Elektrokimia Electrochemistry

(1)

Elektrokimia

Electrochemistry

Konsep PENTING

IMPORTANT concepts

6

BIDANG

PEMBELAJARAN

BA

B

APAKAH ITU ELEKTROKIMIA?

WHAT IS ELECTROCHEMISTRY?

Elektrokimia adalah satu cabang kimia fizikal yang mengkaji tentang hubung kait antara elektrik dengan perubahan kimia. Pengetahuan dalam elektrokimia diaplikasikan di dalam industri seperti untuk membuat bateri dan untuk mengekstrak logam daripada bijihnya.

Electrochemistry is the branch of physical chemistry that studies the relationship between electricity and its chemical change. Knowledge of electrochemistry is applied in industry such as to make electrical

TEMA 2: Penerokaan Unsur dalam Alam

ELEKTROKIMIA ELECTROCHEMISTRY

Perubahan tenaga

Energy change

Penghasilan tenaga elektrik daripada pelbagai sumber

The production of electrical energy from various sources

Sel kimia Chemical cell Sel elektrolitik Electrolytic cell

Struktur sel elektrolitik

Structure of electrolytic cell

Proses elektrolisis ke atas sebatian ion dalam keadaan pepejal, leburan dan akueus

The process of electrolysis of ionic compounds in solid, molten and aqueous states

Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis

Factors affecting the products of electrolysis

Aplikasi elektrolisis dalam industri iaitu pengekstrakan, penyaduran dan penulenan

Application of electrolysis in industry i.e. extraction, electroplating and purification.

(2)

NOTA BESTARI

Elektrolisis

1. Elektrolisis ialah proses penguraian bahan kimia dalam larutan akueus atau leburan kepada juzuknya dengan menggunakan arus elektrik.

2. Tenaga elektrik berubah kepada tenaga kimia dalam proses elektrolisis.

3. Semasa proses elektrolisis, kation (ion positif) bergerak ke katod manakala anion (ion negatif) bergerak ke anod.

4. Di katod, kation menerima elektron dan dinyahcas untuk membentuk atom neutral. Di anod, anion membebaskan elektron dan dinyahcas untuk membentuk atom neutral.

5. Faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis adalah kedudukan ion dalam siri elektrokimia, kepekatan elektrolit dan jenis elektrod.

6. Kegunaan elektrolisis dalam industri: (a) Pengekstrakan logam

• Logam yang lebih reaktif daripada karbon diekstrak daripada bijihnya dengan elektrolisis. (b) Penulenan logam

• Logam yang tidak tulen dijadikan anod manakala logam tulen dijadikan katod. • Elektrolit ialah larutan garam bagi logam itu. (c) Penyaduran logam

• Logam yang digunakan untuk menyadur dijadikan anod manakala bahan yang ingin disadur dijadikan katod.

• Elektrolit ialah larutan garam bagi logam yang diguna sebagai anod.

• Tujuan penyaduran logam adalah untuk mengelakkan logam daripada terkakis (berkarat) dan menjadikan logam kelihatan lebih menarik. 7. Syarat-syarat penyaduran logam secara kekal, sekata

dan cantik termasuk:

(a) logam yang hendak disadur perlu dibersihkan (dengan kertas pasir) terlebih dahulu.

(b) arus elektrik yang kecil dialirkan. (c) larutan elektrolit yang cair digunakan (d) tempoh penyaduran adalah lama.

(e) logam yang disadur itu perlu dipusing perlahan-lahan semasa elektrolisis.

Electrolysis

1. Electrolysis is the decomposition of a chemical substance in an aqueous solution or the molten state to its constituents by using electricity.

2. Electrical energy is changed to chemical energy in electrolysis.

3. During electrolysis, cation (positive ion) moves towards the cathode while anion (negative ion) moves towards the anode.

4. At the cathode, the cations receive electrons and are discharged to form neutral atoms. At the anode, the anions release electrons and are discharged to form neutral atoms.

5. Factors affecting the products of electrolysis are the

position of ions in the electrochemical series, the concentration of electrolytes and the type of electrode.

6. The uses of electrolysis in industry include: (a) Extraction of metals

• Metals that are more reactive than carbon are extracted from their ores by electrolysis. (b) Purification of metals

• The impure metal is used as the anode while the pure metal is used as the cathode.

• The electrolyte is a solution of a salt of the metal.

(c) Electroplating of metals

• The metal used for electroplating becomes the

anode while the object to be plated becomes

the cathode.

• The electrolyte is a solution of a salt of the metal that is used as the anode.

• The aims of electroplating are to prevent the metal from corrosion (rusting) and make the metal looks more attractive.

7. Conditions for high quality metal plating include: (a) the metal to be coated must be cleaned (with

sand paper) before being electroplated. (b) only a low electric current is used. (c) a dilute electrolyte solution is used. (d) the electroplating period is long.

(e) the metal being plated should be rotated slowly during the electrolysis.

Sel Ringkas

1. Sel ringkas terdiri daripada dua logam yang berlainan yang dicelup ke dalam suatu larutan elektrolit. 2. Perubahan kimia yang berlaku menghasilkan tenaga

elektrik.

3. Pengetahuan tentang prinsip penghasilan tenaga elektrik daripada tindak balas kimia telah diaplikasikan untuk menghasilkan pelbagai jenis sel kimia.

Simple Voltaic Cells

1. A simple voltaic cell consists of two different metals that are immersed in an electrolyte.

2. Chemical changes occur to produce electrical energy. 3. Knowledge of the principle of producing electrical

energy from chemical reactions has been applied to produce various types of chemical cells.

Nota Grafik

BAB

(3)

Standard Kandungan

6.1 Sel Elektrolitik Tarikh:

AKTIVITI

PERBINCANGAN

Konstruktivisme

PBD

6.1 Sel elektrolisis

_{Electrolytic cell}

1 Apakah yang dimaksudkan dengan proses elektrolisis? TP2

What is meant by the process of electrolysis?

Proses penguraian sesuatu sebatian dalam keadaan lebur atau akueus kepada

unsur juzuknya apabila arus elektrik mengalir melaluinya.

The process of decomposition of a compound in a molten or aqueous state into its constituent elements when an electric current flows through it.

2 Lengkapkan ruang tentang sel elektrolisis dan proses elektrolisis. TP1

Complete the spaces about the electrolytic cell and the process of electrolysis.

Katod

Cathode AnionAnion ReostatRheostat ElektrolitElectrolyte KationCation AnodAnode Bukan elektrolitNon-electrolyte AmmeterAmmeter

(h) Bukan elektrolit ialah bahan yang tidak boleh mengalirkan arus elektrik.

Non-electrolyte _{is the substance that cannot conduct electric current.}

3 Tandakan ( ✓ ) dalam petak untuk menentukan pergerakan ion yang betul semasa elektrolisis. TP2

Tick ( ✓ ) in the boxes to determine the correct movement of ions during electrolysis.

(a) (b)

✓ Anion

Anion AnionAnion

Kation Cation ✓ Kation Cation (a) Ammeter/Ammeter • Menyukat arus elektrik/Measure the electric current (d) Reostat/Rheostat • Mengawal pengaliran arus elektrik/Controls the flow of

the electric current

(b) Anod/Anode • Elektrod positif Positive electrode (e) Katod/Cathode • Elektrod negatif Negative electrode (g) Elektrolit/Electrolyte • Larutan atau leburan yang mengalirkan arus elektrik

A solution or molten compound that conducts electric current

(f) Kation/Cation • Ion bercas positif Positive-charged ion (c) Anion/Anion • Ion bercas negatif Negatively-charged ion Bateri Battery A wayar wire elektrod negatif/katod ( – ) negative electrode/cathode ( – ) elektrod positif/anod (+) positive electrode/anode (+) wayar wire Buku teks m/s 178 – 192

BAB

6

(4)

EKSPERIMEN

BERPANDU

Penemuan Inkuiri

PBD

6.2 Elektrolisis sebatian ion dalam pelbagai keadaan

_{Electrolysis of ionic compounds in various states}

KBAT

Untuk mengkaji proses elektrolisis sebatian ion dalam keadaan pepejal, leburan dan akueus.

To study the electrolysis process of ionic compound in solid, molten and aqueous states.

Bolehkah sebatian ion dalam keadaan pepejal, leburan dan akueus mengalami elektrolisis?

Can ionic compounds undergo electrolysis in solid, molten and aqueous states?

1 Sebatian ion dalam keadaan leburan dan akueus boleh menjalani

proses elektrolisis.

Ionic compounds undergo electrolysis in molten and aqueous states.

2 Sebatian ion dalam keadaan pepejal tidak boleh menjalani proses elektrolisis.

Ionic compounds do not undergo electrolysis in solid state.

(a) yang dimanipulasikan/that is manipulated:

Keadaan sebatian ion, iaitu pepejal, leburan atau akueus State of ionic compounds namely solid, molten or aqueous

(b) yang bergerak balas/that responds:

Keadaan mentol/Condition of light bulb

(c) yang dimalarkan/that is kept constant:

Jenis elektrod/Type of electrode

Serbuk plumbum(II) bromida, larutan kuprum(II) sulfat 1 mol dm–3

Lead(II) bromide powder, 1 mol dm–3_{copper(II) sulphate solution}

Sel elektrolitik, kayu uji, bateri, elektrod karbon, mangkuk pijar, tabung uji, mentol, suis, dawai penyambung dengan klip buaya, spatula, alas segi tiga tanah liat, tungku kaki tiga, penunu Bunsen.

Electrolytic cell, wooden splinter, batteries, carbon electrodes, crucible, test tube, bulbs, switch, connecting wires with crocodile clips, spatula, pipeclay triangle, tripod stand, Bunsen burner

A. Elektrolisis bagi sebatian ion dalam keadaan pepejal dan leburan Electrolysis of ionic compound in solid and molten states

(Demonstrasi guru/Demonstration by the teacher)

Rajah (a)/Diagram (a)

1 Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah (a).

Set up the apparatus as shown in the Diagram (a).

2 Masukkan sedikit serbuk plumbum(II) bromida ke dalam mangkuk pijar.

Put some lead(II) bromide powder into a crucible.

3 Hidupkan suis. Perhati dan rekodkan perubahan yang berlaku pada mentol.

Turn on the switch. Observe and record the changes that occur in the bulb.

4 Panaskan pepejal plumbum(II) bromide sehingga melebur dan ulang langkah 3 dan 4.

Heat solid lead(II) bromide until it melts and repeat steps 3 and 4.

Tujuan Pernyataan Masalah Hipotesis Pemboleh Ubah Bahan Radas Prosedur

Lakukan eksperimen ini dalam kebuk wasap. Gas bromin yang terbebas adalah beracun.

Carry out this experiment in the fume chamber. The bromine gas released is poisonous. Bateri Battery Mentol Light bulb Elektrod karbon Carbon electrode Pepejal plumbum(II) bromida, PbBr2

Solid lead(II) bromide

PbBr2 Mangkuk pijar Crucible Klip buaya Crocodile clip Suis Switch Segi tiga tanah liat Pipe clay triangle + – Buku teks m/s 178 – 192

BAB

6

(5)

B. Elektrolisis bagi sebatian ion dalam keadaan akueus Electrolysis of ionic compound in the aqueous state

Rajah (b)/Diagram (b)

1 Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan pada Rajah (b).

Set up the apparatus as shown in the Diagram (b).

2 Hidupkan suis. Perhati dan rekodkan perubahan yang berlaku pada mentol.

Turn on the switch. Observe and record the changes that occur in the bulb.

Bahan

Substance Keadaan mentolBulb condition Inferences Inferens

Pepejal plumbum(II) bromida

Solid lead(II) bromide

Tiada perubahan

No change Arus elektrik tidak mengalir Electric current does not flow

Leburan plumbum(II) bromida

Molten lead(II) bromide

Mentol menyala

The bulb lights up Arus elektrik mengalirElectric current flows

Larutan kuprum(II) sulfat

Copper(II) sulphate solution Mentol menyalaThe bulb lights up Arus elektrik mengalirElectric current flows

1 Mengapakah elektrolisis dapat berlaku pada sebatian ion dalam keadaan leburan dan akueus? TP2

Why does electrolysis occur in molten and aqueous of ionic compounds?

Ion-ion bebas bergerak untuk mengkonduksikan arus elektrik. Ions are free to move to conduct electricity.

2 Mengapakah elektrolisis tidak berlaku pada sebatian ion dalam keadaan pepejal?

Why does electrolysis not occur in solid ionic compounds? TP2

Ion-ion tidak bebas bergerak untuk mengkonduksikan arus elektrik. Ions are not free to move to conduct electricity.

1 Adakah hipotesis diterima?/Are the hyphotheses accepted?

Ya/Yes

2 Apakah kesimpulan eksperimen ini?/What is the concluion for this experiment?

Sebatian ion dalam keadaan leburan dan akueus boleh menjalani

proses elektrolisis. Sebatian ion dalam keadaan pepejal tidak boleh menjalani proses elektrolisis.

Ionic compounds undergo electrolysis in molten and aqueous states. Ionic compounds do not undergo electrolysis in solid state.

Pemerhatian Perbincangan Kesimpulan Bateri Battery Mentol Light bulb Elektrod karbon Carbon electrodes Tabung uji Test tube + – Larutan kuprum(II) sulfat Copper(II) sulphate solution Klip buaya Crocodile clip Suis Switch + –

BAB

6

(6)

1 Tandakan ( ✓ ) faktor-faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis. TP1

Tick ( ✓ ) the factors affecting the products of electrolysis.

Bilangan sel kering

Number of dry cell ✓ Kedudukan ion dalam siri elektrokimiaPosition of ions in the electrochemical series

✓ Jenis elektrod

Type of electrode ✓ Kepekatan ion elektrolitConcentration of the electrolyte

2 (a) Kedudukan ion dalam siri elektrokimia/The position of ions in the electrochemical series

Ion yang terletak di bahagian bawah siri elektrokimia lebih cenderung dipilih untuk dinyahcas berbanding dengan ion yang terletak di atas siri itu.

There is a greater tendency for ions located lower in the electrochemical series to be selected for discharge compared to ions located higher in the series.

Lengkapkan siri elektrokimia di bawah./Complete the electrochemical series below. TP1

magnesium

magnesium kloridachloride kuprumcopper iodidaiodide argentumsilver ion hidroksidahydroxide hidrogenhydrogen

Kation/Cation

Ion kalium/Potassium ion Ion natrium/Sodium ion Ion kalsium/Calcium ion

Ion magnesium/Magnesium ion Ion aluminium/Aluminium ion

Ion zink/Zink ion

Ion ferum(II)/Iron(II) ion

ion plumbum(II) ion/Lead(II) ion Ion hidrogen/Hydrogen ion Ion kuprum(II)/Copper(II) ion Ion argentum/Silver ion

Anion/Anion

Ion fluorida/Fluoride ion Ion sulfat/Sulphate ion Ion nitrat/Nitrate ion

Ion klorida/Chloride ion Ion bromida/Bromide ion

Ion iodida/Iodide ion

Ion hidroksida/Hydroxide ion Semakin mudah dipilih untuk dinyahcas More easily to be chosen for discharged

Siri elektrokimia/Electrochemical series

(b) Bulatkan ion yang dipilih untuk dinyahcas di anod dan katod. Nyatakan hasil elektrolisis. Kemudian, berikan sebab./Circle the ions chosen to be discharged at anode and cathode. State the

products of electrolysis. Then, give reasons. TP2

AKTIVITI

PERBINCANGAN

Masteri

PBD

6.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi hasil elektrolisis

_{Factors affecting the products of electrolysis}

Ion

Ions Ion dipilih untuk dinyahcasIon chosen to be discharged Product Hasil (-)

Anion Anion

Anod (+) : Ion sulfat Ion hidroksida

Anode (+) : Sulphate ion Hydroxide ion OksigenOxygen (+)

Kation Cation

Katod (-) : Ion natrium Ion hidrogen

Cathode (-) : Sodium ion Hydrogen ion HidrogenHydrogen Sebab/Reason

Anod : Ion hidroksida terletak di bawah ion sulfat dalam siri elektrokimia

Anode : Hydroxide ion is located below sulphate ion in the electrochemical series.

Katod : Ion hidrogen terletak di bawah ion natrium dalam siri elektrokimia

Cathode : Hydrogen ion is located below sodium ion in the electrochemical series.

Elektrod karbon Carbon electrodes Larutan natrium sulfat Sodium sulphate solution A Buku teks m/s 178 – 192

BAB

6

(7)

3 Faktor kepekatan elektrolit./The factor of concentration of electrolyte

Ion yang lebih pekat akan dipilih untuk dinyahcas di anod. Jenis ion yang dipilih untuk dinyahcas di katod masih ditentukan oleh kedudukan ion dalam siri elektrokimia.

The more concentrated ions will be selected for discharged at the anode. The type of ion chosen for discharge at the cathode is still determined by the position of the ion in the electrochemical series.

Bulatkan ion yang dipilih untuk dinyahcas di anod dan katod. Nyatakan hasil elektrolisis. Kemudian, berikan sebab. TP2

Circle the ions chosen to be discharged at anode and cathode. State the products of electrolysis. Then, give reasons.

4 Faktor jenis elektrod/The factor of the types of electrodes

Jika jenis logam yang digunakan sebagai anod adalah sama dengan jenis ion logam yang terdapat di dalam larutan elektrolit, maka anod akan melarut membentuk ion logam itu.

Atom logam → ion logam + elektron

Di katod, atom-atom logam tersebut akan terenap.

Ion logam + elektron → atom logam

If the type of metal used as the anode is the same as the type of metal ion present in the electrolyte solution, then the anode will dissolve to form the metal ions.

Metal atom → metal ion + electron At the cathode, the metal atoms will deposited.

Metal ion + electron → metal atom

Berdasarkan faktor jenis elektrod, nyatakan pemerhatian dan hasil di anod dan katod. TP2

Based on the factor of the type of electrode, state the observation and product at the anode and cathode.

Elektrod

Electrode PemerhatianObservation Product Hasil

Anod

Anode Elektrod kuprum terlarut/menipisCopper electrode dissoves/becomes thinner Ion kuprum(II)Copper(II) ion Katod

Cathode

Elektrod kuprum menebal/Pepejal perang terbentuk

Copper electrode becomes thicker/A brown solid is deposited.

Kuprum Copper Sebab/Reason

Anod : Ion klorida lebih pekat daripada ion hidroksida .

Anode : Chloride ion is more concentrated than hydroxide ion.

Katod : Ion kuprum(II) terletak di bawah ion hidrogen dalam siri elektrokimia.

Cathode : Copper(II) ion is located below hydrogen ion in the electrochemical series.

Ion

Ions Ion dipilih untuk dinyahcasIon chosen to be discharged Product Hasil (-)

Anion Anion

Anod (+) : Ion klorida Ion hidroksida

Anode (+) : Chloride ion Hydroxide ion KlorinChlorine (+)

Kation Cation

Katod (-) : Ion kuprum(II) Ion hidrogen

Cathode (-) : Copper(II) ion Hydrogen ion KuprumCopper

Elektrod karbon Carbon electrodes Larutan kuprum(II) klorida pekat Concentrated copper(II) chloride solution A Elektrokd kuprum Copper electrodes Larutan kuprum(II) sulfat Copper(II) sulphate solution A

BAB

6

(8)

EKSPERIMEN

BERPANDU

PBD

6.4 Kedudukan ion dalam siri elektrokimia

_{The position of ions in electrochemical series}

KBAT

Untuk mengkaji kesan kedudukan ion dalam siri elektrokimia mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas

To study the effect of the position of the ion in the electrochemical series that affect the choice of ions to be discharged

Bagaimanakah kedudukan ion dalam siri elektrokimia mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas?

How does the position of the ions in the electrochemical series affect the choice of ion to be discharged?

Semakin rendah kedudukan ion dalam siri elektrokimia, semakin mudah

ion itu dinyahcas.

The lower the position of the ions in the electrochemical series, the easier the ions are discharged.

(a) yang dimanipulasikan/that is manipulated:

Kedudukan ion dalam siri elektrokimia Position of ion in the electrochemical series

Hasil pada elektrod Products at electrode

Kepekatan elektrolit dan jenis elektrod

Concentration of electrolyte and type of electrode

Larutan natrium sulfat 0.5 mol dm–3_{, kayu uji, elektrod karbon, sel elektrolitik, bateri,}

tabung uji, ammeter, suis, dawai penyambung dengan klip buaya, kaki retort.

0.5 mol dm–3_{sodium sulphate solution, wooden splinter, carbon (graphite) electrode,} electrolytic cell, battery, test tubes, ammeter, switch, connecting wires with crocodile clips, retort stand

1 Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan pada rajah.

Set up the apparatus as shown in the diagram.

2 Hidupkan suis dan alirkan arus elektrik selama kira-kira 20 minit (sehingga tabung uji penuh diisi gas).

Turn on the switch and allow the electric current to flow for about 20 minutes (until the test tube is filled with gas).

3 Perhatikan perubahan pada anod dan katod serta warna larutan elektrolit.

Observe the changes at the anode and cathode, and the colour of the solution.

4 Uji gas yang terkumpul di dalam tabung uji dengan kayu uji berbara.

Collect the gas in a test tube and test it with a glowing wooden splinter.

Tujuan Pernyataan Masalah Hipotesis Pemboleh Ubah Bahan dan Radas Prosedur Elektrod karbon Carbon electrodes

A

Larutan natrium sulfat

Sodium sulphate solution

+

–

Buku teks m/s 178 – 192

BAB

(9)

Elektrod

Electrode PemerhatianObservation Ujian gas (jika ada)Gas test (if any) InferenceInferens Anod

Anode Gelembung-gelembung gas tidak berwarna terbebas.

Colourless gas bubbles are released.

Gas yang terhasil menyalakan kayu uji berbara.

The gas produced lights up the glowing wooden splinter.

Gas oksigen terhasil. Oxygen gas is produced.

Katod

Cathode Gelembung-gelembung gas tidak berwarna terbebas.

Gas menghasilkan bunyi ‘pop’ dengan kayu uji bernyala. The gas produces a ‘pop’ sound with a burning wooden splinter.

Gas hidrogen terhasil. Hydrogen gas is produced.

1 Tulis semula formula bagi ion-ion yang terdapat dalam larutan natrium sulfat. TP2

Write all the formulae of ions found in sodium sulphate solution.

Ion natrium, ion sulfat, ion hidrogen, ion hidroksida Sodium ion, sulphate ion, hydrogen ion and hydroxide ion

2 Tuliskan anion dan kation yang terdapat dalam larutan kuprum(II) sulfat dalam jadual.

Write the anions and cations found in copper(II) sulphate solution in the table. TP2

(a) Anion/Anion : Ion sulfat dan ion hidroksida/Sulphate ion and hydroxide ion (b) Kation/Cation : Ion natrium dan ion hidrogen/Sodium ion and hydrogen ion 3 Tulis formula bagi ion-ion yang tertarik ke TP2

Write the formulae of ions attracted to the

(a) anod (+)/anode (+) : Ion sulfat dan ion hidroksida/Sulphate ion and hydroxide ion (b) katod (–)/cathode (–) : Ion natrium dan ion hidrogen/Sodium ion and hydrogen ion

4 Tulis formula bagi ion-ion yang dipilih untuk dinyahcas di TP2

Write the formula of ion that is choosen to be discharged at the

(a) anod (+)/anode (+) : ion hidroksida/Hydroxide ion (b) katod (–)/cathode (–) : Ion hidrogen/Hydrogen ion

5 Mengapakah ion tertentu dipilih untuk dinyahcas di anod dan di katod? TP2

Why does certain ions are chosen to be discharged at anode and cathode?

(a) Di anod/At anode:

Ion hidroksida dipilih kerana ia berada di bawah ion sulfat dalam siri elektrokimia. Hydroxide ions are chosen because it is located below sulphate ions in the electrochemical series.

(b) Di katod/At cathode:

Ion hidrogen dipilih kerana ia berada di bawah ion natrium dalam siri elektrokimia. Hydrogen ions are chosen because it is located below sodium ions in the electrochemical series.

Ya/Yes

2 Apakah kesimpulan eksperimen ini?/What is the conclusion for this experiment?

Semakin rendah kedudukan ion dalam siri elektrokimia, semakin mudah ion itu dinyahcas.

The lower the position of the ions in the electrochemical series, the easier the ions are discharged. Pemerhatian Perbincangan Kesimpulan

BAB

6

(10)

EKSPERIMEN

BERPANDU

PBD

6.5 Kepekatan elektrolit dalam elektrolit

_{The concentration of electrolyte in electrolyte}

KBAT

Untuk mengkaji kesan kepekatan elektrolit mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas

To study the effect of the concentration of electrolyte that the choice of ions to be discharged.

Bagaimanakah kepekatan elektrolit mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas?

How does the concentration of electrolyte affect the choice of ion to be discharged?

Ion yang lebih tinggi kepekatannya akan dipilih untuk dinyahcas pada anod

Ions with higher concentration will be chosen to be discharged at anode

Kepekatan ion dalam elektrolit/Concentration of ion in electrolyte

Hasil pada anod/Product at anode

(c) yang dimalarkan /that is kept constant:

Jenis elektrod/Type of electrode

Asid hidroklorik 0.0001 mol dm–3_{, asid hidroklorik 1 mol dm}–3

0.0001 mol dm–3_{hydrochloric acid, 1 mol dm}–3_{hydrochloric acid}

Elektrod karbon, kayu uji, sel elektrolitik, bateri, tabung uji, ammeter, suis, dawai penyambung dengan klip buaya, kaki retort.

Carbon electrodes, wooden splinter, electrolytic cell, battery, test tube, ammeter, switch, connecting wires with crocodile clips, retort stand

1 Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan pada rajah.

2 Hidupkan suis dan alirkan arus elektrik selama kira-kira 20 minit (sehingga tabung uji penuh diisi gas).

Turn on the switch and allow the electric current to flow for about 20 minutes (until the test tube is filled with gas).

3 Perhatikan perubahan pada kedua-dua elektrod. Observe the changes at the two electrodes.

4 Uji gas yang terkumpul di anod dan katod masing-masing dengan kayu uji berbara

dan kayu uji bernyala.

Collect the gases at the anode and cathode, and test with a glowing wooden splinter and a lighted wooden splinter respectively.

5 Ulangi eksperimen dengan menggunakan asid hidroklorik 0.0001 mol dm–3

Repeat the experiment using 0.0001 mol dm–3_{hydrochloric acid.}

6 Uji gas yang terkumpul di anod dan katod masing-masing dengan kertas litmus merah lembap dan kayu uji bernyala.

Test the gases collected at the anode and cathode each with a damp red litmus paper and a lighted wooden splinter respectively.

Tujuan Pernyataan Masalah Hipotesis Pemboleh Ubah Bahan Radas A Elektrod karbon Carbon electrodes Larutan elektrolit Electrolyte solution

+

–

Prosedur Buku teks m/s 178 – 192

BAB

6

(11)

1 mol dm–3_{asid hidroklorik (pekat)/1 mol dm}–3_{hydrochloric acid (concentrated)}

0.0001 mol dm–3_{asid hidroklorik (cair)/0.0001 mol dm}–3_{hydrochloric acid (dilute)}

1 Kepekatan ion klorida dalam asid hidroklorik yang manakah lebih tinggi, dalam 1.0 mol dm–3_{atau 0.0001 mol dm}–3_?_TP2

Concentration of chloride ion in which hydrochloric acid is higher, in 1.0 mol dm–3_atau 0.0001 mol dm–3_?

1.0 mol dm–3

2 Namakan hasil yang terbentuk pada anod bagi setiap elektrolit di bawah. TP2

Name the product formed at anode for each electrolyte below.

(a) Asid hidroklorik 1.0 mol dm–3_{/1.0 mol dm}–3_{hydrochloric acid:}

Gas klorin/Chlorine gas

(b) Asid hidroklorik 0.0001 mol dm–3_{/0.0001 mol dm}–3_{hydrochloric acid:}

Gas oksigen/Oxygen gas

3 Namakan ion yang dipilih untuk dinyahcas pada anod bagi: TP2

Name the ions chosen for discharge at the anode for:

(a) Asid hidroklorik 1.0 mol dm–3_{/1.0 mol dm}–3_{hydrochloric acid:}

Ion klorida/Chloride ion

(b) Asid hidroklorik 0.0001 mol dm–3_{/0.0001mol dm}–3_{hydrochloric acid:}

Ion hidroksida/Hydroxide ion

Ya/Yes

Ion yang lebih tinggi kepekatannya akan dipilih untuk dinyahcas pada anod. Ions with higher concentration will be chosen to be discharged at anode.

Pemerhatian

Elektrod

Anode Gelembung-gelembung gas kuning kehijauan terbebas.

Greenish-yellow gas bubbles are released.

Gas yang terhasil melunturkan kertas litmus merah lembap. The gas produced bleaches the damp red litmus paper.

Gas klorin terhasil. Chlorine gas is produced.

Katod

Gas menghasilkan bunyi ‘pop’ dengan kayu uji menyala.

The gas produces a ‘pop’ sound with a burning wooden splinter.

Gas hidrogen terhasil. Hydrogen gas is produced.

Elektrod

Anode Gelembung-gelembung gas tidak berwarna terbebas.

Gas yang terhasil menyalakan kayu uji berbara.

The gas produced lights up/ignites the glowing wooden splinter.

Gas oksigen terhasil. Oxygen gas is produced.

Katod

Gas menghasilkan bunyi ‘pop’ dengan kayu uji menyala.

The gas produces a ‘pop’ sound with a burning wooden splinter.

Gas hidrogen terhasil. Hydrogen gas is produced. Perbincangan Kesimpulan

BAB

6

(12)

EKSPERIMEN

BERPANDU

PBD

6.6 Jenis elektrod mempengaruhi hasil elektrolisis

_{The type of electrode affects the products of electrolysis}

KBAT

Untuk mengkaji kesan jenis elektrod mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas

To study the effect of the types of electrode that affect the choice of ions to be discharged

Bagaimanakah jenis elektrod mempengaruhi pemilihan ion untuk dinyahcas?

How does the type of electrode affect the choice of ion to be discharged?

1 Jika elektrod karbon digunakan semasa elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat, maka ion hidroksida dipilih untuk dinyahcas di anod.

If carbon electrodes are used during electrolysis of copper(II) sulphate solution, then

ion hydroxide _{is chosen for discharge at anode.}

2 Jika elektrod kuprum digunakan semasa elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat, maka ion kuprum(II) terhasil di anod.

If copper electrodes are used during electrolysis of copper(II) sulphate solution, then

copper(II) ions _{are produced at the anode.}

Jenis elektrod (karbon atau kuprum) Type of electrode (carbon or copper)

Hasil elektrolisis terbentuk di elektrod Product of elelctrolysis at the anode

Jenis dan kepekatan elektrolit Type and concentration of electrolyte

Larutan kuprum(II) nitrat 0.5 mol dm–3_{, elektrod karbon, elektrod kuprum, kayu uji, sel}

elektrolitik, bateri, tabung uji, ammeter, suis, dawai penyambung dengan klip buaya, kaki retort.

0.5 mol dm–3_{copper(II) nitrate solution, carbon electrodes,, copper electrodes, wooden splinter,} electrolytic cell, battery, test tube, ammeter, switch, connecting wires with crocodile clips, retort stand.

1 Sediakan susunan radas seperti dalam rajah.

2 Hidupkan suis dan alirkan arus elektrik selama kira-kira 20 minit.

Turn on the switch and allow electricity to flow for about 20 minutes.

3 Perhatikan perubahan pada kedua-dua elektrod karbon.

Observe the changes at both copper electrodes.

Tujuan Pernyataan Masalah Hipotesis Pemboleh Ubah Bahan Prosedur A Elektrod karbon

Carbon electrodes Larutan kuprum(II) nitrat Copper(II) nitrate solution

BAB

(13)

4 Uji gas yang terbebas di anod dengan menggunakan kayu uji berbara.

Test the gas released at the anode using a glowing wooden splinter.

5 Ulang langkah 1 hingga 3 dengan menggantikan elektrod karbon dengan elektron kuprum./Repeat steps 1 till 3 by replacing carbon electrodes with copper electrodes. Elektrod

Electrode PemerhatianObservation InferenceInferens

Karbon

Carbon AnodAnode Gas terbebas menyalakan kayu uji berbara. The gas released lights up the glowing wooden splinter.

Gas oksigen terhasil. Oxygen gas is produced.

Katod

Cathode Pepejal perang terenap.Brown solids are deposited. Kuprum terhasil.Copper is produced.

Kuprum

Copper AnodAnode Elektrod kuprum terlarut/menjadi nipis. Copper electrode dissolves/ becomes thinner.

Ion kuprum(II) terhasil. Copper(II) ions are produced.

Katod

Cathode

Elektrod kuprum menebal/ Pepejal perang terenap. Copper electrode becomes thicker/Brown solids are deposited.

Kuprum terhasil. Copper is produced.

1 Namakan ion yang hadir dalam elektrolit./State the ions present in the electrolyte. TP1

Ion kuprum(II), ion nitrat, ion hidrogen dan ion hidroksida. Copper(II) ion, nitrate ion, hydrogen ion and hydroxide ion.

3 Namakan ion yang dipilih untuk dinyahcas di anod dan katod bagi elektrod-elektrod karbon dan tuliskan hasil yang terbentuk dalam petak. TP2

Name the ion chosen for discharge at the anode and cathode for carbon electrodes and write the products formed in the boxes.

Hasil yang terbentuk/Product formed

(a) Anod : Ion hidroksida

Anode : Hydroxide ion Gas oksigen/Oxygen gas

(b) Katod : Kuprum(II) ion

Cathode : Copper(II) ion Kuprum/Copper

4 Namakan ion yang terhasil di anod dan hasil yang terbentuk di katod bagi elektrod-elektrod kuprum./Name the ion produced at the anode and the product formed at the

cathode for the copper electrodes. TP2

_{(a) Anod/Anode:} Ion kuprum(II)/Copper(II) ion

(b) Katod/Cathode: Logam kuprum/Copper metal

Ya/Yes

Jika elektrod karbon digunakan semasa elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat, maka ion hidroksida dipilih untuk dinyahcas di anod. Jika elektrod kuprum digunakan semasa elektrolisis larutan kuprum(II) sulfat, maka ion kuprum(II) terhasil di anod./If carbon electrodes are used during electrolysis of copper(II) sulphate solution, then hydroxide ion is chosen for discharge at anode. If copper electrodes are used during electrolysis of copper(II) sulphate solution, then copper(II) ions are produced at the anode.

Pemerhatian

Perbincangan

Kesimpulan

BAB

(14)

Modul Teknologi Hijau KIMIA, CETREE USM. Tajuk: Mewajarkan Teknologi Hijau dalam Elektrokimia.

Lengkapkan ruang tentang aplikasi elektrolisis dalam industri. TP2

Complete the spaces about the application of electrolysis in industry.

1 Pengekstrakan logam/Extraction of metals

Logam-logam yang (kurang, lebih) reaktif daripada karbon seperti kalium, natrium, kalsium, magnesium, dan aluminium perlu diekstrakkan daripada leburan (logamnya, bijihnya) melalui (elektrolisis, pemanasan dengan karbon). Leburan (logam, bijih) dijadikan elektrolit dan elektrod-elektrod (kuprum, karbon) digunakan sebagai elektrod-elektrod.

Metals that are (less, more) reactive than carbon such as potassium, sodium, calcium, magnesium, and aluminum need to be extracted from its molten (metal, ore) by (electrolysis heating with carbon). The molten (metal, ore) is used as electrolyte and (copper, carbon) is used as the electrodes.

2 Penyaduran/Electroplating (Faktor jenis elektrod/Factor of the type of electrode)

Dalam proses penyaduran secara elektrolisis, logam penyadur dijadikan (anod, katod) manakala logam yang hendak disadur dijadikan (anod, katod). Elektrolit yang digunakan ialah (leburan, larutan akueus) yang mengandungi ion logam penyadur.

In an electroplating process, the plating metal is the (anode, cathode) while the metal to be plated is the (anode, cathode). The electroiyle used is (molten, an aquenous solution) containing the metal ion for the plating.

3 Penulenan logam/Purification of metal (Faktor jenis elektrod/Factor of the type of electrode) Proses penulenan logam menggunakan prinsip yang sama seperti proses penyaduran logam. Dalam proses penulenan, logam tidak tulen dijadikan (anod, katod) manakala kepingan logam tulen dijadikan (anod, katod). Elektrolit yang digunakan ialah larutan yang mengandungi ion-ion logam itu.

The process of the purification of metals uses the same principle as the electroplating process. In the purification process, the impure metal is made the (anode, cathode) while a pure metal plate is made the (anode, cathode). The electrolyte used is a solution containing the metal ions.

4 Pengolahan air sisa dengan menggunakan elektro-penggumpalan Waste water treatment by electrocoagulation

Pada anod, elektrod logam seperti aluminium dalam elektrolit menghasilkan ion (aluminium, hidrogen). Penggumpalan berlaku apabila ion (aluminium, hidrogen) dan ion hidroksida serta bahan pencemar bergabung. Gumpalan ini disebut (kristal, flok) yang kemudian tenggelam dan berkumpul pada dasar.

At the anode, a metal electrode such as aluminium ionises in the electrolyte to produce (aluminium, hydrogen) ions. Coagulation occurs when (aluminium, hydrogen) ions and pollutants in the waste water combine to produce coagulants. This coagulant is knows as a (crystal, floc) that sinks and gathers at the base.

AKTIVITI

PERBINCANGAN

Kontekstual

PBD

6.7 Aplikasi elektrolisis dalam industri

_{Application of electrolysis in industry}

Anod Anode Aluminium oksida Molten aluminium oxide Aluminium lebur Molten aluminium Katod karbon Carbon cathode Tangki keluli Steel tank + – Buku teks m/s 178 – 192

BAB

6

(15)

Modul Teknologi Hijau KIMIA, CETREE USM. Tajuk: Mewajarkan Teknologi Hijau dalam Elektrokimia. 2007 BHG. C, S11(a)

Mengkaji penghasilan tenaga elektrik oleh sel ringkas

To study the production of electrical energy by a simple cell

Kepingan zink, kepingan kuprum, larutan natrium klorida, wayar penyambung, klip buaya, bikar, voltmeter/Zinc plate, copper plate, sodium chloride solution, connecting wires, crocodile

clips, beaker, voltmeter

1 Sediakan susunan radas seperti yang ditunjukkan dalam rajah.

Set up the apparatus as shown in the diagram. 2 Tuangkan larutan natrium klorida ke dalam

bikar.

Pour sodium chloride solution into a beaker. 3 Celup kepingan zink dan kepingan kuprum

ke dalam larutan natrium klorida.

Dip zinc and copper plates into the sodium

chloride solution.

4 Sambungkan kepingan zink dan kepingan kuprum dengan wayar penyambung kepada voltmeter.

Connect the zinc and copper plates with

connecting wires to the voltmeter.

5 Rekodkan bacaan voltmeter.

Record the voltmeter reading.

6 Ulang langkah 1 hingga 5 dengan menggunakan dua kepingan zink sebagai pasangan logam./Repeat steps 1 till 5 using two zinc plates as the metal pair.

Pasangan logam

Metal pairs Voltmeter reading (V) Bacaan voltmeter

Zink dan kuprum/Zinc and copper 1.1

Zink dan zink/Zinc and zinc 0

1 Nyatakan inferens yang boleh dibuat berdasarkan pemerhatian bagi eksperimen ini.

State the inference that can be made based on the observation of this experiment. TP2

Arus elektrik terhasil.

Electric current _{is produced.}

2 Nyatakan perubahan tenaga yang berlaku dalam sel ringkas ini. TP2

State the energy change that occurs in this simple cell.

Tenaga kimia kepada tenaga elektrik .

Chemical _{energy to} Electrical _energy.

3 Ramalkan bacaan voltmeter jika pasangan logam kuprum dan kuprum digunakan. TP2

Predict the voltmeter reading if the metal pair of copper and copper is used.

0 V

Apakah kesimpulan yang dapat dibuat daripada aktiviti ini?

What conclusion can be made from this activity?

Dua logam berlainan yang dicelup ke dalam satu elektrolit menghasilkan

arus elektrik _.

different electric current

Tujuan Bahan dan Radas Prosedur Kepingan zink Zinc plate

Larutan natrium klorida

Sodium chloride solution

Kepingan kuprum Copper plate V Keputusan Perbincangan Kesimpulan Standard Kandungan

6.2 Sel kimia Tarikh:

EKSPERIMEN

BERPANDU

PBD

6.8 Penghasilan tenaga elektrik oleh sel ringkas

_{The production of electrical energy by a simple cell}

KBAT

BAB

(16)

Kertas 1

PRAKTIS PENGUKUHAN 6

SPM

Arahan: Setiap soalan diikuti oleh empat pilihan jawapan, A, B, C dan D. Pilih jawapan yang terbaik. Instructions: Each question is followed by four options A, B, C and D. Choose the best answer.

1 Logam yang manakah boleh diekstrak daripada bijihnya hanya melalui proses elektrolisis?/Which metal can be extracted from its ore only by the process of electrolysis?

A Magnesium/Magnesium

B Timah/Tin

C Kuprum/Copper

D Plumbum/Lead

2 Rajah 1 menunjukkan suatu sel kimia./Diagram 1 shows a chemical cell. V Larutan garam salt solution P Kuprum Copper Rajah 1/Diagram 1

Jika jarum volmeter tidak terpesong, apakah P?

If the volmeter needle does not deflect, what is P?

A Karbon/Carbon

B Zink/Zinc

C Kuprum/Copper

D Besi/Iron

3 Rajah 2 menunjukkan susunan radas elektrolisis untuk menya dur sebatang paku besi.

Diagram 2 shows the electrolysis apparatus set up to electroplate an iron nail.

Logam X

Metal X Paku besi

Iron nail Larutan argentum nitrat Silver nitrate solution A Rajah 2/Diagram 2 Apakah logam X? What is metal X? A Argentum/Silver B Besi/Iron C Aluminium/Aluminium D Kuprum/Copper KLON SPM2004/2007/2011/2013

Soalan 4 dan 5 berdasarkan Rajah 3. Ouestions 4 and 5 are based on Diagram 3.

4 Rajah 3 menunjukkan satu proses penulenan.

Diagram 3 shows a purification prosess.

Kepingan kuprum Tidak tulen, X

impure copper Plate, X

Kepingan kuprum tulen

Pure copper plate

Larutan P

Solution P

Rajah 3/Diagram 3

Antara yang berikut, yang mana kah X dan larutan P?

Which of the following are X and solution P?

X P

A Kation/Cation Kalium nitrat/Potassium nitrate

B Katod/Cathode Kuprum(II) nitrat/Copper(II) nitrate

C Anod/Anode Kuprum(II) sulfat/Copper(II) sulphate

D Anion/Anion Zink klorida/Zinc chloride

KLON SPM2007/2008 5 Apakah yang akan berlaku kepada anod?

What will happen to the anode?

A Menjadi lebih nipis C Menjadi lebih tebal

Becomes thinner Becomes thicker

C Kuprum terenap D Gelembung gas terbentuk

Copper is deposited Gas bubbles are formed

KLON SPM2014

6 Antara proses yang berikut, yang manakah boleh digunakan untuk mengelakkan pengaratan objek besi?

Which of the following processes can be used to prevent rusting of iron objects? A Penyaduran Electroplating B Pengekstrakan Extraction C Penulenan Purification D Penghabluran Crystallisation

7 Logam yang manakah diekstrak daripada bijihnya dengan menggunakan elektrolisis?

Which metals is extracted using electrolysis?

I Kalsium/Calcium

II Aluminium/Aluminium

III Natrium/Sodium

IV Zink/Zinc

A I dan II/I and II

B II dan III/II and III

C I, II dan III/I, II and III

D I, II, III dan IV

I, II, III and IV

KLON SPM2006/2008

BAB

(17)

Kertas 2

Arahan: Jawab semua soalan. Instructions: Answer all the questions.

Bahagian B/Section B

1 Rajah di bawah menunjukkan satu model sel ringkas.

The diagram below shows a model of a simple voltaic cell.

(a) Apakah yang dapat diperhatikan pada voltmeter?

What can be observed on the voltmeter?

Jarum voltmeter terpesong.

The pointer of the voltmeter is deflected.

[1 markah/1 mark]

(b) Berikan inferens kepada pemerhatian di 1(a)./Give an inference to the observation in 1(a).

Arus elektrik terhasil/An electric current is produced

[1 markah/1 mark]

(c) Tulis perubahan tenaga yang berlaku dalam eksperimen ini.

Write the energy transformation that occurs in this experiment.

Tenaga kimia kepada tenaga elektrik/Chemical energy to electrical energy

[1 markah/1 mark]

(d) (i) Apakah yang akan berlaku jika kepingan kuprum digantikan dengan rod karbon?

What will happen if the copper plate is replaced with a carbon rod?

Jarum voltmeter terpesong./The pointer of the voltmeter is deflected.

[1 markah/1 mark]

(ii) Berikan sebab bagi jawapan anda di 1(d)(i)./Give a reason for your answer in 1(d)(i).

Rod karbon mengkonduksikan arus elektrik./The carbon rod conducts electric current.

[1 markah/1 mark]

(e) Nyatakan satu contoh makanan yang dapat digunakan untuk menggantikan larutan cuka.

State one example of a food item which can be used to replace the vinegar solution.

Jus nanas/Jus oren/Pineapple juice/Orange juice

[1 markah/1 mark]

Bahagian C/Section C

2 Kaji pernyataan yang berikut./Study the following statement.

Dua logam berlainan yang dicelup ke dalam larutan elektrolit menghasilkan arus elektrik.

Two different metals that are dipped in an electrolyte solution produce electric current.

(a) Nyatakan satu pernyataan masalah daripada maklumat di atas.

State one problem statement from the above information. [1 markah/1 mark]

(b) Cadangkan satu hipotesis untuk mengkaji pernyataan di atas.

Suggest one hypothesis to investigate the above statement. [1 markah/1 mark]

(c) Berdasarkan pernyataan yang diberi, reka bentuk satu eksperimen makmal untuk menguji hipotesis anda dengan menggunakan kepingan zink, kepingan kuprum, kepingan besi, larutan natrium klorida, bikar, voltmeter, klip buaya dan wayar penyambung.

Based on the given statement, design a laboratory experiment to test your hypothesis by using zinc plate, copper plate, iron plate, sodium chloride solution, beaker, voltmeter, crocodile clips and connecting wire

Huraian anda harus mengandungi aspekaspek berikut:

Your description should include the following aspects:

(i) Tujuan eksperimen/Aim of the experiment [1 markah/1 mark]

(ii) Mengenal pasti pemboleh ubah/Identification of the variables [2 markah/2 marks]

(iii) Prosedur/Procedure [4 markah/4 marks]

V

Kepingan zink

Zinc plate Kepingan kuprum

Copper plate Cuka Vinegar Praktis SPM