SEL ELEKTROKIMIA
1. SEL VOLTA SEL ELEKTROLISA Sel yang menghasilkan energi listrik Sel yang menggunakan energi listrik dari perubahan kimia/reaksi kimia untuk suatu perubahan kimia
KAPAN KNAP
Kutub + 1. KATODA ( tempat reduksi ) kutub - Kutub - 2. ANODA ( tempat oksidasi ) kutub +
2. Potensial Elektrode
Setiap zat/ logam memiliki harga potensial elektroda standart ( E0 ) tertentu Potensial Elektroda adalah suatu ukuran untuk menyatakan mudah tidaknya suatu zat/ unsur mengalami reduksi( itu sebabnya potensial elektroda disebut juga potensial reduksi ) yang diukur pada keadaan standart yaitu suhu 250C,
Jika E0 besar (bertanda +) : berarti mudah direduksi Jika E0 kecil (bertanda -) : berarti mudah dioksidasi
Suatu sel menggunakan 2 elektroda dengan harga E0 yang berbeda, akan menghasilkan beda potensial yang mendorong elektron mengalir. Arus listrik yang terjadi pada sel Volta disebabkan ada perbedaan potensial antara kedua elektrode. Perbedaan potensial ini disebut EMF (elektromotive force).
Sel Volta menghasilkan listrik karena ada beda potensial dari elektroda yang digunakan. Beda potensial dihitung Dengan rumus :
E0 sel = E 0
reduksi - E 0
oksidasi
E sel (potensial suatu sel) dapat dihitung dengan rumus: E sel = E 0 sel - n 0592 , 0 log Qc
n : jumlah elektron yang terlibat
Qc : kuosien reaksi (perbandingan konsentrasi Produk dengan Pereaksi)
Sel Volta dapat dinyatakan dengan suatu diagram yang disebut diagram (notasi) sel
Volta. Anode selalu dinyatakan di sebelah kiri, sedangkan katode di sebelah kanan.
Anode(-) / Elektrolit pd Anode // Elektrolit pd Katode / Aktode(+)
Dua garis sejajar (||) yang memisahkan anode dan katode menyatakan jembatan garam. Beda potensial pada jembatan garam berharga nol.
Kegunaan jembatan garam adalah sebagai berikut.
1. Melengkapi rangkaian listrik (sirkuit). Dengan adanya jembatan garam ion dapat bergerak dari sel yang satu ke sel yang lain.
2. Mengganti kation dan anion yang kekurangan dalam masing - masing sel.
Harga potensial mutlak suatu elektrode tidak dapat diukur, maka diperlukan suatu elektrode yang dipakai sebagai standar, yaitu elektrode hidrogen, mempunyai potensial = 0,00 volt.
Berdasarkan eksperimen sebagai berikut: 1. Elektrode yang lebih mudah mengadakan reaksi reduksi dibandingkan dengan elektrode H2, diberi harga potensial reduksi positif.
2. Elektrode yang lebih sukar mengadakan Reaksi reduksi dibandingkan dengan elektrode H2, diberi harga potensial reduksi
E° sel > 0 atau E° sel (+), reaksi berlangsung spontan. E° sel < 0 atau E° sel (–), reaksi tidak berlangsung.
3. Beberapa Sel Volta dalam Kehidupan Sehari – hari: a. Baterai Kering (Sel Leclanche)
Sel Baterai ini terdiri dari anode Zn, katode batang grafit (C). Katode grafit bersifat inert dan diletakkan dalam elektrolit berbentuk pasta berisi
campuran batu kawi (MnO2) dan Salmiak (NH4Cl).
Notasi sel Volta menyatakan bahwa di anode (kutub –) terjadi oksidasi Zn menjadi Zn2+, sedangkan di katode (kutub +) terjadi reduksi ion Cu2+ menjadi Cu.
Diagram sel Voltanya:
Zn(s) | ZnSO4(aq) || CuSO4(aq) | Cu(s) atau
Zn(s) | Zn(aq) || Cu (aq) | Cu(s)
Elektrode Zn dihubungkan dengan
elektrode H2, besarnya potensial yang terukur ialah potensial elektrode Zn itu sendiri. Reaksi redoks dapat berlangsung jika ada perbedaan potensial positif di antara kedua setengah reaksi reduksi dan setengah reaksi oksidasi. Jadi, reaksi redoks dalam sel akan berlangsung dengan sendirinya atau berlangsung spontan
Reaksi redoks yang terjadi: Anode : Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e Katode:2MnO2(s)+ 2NH4 + (aq)+2e →Mn2O3(s)+2NH3(g)+H2O(l) ________________________________________________+ 2MnO2(s)+NH4 + (aq)+Zn(s)→Mn2O3(s)+2NH3(g)+H2O(l)+Zn 2+ (aq) NH3 akan bergabung dengan Zn
2+ (aq)
reaksinya: Zn2+(aq) + 4NH3(g) → Zn(NH3)4 2+
(aq)
Potensial sel Leclanche sebesar 1,5 volt, umur baterai ini cenderung pendek disebabkan produk ion dari reaksi redoks tidak dapat berdifusi dengan cepat meninggalkan elektrode. Jika pemakaian dihentikan, ion – ion ini akan
mempunyai kesempatan untuk meninggalkan elektrode, maka umur baterai naik.
b. Baterai Alkalin
Baterai ini bersifat basa karena menggunakan KOH menggantikan NH4Cl dalam pasta. Potensial selnya sebesar 1,5 volt, baterai ini dapat bertahan lebih lama dan dapat menyuplai arus yang lebih besar
dibandingkan baterai kering seng – karbon. Reaksi redoks yang terjadi:
Anode: Zn(s) + 2 OH -(aq) → ZnO(s)+ H2O(l) +2 e Katode:2 MnO2(s) + H2O(l) + 2 e → Mn2O3(s)+2 OH -(aq) ____________________________________________+ Sel: Zn(s) + 2 MnO2(s) → ZnO(s) + Mn2O3(s)
Reaksi redoks pada sel tidak melibatkan ion yang dapat berkumpul di permukaan elektrode sehingga
potensialnya konstan. Anode seng yang berpori memperluas permukaan anode sehingga memperbesar arus. Baterai ini digunakan pada peralatan yang memerlukan arus besar, misalnya: kamera, tape recorder, mainan.
c. Baterai Merkuri
Sel ini terdiri dari anode Zn, katode HgO dan Karbon, elektrolit KOH.
