Berikut pembahasan soal-soal OSN Kimia tingkat kabupaten/kota tahun 2026. Pada postingan ini disajikan khusus soal Topik I (Termodinamika). Soal tentang bahasan ini berjumlah 5 item soal.
Bahasan Soal OSN Kab/Kota 2025 bidang kimia topik lainnya dapat dibaca pada tautan berikut (tautan menyusul):
- Topik A: Struktur Anorganik
- Topik B: Kinetika
- Topik C: Kimia Organik
- Topik D: Asam-Basa
- Topik F: Dasar-Dasar Spektroskopi
- Topik G: Kelarutan
- Topik H: Sifat Koligatif Larutan
- Topik I: Termodinamika
- Topik J: Elektrokimia
Topik I - Soal 1 (3 poin)
Narasi berikut digunakan pada Topik I soal 1-5.
Etanol merupakan salah satu senyawa organik penting yang digunakan sebagai bahan bakar alternatif, pelarut, serta bahan baku dalam industri kimia. Salah satu cara sintesis etanol adalah melalui reaksi hidrasi etilena dengan air. Data berikut diukur pada 25 °C dan asumsikan ΔHo dan ΔSo tidak bergantung suhu.
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔHo = −1367 kJ/mol
C2H4(g) + 2O2(g) → 2CO(g) + 2H2O(l) ΔHo = −845 kJ/mol
C2H5OH(l) → C2H5OH(g) ΔHo = +43 kJ/mol
H2O(l) → H2O(g) ΔHo = +44 kJ/mol
CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ΔHo = −283 kJ/mol
Perubahan entalpi (ΔHo) reaksi C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l) adalah ....
- −44 kJ/mol
- −45 kJ/mol
- −87 kJ/mol
- −88 kJ/mol
- −90 kJ/mol
Pembahasan Soal I-1
Penentuan ΔHo reaksi:
C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
Data yang Diberikan
Beri label pada setiap reaksi yang tersedia:
- C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔHo1 = −1367 kJ/mol
- C2H4(g) + 2O2(g) → 2CO(g) + 2H2O(l) ΔHo2 = −845 kJ/mol
- C2H5OH(l) → C2H5OH(g) ΔHo3 = +43 kJ/mol
- H2O(l) → H2O(g) ΔHo4 = +44 kJ/mol
- CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ΔHo5 = −283 kJ/mol
Strategi: Hukum Hess
Kita ingin mendapatkan reaksi target: C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
Caranya: susun reaksi-reaksi yang tersedia sedemikian sehingga jika dijumlahkan, menghasilkan reaksi target. Perhatikan zat-zat yang harus ada di reaktan dan produk:
- Reaktan target: C2H4(g) dan H2O(g)
- Produk target: C2H5OH(l)
Langkah-Langkah Penyusunan:
1. Pastikan C2H4(g) ada di sisi reaktan
Reaksi (2) sudah memiliki C2H4(g) di sisi kiri, jadi kita gunakan reaksi (2) apa adanya.
C2H4(g) + 2O2(g) → 2CO(g) + 2H2O(l) ΔH = −845 kJ/mol
2. Ubah CO menjadi CO2 agar bisa dieliminasi
Dari langkah 1, muncul 2CO(g) di produk. Agar bisa dieliminasi nanti (dengan reaksi (1) yang menghasilkan CO2), kita ubah 2CO menjadi 2CO2 menggunakan reaksi (5) dikali 2:
2 × [CO(g) + ½O2(g) → CO2(g)] ΔH = 2 × (−283) = −566 kJ/mol
Hasilnya: 2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g)
3. Pastikan C2H5OH(l) ada di sisi produk
Reaksi (1) memiliki C2H5OH(l) di sisi kiri (reaktan). Agar C2H5OH(l) berpindah ke sisi kanan (produk), kita balik reaksi (1):
2CO2(g) + 3H2O(l) → C2H5OH(l) + 3O2(g) ΔH = +1367 kJ/mol
(Tanda ΔH dibalik karena reaksinya dibalik)
4. Ubah H2O(l) menjadi H2O(g) sesuai reaktan target
Reaktan target memiliki H2O(g), sementara sejauh ini kita menghasilkan H2O(l). Kita gunakan reaksi (4) untuk mengubah H2O(l) → H2O(g). Namun, dari reaksi target hanya ada 1 mol H2O(g), sedangkan dari langkah 1 dihasilkan 2 mol H2O(l) dan dari langkah 3 diperlukan 3 mol H2O(l) di reaktan (keduanya bergabung: 2 + 3 = 5 mol H2O(l), namun 3 mol dipakai di langkah 3 dan 2 mol dihasilkan di langkah 1, sehingga sisa netto = 0 mol H2O(l), dan kita membutuhkan 1 mol H2O(g) di reaktan).
Gunakan reaksi (4) yang dibalik × 1 untuk mengubah H2O(g) → H2O(l):
H2O(g) → H2O(l) ΔH = −44 kJ/mol
(Reaksi (4) dibalik, tanda ΔH berubah dari +44 menjadi −44 kJ/mol)
Penjumlahan Semua Reaksi
Gabungkan keempat persamaan:
| Reaksi | ΔH (kJ/mol) |
|---|---|
| C2H4(g) + 2O2(g) → 2CO(g) + 2H2O(l) | −845 |
| 2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g) | −566 |
| 2CO2(g) + 3H2O(l) → C2H5OH(l) + 3O2(g) | +1367 |
| H2O(g) → H2O(l) | −44 |
Eliminasi zat yang sama di kedua sisi:
- 2CO(g): muncul di produk baris 1, hilang di reaktan baris 2 → tereliminasi
- 2CO2(g): muncul di produk baris 2, hilang di reaktan baris 3 → tereliminasi
- O2(g): di reaktan baris 1 ada 2 mol, di reaktan baris 2 ada 1 mol, di produk baris 3 ada 3 mol → total reaktan = 3 mol, total produk = 3 mol → tereliminasi
- H2O(l): di produk baris 1 ada 2 mol, di reaktan baris 3 ada 3 mol, di produk baris 4 ada 1 mol → total produk = 2 + 1 = 3 mol, total reaktan = 3 mol → tereliminasi
Yang tersisa:
C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l) ✔ (sesuai reaksi target!)
Perhitungan ΔHo
ΔHo = (−845) + (−566) + (+1367) + (−44)
ΔHo = −845 − 566 + 1367 − 44
ΔHo = (1367) − (845 + 566 + 44)
ΔHo = 1367 − 1455
ΔHo = −88 kJ/mol
Kesimpulan
Perubahan entalpi reaksi hidrasi etilena:
C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
adalah ΔHo = −88 kJ/mol.
Tanda negatif menunjukkan reaksi ini bersifat eksoterm (melepaskan kalor ke lingkungan).
Jawaban: D
Topik I - Soal 2 (3 poin)
Etanol merupakan salah satu senyawa organik penting yang digunakan sebagai bahan bakar alternatif, pelarut, serta bahan baku dalam industri kimia. Salah satu cara sintesis etanol adalah melalui reaksi hidrasi etilena dengan air. Data berikut diukur pada 25 °C dan asumsikan ΔHo dan ΔSo tidak bergantung suhu.
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔHo = −1367 kJ/mol
C2H4(g) + 2O2(g) → 2CO(g) + 2H2O(l) ΔHo = −845 kJ/mol
C2H5OH(l) → C2H5OH(g) ΔHo = +43 kJ/mol
H2O(l) → H2O(g) ΔHo = +44 kJ/mol
CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ΔHo = −283 kJ/mol
Perubahan energi dalam (ΔEo) reaksi C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l) pada 25 °C adalah ....
- −39 kJ/mol
- −49 kJ/mol
- −83 kJ/mol
- −85 kJ/mol
- −93 kJ/mol
Pembahasan Soal I-2
Pertanyaan: Tentukan ΔEo reaksi berikut pada 25 °C:
C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
Konsep Dasar: Hubungan ΔH dan ΔE
Pada reaksi kimia yang melibatkan gas, entalpi (ΔH) dan energi dalam (ΔE) dihubungkan oleh persamaan:
ΔH = ΔE + Δngas · R · T
Sehingga:
ΔE = ΔH − Δngas · R · T
Keterangan:
- ΔH = perubahan entalpi (kJ/mol) → dari Soal 1: −88 kJ/mol
- Δngas = selisih jumlah mol gas (produk − reaktan)
- R = konstanta gas ideal = 8,314 J/(mol·K) = 8,314 × 10−3 kJ/(mol·K)
- T = suhu dalam Kelvin = 25 °C + 273 = 298 K
Langkah-Langkah:
1. Hitung Δngas
Tulis ulang reaksi dan identifikasi fasa gas:
C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
- Mol gas di sisi produk: C2H5OH berfasa cair (l), bukan gas → 0 mol
- Mol gas di sisi reaktan: C2H4(g) = 1 mol, H2O(g) = 1 mol → 2 mol
Δngas = mol gas produk − mol gas reaktan = 0 − 2 = −2
2. Hitung Δngas · R · T
Δngas · R · T = (−2) × (8,314 × 10−3 kJ/mol·K) × (298 K)
= (−2) × 2,4776 kJ/mol
= −4,955 kJ/mol ≈ −4,96 kJ/mol
3. Hitung ΔE
ΔE = ΔH − Δngas · R · T
ΔE = (−88) − (−4,96)
ΔE = −88 + 4,96
ΔE ≈ −83,04 kJ/mol ≈ −83 kJ/mol
Intuisi Fisik: Mengapa ΔE ≠ ΔH?
Pada tekanan tetap, sistem bisa melakukan kerja ekspansi terhadap lingkungan (atau lingkungan melakukan kerja pada sistem) jika jumlah mol gas berubah.
- Di sini, 2 mol gas hilang menjadi 1 mol cairan → volume sistem menyusut.
- Lingkungan melakukan kerja kompresi pada sistem (Δngas < 0).
- Kerja kompresi ini menambah energi dalam sistem, sehingga ΔE > ΔH (lebih kecil negatifnya).
- ΔE = −83 kJ/mol lebih besar dari ΔH = −88 kJ/mol → masuk akal!
| Besaran | Nilai | Keterangan |
|---|---|---|
| ΔHo | −88 kJ/mol | Dari Soal 1 (Hukum Hess) |
| Δngas | −2 | 0 mol gas produk − 2 mol gas reaktan |
| R · T | 2,478 kJ/mol | 8,314 × 10−3 × 298 |
| Δngas · R · T | −4,96 kJ/mol | −2 × 2,478 |
| ΔEo | −83 kJ/mol | −88 − (−4,96) |
Kesimpulan
Perubahan energi dalam reaksi:
C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
adalah ΔEo ≈ −83 kJ/mol.
Jawaban: C
Reaksi tetap bersifat eksoterm, dengan energi dalam yang dilepaskan sedikit lebih kecil dibandingkan entalpinya, karena sebagian energi "kembali" ke sistem dalam bentuk kerja kompresi oleh lingkungan.
Topik I - Soal 3 (3 poin)
Etanol merupakan salah satu senyawa organik penting yang digunakan sebagai bahan bakar alternatif, pelarut, serta bahan baku dalam industri kimia. Salah satu cara sintesis etanol adalah melalui reaksi hidrasi etilena dengan air. Data berikut diukur pada 25 °C dan asumsikan ΔHo dan ΔSo tidak bergantung suhu.
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔHo = −1367 kJ/mol
C2H4(g) + 2O2(g) → 2CO(g) + 2H2O(l) ΔHo = −845 kJ/mol
C2H5OH(l) → C2H5OH(g) ΔHo = +43 kJ/mol
H2O(l) → H2O(g) ΔHo = +44 kJ/mol
CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ΔHo = −283 kJ/mol
Berikut adalah pernyataan mengenai reaksi C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
i. Entropi lingkungan bertambah.
ii. Reaksi tersebut melepaskan kalor agar suhu produk tetap berada pada 25 °C.
iii. Reaksi tersebut melakukan kerja.
iv. Apabila reaksi tersebut dilakukan dalam wadah yang terisolasi, suhu produk yang dihasilkan lebih rendah daripada suhu reaktan.
