SOAL AZAZ BLACK DAN PEMBAHSANNYA KELAS XI SMA KURIKULUM MERDEKA

Soal 1

Sebuah bongkahan es seberat 50 gram pada suhu 0°C dicelupkan ke dalam 150 gram air pada suhu 40°C. Berapa suhu akhir campuran jika diketahui kalor lebur es adalah 334 J/g dan kalor jenis air adalah 4,2 J/g°C?

Pembahasan: Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es:

$$Q_{\text{es}} = m \times L = 50 \, \text{g} \times 334 \, \text{J/g} = 16700 \, \text{J}$$

Kalor yang dilepaskan air:

$$Q_{\text{air}} = m \times c \times \Delta T = 150 \, \text{g} \times 4,2 \, \text{J/g°C} \times (40°C - 0°C) = 150 \times 4,2 \times 40 = 25200 \, \text{J}$$

Karena kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es lebih kecil dari kalor yang dilepaskan air, es mencair seluruhnya, dan kita bisa menghitung suhu akhir dengan:

$$Q_{\text{air}} - Q_{\text{es}} = m_{\text{air}} \times c_{\text{air}} \times (T_{\text{akhir}} - 0°C)$$
$$25200 - 16700 = 150 \times 4,2 \times T_{\text{akhir}}$$ $$8500 = 630 \times T_{\text{akhir}}$$ $$T_{\text{akhir}} = \frac{8500}{630} = 13,49°C$$

Soal 2

150 gram air bersuhu 80°C dicampur dengan 200 gram air bersuhu 20°C. Tentukan suhu akhir campuran!

Pembahasan: Kalor yang dilepas air panas:

$$Q_{\text{panas}} = m \times c \times \Delta T = 150 \, \text{g} \times 4,2 \, \text{J/g°C} \times (80°C - T_{\text{akhir}})$$

Kalor yang diterima air dingin:

$$Q_{\text{dingin}} = m \times c \times \Delta T = 200 \, \text{g} \times 4,2 \, \text{J/g°C} \times (T_{\text{akhir}} - 20°C)$$

Karena asas Black, kalor yang dilepas sama dengan kalor yang diterima:

$$150 \times 4,2 \times (80 - T_{\text{akhir}}) = 200 \times 4,2 \times (T_{\text{akhir}} - 20)$$
$$630 \times (80 - T_{\text{akhir}}) = 840 \times (T_{\text{akhir}} - 20)$$
$$50400 - 630T_{\text{akhir}} = 840T_{\text{akhir}} - 16800$$
$$67200 = 1470T_{\text{akhir}}$$ $$T_{\text{akhir}} = \frac{67200}{1470} = 45,71°C$$

Soal 3

Sebongkah es dengan massa 100 gram pada suhu -10°C dicampur dengan 300 gram air bersuhu 30°C. Kalor jenis es 2,1 J/g°C, kalor lebur es 334 J/g, dan kalor jenis air 4,2 J/g°C. Berapa suhu akhir campuran?

Pembahasan: Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es ke 0°C:

$$Q_1 = m \times c \times \Delta T = 100 \, \text{g} \times 2,1 \, \text{J/g°C} \times 10°C = 2100 \, \text{J}$$

Kalor untuk mencairkan es:

$$Q_2 = m \times L = 100 \times 334 = 33400 \, \text{J}$$

Kalor yang dilepaskan air:

$$Q_{\text{air}} = m \times c \times \Delta T = 300 \times 4,2 \times (30 - T_{\text{akhir}})$$

Misalkan es mencair seluruhnya, maka jumlah kalor yang dibutuhkan oleh es:

$$Q_{\text{total}} = Q_1 + Q_2 = 2100 + 33400 = 35500 \, \text{J}$$

Kalor yang dilepaskan air:

$$Q_{\text{air}} = 300 \times 4,2 \times (30 - 0) = 37800 \, \text{J}$$

Karena kalor yang dilepaskan air lebih besar dari yang dibutuhkan es, es mencair seluruhnya, dan suhu akhir dihitung dengan sisa kalor air:

$$37800 - 35500 = 2300 \, \text{J}$$
$$2300 = m_{\text{air}} \times c_{\text{air}} \times (T_{\text{akhir}} - 0)$$
$$2300 = 400 \times 4,2 \times T_{\text{akhir}}$$ $$T_{\text{akhir}} = \frac{2300}{1680} = 1,37°C$$

Soal 4

200 gram air bersuhu 90°C dicampur dengan 100 gram es pada suhu 0°C dan 50 gram aluminium pada suhu 20°C. Tentukan suhu akhir campuran! Kalor jenis aluminium = 0,9 J/g°C.

Pembahasan: Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es:

$$Q_{\text{es}} = m \times L = 100 \times 334 = 33400 \, \text{J}$$

Kalor yang dilepaskan air:

$$Q_{\text{air}} = 200 \times 4,2 \times (90 - T_{\text{akhir}})$$

Kalor yang diterima aluminium:

$$Q_{\text{aluminium}} = 50 \times 0,9 \times (T_{\text{akhir}} - 20)$$

Dengan asas Black, kita dapat menyelesaikan sistem persamaan tersebut untuk mendapatkan suhu akhir campuran.

Soal 5

Suatu zat logam bermassa 100 gram pada suhu 100°C dimasukkan ke dalam 200 gram air pada suhu 25°C. Setelah kesetimbangan tercapai, suhu akhir campuran adalah 35°C. Berapakah kalor jenis zat logam tersebut?

