Pembahasan Soal Asas Black

Solusi Soal Asas Black
1. Soal

Sebongkah tembaga bermassa 10 gram dan bersuhu 125 $^{\circ }C$ dimasukkan dalam kalorimeter berisi air bersuhu 20 $^{\circ }C$ . Suhu akhir campuran adalah 23 $^{\circ }C$ . Jika percobaan ini diulangi kembali dengan menggunakan kondisi awal yang sama kecuali massa tembaga yang dipakai diubah menjadi m , maka suhu akhir campuran adalah 25 $^{\circ }C$ . Jika kalorimeter dianggap tidak menyerap kalor, maka nilai m adalah... (SNMPTN 2008)

A. 13 gram

B. 15 gram

C. 17 gram

D. 19 gram

E. 21 gram

Pembahasan
$m_{tembaga}=m_{1}$
$T_{logam}=125\, ^{\circ }C$
berlaku
$Q_{lepas}=Q_{terima}$
$Q_{logam}=Q_{air}$
karena teradapat dua kedaan, maka perbandingan keadaan pertama dan kedua
$\frac{m_{1}c_{l}\Delta T_{1}}{m_{2}c_{l}\Delta T_{2}}=\frac{m_{air}c_{air}\Delta T_{air1}}{m_{air}c_{air}\Delta T_{air2}}$
$\frac{m_{1}\Delta T_{1}}{m_{2}\Delta T_{2}}=\frac{\Delta T_{air1}}{\Delta T_{air2}}$
$\frac{10(125-23)}{m_{2}(125-25)}=\frac{23-20}{25-20}$
$\frac{10(102)}{m_{2}(100)}=\frac{3}{5}$
$m_{2}=17\, gram$
Jawaban C

2. Soal

Es bersuhu -8 $^{\circ }C$ dan bermassa $m_{1}$ gram dicampur dengan air bersuhu 12 $^{\circ }C$ dan bermassa $m_{2}$ gram. Pada saat terjadi kesetimbangan suhu, sebagian massa es melebur. Jika diketahui kalor lebur es = 80 kalori/gram, maka massa es yang melebur adalah (SNMPTN 2012)

A. $\frac{1}{20}(3m_{1}+m_{2}) gram$
B. $\frac{1}{20}(m_{1}-3m_{2}) gram$
C. $\frac{1}{20}m_{1} \, gram$
D. $\frac{1}{20}(m_{1}+m_{2}) gram$
E. $\frac{1}{20}(3m_{2}-m_{1}) gram$
Pembahasan

Karena sebagian es melebur maka suhu akhir campuran adalah 0 $^{\circ }C$

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$Q_{1}+Q_{2}=Q_{3}$

$m_{es}c_{es}\Delta T+m_{L}L_{es}=m_{air}c_{air}\Delta T$
$m_{1}(0,5)(8)+m_{L}(80)=m_{2}(1)(12)$
$m_{1}+20m_{L}=3m_{2}$
$m_{L}=\frac{1}{20}(3m_{2}-m_{1})$
Jawaban E

3. Soal

320 gram campuran es dan air pada suhu 0 $^{\circ }C$ berada dalam bejana yang kapasitas kalornya dapat diabaikan. Kemudian dimasukkan 79 gram uap air yang bersuhu 100 $^{\circ }C$ ke dalam bejana tersebut. Suhu akhir menjadi 79 $^{\circ }C$ . Jika kalor lebur es 79,0 kal/gram dan kalor penguapan air 540 gram kal/gram, maka banyaknya air mula - mula ..... gram (SPMB 2002)

A. 4
B. 10
C. 35
D. 65
E. 79
Pembahasan

Diketahui
$m_{air}+m_{es}=320\, gram$
massa air mula - mula

$Q_{terima}= Q_{lepas}$

$m_{es}L_{es}+m_{(es+air)}c_{air}\Delta T= m_{uap}c_{air}\Delta T+m_{uap}L_{uap}$

$(320-m_{air})79+(320\times 1\times 79)= (79\times 1\times 21)+(79\times 540)$
$(320-m_{air})+320= 21+540$
$m_{air}=640-561$
$m_{air}=79\, gram$
Jawaban E
4. Soal

Hasil campuran 1 gram es bersuhu 0 $^{\circ }C$ dengan 1 cc air bersuhu 0 $^{\circ }C$ dalam wadah berdinding adiabatik adalah? (SNMPTN 2012)

A. Air dan es jumlahnya tidak dapat ditentukan
B. Air sedikit lebih banyak dari pada es
C. 0,5 gram es dan 1,5 cc air
D. 1 gram es dan 1 cc air
E. 1,5 gram dan 0,5 cc air
Pembahasan

$m_{es}=1\, gram$

$T_{es}=0\, ^{\circ }C$

$m_{air}=1\, cc=1\, ml$

Karena tidak ada perbedaan suhu antara es dan air, maka tidak ada kalor untuk mengubah wujud sehingga campuran tetap 1 gram es dan 1 cc air

Jawaban D
5. Soal
100 gram es dari $-5\, ^{\circ }C$ dicampur dengan 200 gram air dari $30\, ^{\circ }C$ pada tekanan 1 atmosfer. Kalor jenis es $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$ dan kalor lebur es 80 kal/gram. Jika hanya terjadi pertukaran kalor antara air dan es, maka pada keadaan air"
A. suhu selurunya di atas $0 ^{\circ }C$
B. suhu seluruhnya di bawah $0 ^{\circ }C$
C. suhu seluruhnya $0 ^{\circ }C$ dan semua es melebur
D. suhu seluruhnya $0 ^{\circ }C$ dan semua air membeku
E. suhu seluruhnya $0 ^{\circ }C$ dan sebagian es melebur
Pembahasan
Diketahui campuran antara:
Es
m = 100 gram
$c_{es}=$ $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$
$L_{es}=$ 80 kal/gram
T = $-5\, ^{\circ }C$
Air
m = 200 gram
$c_{air}=$ $1\, kal/g\, ^{\circ }C$
T = $30\, ^{\circ }C$
Setelah dicampurkan air melepas kalor dan es menerima kalor
Air melepas kalor
$Q_{lepas}=m_{a}c_{a}\Delta T$
$Q_{lepas}=200(1)(30-0)$
$Q_{lepas}=6000\, kalori$
Es menerima kalor
$Q_{terima}=m_{es}c_{es}\Delta T+m_{es}L_{es}$
$Q_{terima}=(100)(0,5)(0-(-5))+(100)(80)$
$Q_{terima}=8250\, kalori$
Karena
$Q_{lepas}<Q_{terima}$ maka suhu akhir campuran $0 ^{\circ }C$ dan sebagian es melebur
Jawaban E
6. Soal

Ke dalam sebuah bejana yang berisi a gram air $30\, ^{\circ }C$ dimasukkan b gram es $-2\, ^{\circ }C$ . Setelah isi bejana diaduk, ternyata semua es melebur. Bila massa bejana diabaikan, kalor jenis es $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$ dan kalor lebur es 80 kal/g, maka besarnya perbandingan antar a dan b adalah (SIPENMARU 1985)

A. 27 : 10
B. 8 : 3
C. 10 : 27
D. 3 : 8
E. 1 : 30
Pembahasan

Diketahui campuran antara:

m = b gram
$c_{es}=$ $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$
$L_{es}=$ 80 kal/gram
T = $-2\, ^{\circ }C$

Air

m = a gram

$c_{air}=$ $1\, kal/g\, ^{\circ }C$

T = $30\, ^{\circ }C$
karena setelah dicampurkan semua es melebur semua maka T akhir campuran $0 ^{\circ }C$

$Q_{lepas}=Q_{terima}$
$Q_{3}=Q_{1}+Q_{2}$
$m_{air}c_{air}\Delta T=m_{es}c_{es}\Delta T+m_{es}L$
$a(1)(30-0)=b(0,5)(0-(-2))+b(80)$
$30a=81b$
$\frac{a}{b}=\frac{81}{30}$
$\frac{a}{b}=\frac{27}{10}$
Jawaban A
7. Soal

Dalam gelas berisi 200 cc air $40^{\circ }C$ kemudian dimasukkan 40 gram es $0 ^{\circ }C$ . Jika kapasitas kalor gelas $20\, kal/^{\circ }C$ dan kalor lebur es adalah 80 kal/gram suhu setimbangnya: (SIPENMARU 1987)
A. $0 ^{\circ }C$
B. $18,5^{\circ }C$
C. $12,6^{\circ }C$
D. $21,6^{\circ }C$
E. $28,0^{\circ }C$

Pembahasan

Diketahui campuran antara:

m = 40 gram
$c_{es}=$ $0,5\, kal/g\, ^{\circ }C$
$L_{es}=$ 80 kal/gram
T = $0\, ^{\circ }C$

Air

m = 200 cc= 200 gram

$c_{air}=$ $1\, kal/g\, ^{\circ }C$

T = $40\, ^{\circ }C$
Gelas
$C_{gelas}=20\, kal/^{\circ }C$
Campuran:

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$Q_{gelas}+Q_{3}=Q_{1}+Q_{2}$
$C_{gelas}\Delta T+m_{a}c_{a}\Delta T=m_{es}L_{es}+m_{es}c_{a}\Delta T$
$(20)(40-T)+(200)(1)(40-T)=(40)(80)+(40)(1)(T-0)$
$1(40-T)+10(1)(40-T)=2(80)+2(1)(T)$
$40-T+400-10T=160+2T$
$280=13T$
$T=21,54\, ^{\circ }C$
Jawaban D
8. Soal

150 gram air pada gelas A ingin diketahui suhunya dengan cara dicampur dengan air yang sudah diketahui suhunya. 100 gram air dari gelas A dicampur dengan 200 gram air bersuhu $48^{\circ }$ C. Sisanya 50 gram air dari gelas A dicampur dengan 150 gram bersuhu $50^{\circ }$ C. Ternyata suhu akhir kedua campuran tersebut sama. Asumsikan tidak ada kalor yang hilang ke udara maupun ke wadah air. Suhu air mula - mula paada gelas A adalah (UTUL UGM 2018)
A. $72^{\circ }$ C
B. $66^{\circ }$ C
C. $60^{\circ }$ C
D. $56^{\circ }$ C
E. $54^{\circ }$ C

Pembahasan

Diketahui
Campuran pertama (A)

air 100 gram bersuhu T dengan air 200 gram bersuhu $48^{\circ }$ C

Campuran kedua (B)

air 50 gram bersuhu T dengan air 150 gram bersuhu $50^{\circ }$ C

Suhu akhir campuran kedua percobaan sama (x)

maka:

$\frac{Q_{lepasA}}{Q_{lepasB}}=\frac{Q_{terimaA}}{Q_{terimaB}}$
   $\frac{(mc\Delta T)_{A}}{(mc\Delta T)_{B}}=\frac{(mc\Delta T)_{2}}{(mc\Delta T)_{3}}$
$\frac{100c(T-x)}{50c(T-x)}=\frac{200c(x-48)}{150c(x-50)}$
   $\frac{100}{50}=\frac{4(x-48)}{3(x-50)}$
$2=\frac{4(x-48)}{3(x-50)}$
   $3(x-50)=2(x-48)$
   $3x-150=2x-96$
$x=150-96$
$x=54$
masukan ke persamaan campuran pertama (A)
$100c(T-x)=200c(x-48)$
$T-54=2(54-48)$
   $T=66^{o}C$
Jawaban B
9. Soal

Di sebuah laboratorium, sekelompok siswa melaksanakan percobaan tentang suhu dan kalor. Percobaan dilakukan dengan memasukan es yang bersuhu -10 $^{o}C$ ke dalam segelas air hangat yang bersuhu 50 $^{o}C$ . Massa es dan massa air hangat masing - masing 100 gram dan 190,48 gram. Setelah es dimasukkan ke dalam air hangat, campuran diaduk secara perlahan sampai mencapai keseimbangan termal, dimana termometer menunjukkan suhu $0^{o}C$ . Pernyataan yang benar tentang kondisi es sekarang adalah?

(kalor jenis es = 2100 $J.kg^{-1}.C^{-1}$ , kalor jenis air = 4200 $J.kg^{-1}.C^{-1}$ , kalor lebur es = 336000 $J.kg^{-1}$ )

A. es masih tersisa 50 gram

B. tidak ada es yang mencair

C. seluruh es telah mencair

D. setengah bagian es telah mencair

E. es masih tersisa 10 gram

Pembahasan

Diketahui

Kalor

$m_{air}=$ 190,48 gram
$m_{es}=$ 100 gram
$c_{es}=$ 2100 $J.kg^{-1}.C^{-1}$ = 0,5 kal/g C
$L_{es}=$ 336000 $J.kg^{-1}$ = 80 kal/g
$c_{air}=$ 4200 $J.kg^{-1}.C^{-1}$ = 1 kal/g
Cek kalor yang dilepas dan diterima lebih besar mana
Kalor Lepas(air)
$Q_{lepas}=m_{air}c_{a}\Delta T$
$Q_{lepas}=(190,48)(1)(50)$
$Q_{lepas}=9524\, kalori$
Kalor Terima (es)
$Q_{terima}=m_{es}c_{es}\Delta T+m_{es}L_{es}$
$Q_{terima}=(100)(0,5)(10)+(100)(80)$
$Q_{terima}=8500\, kalori$
karena $Q_{lepas}>Q_{terima}$ maka seluruh es melebur semua.
Jawaban C
10. Soal

Sejumlah es dan air berada pada keadaan setimbang dalam wadah kayu pada tekanan 1 atm dan suhu 0 $^{\circ }C$ . Pada campuran es dan air tersebut ditaburkan sejumlah garam. Diketahui titik lebur campuran es dan garam lebih rendah daripada titik lebur es. Hal berikut ini yang paling mungkin tejadi adalah (UTBK 2019)

A. es di dalam bertambah jumlahnya

B. temperatur campuran es dan air tersebut naik

C. temperatur campuran es dan air tersebut turun

D. di dalam wadah hanya terdapat campuran air dan garam

E. di dalam wadah hanya terdapat campuran es dan garam
Pembahasan
Diketahui
Terdapat es dan air dalam wadah kemudian ditaburi garam maka yang terjadi adalah campuran es dan air temperaturnya turun karena garam dapat menurunkan titik beku es.
Jawaban C

11. Soal

Sebuah timah (m = 300 g) dipanaskan hingga mencapai 80 $^{\circ }C$ dan diletakkan dalam kaleng alumunium ( m = 200 g) yang berisi air 400 g. Temperatur air mula - mula 18 $^{\circ }C$ . Jika kalor jenis alumunium 0,9 kJ/kg.K dan suhu setimbang yang dicapai 20 $^{\circ }C$ , hitunglah panas jenis timah tersebut! (kalor jenis air = 4,18 kJ/kg.K; kalor jenis alumunium = 0,9 kJ/kg.K) (SIMAK UI 2009)

A. 0,20 kJ/kg.K
B. 0,27 kJ/kg.K
C. 0,28 kJ/kg.K
D. 0,29 kJ/kg.K
E. 0,30 kJ/kg.K
Pembahasan

Diketahui:

maka:

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$Q_{timah}=Q_{al}+Q_{air}$

$m_{t}c_{t}\Delta T_{t}=m_{al}c_{al}\Delta T_{al}+m_{a}c_{a}\Delta T_{a}$

$300.c_{t}(80-20)=200.\, 0,9.\, (20-18)+400.\, 4,18.\, (20-18)$

$18000.c_{t}=2360+3344$

$18000.c_{t}=5704$

$c_{t}=\frac{5704}{18000}$

$c_{t}=0,32\, \, kJ/kg.K$

Jawaban E

12. Soal

Suhu tiga jenis cairan A, B, dan C yang bermassa sama berturut - turut adalah 10 $^{\circ }C$ , 20 $^{\circ }C$ dan 30 $^{\circ }C$ . Suhu campuran A dan B adalah 16 $^{\circ }C$ , sedangkan suhu campuran B dan C adalah 24 $^{\circ }C$ . Suhu campuran A dan C adalah (SNMPTN 2011)

A. 14 $^{\circ }C$
B. 17 $^{\circ }C$
C. 20 $^{\circ }C$
D. 23 $^{\circ }C$
E. 26 $^{\circ }C$
Pembahasan

Dikeahui:

Benda A dan B

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$m_{A}c_{A}\Delta T_{A}=m_{B}c_{B}\Delta T_{B}$

$m.c_{A}(16-10)=m.c_{B}(20-16)$

$6c_{A}=4c_{B}$

$c_{A}=\frac{4}{6}c_{B}$

$c_{A}=\frac{2}{3}c_{B}$

Benda B dan C

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$m_{B}c_{B}\Delta T_{B}=m_{C}c_{C}\Delta T_{C}$

$m.c_{B}(24-20)=m.c_{C}(30-24)$

$4c_{B}=6c_{C}$

$c_{C}=\frac{4}{6}c_{B}$

$c_{C}=\frac{2}{3}c_{B}$

Benda A dan C

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$m_{A}c_{A}\Delta T_{A}=m_{C}c_{C}\Delta T_{C}$

$m.c_{A}(T-10)=m.c_{C}(30-T)$

$\frac{2}{3}c_{B}(T-10)=\frac{2}{3}c_{B}(30-T)$

$T-10=30-T$

$2T=40$

$T=20\, \, ^{\circ }C$

Jawaban C

13. Soal

Es yang suhunya - 10 $^{\circ }C$ dengan air yang suhunya 10 $^{\circ }C$ dengan jumlah massa yang sama dimasukkan ke wadah adiabatis yang tertutup dan kapasitas panasnya diabaikan. Kalor jenis es 0,5 kal/g $^{\circ }C$ , kalor jenis air 1 kal/g $^{\circ }C$ dan kalor lebur es 80 kal/g. Setelah tercapai keseimbangan termal perbandingan jumlah massa es terhadap massa air di dalam wadah adalah?

A. 17: 15
B. 15: 17
C. 16: 15
D. 15: 16
E. 16: 17
Pembahasan

Diketahui:

Jika di cek

$Q_{lepas}<Q_{terima}$ maka $T_{akhir}=0^{\circ }C$

Massa yang melebur

$Q_{lepas}=Q_{terima}$

$Q_{3}=Q_{1}+Q_{2}$

$m_{2}c_{air}\Delta T_{2}=m_{1}c_{es}\Delta T_{1}+m_{lebur}L_{es}$

$m(1)(10-0)=m(0,5)(0-(-10))+m_{lebur}80$

$10m=5m+m_{lebur}80$

$m_{lebur}80=5m$

$m_{lebur}=\frac{5}{80}m$

$m_{lebur}=\frac{1}{16}m$

Massa es sisa

$m_{sisa\, es}=m-\frac{1}{16}m=\frac{15}{16}m$

Massa akhir air

$m_{air\, akhir}=m_{air}+m_{Lebur}=m+\frac{1}{16}m=\frac{17}{16}m$

Perbandingan massa es sisa dan massa kahir es

$\frac{m_{sisa\, es}}{m_{akhir\, air}}=\frac{\frac{15}{16}m}{\frac{17}{16}m}=\frac{15}{17}$

Jawaban B

14. Soal

Kalor jenis 0,5 kal/g $^{\circ }C$ , kalor lebur es 80 kal/g, dan kalor jenis air 1 kal/g $^{\circ }C$ . Setengah kilogram es bersuhu - 20 $^{\circ }C$ dicampur dengan sejumlah air besuhu 20 $^{\circ }C$ , sehingga mencapai keadaan akhir berupa air seluruhnya bersuhu 0 $^{\circ }C$ . Massa air mula - mula adalah (UM UGM 2006)

A. 1,50 kg
B. 2,25 kg
C. 3,75 kg
D. 4,50 kg
E. 6,00 kg
Pembahasan

Diketahui