Pernyataan yang benar adalah ....
- i dan ii benar
- ii dan iii benar
- ii dan iv benar
- i, ii, iv benar
- i, iii, iv benar
Pembahasan Soal I-3
Reaksi: C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
Data dari soal sebelumnya yang sudah diketahui:
- ΔHo = −88 kJ/mol (eksoterm)
- ΔEo = −83 kJ/mol (eksoterm)
- Δngas = −2 (jumlah mol gas berkurang)
Analisis Tiap Pernyataan
Pernyataan i: "Entropi lingkungan bertambah."
Entropi lingkungan (ΔSlingkungan) dipengaruhi oleh kalor yang diterima atau dilepaskan sistem ke lingkungan:
ΔSlingkungan = −ΔHsistem / T
Karena reaksi ini eksoterm (ΔH = −88 kJ/mol), sistem melepaskan kalor ke lingkungan. Kalor yang masuk ke lingkungan menyebabkan entropi lingkungan bertambah:
ΔSlingkungan = −(−88) / 298 > 0 → positif
∴ Pernyataan i: BENAR ✔
Pernyataan ii: "Reaksi tersebut melepaskan kalor agar suhu produk tetap berada pada 25 °C."
Reaksi ini bersifat eksoterm (ΔH = −88 kJ/mol), artinya reaksi melepaskan energi berupa kalor.
Jika pengukuran dilakukan pada kondisi standar (25 °C, tekanan tetap), kalor yang dilepaskan sistem diserap oleh lingkungan sehingga suhu produk tetap terjaga di 25 °C (kondisi isotermal).
∴ Pernyataan ii: BENAR ✔
Pernyataan iii: "Reaksi tersebut melakukan kerja."
Kerja pada tekanan tetap berkaitan dengan perubahan volume gas:
w = −PΔV = −Δngas · R · T
Δngas = −2, sehingga:
w = −(−2) × R × T = +4,96 kJ/mol
Nilai w positif berarti lingkungan melakukan kerja pada sistem (kerja kompresi), bukan sistem yang melakukan kerja pada lingkungan.
Ini masuk akal karena Δngas = −2: volume gas berkurang (2 mol gas menjadi 1 mol cairan), sehingga lingkungan "mendorong masuk" sistem → lingkungan yang bekerja pada sistem.
∴ Pernyataan iii: SALAH ✘
Pernyataan iv: "Apabila reaksi dilakukan dalam wadah terisolasi, suhu produk lebih rendah daripada suhu reaktan."
Dalam wadah terisolasi (kalorimeter adiabatik): tidak ada pertukaran kalor dengan lingkungan (q = 0).
Karena reaksi ini eksoterm, energi yang dilepaskan reaksi justru akan diserap oleh produk itu sendiri, sehingga suhu produk akan naik (lebih tinggi dari 25 °C), bukan turun.
Analogi mudah: bayangkan membakar kayu dalam kotak tertutup rapat → suhu di dalam kotak naik, bukan turun.
Suhu produk lebih rendah hanya terjadi pada reaksi endoterm dalam wadah terisolasi.
∴ Pernyataan iv: SALAH ✘
Ringkasan
| Pernyataan | Isi | Benar/Salah | Alasan Singkat |
|---|---|---|---|
| i | Entropi lingkungan bertambah | BENAR ✔ | Reaksi eksoterm → kalor masuk ke lingkungan → ΔSling > 0 |
| ii | Melepaskan kalor agar suhu produk tetap 25 °C | BENAR ✔ | Eksoterm pada kondisi isotermal → kalor dilepas ke lingkungan |
| iii | Reaksi melakukan kerja | SALAH ✘ | Δngas = −2 → lingkungan yang melakukan kerja pada sistem |
| iv | Dalam wadah terisolasi, suhu produk lebih rendah | SALAH ✘ | Reaksi eksoterm dalam wadah terisolasi → suhu produk naik |
Kesimpulan
Pernyataan yang benar adalah i dan ii.
Jawaban: A
Topik I - Soal 4 (2 poin)
Etanol merupakan salah satu senyawa organik penting yang digunakan sebagai bahan bakar alternatif, pelarut, serta bahan baku dalam industri kimia. Salah satu cara sintesis etanol adalah melalui reaksi hidrasi etilena dengan air. Data berikut diukur pada 25 °C dan asumsikan ΔHo dan ΔSo tidak bergantung suhu.
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔHo = −1367 kJ/mol
C2H4(g) + 2O2(g) → 2CO(g) + 2H2O(l) ΔHo = −845 kJ/mol
C2H5OH(l) → C2H5OH(g) ΔHo = +43 kJ/mol
H2O(l) → H2O(g) ΔHo = +44 kJ/mol
CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ΔHo = −283 kJ/mol
Pernyataan yang paling tepat mengenai kespontanan reaksi C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l) adalah ....
- Reaksi tersebut spontan pada semua suhu
- Reaksi tersebut spontan pada T > |ΔH / ΔS|
- Reaksi tersebut spontan pada T < |ΔH / ΔS|
- Reaksi tersebut tidak spontan pada semua suhu
- Reaksi tersebut tidak spontan pada 25 °C
Pembahasan Soal I-4
Reaksi: C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
Konsep Dasar: Energi Gibbs (ΔG)
Kespontanan reaksi ditentukan oleh tanda ΔG (energi Gibbs):
- ΔG < 0 → reaksi spontan
- ΔG > 0 → reaksi tidak spontan
- ΔG = 0 → reaksi berada pada kesetimbangan
Persamaan energi Gibbs:
ΔG = ΔH − TΔS
Kespontanan bergantung pada tanda ΔH dan ΔS, serta pengaruh suhu T.
Langkah-Langkah:
1. Tentukan Tanda ΔH
Dari Soal 1: ΔHo = −88 kJ/mol → negatif (eksoterm)
2. Tentukan Tanda ΔS
Tanda ΔS sistem dapat diperkirakan secara kualitatif dari perubahan fasa dan jumlah mol gas:
C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l)
- Reaktan: 2 mol zat berfasa gas (kekacauan/disorder tinggi)
- Produk: 1 mol zat berfasa cair (kekacauan rendah)
Gas memiliki entropi jauh lebih besar daripada cairan. Dua mol gas berubah menjadi satu mol cairan → kekacauan sistem berkurang drastis.
∴ ΔSsistem < 0 → negatif
3. Analisis ΔG = ΔH − TΔS
Substitusikan tanda-tanda yang sudah diketahui:
| ΔH | ΔS | −TΔS | ΔG = ΔH − TΔS | Kesimpulan |
|---|---|---|---|---|
| (−) negatif | (−) negatif | (+) positif | Bergantung pada suhu T | Spontan hanya pada T rendah |
Penjelasan lebih rinci:
- Suku ΔH = negatif → mendorong kespontanan (ΔG lebih negatif)
- Suku −TΔS = −T × (negatif) = positif → melawan kespontanan (ΔG lebih positif)
- Pada suhu rendah: suku TΔS kecil → ΔH mendominasi → ΔG < 0 → spontan
- Pada suhu tinggi: suku TΔS besar → −TΔS positif mendominasi → ΔG > 0 → tidak spontan
4. Tentukan Batas Suhu Kritis
Batas antara spontan dan tidak spontan terjadi saat ΔG = 0:
0 = ΔH − TkritisΔS
Tkritis = ΔH / ΔS = |ΔH / ΔS|
(nilai absolut digunakan karena T harus positif, sedangkan ΔH dan ΔS keduanya negatif)
- Jika T < |ΔH / ΔS| → ΔG < 0 → spontan
- Jika T > |ΔH / ΔS| → ΔG > 0 → tidak spontan
5. Cek pada 25 °C (T = 298 K)
Walaupun nilai ΔS tidak diberikan secara eksplisit dalam soal, kita bisa memverifikasi arah dengan mengetahui bahwa pada 25 °C reaksi hidrasi etilena ini diketahui berjalan spontan (industri petrokimia menggunakannya untuk produksi etanol), konsisten dengan T < Tkritis.
∴ Pada 25 °C: ΔG < 0 → reaksi spontan.
Ringkasan Analisis Pilihan Jawaban
| Pilihan | Pernyataan | Benar/Salah | Alasan |
|---|---|---|---|
| A | Spontan pada semua suhu | SALAH ✘ | ΔH(−) dan ΔS(−): pada T tinggi ΔG menjadi positif → tidak spontan |
| B | Spontan pada T > |ΔH/ΔS| | SALAH ✘ | Berlaku untuk kasus ΔH(+) ΔS(+), bukan kasus ini |
| C | Spontan pada T < |ΔH/ΔS| | BENAR ✔ | ΔH(−) dan ΔS(−): ΔH mendominasi hanya saat T rendah |
| D | Tidak spontan pada semua suhu | SALAH ✘ | ΔH negatif memastikan spontan pada T rendah |
| E | Tidak spontan pada 25 °C | SALAH ✘ | 25 °C cukup rendah sehingga ΔG < 0 → spontan |
Tabel Ringkas Empat Kemungkinan ΔH dan ΔS
(Sebagai referensi umum)
| ΔH | ΔS | Kespontanan |
|---|---|---|
| (−) | (+) | Spontan pada semua suhu |
| (+) | (−) | Tidak spontan pada semua suhu |
| (+) | (+) | Spontan pada T tinggi (T > |ΔH/ΔS|) |
| (−) ← kasus ini | (−) ← kasus ini | Spontan pada T rendah (T < |ΔH/ΔS|) |
Kesimpulan
Karena ΔH < 0 dan ΔS < 0, reaksi C2H4(g) + H2O(g) → C2H5OH(l) bersifat spontan hanya pada suhu rendah, yaitu ketika T < |ΔH/ΔS|.
Jawaban: C
Topik I - Soal 5 (4 poin)
Etanol merupakan salah satu senyawa organik penting yang digunakan sebagai bahan bakar alternatif, pelarut, serta bahan baku dalam industri kimia. Salah satu cara sintesis etanol adalah melalui reaksi hidrasi etilena dengan air. Data berikut diukur pada 25 °C dan asumsikan ΔHo dan ΔSo tidak bergantung suhu.
C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ΔHo = −1367 kJ/mol
C2H4(g) + 2O2(g) → 2CO(g) + 2H2O(l) ΔHo = −845 kJ/mol
C2H5OH(l) → C2H5OH(g) ΔHo = +43 kJ/mol
H2O(l) → H2O(g) ΔHo = +44 kJ/mol
CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ΔHo = −283 kJ/mol
Suatu kendaraan roda 4 memiliki konsumsi bahan bakar sebesar 20 km/L bensin. Asumsikan bensin seluruhnya mengandung isooktana (C8H18), ΔHo = −5461 kJ/mol dan ρ = 0,69 g/mL). Apabila bahan bakar diganti dengan etanol (ρ = 0,78 g/mL), konsumsi bahan bakar kendaraan tersebut adalah (Asumsikan efisiensi mesin sama jika menggunakan etanol dan bensin) .....
- 30 km/L etanol
- 26 km/L etanol
- 22 km/L etanol
- 18 km/L etanol
- 14 km/L etanol
Pembahasan Soal I-5
Diketahui:
- Konsumsi bensin (isooktana): 20 km/L
- Isooktana (C8H18): ΔHobakar = −5461 kJ/mol, ρ = 0,69 g/mL
- Etanol (C2H5OH): ΔHobakar = −1367 kJ/mol (dari data soal 1), ρ = 0,78 g/mL
- Efisiensi mesin sama untuk kedua bahan bakar
Ditanya: Konsumsi bahan bakar etanol (km/L)?