Pembahasan: Kalor yang diterima air:

$$Q_{\text{air}} = 200 \times 4,2 \times (35 - 25) = 8400 \, \text{J}$$

Kalor yang dilepaskan logam:

$$Q_{\text{logam}} = m \times c \times \Delta T = 100 \times c \times (100 - 35)$$

Karena asas Black:

$$8400 = 100 \times c \times 65$$
$$c = \frac{8400}{6500} = 1,29 \, \text{J/g°C}$$

Soal 6

100 gram es pada suhu -5°C dicampur dengan 200 gram air pada suhu 50°C dan 100 gram tembaga pada suhu 80°C. Tentukan suhu akhir campuran. Diketahui: kalor jenis es = 2,1 J/g°C, kalor lebur es = 334 J/g, kalor jenis air = 4,2 J/g°C, dan kalor jenis tembaga = 0,39 J/g°C.

Pembahasan:

• Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es dari -5°C ke 0°C:

$$Q_1 = m_{\text{es}} \times c_{\text{es}} \times \Delta T = 100 \times 2,1 \times 5 = 1050 \, \text{J}$$

• Kalor untuk mencairkan es:

$$Q_2 = m_{\text{es}} \times L = 100 \times 334 = 33400 \, \text{J}$$

• Kalor yang dilepaskan air:

$$Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \times c_{\text{air}} \times \Delta T = 200 \times 4,2 \times (50 - T_{\text{akhir}})$$

• Kalor yang dilepaskan tembaga:

$$Q_{\text{tembaga}} = m_{\text{tembaga}} \times c_{\text{tembaga}} \times \Delta T = 100 \times 0,39 \times (80 - T_{\text{akhir}})$$

Jumlahkan semua kalor es dan bandingkan dengan total kalor dari air dan tembaga. Gunakan asas Black untuk menemukan suhu akhir campuran dengan menghitung sisa kalor yang tersedia dari air dan tembaga.

Soal 7

150 gram es pada suhu 0°C, 300 gram air pada suhu 30°C, dan 200 gram besi pada suhu 200°C dicampur dalam sebuah wadah isolator. Berapa suhu akhir campuran? Diketahui kalor lebur es = 334 J/g, kalor jenis air = 4,2 J/g°C, dan kalor jenis besi = 0,46 J/g°C.

Pembahasan:

• Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es:

$$Q_{\text{es}} = 150 \times 334 = 50100 \, \text{J}$$

• Kalor yang dilepaskan air:

$$Q_{\text{air}} = 300 \times 4,2 \times (30 - T_{\text{akhir}})$$

• Kalor yang dilepaskan besi:

$$Q_{\text{besi}} = 200 \times 0,46 \times (200 - T_{\text{akhir}})$$

Dengan asas Black, total kalor yang dilepaskan besi dan air harus sama dengan kalor yang diserap oleh es, dan suhu akhir diperoleh dengan menyelesaikan persamaan kalor tersebut.

Soal 8

200 gram es pada suhu -5°C, 100 gram aluminium pada suhu 70°C, dan 250 gram air pada suhu 40°C dicampur. Tentukan suhu akhir campuran jika diketahui kalor lebur es = 334 J/g, kalor jenis air = 4,2 J/g°C, kalor jenis es = 2,1 J/g°C, dan kalor jenis aluminium = 0,9 J/g°C.

Pembahasan:

1. Hitung kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es dari -5°C ke 0°C:

$$Q_1 = m_{\text{es}} \times c_{\text{es}} \times \Delta T = 200 \times 2,1 \times 5 = 2100 \, \text{J}$$

2. Hitung kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es:

$$Q_2 = m_{\text{es}} \times L = 200 \times 334 = 66800 \, \text{J}$$

3. Hitung kalor yang dilepaskan oleh air dan aluminium dengan asas Black. Bandingkan jumlah kalor yang dilepaskan dengan kalor yang dibutuhkan es untuk menentukan apakah es mencair seluruhnya atau sebagian, dan tentukan suhu akhir campuran.

Soal 9

Sebongkah es bermassa 500 gram pada suhu -10°C dicampur dengan 600 gram air pada suhu 40°C dan 300 gram kaca pada suhu 60°C. Tentukan suhu akhir campuran! Diketahui kalor jenis es = 2,1 J/g°C, kalor lebur es = 334 J/g, kalor jenis air = 4,2 J/g°C, dan kalor jenis kaca = 0,84 J/g°C.

Pembahasan:

1. Hitung kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es dari -10°C ke 0°C:

$$Q_1 = m_{\text{es}} \times c_{\text{es}} \times \Delta T = 500 \times 2,1 \times 10 = 10500 \, \text{J}$$

2. Kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan es:

$$Q_2 = m_{\text{es}} \times L = 500 \times 334 = 167000 \, \text{J}$$

3. Kalor yang dilepaskan oleh air dan kaca dihitung, dan suhu akhir ditemukan dengan menggunakan asas Black.

Soal 10

Sebuah campuran terdiri dari 400 gram air pada suhu 90°C, 200 gram es pada suhu -5°C, dan 100 gram perak pada suhu 150°C. Tentukan suhu akhir campuran! Diketahui kalor jenis air = 4,2 J/g°C, kalor lebur es = 334 J/g, kalor jenis es = 2,1 J/g°C, dan kalor jenis perak = 0,24 J/g°C.

Pembahasan:

1. Hitung kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu es dari -5°C ke 0°C dan mencairkannya:

$$Q_{\text{total es}} = Q_1 + Q_2 = 200 \times 2,1 \times 5 + 200 \times 334 = 2100 + 66800 = 68900 \, \text{J}$$

2. Kalor yang dilepaskan air:

$$Q_{\text{air}} = 400 \times 4,2 \times (90 - T_{\text{akhir}})$$

3. Kalor yang dilepaskan perak:

$$Q_{\text{perak}} = 100 \times 0,24 \times (150 - T_{\text{akhir}})$$