Reaksi redoks yang terjadi: Anode: Zn(s) + 2OH
-(aq) → ZnO(s) + H2O(l) +2e Katode: HgO(s) + H2O(l) + 2 e → Hg(l) + 2 OH
-(aq) _________________________________________+ Sel: Zn(s) + HgO(s) → ZnO(s) + Hg(l)
Potensial sel yang dihasilkan 1,34 volt. Baterai ini digunakan pada jam tangan, kalkulator. d. Baterai Perak Oksida
Sel dari baterai perak oksida terdiri dari anode Zn, katode Ag2O dengan elektrolit KOH. Reaksi redoks yang terjadi:
Anode: Zn(s) + 2 OH -(aq) → Zn(OH)2(s)+ 2 e Katode:Ag2O(s) + H2O(l)+ 2 e → 2 Ag(s) + 2 OH -(aq) ________________________________________+ Sel: Zn(s)+ Ag2O(s) + H2O(l) +2e → 2 Ag(s)+ Zn(OH)2(s)
Potensial sel baterai ini sekitar 1,5 volt dan dapat bertahan konstan
selama pemakaian, banyak digunakan untuk jam tangan, kamera, kalkulator. e. Baterai Lithium-Tionil Klorida (Li/SOCl2)
Sel baterai ini terdiri dari anode Li, katode karbon, dimana tionil klorida tereduksi. Elektrolitnya adalah lithium aluminium tetraklorida (LiAlCl4) dalam tionil klorida.
Reaksi redoks yang terjadi:
Anode: 4 Li(s) → 4 Li +
(aq) + 4 e Katode: 2 SOCl2(aq) + 4 e → SO2(g) + S(s) + 4 Cl
-(aq) ______________________________________________+ Sel: 2 SOCl2(aq) + 4 Li(s) → SO2(g) + S(s) + 4 LiCl(aq)
f. Aki atau baterai Pb
Sel aki terdiri dari anode Pb, katode PbO2 dengan elektrolit H2SO4. Anode dan katode yang berbentuk pelat menambah luas permukaan elektrode sehingga dapat memperbesar arus
Reaksi redoks yang terjadi: Anode: Pb(s) + SO 2-4(aq) → PbSO4 (s) + 2e Kat: PbO2(s) + 4H + (aq)+ SO
2-4(aq)+2e → PbSO4 (s)+ 2H2O(l) ____________________________________________+ Sel: Pb(s) + PbO2(s) + 4H + (aq)+2SO 2-4(aq)→ 2PbSO4 (s)+2H2O(l) R. redoks pada aki mengakibatkan penurunan konsentrasi H2SO4
dan penumpukan produk PbSO4 pada permukaan pelat, karenanya potensial aki menurun dan aki harus diisi ulang.Pengisian ulang aki dilakukan dengan
melewatkan arus dengan arah berlawanan, artinya arus elektron dimasukkan melalui katode. Dengan demikian, reaksi dapat dibalik dan PbSO4 melarut kembali menjadi Pb dan PbO2, proses ini disebut elektrolisis.
Reaksi redoks yang terjadi:
2PbSO4 (s) + 2 H2O(l) → Pb(s) + PbO2(s) + 4 H +
(aq) + 2 SO
2-4(aq)
Aki model baru menggunakan anode Pb – Ca, sehingga hanya sedikit air yang terelektrolisis dan tidak perlu menambah air aki.
g. Baterai Ni – Cd
Sel baterai ini terdiri dari anode Cd, katode logam NiO2 dengan elektrolit KOH. Reaksi redoks yang terjadi:
Anode: Cd(s) + 2 OH
-(aq) → Cd(OH)2(s) + 2 e Katode: NiO2(s) + 2 H2O(l) → Ni(OH)2(s) + 2 OH
-(aq) ______________________________________________+ Sel: NiO2(s) + 2 H2O(l) + Cd(s) → Ni(OH)2(s) + Cd(OH)2(s)
Baterai ini dilengkapi alat isi ulang, mempunyai potensial 1,4 volt. Sering digunakan pada kalkulator, flash fotografi, kamera digital, laptop.
h. Baterai NiMH (Nikel Metal Hidrida)
Sel dari baterai ini terdiri dari anode Ni(OH)2, katode paduan logam yang menyerap hidrogen, Elektrolitnya KOH.
Reaksi redoks yang terjadi: Anode: Ni(OH)2 + OH
-(aq) → NiOOH + H2O +e Katode: M(aq) + H2O(l)+ e → MH + OH-(aq) _____________________________________+ Sel: Ni(OH)2 + M → NiOOH + MH Baterai ini digunakan pada laptop,telepon seluler, kamera digital. Potensial yang dihasilkan 1,4 volt,
dapat menyimpan 50% energi lebih banyak dari baterai Ni-Cd.
i. Sel Bahan Bakar
Pada sel bahan bakar menggunakan bahan bakar biasa, campuran hidrogen dan oksigen atau campuran gas alam dengan oksigen. Di katode dialirkan gas oksigen melalui bahan berpori yang mengkatalisis reaksi, anode dialirkan gas hidrogen. Sel terdiri tabung kosong terbuat dari
Reaksi redoks yang terjadi: Anode: 2 H2(g) + 4 OH -(aq) → 4H2O(l) + 4e Katode: O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e → 4OH -(aq) __________________________________+ Sel: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) Sel ini dapat beroperasi terus menerus, terus disuplai pereaksi. Sel ini mengubah
energi bahan bakar langsung menjadi energi listrik. SOAL PENGAYAAN SEL GALVANI / SEL VOLTA 1. Gambarkan sel volta sesuai dengan reaksi berikut :
Ni(s) + Cu(NO3)2(aq) → NiNO3(aq) + Cu(s) , Tulislah reaksi pada katoda, anoda serta E0 sel dan diagram selnya.
2. Diketahui reaksi ½ sel berikut :Al3+(aq) + 3e → Al(s) E 0
= - 1,67 v Cu2+(aq) + 2e → Cu(s) E
0
= +0,34 v Tulislah notasi sel/ diagram sel dan harga potensial sel
3. Perhatikan reaksi: Zn (s) → Zn 2+ (aq) + 2e E 0 = + 0,76 v Mg(s) → Mg 2+ (aq) + 2e E 0 = + 2,37 v Notasi sel ..., potensial standart sel ... ? 4. Diketahui dua reaksi berikut :
Zn(s) + Cu 2+ (aq) → Zn 2+ (aq) + Cu (s) E 0 = 1,10 v 2Al(s) + 3 Cu 2+ (aq) → 2Al 3+ (aq) + 3 Cu (s) E 0 = 2,0 v
a. Urutkan ketiga logam berdasarkan makin kuatnya daya pereduksi ? b. Harga potensial sel yang menggunakan elektroda Zn dan Al
c. Harga E sel bila reaksi redok Zn dan Al dengan konsentrasi tertentu seperti berikut : 2 Al(s) + 3 Zn
2+
(aq) (0,2 M) →2 Al 3+
(aq) (2 M) + 3 Zn(s) 5. Perhatikan tabel berikut :
katoda
anoda Cu2+/Cu Pb2+/Pb Fe2+/Fe
Fe / Fe2+ 0,78 v 0,31 v -
Pb / Pb 2+ 0,47 v - -
Zn / Zn2+ - 0,63 v 0,32 v a. Urutkan logam berdasarkan oksidator makin kuat
b. Harga E0 untuk Zn(s) + Cu 2+
(aq) → Zn 2+
(aq) + Cu(s) c. Logam yang paling mudah teroksidasi.
6. Seorang siswa mengukur tegangan elektroda logam diperoleh hasil sbb :
Tegangan yang diperoleh pada rangkaian Al/Al3+ // Ni2+ / Ni, Eo = 1,41 volt dan tegangan yang diperoleh dari rangkaian Ni / Ni2+ // Br2 / Br
Eo = 1,32 volt. Tentukan tegangan yang diperoleh pada rangkaian Al/Al3+ // Br2 / Br
-.
7. Perhatikan rangkaian gambar berikut :
a. Reaksi redok pada elektroda Zn ... > > Reaksi redok pada elektroda X ... Bila E0 Zn = - 0,76 v , hitung E0 X ...
Zn X Diagram sel ... Reaksi total sel ...
8.
9. Perhatikan data E0 berikut :
Unsur Cu2+/Cu Pb2+/Pb Mg2+/Mg Zn2+/Zn Fe2+/ Fe I2 / I
-E0 + 0,34 - 0,13 - 2,37 - 0,76 - 0,44 - 0,54 a. Selidikilah reaksi manakah dibawah ini yang dapat berlangsung ? (1) Mg2+ (aq) + Pb(s) → Mg(s) + Pb 2+ (aq) (2) 2I-(aq) + Fe 2+ (aq) → I2(s) + Fe(s) (3) Cu2+(aq) + Fe(s) → Cu (s) + Fe 2+ (aq)
b. Tentukan manakah yang dapat melindungi logam besi dari korosi secara proteksi katodik ?
10. Diketahui potensial standart beberapa sel sebagai berikut : Li/Li+ // Zn2+ / Zn E0 = 2,24 volt
Mg/Mg2+ // Zn2+ / Zn E0 = 1,61 volt Fe/Fe2+ // Cu2+ / Cu E0 = 0,78 volt Zn/Zn2+ // Cu2+ / Cu E0 = 1,10 volt, Tentukan potensial standar sel berikut a. Li/Li+ // Cu2+ / Cu
b. Mg/Mg2+ // Fe2+ / Fe c. Mg/ Mg2+ // Cu2+ / Cu
11. Bila harga potensial elektroda standart unsur sbb :
Unsur Cu2+/Cu Al3+/Al Mg2+/Mg Zn2+/Zn Sn4+/Sn2+ Ag+/Ag
E0 0,34 - 1,66 - 2,37 - 0,76 0,15 0,80 1,1 v
Zn(NO3)2 XSO4
Sebuah gelas piala terbuat dari logam aluminium Data : Fe3+ + 3e → Fe2+ E0 = 0,77 v Fe2+ + 2e → Fe E0 = - 0,44 v Al3+ + 3e → Al E0 = - 1,67 v Berdasarkan data tersebut , analisalah apakah aman mengisi gelas tersebut dengan larutan besi (III) sulfat ?
Hitunglah potensial sel volta berikut : a. Zn(s) + 2 Ag + (aq) ( 2M ) Zn 2+ (aq) ( 1 M ) + 2Ag (s) b. Mg(s) + Cu 2+ (aq) (0,1 M ) Mg 2+ (aq) (0,01 M) + Cu(s) c. 2Al (s) + 3 Sn 4+ (aq) (0,08 M) 2 Al 3+ (aq) (0, 36 M) + 3 Sn 2+ (aq) (0,54 M) 12. Diketahui harga potensial standart sel berikut :
A/A+ // C2+ / C E0 = 3,55 volt B/B2+ // C2+ / C E0 = 0,98 volt A/A+ // D2+ / D E0 = 2,47 volt
a. Susunlah A,B,C,D berdasarkan daya pereduksinya dimulai dari pereduksi paling kuat b. Tentukan potensial standar sel dari D/D2+ // B2+ / B
KOROSI / PERKARATAN
Proses teroksidasinya logam oleh oksigen diudara (logam yang mudah korosi adalah logam yang E0 kecil (negatif).Benda-benda yang mengandung logam seperti besi, cenderung mengalami kerusakan di alam. Hal itu ditandai dengan adanya bercak-bercak besi yang berwarna merah cokelat, yang umumnya disebut karat besi. Proses perusakan pada permukaan logam yang disebabkan oleh reaksi kimia disebut korosi. Korosi logam ada yang berlangsung cepat ada yang berlangsung lambat. Ada logam yang tidak mengalami korosi sama sekali. Hal ini dapat dilihat pada kemampuan bereaksi (kereaktifan) logam tersebut dengan asam.
Daftar deret logam yang mengurutkan kereaktifan logam terhadap asam dinamakan deret Volta. Dalam deret volta, dari kiri ke kanan kereaktifan logam terhadap asam akan
berkurang (semakin kecil),
Adanya debu karbon (C), hasil pembakaran batu bara dan kayu berpeluang besar menyebabkan terjadinya korosi. Baja yang merupakan campuran homogen besi – karbon (Fe + C) sangat rentan terhadap terjadinya korosi secara cepat.
Apabila karbon menempel pada besi atau baja besi maka yang terjadi sebagai berikut.
1. Logam besi akan berfungsi sebagai anode/- Logam besi (Fe) akan berfungsi sebagai anode (–).
2. Karbon akan berfungsi sebagai katode /+ Karbon (C) akan berfungsi sebagai katode (+).
3. Gas oksigen yang terlarut dalam air akan berfungsi sebagai elektrolit Gas O2 yang terlarut dalam air akan berfungsi sebagai elektrolit.
4. Pada proses korosi besi berlangsung sel elektrokimia seperti pada sel volta Pada proses korosi besi berlangsung reaksi elektrokimia seperti pada sel Volta. Logam besi (Fe) akan berfungsi sebagai anode (–).
Korosi besi pada kondisi netral/basa:
Elektron yang dihasilkan mengalir ke bagian besi lainnya yang bertindak sebagai katode. Oksigen yang larut dalam air, akan tereduksi menjadi OH-
Reaksi yang terjadi:
Anode: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e E o = + 0,44 volt Katode: ½ O2(g) + H2O(l) + 2 e → 2 OH -(aq) E o = + 0,401 volt ____________________________________________________________+ Sel: ½ O2(g) + H2O(l) + Fe(s) → 2 OH -(aq) + Fe 2+ (aq) E o Sel = + 0,841 volt
Ion Fe2+ dan OH- selanjutnya membentuk endapan Fe(OH)2. Di udara , Fe(OH)2 tidak stabil dan membentuk Fe2O3. xH2O yang disebut dengan karat
Fe(OH)2 (s)
O H
O2, 2 Fe
2O3. x H2O(s) Korosi besi pada kondisi asam
Pada kondisi asam, reaksi yang terjadi pada anode sama dengan pada kondisi netral/basa, yakni reaksi oksidasi Fe menjadi ion Fe2+. Akan tetapi oksigen tereduksi di katode menjadi H2O.
Anode: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2 e E o
= + 0,44 volt Katode: O2(g) + 4H+(aq) + 4 e → 2 H2O(l) Eo = + 1,23 volt
Terdapat banyak ion H+ maka ada reaksi reduksi lain yang juga berlangsung, yaitu pembentukan hidrogen.
Katode: 2 H+(aq) + 2 e → H2 (g)
Pada katode terjadi 2 reaksi menyebabkan logam Fe banyak teroksidasi, maka korosi Fe pada kondisi asam lebih besar
Pencegahan Korosi:
a. Menggunakan perlindungan katode:
Reaksi korosi di anode: M → Mx++ x e
Reaksi oksidasi logam dapat ditekan dengan menyuplai elektron dari luar, dengan cara menempatkan materi lain yang lebih reaktif sebagai anode korban atau menyuplai arus listrik dari luar sehingga logam yang dilindungi menjadi katode. Metode ini disebut perlindungan katode.
Logam lain yang lebih reaktif akan menempatkan logam tersebut sebagai penyuplai elektron atau bertindak sebagai anode dalam sel elektrokimia korosi. Contoh: logam Mg (Eo = - 2,37 volt) untuk perlindungan logam Fe (Eo = - 0,44 volt). Mg akan sebagai anode, Fe sebagai katode.
Reaksi yang terjadi:
Anode: Mg(s) → Mg2+(aq) + 2 e Katode: ½ O2(g) + H2O(l) + 2 e → 2 OH
-(aq) (kondisi netral/basa)
b. Menggunakan lapisan pelindung untuk mencegah kontak langsung dengan H2O dan
O2
1. Pengecatan: Cat yang mengandung timbale dan Zink akan lebih baik, karena keduanya melindungi besi terhadap korosi.
2. Melumuri dengan oli/gemuk: diterapkan berbagai perkakas dan mesin. 3. Disalut dengan plastik: Plastik mencegah kontak dengan udara dan air.
4. Pelapisan dengan Timah: Lapisan timah hanya melindungi besi selama lapisan utuh, jika rusak maka timah mendorong/mempercepat korosi besi. Hal itu terjadi karena Eo Fe = - 0,44 v dan Eo Sn = - 0,14v, besi yang dilapisi dengan timah akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai anode.
5. Pelapisan dengan Zink:
Zink dapat melindungi besi sekalipun lapisannya tidak utuh. Potensial elektrode besi lebih negatif daripada Zink, maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode, sehingga besi terlindungi dan zink mengalami oksidasi.
6. Pelapisan dengan Krom:
Besi atau baja dapat dilapisi dengan kromium untuk memberi lapisan pelindung yang mengkilap
SEL ELEKTROLISA
KNAP
(Sel yang menggunakan energi listrik untuk suatu perubahan kimia) Gunanya : - mendapatkan logam murni
- memurnikan logam - menyepuh logam
KATODA ( - ) ANODA ( + )
( mereduksi ion +) ( mengoksidasi ion -)
2H+ + 2e → H2 * Lihat elektrodanya dulu, bila non inert
Ion logam selain alkali/alkali tanah (selain Pt , C , Au) Ion logam itu yang tereduksi : elektroda itu yang teroksidasi Ln+ + n e → L (s)
Ion logam alkali/alkali tanah , sulit * Bila elektrodanya inert (Pt , C , Au) (Bila ada air, maka air yang tereduksi) lihat ion negatifnya
2H2O + 2e → H2 + 2OH
Bila Anion tak memiliki oksigen
Ion logam alkali/alkali tanah, tanpa air Anion itu akan teroksidasi menjadi Logam itulah yang direduksi molekulnya :
Ln+ + n e → L (s) 2Cl
→ Cl2 + 2e Bila anionnya memiliki oksigen, Sulit dioksidasi,air yang teroksidasi : 2 H2O → 4H
+
+ O2 + 4 e * Bila anionnya ion OH
4OH- → 2H2O + O2 + 4e
Perhatikan contoh berikut :
Tulislah persamaan reaksi yang terjadi pada elektrolisa berikut :
a. elektrolisis larutan NaCl dengan elektroda C NaCl(aq) ---H2O→ Na+(aq) + Cl-(aq) Anoda : ... Katoda : ... ______________________________________ Reaksi sel : ... NaCl (aq) Na+ Cl- H2O
b. Elektrolisa larutan NaCl dengan elektroda Zn NaCl(aq) ---H2O → Na + + Cl Anoda : ... Katoda : ... ___________________________________ Reaksi sel: NaCl (aq)
c.Elektrolisis lelehan NaCl dengan elektroda C NaCl(aq) → Na+ + Cl Anoda: ... Katoda: ... ___________________________________ Reaksi sel : NaCl (l)
Tuliskan reaksi sel pada elektrolisis senyawa berikut! 1. Elektrolisa larutan kalium nitrat dengan elektroda carbon 2. Elektrolisa barium hidroksida dengan elektroda platina 3. Elektrolisa larutan asam klorida dengan elektroda zeng 4. Elektrolisa lelehan natrium bromida dengan elektroda carbon
5. Elektrolisa larutan perak nitrat dengan katoda perak dan anoda tembaga. 6. Elektrolisa lelehan Al2O3 dengan elektroda grafit
7. Elektrolisa leburan MgCl2 dengan elektroda platina 8. elektrolisa larutan kalium yodida dengan elektroda carbon
9. Rancanglah suatu proses penyepuhan logam besi dengan logam tenbaga. 10. Elektrolisa larutan perak nitrat dengan katoda besi dan anoda perak.
Na+ Cl- H 2O
( - ) Zn Na+ Cl-
HUKUM FARADAY
Michael Faraday adalah tokoh yang mengamati hubungan banyaknya arus yang mengalir pada Sel dengan jumlah zat yang dihasilkan
Bunyi Hukum faraday :
Banyaknya zat yang dihasilkan sebanding dengan jumlah arus yang mengalir Arus 1F dialirkan akan dihasilkan 1grek zat (grek =gr eqivalen = mol x Ar/pbo) 1 F = 1 mol e = massa e x bil avogadro
= 1,6. 10-19 x 6,02. 1023
= 96500 coulomb satuan arus merupakan perkalian kuat arus dengan waktu 1 mol e = 96500 C C = i x t 1 C = mol 96500 1
Bila arus sebesar i x t coulomb mengalir dihasilkan: ixt mol 96500 e = ixt mol
96500
massa = mol x ME gram (ME = massa eqivalen = Ar/PBO) W = PBO Ar x t x i 96500 gram
HUKUM FARADAY II digunakan untuk rangkaian seri (lebih dari 1 sel)
Bunyi:
massa yang dihasilkan pada setiap sel sebanding dengan massa eqivalennya
W Ag = PBO Ag Ar x xt i 96500 ; W Ni = PBO Ni Ar x xt i 96500 ; W Cr = PBO Cr Ar x t x i 96500 Maka: W Ag : WNi : WCr = pbo Cr Ar pbo Ni Ar pbo ArAg : : ME Ag MENi ME Cr WAg : W Ni : W Cr = ME Ag : ME Ni : ME Cr
Penerapan sel elektrolisis dalam industri dan lingkungan sekitar kita
1. Logam alkali tanah Magnesium paling banyak diproduksi dengan elektrolisisi lelehan garam kloridanya. Dalam industri , Mg dibuat dari air laut menurut proses Down.Reaksi kimia yang terjadi: MgCl2(l) → Mg2+(l) + 2Cl-.(l) Katode /- : Mg2+(l) + 2 e → Mg.(l) Anode/+ : 2 Cl-(l) → Cl2(g) + 2 e Reaksi Sel: Mg2+(l) + 2 Cl -(l) → Mg(l) +Cl2(g)
2. Klor dan natrium hidroksida dibuat dengan elektrolisis larutan NaCl. Proses ini disebut proses klor – alkali.
NaCl(aq) → Na+(.aq) + Cl-(aq)
Katode : 2H2O(l) + 2e → H2(g) + 2OH-(aq)
Anode : 2 Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e
_____________________________+ R. Sel:2H2O(l)+2Cl-(aq)→H2(g)+2OH-(aq)+ Cl2(g)
Reaksi keseluruhan:
2H2O(l) + 2NaCl(aq) → H2(g)+ 2NaOH(aq)+ Cl2(g)
3. Sel terdiri dari anode dan katode karbon. Al2O3
dilarutkan ke dalam lelehan kriolit Na3AlF6 di mana
Al2O3 terionisasi menjadi Al3+ dan O2- disebut proses
Hall – Heroult.
Katode : Al3+(l) + 3 e → Al(l)
Anode : 2 O2-(l) → O2(g) + 4 e
________________________________+ Reaksi Sel: 4 Al3+(l) + 6 O2-(l)→ 4 Al(l) + 3O2(g)
Proses ini anode karbon bereaksi dengan oksigen membentuk CO2
Reaksi keseluruhan: 4Al3+(l) + 6O2-(l) + 3C(s) →
4 Al(l) + 3CO2(g)
Perak, emas, platina, besi dan seng merupakan pengotor pada tembaga. Perak, platina dan emas mempunyai potensial lebih positif daripada tembaga. Dengan mengatur tegangan selama elektrolisis, ketiga logam itu tidak ikut larut. Ketiga logam tersebut akan terdapat pada lumpur anode. Besi dan seng, mempunyai potensial elektrode lebih negatif daripada tembaga, akan ikut larut. Akan tetapi ion-ionnya (Fe2+ dan Zn2+) lebih sukar diendapkan, tidak ikut mengendap di katode.
4. Logam Na dapat diperoleh dari elektrolisis lelehan NaCl. Proses Down dengan hasil samping gas klor.
Katode: 2Na+(l) + 2 e → 2 Na(s)
Anode: 2 Cl-(l) → Cl2(g) + 2 e
_____________________________+ Reaksi Sel: 2 Na+ (l) + 2Cl- (l) → 2Na (l) + Cl2 (g)
Pemisahan produk Na dan Cl2 penting sekali karena
keduanya dapat bereaksi secara hebat membentuk NaCl kembali.
5. Pada proses pemurnian tembaga, tembaga kotor dijadikan anode, katode digunakan tembaga murni. Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan CuSO4. Selama elektrolisis, tembaga dari anode terus menerus dilarutkan kemudian diendapkan pada katode. CuSO4(aq) → Cu2+ (aq) + SO42- (aq)
Katode: Cu2+(aq) + 2e → Cu(s) Anode: Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e
________________________________+ Reaksi Sel: Cu(s) → Cu(s) Anode Katode
6. Penyepuhan sendok/garpu yang terbuat dari besi (baja) dengan perak. Sendok/garpu digunakan sebagai katode, sedangkan anode adalah perak murni. Larutan elektrolitnya adalah larutan perak nitrat. Pada katode akan terjadi pengendapan perak, sedangkan anode perak terus menerus larut. Konsentrasi ion Ag+ dalam larutan tidak berubah.
Katode (Fe): Ag+(aq) + e → Ag(s)
Anode (Ag): Ag(s) → Ag+(aq) + e
__________________________________+ Reaksi Sel: Ag (Anode → Ag (katode)
SOAL PENGAYAAN SEL ELEKTROLISA
1. Gambarkan bagan sel elektrolisa untuk menyepuh besi dengan perak.Bila batang besi seluas 200 cm2 dialiri dengan arus 10 A, berapa lama waktu yang diperlukan untuk mendapatkan lapisan setebal 0,5cm (massa jenis perak 7,86 g/ml)
2. Perhatikan gambar :
Elektrolisis NiCl2(aq)dengan elektroda Pt a. Tulis reaksi pada anoda
b. Jika NiCl2(aq) dielektrolisis dengan arus sejumlah 8,8F (Ar Ni=59) Hitung pertambahan massa katoda.
3. Pada elektrolisis CuSO4(aq) dihasilkan 25,4 gr endapan Cu pada katoda, Hitung volume gas H2 pada STP yang dibebaskan pada elektrolisis H2SO4(aq) encer dengan jumlah arus yang sama.
4. Perhatikan gambar :
pada elektroda 3 terbentuk 336 ml gas Fe C 3 4C(-) a. Pada STP, berapa pertambahan
massa pada elektroda nomor 2 b. volume gas pada elektroda no 4
5. I II a. Reaksi pada kutub negatif (-) (+) b. arus masuk 19300 coulomb, katoda pada sel I massanya bertambah ...gr c. Berapa buah elektron masuk pada se d. massa katoda sel II bertambah 4,8 g Tentukan massa relatif L (+) (-)
││
6. Pt Pt a. Volume gas yang dihasilkan selama 1 jam Kutub negatif pada suhu 270C,1 atm dengan Arus 0,5 F
100 ml b. Berapa % H2SO4 selama itu dapat diubah menjadi gas hidrogen dikatoda
(+) (-) 7.a. Tulis persamaan reaksi pada setiap elektroda ││ b. Pada elektroda 3 dihasilkan 112 ml gas (STP)
1 2 3 4 berapa mol elektron yang masuk pada
sel Cu Cu C C c. Hitung volume gas pada elektroda 4
NiCl2(aq)
(-)
(+) CuSO4 (aq) H2SO4(aq) ZnSO4 (aq) L(NO3)2(aq) ZnSO4 (aq) NaCl (aq) H2SO4 5M
8. Perhatikan gambar :
a. bila arus yang mengalir 0,01 F, tentukan pH larutan di (-) ││ (+) ruang katoda
b. Volume gas klor jika pada PT,
1 mol gas nitrogen bervolume 20 liter. Pt Pt
500 ml
SOAL PENGAYAAN SEL ELEKTROLISIS 1. Tuliskan reaksi elektrolisis dari senyawa berikut: a. larutan NaOH dengan elektrode Pt
b. larutan CuSO4 dengan elektrode C c. larutan NiSO4 dengan elektrode Cu
d. larutan AgNO3 dengan katode Fe dan Anode Ag e. lelehan MnCl2 dengan elektrode Au
f. lelehan Al2O3 dengan elektrode grafit
2. Pada elektrolisis NiCl2(aq) dengan elektrode Pt, jika NiCl2(aq) dielektrolisis dengan arus listrik sejumlah 8,8 Faraday (Ni = 59). Hitung massa zat yang terjadi di katode.
3. Gambar bagan sel elektrolisis untuk menyepuh besi dengan perak.Tuliskan reaksi yang terjadi pada masing-masing elektrode. Berapa waktu diperlukan untuk mengendapkan 100 mg perak, jika digunakan arus 1000 Ampere? (Ag = 108)
4. Jika listrik sebanyak 0,4 F dialirkan ke dalam larutan tembaga II sulfat dengan elektrode Pt,tentukan massa tembaga di katode dan volum gas yang terbentuk di anode (STP) Cu = 63,5
5. Satu liter larutan KI dielektrolisis sampai pH = 13, tentukan: a. Berapa faraday arus listrik yang digunakan?
b. Berapa gram yodin yang terbentuk di anode? I = 127 c. Berapa liter gas yang dihasilkan di katode (STP)
6. Hitung massa logam nikel yang mengandung di katode, jika elektrolisis NiSO4(aq) dengan arus 5 F
7. Pada elektrolisis CuSO4(aq) dihasilkan 25,4 gram endapan Cu pada katoda, Hitung volum gas H2 pada STP yang dibebaskan pada elektrolisis
H2SO4(aq) encer dengan jumlah arus yang sama.
8. Berapa gram Ni yang diendapkan pada elektrolisis NiSO4(aq) jika digunakan arus listrik 20000 C ?
9. Berapa waktu yang diperlukan untuk elektrolisis AgNO3(aq) menggunakan arus listrik 0,1A agar diperoleh 0,1gram endapan Ag ?
10.Berapa waktu yang diperlukan untuk elektrolisis 10 mL AgNO3(aq) 0,01 M
menggunakan arus listrik 0,1 A sampai elektrolisis terhenti karena semua perak telah mengendap ?
11. Jika campuran CuSO4(aq) dan NiSO4(aq) dielektrolisis sehingga dihasilkan 1 gr endapan, maka berapa gram Cu dan berapa gr Ni yang telah
diendapkan dari larutan tersebut ?
12.CuSO4(aq), AuCl3(aq), AgNO3(aq) yang terpisah masing-masing dielektrolisis dengan arus listrik 0,1A dalam waktu yang sama. Jika Cu yang
diendapkan sebanyak 0,1 gr, maka masing-masing berapa gr Au dan Ag yang diendapkan ?
13.Masing-masing pasangan reaksi berikut aktivitasnya satu (a = 1). Masing- masing tentukan reaksi (i) atau (ii) yang dapat berlangsung, kemudian hitunglah potensial sel yang dihasilkan !
a. (i). Cu/Cu2+//Ag+/Ag atau (ii). Ag/Ag+//Cu2+ /Cu b. (i). Cu/Cu2+//Pb2+/Pb atau (ii). Pb/Pb2+//Cu2+/Cu c. (i). Pb/Pb2+//Ag+/Ag atau (ii). Ag/Ag+//Pb2+/Pb d. (i). Zn/Zn2+//Ag+/Ag atau (ii). Ag/Ag+//Zn2+/Zn
14. Sel elektrokimia dengan jembatan garam K2SO4 menggunakan elektroda Fe dalam larutan FeSO4 dan elektroda Zn dalam larutan ZnSO4.
a. Tentukan manakah elektroda positip dan negatifnya? b. Tuliskan reaksi yang terjadi!
c. Berapakah potensial sel yang dihasilkan?
Soal Pilihan Ganda
1. Pada reaksi redoks : aCr2O7 -2 (aq) + 14 H + (aq) + b Fe 2+ (aq) cCr 3+ (aq) + 7H2O(l) + d Fe 3+ (aq) Nilai a, b, c, dan d berturut-turut dalam reaksi adalah ...
A. 1, 4, 2, 4 B. 1, 6, 2, 6 C. 2, 8, 2, 8 D. 2, 8, 4, 8 E. 3, 8, 6, 8
2. Logam Fe (Ar Fe = 56) jika dilarutkan di dalam asam dan direaksikan
dengan KMnO4 akan terjadi reaksi sebagai berikut:
Fe2+(aq)+MnO
-4(aq)→Mn 2+
(aq)+Fe3+(aq) Jika berat Fe yang dilarutkan 11,2 gram, maka volume KMnO4 0,1 M yang dibutuhkan untuk reaksi tersebut adalah ...
A. 120 ml B. 160 ml C. 250 ml
D. 320 ml E. 400 ml
3. Logam Cu dan Zn dimasukkan ke dalam larutan yang mengandung ion- ion Cu2+ dan Zn2+ dengan konsentrasi 1,0 M. Dari data E° Cu2+/Cu = +0,34 Volt dan E° Zn2+/Zn = -0,76 Volt, maka akan terjadi reaksi yang menghasilkan ...
A. Cu2+ dan Zn2+ B. Cu2+ dan Zn C. Zn2+ dan Cu D. Cu2+ dan H2 E. Zn dan Cu
4. Diketahui potensial reduksi standar unsur halogen sebagai berikut: F2 + 2e
2F - E0 = 2,87 volt Cl2 + 2e
2Cl - E0 = 1,36 volt Br2 + 2e
2Br E0 = 1,06 volt I2 + 2e
2I E0 = 0,54 voltBerdasarkan harga E0, reaksi berikut ini yang tidak berlangsung adalah A. F2 + NaCl B. Br2 + NaF C. Cl2 + KBr D. Cl2 + KI E. Br2 + KI 5. Diketahui: Ag+ + e
Ag E0 = +0,80 volt Mg2+ + 2e
Mg E0 = -2,34 volt Zn2+ + 2e
Zn E0 = -0,37 voltFe2+ + 2e
Fe E0 = -0,44 volt Dua set setengah sel yang beda potensialnya terbesar adalah ….A. Ag/Ag+// Mg2+/Mg B. Zn / Zn2+//Ag+/Ag C.Mg/Mg2+//Fe2+/ Fe D. Fe / Fe2+ // Ag+/ Ag E. Mg / Mg2+// Ag+/ Ag
6. Dari data:
E0 Cu2+/Cu = +0,34 volt
E0 Zn2+/Zn=-0,76 volt Pernyataan yang sesuai dalam keadaan standar.... A. Cu lebih mudah teroksidasi
B. Logam Zn lebih mudah mengendap dari pada logam Cu
C. Dalam deret volta logam Zn terletak di sebelah kanan logam Cu D. Logam Zn lebih mudah larut menjadi ion Zn2+
E. Bagan sel voltanya dapat ditulis dengan Cu/Cu2+//Zn2+/Zn
7. Bila dua buah logam tembaga dan seng dicelupkan ke dalam larutan asam sulfat 1 M, maka ….
A. Zn akan larut menghasilkan gas H2 B. Cu akan larut menghasilkan gas H2 C. Zn dan Cu tidak larut
D. Zn dan Cu akan larut
E. Bila kedua logam dihubungkan dengan kawat, Cu akan larut
8. Serbuk Fe dan serbuk Pb dimasukkan ke dalam suatu larutan yang mengandung ion-ion Fe2+ dan Pb2+ dengan konsentrasi masing-masing 1 M. Dari data E0Fe = -0,44 volt dan E0Pb = -0,13 volt, maka akan terjadi reaksi....
A. yang menghasilkan Fe2+ dan Pb2+ B. yang menghasilkan Fe2+ dan Pb C. yang menghasilkan Fe dan Pb D. yang menghasilkan Fe dan Pb2+ E. pengendapan Fe dan Pb
9. Diketahui: Al3+/Al E0 = -1,66 volt
Cu2+/Cu E0 = +0,34 volt Besarnya potensial elektroda yang timbul untuk reaksi: Al + CuSO4
Al2(SO4)3 + Cu adalah ….A. 0,68 volt B. 2,64 volt C. 1,32 volt D. 4,00 volt E. 2,00 volt
10. Elektrolisis larutan KCl menggunakan elektroda karbon akan menghasilkan A. logam K di katoda D. gas H2 di katoda
B. gas O2 di anoda E. gas Cl2 di katoda C. larutan basa di anoda
11. Pada reaksi elektrolisis larutan NiSO4 dengan elektroda Ag, reaksi yang terjadi pada anoda adalah …. A. Ni2+ + 2e
Ni B. Ag
Ag+ + e C. Ni
Ni2+ + 2e D. 2H2O + 2e
2 OH + H2 E. 2H2O
4H + + O2 + 4e 12. Diketahui data potensial elektroda standarAg+(aq) + e
Ag(s) E° = +0,80 volt Zn2+(aq) + 2e Zn(s) E° = -0,76 volt In3+(aq) + 3e
In(s) E° = -0,34 volt Mn2+(aq) + 2e- Mn(s) E° = -1,20 volt
Reaksi redoks yang tidak berlangsung spontan adalah ... A. Zn2+(aq) + Mn(s) Mn2+(aq) + Zn(s) B. 3 Ag+(aq) + In(s) In 3+ (aq) + 3 Ag(s) C. 3 Mn(s) + 2 In3+(aq) 2 In(s) + 3 Mn2+(aq) D. 2 I3+(aq) + 3 Zn(s) 2 In(s) + 3 Zn 2+ (aq) E. Mn2+(aq) + 2 Ag(s) Mn(s) + 2 Ag+(aq)
13. Untuk menetralkan larutan yang terbentuk di Katode pada elektrolisis
larutan Na2SO4 diperlukan 50 ml larutan HCl 0.2 M. Jumlah muatan listrik yang digunakan adalah ...
A. 0,01 F B. 0,02 F C. 0,05 F
D. 0,10 F E. 0,20 F
13. Elektrolisis zat yang menghasilkan gas hydrogen pada anoda ialah A. NH3 (l) B. KHSO4 (aq) C. Na2SO4(aq) D. NaH(l) E. HCl(aq)
14. Arus listrik sebesar 10 ampere dialirkan selama 16 menit ke dalam larutan CuSO4 (Ar Cu = 63,5; S = 32; O = 16) dengan elektroda karbon. Massa tembaga yang dapat diendapkan di katoda adalah..
A. 1,58 gr B. 6,32 gr C. 2,39 gr D. 8,23 gr E. 3,16 gr
15. Arus listrik 10 ampere dialirkan ke dalam larutan CuSO4 selama 965 detik. Volume gas yang dihasilkan di anoda (0 0C, 1 atm) adalah ….(Ar Cu = 63,5; O = 16; S = 32; 1 F = 96500 C/mol)
A. 0,56 liter B. 11,20 liter C. 1,12 liter D. 22,40 liter E. 6,72 liter
16. Elektrolisis tembaga (II) klorida dengan arus listrik 0,5 F menghasilkan endapan Cu sebanyak …. (Ar Cu = 63,5)
A. 0,1587 gram B. 158,7 gram C. 1,587 gram D. 1587 gram E. 15,87 gram
17. Larutan Zn(NO3)2 dielektrolisis dengan elektroda Pt dan diperoleh seng 13 gram. Volume oksigen yang dihasilkan pada anoda (STP) adalah ….
A. 5,6 liter B. 2,24 liter C. 4,48 liter D. 1,12 liter E. 3,36 liter
18. Larutan NiSO4 dielektrolisis dengan elektroda karbon dan terbentuk endapan Ni sebanyak 1,475 gram (Ar Ni = 59) pada katoda. Volume gas yang dihasilkan di anoda jika diukur pada (P, T) di mana 30 gram gas NO volumenya 20 liter adalah …. (Ar N = 14; O = 16)
A. 75 Ml B. 500 Ml C. 125 Ml D. 1000 mL E. 250 mL 19. Tindakan berikut dapat memperlambat korosi, kecuali ….
A. mengecat permukaan logam B. meminyaki permukaan logam C. melakukan galvanisasi pada logam
D. menghubungkan logam itu dengan logam lain yang sifat reduktornya lebih kuat E. meletakkan logam dalam larutan asam
20. Diketahui potensial elektroda standar (E0) unsure-unsur:
P2+ + 2e
P ; E0 = -2,37 volt Q2+ + 2e
Q ; E0 = -1,66 volt R2+ + 2e
R ; E0 = -0,28 volt Fe2+ + 2e
Fe ; E0 = -0,44 volt S2+ + 2e
S ; E0 = -0,13 volt T2+ + 2e
T ; E0 = +0,34 voltUnsur logam yang memberikan perlindungan katodik paling baik terhadap besi adalah ….
A. P B. S C. Q D. T
E. R
21. Larutan perak nitrat dielektrolisis dengan arus sebesar 2 ampere selama 10 menit, massa perak yang mengendap di katoda adalah ...(1 F = 96500; Ar Ag =108). A. (96500 x 20) gram B. (96500 x 108 x 20) gram C. (96500 x 108 x 200) gram D. [(108/96500) x 20] gram E. [(108/96500) x 1200] gram
22. Reaksi yang terjadi di anoda pada reaksi elektrolisis larutan NaCl dengan elektroda platina adalah ...
A. 2H2O O2 +4H + + 4e B. Na+ + e Na C. H2O + 2e H2 + 2 OH -D. 2Cl- Cl2 + 2e E. Pt Pt2+ + 2e
23. Seorang siswa melakukan percobaan : 1. Paku dimasukkan ke dalam larutan garam 2. Paku dimasukkan ke dalam minyak pelumas
3. Paku dililiti logam tembaga kemudian dimasukkan ke dalam air 4. Paku dililiti logam magnesium kemudian dimasukkan ke dalam air 5. Paku diletakkan sebagai anoda dan tembaga sebagai katoda dimasukkan ke dalam larutan tembaga sulfat kemudian dialiri arus listrik. Dari 5 percobaan yang dilakukan siswa, paku akan terlindungi dari perkaratan yaitu pada percobaan ... (paku terbuat dari besi)
A. 1 dan 2 B. 1 dan 3 C. 2 dan 3
D. 2 dan 4 E. 3 dan 5
24. Gas Fluorin (Ar = 19) diperoleh dari elektrolisa leburan KHF2 sesuai dengan persamaan : 2HF2
-2HF + F2 + 2e
Bila pada proses tersebut dialirkan arus listrik sebesar 10 ampere selama 30 menit, maka volume gas F2 yang dihasilkan pada STP adalah ...
A. 2,09 liter B. 4,17 liter C. 5,6 liter D. 7,8 liter E. 11,2 liter
25.
Pada proses elektrolisis larutan Al2(SO4)3 seperti terlihat pada gambar di atas. Dengan menggunakan elektroda karbon reaksi manakah yang terjadi pada elektroda (+) ... A. Al Al3+ + 3e D. Al3+ + 3e Al B. 2H2O O2 + 4H + + 4e E. 2H+ +2e H2 C. 2H2O + 2e H2 + OH