Strategi Penyelesaian
Jarak tempuh kendaraan sebanding dengan energi yang dihasilkan bahan bakar. Jika efisiensi mesin sama, maka untuk menempuh jarak yang sama, kedua bahan bakar harus menghasilkan energi yang sama.
Kita akan hitung: berapa energi yang dihasilkan oleh 1 liter bensin, lalu cari berapa liter etanol yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi yang sama.
Langkah-Langkah:
1. Energi dari 1 Liter Bensin (Isooktana)
a. Massa 1 liter isooktana:
m = ρ × V = 0,69 g/mL × 1000 mL = 690 g
b. Mol isooktana dalam 690 g:
Mm C8H18 = (8 × 12) + (18 × 1) = 96 + 18 = 114 g/mol
n = m/Mm = 690 g / 114 g/mol = 6,053 mol
c. Energi yang dihasilkan 1 liter isooktana:
Ebensin = n × |ΔHo| = 6,053 mol × 5461 kJ/mol
Ebensin = 33.055 kJ
2. Energi per Liter Etanol
a. Massa 1 liter etanol:
m = ρ × V = 0,78 g/mL × 1000 mL = 780 g
b. Mol etanol dalam 780 g:
Mm C2H5OH = (2 × 12) + (6 × 1) + 16 = 24 + 6 + 16 = 46 g/mol
n = m / Mm = 780 g / 46 g/mol = 16,957 mol
c. Energi yang dihasilkan 1 liter etanol:
Eetanol/L = n × |ΔHo| = 16,957 mol × 1367 kJ/mol
Eetanol/L = 23.181 kJ
3. Hitung Rasio Energi
Rasio energi etanol terhadap bensin (per liter):
Rasio = Eetanol/L / Ebensin/L = 23.181 / 33.055 = 0,7013
Artinya: 1 liter etanol hanya menghasilkan sekitar 70,1% energi dari 1 liter bensin.
4. Hitung Konsumsi Etanol
Karena energi per liter etanol lebih kecil, kendaraan memerlukan lebih banyak volume etanol untuk menempuh jarak yang sama. Konsumsi etanol (km/L) menjadi lebih rendah:
Konsumsi etanol = Konsumsi bensin × Rasio energi
Konsumsi etanol = 20 km/L × 0,7013
Konsumsi etanol = 14,03 km/L ≈ 14 km/L
Cara Alternatif: Perbandingan Langsung
Agar lebih mudah dipahami, kita bisa susun persamaan proporsional:
Untuk menempuh jarak yang sama, energi yang dibutuhkan sama:
Vetanol × Eetanol/L = Vbensin × Ebensin/L
Jika bensin menempuh 20 km dengan 1 L, maka etanol menempuh 20 km dengan volume:
Vetanol = (1 L × 33.055 kJ) / 23.181 kJ = 1,426 L
Konsumsi etanol = 20 km / 1,426 L = 14,03 km/L
Ringkasan Perhitungan
| Parameter | Bensin (C8H18) | Etanol (C2H5OH) |
|---|---|---|
| Massa jenis (ρ) | 0,69 g/mL | 0,78 g/mL |
| Massa per liter | 690 g | 780 g |
| Mm | 114 g/mol | 46 g/mol |
| Mol per liter | 6,053 mol | 16,957 mol |
| ΔHobakar | 5461 kJ/mol | 1367 kJ/mol |
| Energi per liter | 33.055 kJ/L | 23.181 kJ/L |
| Konsumsi (km/L) | 20 km/L | ≈ 14 km/L |
Kesimpulan
Jika bahan bakar diganti dengan etanol, konsumsi kendaraan menjadi ≈ 14 km/L (turun dari 20 km/L).
Jawaban: E
Hal ini terjadi karena meskipun etanol memiliki massa jenis lebih besar dan lebih banyak mol per liter, nilai kalor bakar per mol etanol (1367 kJ/mol) jauh lebih kecil dibandingkan isooktana (5461 kJ/mol), sehingga energi total per liter etanol tetap lebih rendah (~70%) dibanding bensin.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar