20 Contoh Soal Penurunan Titik Beku serta Jawabannya

Simak 20 contoh soal penurunan titik beku dan jawabannya beserta ringkasan materinya di sini.

Terbit 29 Nov 2024 22:31 WIB,

Waktu baca ±16 menit

Ilustrasi Reaksi Kimia. foto/isotkcphoto

tirto.id - Mempelajari sejumlah contoh soal penurunan titik beku di sini berguna menambah tingkat pemahaman atas materi. Berbagai soal penurunan titik beku akan tersaji beserta dengan pembahasan jawabannya.

Ada beragam pertanyaan, termasuk contoh soal penurunan titik beku elektrolit. Selain itu, ada pula contoh soal penurunan titik beku non elektrolit serta beberapa pertanyaan yang memerlukan penghitungan sesuai rumus.

Materi penurunan titik beku masuk dalam mata pelajaran Kimia. Berikut ringkasan materi penurunan titik beku dan rumusnya.

Rangkuman Materi Penurunan Titik Beku dan Rumus

Pada dasarnya penurunan titik beku merupakan bagian dari perubahan kimia. Saat cairan yang membeku ditempelkan ke benda dengan suhu berbeda, titik bekunya menurun.

Menurut Rananda Vinsiah dalam Fenomena Sifat Koligatif Larutan Kimia Kelas XII (2020, hlm. 19), titik beku adalah kondisi ketika tekanan uap suatu cairan sama dengan tekanan padatannya. Saat suhu mencapai titik beku, cairan akan mulai membeku.

Seandainya ada suatu zat terlarut yang dicampurkan ke pelarut murni, akan tercipta larutan baru. Kondisi cairan yang tercampur tersebut akan mengalami penurunan titik beku.

Sebagai misal, terdapat air yang mempunyai titik beku 0°C. Jika ada suatu zat lain yang dilarutkan ke dalamnya, angka titik beku pun akan menurun.

Berikut ini beberapa rumus penurunan titik beku tersebut:

1. ∆Tf = Tf Pelarut - Tf Larutan

Keterangan: ∆Tf: penurunan titik beku.

Sehubungan dengan itu, penurunan titik beku juga berbanding langsung dengan molalitas terlarut yang ada di dalamnya. Berikut ini rumus perbandingannya:

2. ∆Tf = m x Kf

Keterangan:

∆Tf: penurunan titik beku.
m: molalitas Larutan.
Kf: tetapan penurunan titik beku molal.

Adapun penurunan titik beku akibat penambahan zat terlarut diformulasikan di rumus ini:

3. ∆Tb = Kb x m

Keterangan:

∆Tb = kenaikan titik didih larutan dengan satuan (˚C).
Kb = tetapan kenaikan titik didih molal pelarut (˚C / molal).
m = kemolalan (m).

Soal Penurunan Titik Beku dan Jawabannya

Untuk memahami materi ini secara lebih dalam, siswa bisa mempelajari beberapa contoh soal penurunan titik beku di bawah ini:

1. Apa yang dimaksud dengan titik beku? Jelaskan teorinya secara singkat!

Jawaban:

Titik beku adalah tingkat suhu tertentu yang menandai perubahan zat cair menjadi padat. Misalnya, titik beku air adalah 0 derajat celsius. Artinya, setelah melewati titik suhu itu, air akan membeku.

Di balik teori titik beku, ada konsep energi kinetik dan gaya antarmolekul. Secara teori, pencapaian titik beku terjadi saat energi kalor dalam zat cair terlepas atau berkurang.

Akibatnya, molekul-molekul dalam zat cair tidak punya energi kinetik yang cukup untuk menjaga pola tetap seperti saat masih mencair. Efek lanjutannya, molekul-molekul tadi akan memadat. Tak hanya proses pendinginan, pencapaian titik beku bisa juga menerima pengaruh dari zat lain yang terlarut dalam cairan.

2. Jelaskan perbedaan antara titik beku dan penurunan titik beku!

Jawaban:

Titik beku adalah tingkat suhu tertentu yang membuat zat cair menjadi padat di tekanan konstan. Misalnya, titik beku air adalah 0ᵒC. Pada titik suhu itu dan di bawahnya, air akan membeku.

Sebaliknya, penurunan titik beku adalah perubahan tingkat suhu tertentu yang menjadi titik beku suatu zat cair karena pengaruh zat terlarut di dalamnya. Contohnya, saat air dicampur dengan garam, titik bekunya turun dari 0ᵒC menjadi -2ᵒC atau lebih rendah.

3. Jelaskan proses terjadinya penurunan titik beku!

Jawaban:

Penurunan titik beku dapat terjadi ketika ada zat lain terlarut di dalam suatu cairan yang berperan sebagai pelarut murni.

Contohnya, saat garam (sebagai zat terlarut) masuk dalam air (pelarut murni), partikel-partikel zat terlarut akan mengganggu proses pembentukan kristal padat di zat pelarut murni. Akibatnya, molekul-molekul air butuh lebih banyak energi kinetik untuk memadat.

Saat masih murni, titik beku air di suhu 0ᵒC. Namun, setelah bercampur dengan garam, titik beku air menjadi -2ᵒC. Garam yang terlarut dalam air tadi menurunkan titik beku.

4. Ada 50 gram zat anti-beku etilena glikol (C₂H₄(OH)₂) dilarutkan dalam 100 gram air. Cari titik beku larutan jika Tf air 0ᵒC?

Jawaban:

-Diketahui bahwa:

Mr C₂H₄(OH)₂ = 62 gr / mol
(C₂H₄(OH)₂) = 50 gram
Pelarut air = 100 gram
Tf air 0ᵒC
Kf air = 1,86ᵒC kg/mol
Ditanyakan Tf larutannya.

-Penyelesaiannya adalah:

a. Ketahui dulu:

mol C₂H₄(OH)₂ = massa C₂H₄(OH)₂ / Mr C₂H₄(OH)₂
mol C₂H₄(OH)₂ = 50 gr / 62 gr/mol
mol C₂H₄(OH)₂ = 0,806 mol

b. Cari kemolalan larutan:

m = [mol C₂H₄(OH)₂ / massa pelarut] x 1000 g/kg
m = [0,806 mol / 100 g] x 1000 g/kg
m = 8,06 mol/kg

c. Cari penurunan titik beku larutan:

∆Tf = Kf . m
∆Tf = 1,86ᵒC kg/mol x 8,06 mol/kg
∆Tf = 15ᵒC

d. Cari titik beku larutan:

Tf larutan = 0ᵒC - 15ᵒC = -15ᵒC. Dengan demikian, titik beku larutannya adalah -15ᵒC

5. Suatu zat (sebut saja ZB) mendidih di suhu 101,4ᵒC. Cari titik beku larutan tersebut! [Informasi: Kb air= 0,52ᵒC/m dan Kf air = 1,86ᵒC/m).

Jawaban:

-Diketahui bahwa:

Tb zat = 101,4ᵒC
Kb air= 0,52ᵒC/m
Kf air = 1,86ᵒC/m)
Tb air = 100ᵒC
Ditanyakan Tf zat ZB.

-Penyelesaiannya adalah:

a. Ketahui dulu:

∆Tb = Tb zat X - Tb pelarut
∆Tb = 101,4ᵒC - 100ᵒC
∆Tb = 1,4ᵒC

b. Selanjutnya, hitung:

∆Tb = Kb . m
1,4ᵒC = 0,52ᵒC/m . m
m = 1,4ᵒC / 0,52ᵒC/m
m = 2 kg/mol

c. Berikutnya, hitung lagi:

∆Kf = Kf . m
∆Kf = 1,86ᵒC/m) . 2 kg/mol
∆Kf = 3,72ᵒC

d. Terakhir, cari titik bekunya:

Tf zat ZB = Tf pelarut - ∆Kf
Tf zat ZB = 0ᵒC - 3,72ᵒC
Tf zat ZB = - 3,72ᵒC

Dengan demikian, titik beku zat ZB adalah - 3,72ᵒC.

6. Cari titik beku dari 18 gram larutan glukosa (C₆H₁₂O₆) yang terlarut dalam 10 gram air (Kf air = 1,86 °C/m)!

Jawaban:

Penyelesaian soal di atas adalah sebagai berikut:

ΔTf = m x Kf
ΔTf = (18 gram/180) x (1.000/10 gram) x 1,86°C/m
ΔTf = 0,1 gram x 100 gram x 1,86°C/m
ΔTf = 10 gram x 1,86°C
ΔTf = 18,6°C

Bisa disimpulkan, titik beku glukosa (C₆H₁₂O₆) dalam 10 gram air adalah 0°C - 18,6°C = –18,6°C.

7. Terdapat sejumlah larutan, yakni Glukosa 0,05 molal, Glukosa 0,10 molal, Sukrosa 0,10 molal, Sukrosa 0,15 molal, dan Urea 0,20 molal. Di antara kelimanya, larutan dengan titik beku tertinggi adalah....

Jawaban:

Tingkat penurunan titik beku sebanding dengan konsentrasi molal. Makin kecil penurunan titik beku larutan (∆Tf), titik beku larutan (Tf) juga tambah tinggi. Karena itu, titik beku tertinggi terdapat di larutan dengan konsentrasi paling kecil, yaitu Glukosa 0,05 molal.

8. Sebanyak 18 gr glukosa (Mr = 180) dilarutkan dalam 500 gram air. Kf air = 1,8. Cari titik beku larutan tersebut!

Jawaban:

Penyelesaian untuk cari jawaban soal di atas adalah sebagai berikut:

ΔTf = (gr zat terlarut / Mr) x (1000 / g pelarut) x Kf
ΔTf = (18 / 180) x (1000 / 500) x 1,8
ΔTf = 0,1 x 2 x 1,8 = 0,36
Tf = 0°C - ΔTf
Tf = 0°C - 0,36°C
Tf = -0,36°C

Maka, titik beku larutan berada pada suhu -0,36°C.

9. Ada 8 gram zat A dilarutkan ke dalam 200 ml air. Jika diketahui tetapan penurunan titik beku air (Kf) air 1,86 °C/m dan massa molar zat itu 40 gr/mol, hitung titik beku larutan!

Jawaban:

Penyelesaian untuk soal di atas sebagai berikut:

ΔTf = (gr zat terlarut / Mr) x (1000 / g pelarut) x Kf
ΔTf = (8 / 40) x (1000 / 200) x 1,86
ΔTf = 0,2 x 5 x 1,86 = 1,86°C
Tf = Tfp - ΔTf
Tf = 0°C - 1,86°C
Tf = -1,86°C

Dari penyelesaian di atas, ditemukan jawaban bahwa titik beku larutan berada di suhu -1,86°C.

10. Sebanyak 200 gram air terlarut 10 gram urea CO(NH₂)₂. Diketahui Mr urea = 60 dan Kf air = 1,86 °C/m. Cari titik beku larutan urea tersebut!

Jawaban:

Berikut ini penyelesaian untuk soal di atas:

ΔTf = (gr zat terlarut / Mr) x (1000 / g pelarut) x Kf
ΔTf = (10 / 60) x (1000 / 200) x 1,86
ΔTf = 0.1667 x 5 x 1,86 = 1,55°C
Tf = Tfp - ΔTf
Tf = 0°C - 1,55°C
Tf = -1,55°C

Kesimpulannya, titik beku larutan urea seperti disebut dalam soal adalah -1,55°C.

11. Dalam suatu percobaan, ada 500 gram es batu di setiap dari empat gelas. Lalu ditambahkan 100 gram garam dapur di gelas A, 200 gram di gelas C, 100 gram gula pasir di gelas D, dan 200 gram di gelas E. Hitung penurunan titik beku (∆Tf) larutan gula (Mr=180), dengan massa jenis air 1 g/mL dan Kf air = 1,86°C/molal.

Jawaban:

Penyelesaian untuk cari jawaban soal di atas bisa dengan memakai rumus ∆Tf = Kf . m. Adapun m adalah molalitas larutan yang bisa di hitung pakai rumus m = n/mₛₒₗᵥₑₙₜ. Yang dimaksud dengan n ialah mol solut (gula pasir), dan mₛₒₗᵥₑₙₜ ialah massa pelarut air dalam kilogram.

Langkah penyelesaiannya sebagai berikut:

a. n = 100 g / 100 g/mol = 0,5556 mol
b. m = 0,5556 mol / 0,5 kg = 1,1112 mol/kg
c. ∆Tf = Kf . m
- ∆Tf = 1,86°C/molal . 1,1112 mol/kg
- ∆Tf = 2,067°C atau 2,07°C

Dapat diambil kesimpulan, penurunan titik beku larutan gula adalah 2,07°C.

12. Ada 6 gram urea terlarut ke 100 gram air. Akibat pelarutan itu titik beku campuran air dan larutan urea menjadi -1,86 °C. Berapa titik beku larutan jika 2,45 gram H₃PO₄ (asam fosfat) terlarut dalam 200 gram air?

(Diketahui tingkat ionisasi asam fosfat = 0,4; Ar P = 31; O = 16; dan Mr urea = 60).

Jawaban:

Untuk mencari jawaban soal di atas, penyelesaiannya adalah:

Tf H₃PO₄ = Tfp - (ΔTf x i)
ΔTf = (gr zat terlarut / Mr) x (1000 / g pelarut) x Kf
ΔTf = (2,45 / 98) x (1000 / 200) x (1,86 x 1,4)
ΔTf = 0,025 x 5 x 2,604 = 0,325°C
Tf = Tfp - ΔTf
Tf = -1,86°C + 0,325°C
Tf = -1,535°C

Jadi, titik beku 200 gram air yang dilaruti oleh 2,45 gram asam fosfat adalah -1,535°C.

13. 13. Sebanyak 9 gram NaCl (natrium klorida) dimasukkan ke dalam 900 mL air. Diketahui massa jenis air = 1 g/mL dan Kf air = 1,86°C/molal. Cari titik beku larutan itu!

Jawaban:

Penyelesaian untuk menemukan jawaban soal di atas bisa memakai rumus penurunan titik beku, yaitu ∆Tf = Kf . m. Maka penyelesaiannya adalah:

a. Mengingat volume air adalah 900 ml dan massa jenisnya 1 g/mL, bisa diketahui massa air adalah:

massa air = 900 mL . 1 g/mL
massa air = 900 g
massa air = 0,9 kg

b. Cari molalitas larutan (m) dengan rumus m = mol zat terlarut / massa larutan (kg). Adapun molar massa NaCl adalah 23 (Na) + 35,5 (Cl) = 58,5 g/mol.

-Bisa diketahui bahwa:

mol NaCl = massa NaCl / massa molar NaCl
mol NaCl = 9 g / 58,5 g/mol
mol NaCl = 0,154 mol

-Maka molalitas larutannya adalah:

m = 0,154 mol / 0,9 kg
m = 0,171 mol/kg

c. Lalu, penurunan titik bekunya bisa diketahui, yakni:

∆Tf = Kf . m
∆Tf = 1,86°C/molal . 0,171 mol/kg
∆Tf = 0,318°C

d. Titik beku larutan akan lebih rendah daripada titik beku air murni. Maka bisa diketahui bahwa:

Tf = 0°C - 0,318°C
Tf = - 0,318°C

Dapat diambil kesimpulan jawaban, bahwa titik beku larutan NaCl di dalam air mencapai - 0,318°C.

14. Larutan glukosa di air membeku pada suhu -0,18°C. Jika Kf air adalah 1,86 °C/m, hitung berapa gram glukosa yang terlarut di setiap liter air. (Mr glukosa = 180).

Jawaban:

Untuk soal di atas, penyelesaiannya adalah:

ΔTf = Tfp - Tfl
ΔTf = 0°C - (-0,18°C)
ΔTf = 0,18°C
ΔTf = (gr zat terlarut / Mr) x (1000 / g pelarut) x Kf
(gr zat terlarut / 180) x (1000 / 1000) x 1,86 = 0.18
gr zat terlarut = 0,18 x 180 = 32,4 g/L

Jadi, terdapat 32,4 gram glukosa dalam setiap liter air yang titik bekunya -0,18°C.

15. Umi memasukkan 90 mL air es ke dalam gelas. Lantas, dia menambahkan 10 mL air murni suhu normal. Lalu, dilarutkan ke dalamnya 18 gram garam. Hitung penurunan titik beku larutan tersebut!

Jawaban:

Untuk penyelesaian soal di atas bisa memakai rumus penurunan titik beku (∆Tf = Kf . m). Namun, butuh setidaknya 4 langkah untuk mencari jawabannya, yakni:

a. Menghitung massa pelarut (massa air)

Massa air total = 90 mL + 10 mL
Massa air total = 100 mL
Mengingat densitas air ialah 1g/mL maka massa air = 100 g = 0,1 kg

b. Menghitung mol zat pelarut (mol garam)

mol garam = massa garam / Mr garam (58,5 g/mol)
mol garam = 18 g / 58,5 g/mol
mol garam = 0,3077 mol

c. Menghitung molalitas (m)

m = mol zat terlarut / massa pelarut (kg)
m = 0,3077 / 0,1
m = 3,077 mol/kg

d. Menghitung penurunan titik beku

Mengingat NaCl (garam) merupakan elektrolit, ia terionisasi jadi 2 ion (i = 2). Adapun Kf air = 1,86°C. Maka, penyelesaiannya adalah:

∆Tf = Kf . m . i
∆Tf = 1,86 . 3,077 . 2
∆Tf = 11,46°C

Disimpulkan, penurunan titik beku mencapai 11,46°C. Maka, titik beku larutan menjadi -11,46°C.

16. Zat urea sebanyak 2,4 gram (Mr=60) tercampur ke dalam 50 gram air. Diketahui Kf air=1,86. Cari titik beku larutan!

Jawaban:

Penyelesaian untuk soal di atas sebagai berikut:

ΔTf = (gr zat terlarut / Mr) x (1000 / g pelarut) x Kf
ΔTf = (2,4 / 60) x (1000 / 50) x 1,86 = 1,488°C
Tf = 0°C - 1,488°C
Tf = -1,488 °C

Dapat diambil kesimpulan, titik beku larutan ada di suhu -1,488 °C.

17. Titik beku asam asetat adalah 16,6⁰C. Adapun konstanta penurunan titik beku molal asam asetat adalah 3,6⁰C/m. Lalu, Ar C = 12, O = 16, dan H = 1. Jika 12 g belerang terlarut dalam 100 g asam asetat, berapa titik bekunya?

Jawaban:

Soal di atas, bisa ditemukan jawabannya melalui penyelesaian yang memakai rumus penuruna titik beku (∆Tf = Kf . m). Namun, perlu beberapa langkah, selengkapnya sebagai berikut:

a. Ketahui massa molar (M) dari belerang (S₈)

M = 8 . Ar S
M = 8 . 32
M = 256 g/mol

b. Cari jumlah mol (n) belerang

n = massa belerang / massa molar belerang
n = 12/256
n = 0,046875 mol

c. Hitung molalitas larutan (m)

Molalitas adalah jumlah mol zat terlarut per kilogram pelarut. Adapun massa asam asetat (yang jadi zat pelarut) ialah 100 g atau 0,1 kg.

m = mol zat terlarut / massa pelarut (kg)
m = 0,046875 mol / 0,1 kg
m = 0,46875 molal

d. Hitung penurunan titik beku (∆Tf)

∆Tf = Kf . m
∆Tf = 3,6 . 0,46875
∆Tf = 1,6875⁰C

*Kf pakai konstanta penurunan titik beku molal asam asetat.

e. Hitung titik beku larutan

Tf = T⁰f (titik beku asam asetat) - ∆Tf
Tf = 16,6 - 1,6875
Tf = 14,9125⁰C
Tf = 14,91⁰C (pembulatan)

Bisa disimpulkan, titik beku larutan adalah 14,91⁰C.

18. Larutan mengandung 2 gram kloroform dengan Mr 119 g/mol terlarut dalam benzena dengan Kf 5,12 °C/m dan Tf 45°C. Hitung titik bekunya!

Jawaban:

Untuk mencari jawaban soal di atas, penyeleseaiannya adalah:

ΔTf = (gr zat terlarut / Mr) x (1000 / g pelarut) x Kf
ΔTf = (2 / 119) x (1000 / 100) x 5,12 = 0,0862°C
Tf = Tfp - ΔTf
Tf = 45°C - 0,0862°C
Tf = 44,9138 °C

Jadi, titik beku larutan di atas berada di suhu 44,91°C

19. Supaya 5 liter air tidak membeku saat mencapai suhu -5⁰C, berapa massa garam dapur yang harus dicampurkan ke dalam larutan tersebut? [Mr garam dapur = 58,5] dan [Kf = 1,86]

Jawaban:

Agar tidak membeku saat mencapai suhu -5⁰C, titik beku air harus berada di bawahnya. Maka perlu campuran garam dengan massa tertentu.

a. Dari soal di atas, bisa diketahui bahwa:

Titik beku 5 liter air (Tf) = -5⁰C
Titik beku air murni (T₀) = 0⁰C
Penurunan titik beku atau ΔTf = T₀ - Tf = 0 - (-5) = 5⁰C
Konstanta penurunan titik beku (Kf) = 1,86 ⁰C/m
Volume air (V) = 5 l
Massa molar garam (MₙₐCₗ) = 58,5 g/mol
Massa jenis air (𝜌) = 1 kg/L
Diasumsikan garam (NaCl) terdisosiasi jadi ion, sehingga faktor van 't hoff (i) = 2.

a. Langkah penyelesaian sebagai berikut:

Massa pelarut air: ᵐsolvent = V . 𝜌 = 5 . 1 = 5 Kg
Molalitas larutan: m = ΔTf / (Kf . i) = 5 / (1,86 . 2) = 5 / 3,72 = 1,344 mol/kg
Mol garam yang dibutuhkan: ⁿsolute = m . ᵐsolvent = 1,344 . 5 = 6,72 mol
Massa garam: ᵐsolute = ⁿsolute . MₙₐCₗ = 6,72 . 58,5 = 393,12 g.

Kesimpulannya, untuk membikin 5 liter air tidak membeku saat mencapai suhu -5⁰C, dibutuhkan campuran sebanyak 393,12 gram garam dapur.

20. Ada 3 gram zat ABC dalam 100 gram air dengan Kf=1,86°C/m yang membeku ketika suhu -0,279°C. Berapa Mr zat ABC?

Jawaban:

Untuk menemukan jawaban soal di atas, penyelesaiannya sebagai berikut: