argon sebagai gas ideal. Sketsa grafik temperatur gas sebagai fungsi volume pada proses AB yang mungkin adalah….

1. 
2. 
3. 
4. 
5. 

PEMBAHASAN :
Perhatikan grafik berikut.

Jika gas argon dianggap sebagai gas ideal, maka berlaku PV = nRT dari persamaan ini diperoleh hubungan V dan T sebagai berikut.

Jika perubahan diaggap kuasistatik (n = tetap) maka persamaan tersebut menjadi (k = Konstanta, anggap nilainya 1), jika dimisalkan V_A = 1 m³; V_B = 2 m³ ; P_A = 1 Pa; P_B = 2 Pa maka diperoleh T_A = 1 dan T_B = 4 Berdasarkan pemisalan inilah grafik T terhadap V untuk proses AB adalah grafik linear ke atas.
Jawaban A

Soal No.2 (SBMPTN 2018)

Suatu bejana kokoh yang berisi gas ideal dikocok berulang-ulang. Manakah pernyataan yang benar tentang keadaan gas tersebut setelah dikocok?

1. Temperatur gas bertambah meskipun energi dalamnya tetap
2. Temperatur gas bertambah tanpa gas melakukan usaha
3. Energi dalam gas berkurang karena sebagian berubah mejadi kalor
4. Gas melakukan usaha sebesar penambahan energi dalamnya
5. Temperatur gas bertambah sebanding dengan penambahan kelajuan molekul gas

PEMBAHASAN :
Dari rumusan kecepatan efektif gas ideal kita dapat melihat hubungan temperatur dan kelajuan molekul gas

Dari rumusan tersebut terlihat bahwa temperatur (T) dengan kelajuan molekul gas (v_rms) sebanding. Maka jika temperatur dinaikan maka terjadi penambahan kelajuan molekul gas
Jawaban : E

1. 1:3
2. 1:2
3. 2:3
4. 3:4
5. 4:3

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

1. 600 ^oC
2. 450 ^oC
3. 327 ^oC
4. 300 ^oC
5. 54 ^oC

PEMBAHASAN :

Jawaban : C

1. 4
2. 2
3. 1/√2
4. √2
5. 1/2

PEMBAHASAN :

Jawaban : C

1. Makin tinggi suhu gas, energi kinetiknya makin kecil
2. Makin tinggi suhu gas, gerak partikel gas makin lambat
3. Makin tinggi suhu gas, gerak partikel makin cepat
4. Suhu gas berbanding terbalik dengan energi kinetik gas
5. Suhu gas tidak mempengaruhi gerak partikel gas

PEMBAHASAN :

Dari rumus E_k = 3/2 kT, suhu berbanding lurus dengan energi kinetik. Jika suhu dinaikkan maka energi kinetiknya makin besar. Semakin besar energi kinetik gerak partikel gas akan bergerak semakin cepat

Jawaban : C

1. 425 K
2. 600 K
3. 1.146 K
4. 1.200 K
5. 2. 292 K

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

1. ¼ kali semula
2. ½ kali semula
3. Sama dengan semula
4. 2 kali semula
5. 4 kali semula

PEMBAHASAN :

Jawaban : E

1. 1 : 4
2. 1 : 2
3. 2 : 1
4. 4 : 1
5. 5 : 1

PEMBAHASAN :

Jawaban : D

1. 2.983,1 liter
2. 1.964,2 liter
3. 298,3 liter
4. 196,4 liter
5. 94,2 liter

PEMBAHASAN :

Jawaban : C

1. 75,25 x 10⁵ N/m²
2. 75,25 x 10³ N/m²
3. 75,25 x 10² N/m²
4. 75,25 x 10^-3 N/m²
5. 75,25 x 10^-5 N/m²

PEMBAHASAN :
Diketahui:
V = 2 m³
n = 15 mol
Ek = 2,5 x 10^-20 J
N_A = 6,02 x 10²³ molekul/mol

Menghitung jumlah molekul dalam bejana sebagai berikut:
N = n x N_A
= 15 mol x 6,02 x 10²³ molekul/mol
= 90,3 x 10²³ molekul
Maka tekanan gas dalam bejana dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban : B

1. 0,01 kg
2. 0,04 kg
3. 0,1 kg
4. 0,6 kg
5. 0,08 kg

PEMBAHASAN :
Diketahui:
V = 2.500 cm³ = 2,5 x 10^-3 m³
T = 22⁰C = (22 + 273)K = 295⁰K
p_r = 20 atm
M = 34 kg/kmol
P₀ = 2 atm
R = 8,314 J/molK

Menghitung total tekanan pada sistem sebagai berikut:
p = p₀ + p_r
= 2 atm + 20 atm
= 22 atm
= 22 x 10⁵ Pa

Maka massa oksigen dapat dihitung sebagai berikut:
pV = nRT

Jawaban : E

1. 12367,051 J
2. 21213,012 J
3. 11149,074 J
4. 14562,022 J
5. 21167,033 J

PEMBAHASAN :
Diketahui:
V = 0,5 m³
n = 3 mol
T = 25⁰C = (25 + 273) = 298⁰K

Maka energi kinetik Helium dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban : C

1. 533 m/s
2. 431 m/s
3. 389 m/s
4. 465 m/s
5. 587 m/s

PEMBAHASAN :
Diketahui:
M = 40 kg/kmol
T = 25⁰C = kg/kmol = (25 + 273)K = 298⁰K
N_A = 6,02 x 10²⁶ partikel/kmol
k = 1,38 x 10^-23 J/K

Menghitung massa satu partikel oksigen sebagai berikut:

Maka laju efektif gas oksigen dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban : B

1. 9353,25 J
2. 2899,56 J
3. 8432,21 J
4. 4999,30 J
5. 8946,87 J

PEMBAHASAN :
m = 10 g
Mr = 4 g/mol
T = 27⁰C = (27 + 273)K = 300 K
R = 8,314 J/molK
Suhu gas Helium 300 k, bersuhu rendah. Maka berlaku:

Jawaban : A

1. 1ρ
2. 2ρ
3. 3ρ
4. 4ρ
5. 5ρ

PEMBAHASAN :
Diketahui:
T₁ = T
p₁ = p
ρ_{1 = ρ}
T₂ = 0,5 T
p₂ = 2p
Berlaku persamaan gas ideal sebagai berikut:

Maka rapat massa gas akhir dapat dihitung sebagai berikut:

ρ₂ = 4ρ₁
ρ₂ = 4ρ
Jawaban : D

1. 10.125 gr
2. 8.130 gr
3. 9.753 gr
4. 8.150 gr
5. 11.100 gr

PEMBAHASAN :
Diketahui:
V₁ = 20.000 liter
p₁ = 15 atm
T₁ = 27⁰ C = (27 + 273) K = 300 K
p₂ = 10 atm
R = 0,082 liter.atm/mol.K
Mr = 2 gr/mol

Untuk menghitung banyaknya mol gas hydrogen dalam tangki mula-mula dan akhir berlaku rumus sebagai berikut:

Banyak mol gas hidrogen yang keluar sebagai berikut:
n = n₁ – n₂
= 12,195 x 10³ mol – 8,130 x 10³ mol
= 4,065 x 10³ mol
= 4.065 mol

Maka massa gas hidrogen yang keluar dapat dihitung sebagai berikut:
m = n x Mr
= 4.065 mol x 2 gr/mol
= 8.130 gram
Jawaban : B

1. 900 liter
2. 1.200 liter
3. 750 liter
4. 1.000 liter
5. 800 liter

PEMBAHASAN :
Diketahui:
V₁ = 30 liter = 3 x 10^-2 m³
P₁ = 1,5 x 10⁶ Pa
P₂ = 1,2 x 10⁶ Pa
P₀ = 10⁴ Pa

Menghitung volume gas dalam silinder pada suhu tetap yaitu:

Sedangkan volume gas yang keluar dari kran pada tekanan P₂  yaitu:
ΔV = 37,5 liter – 30 liter = 7,5 liter

Maka volume gas yang keluar pada tekanan atmosfer dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban : A

1. 256,8 m/s
2. 561,2 m/s
3. 8 m/s
4. 467,5 m/s
5. 458,3 m/s

PEMBAHASAN :
Diketahui:
p = 2,8 x 10⁵ N/m²
ρ = 4 kg/m³

Maka kecepatan efektif gas dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban : E

1. 9,76 x 10^-10 Pa
2. 9,76 x 10^-15 Pa
3. 9,76 x 10^-20 Pa
4. 9,76 x 10^-19 Pa
5. 9,76 x 10^-2  Pa

PEMBAHASAN :
N = 2 atom
V = 4 cm³ = 4 x 10^-6 m³
T = 5 K
Ar hidrogen = 1 gr/mol = 1 kg/kmol
R = 8,31 x 10³ J/kmol K
N_A = 6,02 x 10²³ partikel/mol = 6,02 x 10²⁶ partikel/kmol

Menghitung laju efektif atom sebagai berikut:

Maka tekanan udara pada tempat tersebut dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban : C

1. 25 x 10⁴ N/m²
2. 27 x 10⁴ N/m²
3. 29 x 10⁶ N/m²
4. 33 x 10³ N/m²
5. 55 x 10⁷ N/m²

PEMBAHASAN :
n = 1 mol
V = 10 m³
R = 8,31 x 10³ J/mol.K
T = 27⁰ C → 27 + 273 = 300 K

Maka besar tekanan gas dapat dihitung sebagai berikut:
PV = nRT

Jawaban : A

1. 100 m/s
2. 180 m/s
3. 240 m/s
4. 320 m/s
5. 420 m/s

PEMBAHASAN :
Diketahui:
T₁ = T
T₂ = 16T
v₁ = 60 m/s

Maka untuk menentukan kecepatan dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban : C

1. 12,8 x 10⁴ N/m²
2. 10,5 x 10⁶ N/m²
3. 18,8 x 10⁵ N/m²
4. 20,6 x 10³ N/m²
5. 10,8 x 10⁵ N/m²

PEMBAHASAN :
Diketahui:
s = 20
cm = 0,2 m
V = s³ = (0,2)³ = 8 x 10^-3 m³
N = 10²⁰
m = 8 μg = 8 x 10^-19 kg
v = 18 m/s

Maka tekanan gas dapat dihitung sebagai berikut:

Jawaban : E

1. 3P
2. 6P
3. 9P
4. ½ P
5. ½ P²

PEMBAHASAN :
Diketahui:
v₁ = v
v₂ = 3v
P₁ = P

dengan P ~ v²
P₁ : P₂ = v₁² : v₂²
P : P₂ = v₂ : (3v)²
P : P₂ = 1 : 9
P₂ = 9P
Jawaban : C