Redoks dan Stoikiometri

(1)

file:///D:/Kuliah/Kimia%20Dasar/R-Slide/4.%20Redoks%20dan%20stoikiometri/index.html#30 1/36

4. Redoks dan Stoikiometri

Kimia Dasar 1A

Dr. Rukman Hertadi

(2)

Topik yang dipelajari

De nisi oksidasi, reduksi, reduktor, oksidator dan bilangan oksidasi.

Menyetarakan reaksi oksidasi/reduksi (redoks).

Reaksi asam dan logam.

Deret aktivitas untuk meramalkan produk reaksi.

Reaksi oksigen dengan senyawa organik, logam dan nonlogam.

Stoikiometri reaksi redoks

·

2/36

(3)

Reaksi redoks

1. proses oksidasi = pelepasan elektron

Na berperan sebagai reduktor, yaitu zat yang melepaskan elektron 2. proses reduksi = pengambilan elektron

berperan sebagai oksidator, yaitu zat yang menerima elektron.

Reaksi total:

Reaksi redoksi adalah reaksi yang melibatkan transfer elektron dari satu zat ke zat yang lain.

Reaksi redoks adalah reaksi yang melibatkan dua proses:

·

Na ⟶ Na

⁺

+ e

⁻

+ 2 ⟶ 2 Cl

₂

e

⁻

Cl

⁻

Cl

₂

2 Na + Cl

₂

⟶ 2 Na

⁺

+ 2 Cl

⁻

3/36

(4)

Bilangan oksidasi

Isitilah bilangan oksidasi pertama kali dikemukakan oleh Antonie Lavoisier untuk menerangkan reaksi suatu zat dengan oksigen.

Saat ini pengertian bilangan oksidasi tidak selalu dikaitkan dengan reaksi dengan oksigen, tetapi dikaitkan dengan banyaknya elektron yang terlibat dalam pembentukan ikatan kimia baik ikatan ion maupun kovalen.

Contoh: Pada rumus , ikatan kimia antara Ca dan Cl terbentuk karena atom mentransfer 2e ke membentuk ion dan ion .

·

CaCl

₂

Ca

-

Cl

₂

Ca

^{2 +}

Cl

⁻

Ca +

Cl

₂

2 e

⁻

+

Ca

^{2 +}

2 Cl

⁻

reaksi total : Ca + Cl

₂

⟶ Ca

^{2 +}

+ 2 e

⁻

⟶ 2 Cl

⁻

⟶ CaCl

₂

⟶ CaCl

₂

4/36

(5)

Aturan penentuan bilangan oksidasi

Aturan-1: Atom dalam keadaan standar memiliki bilangan oksidasi (BO) = 0. Contoh:

memiliki BO = 0

Aturan-2: Atom dalam keadaan ion monoatom memiliki BO sama dengan muatannya. Contoh:

atom dalam bentuk memiliki BO = +3. Atom dalam bentuk memiliki BO = -1.

Aturan-3: Dalam senyawa unsur-unsur halogen memiliki BO = -1, oksigen = -2 (kecuali peroksida, -1), dan hidrogen = +1 kecuali dalam senyawa hidrida, -1.

Aturan-4: Dalam senyawa, bilangan oksidasi atom-atom lain diluar aturan-3 menyesuaikan dengan muatan total dari senyawa.

Contoh: Pada , BO atom , karena netral, maka BO atom .

Na, Ba, Al, H

₂

, Cl

₂

, O

₂

Al Al

^{3 +}

F F

⁻

CO

₂

O = −2 CO

₂

C = +4

5/36

(6)

Latihan

Tentukan bilangan oksidasi atom pada ion A.

B.

C.

D.

E.

Submit Show Hint Show Answer Clear

Cl ClO

⁻₄

−1 +1

−7 +7 +8

6/36

(7)

Latihan

Tentukan bilangan oksidasi atom dalam A.

B.

C.

D.

E.

Cr MgCr

₂

O

₇

+6

−6 +3

−3

−2

7/36

(8)

Latihan

Tentukan bilangan oksidasi masing-masing atom dalam A.

B.

C.

D.

E.

KI

₃

K = +1; I = 0

K = +1; I = −1 K = −1; I = −3

K = +1; I = −1/3 K = +1; I = −2/3

8/36

(9)

Rede nisi oksidasi-reduksi

Reaksi redoks adalah reaksi yang melibatkan perubahan bilangan oksidasi.

Oksidasi: proses yang menyebabkan kenaikan bilangan oksidasi atau pelepasan eletron

Reduksi: proses yang menyebabkan penurunan bilangan oksidasi atau penangkapan elektron Contoh:

9/36

(10)

Pertanyaan umum dalam reaksi redoks Contoh reaksi:

1. Apakah reaksi di atas merupakan reaksi redoks? Bagaimana membuktikannya?

2. Bila reaksi di atas merupakan reaksi redoks? spesi mana yang mengalami reduksi dan mana yang mengalami oksidasi?

3. Spesi mana yang merupakan oksidator?

4. Spesi mana yang merupakan reduktor?

Soal-1 solusi-1

· ·

(s) + 3 C(s) ⟶ 4 Fe(s) + 3 (g)

Fe

₂

O

₃

CO

₂

10/36

(11)

Tipe reaksi redoks

1. Reaksi pembakaran adalah reaksi antara suatu senyawa dan molekul oksigen menghasilkan senyawa mengandung oksigen.

2. Reaksi disproporsionasi adalah reaksi dimana satu reaktan dapat mengalami oksidasi dan reduksi.

3. Reaksi pertukaran adalah reaksi yang melibatkan dua unsur yang saling bertukar tempat dalam suatu senyawa.

pada reaksi di atas Zn bertukar tempat dengan H.

2 C

₈

H

₁₈

(l) + 25 O

₂

(g) ⟶ CO

₂

(g) + H

₂

O(l)

3 ClO

⁻

(aq) ⟶ ClO

⁻₃

(aq) + 2 Cl

⁻

(aq)

Zn(s) + 2 HCl(aq) ⟶ ZnCl

₂

(aq) + H

₂

(g)

11/36

(12)

Penyetaraan reaksi redoks sederhana

Contoh reaksi redoksi belum setara:

Penyetaraan dengan metode setengah reaksi

Setengah reaksi reduksi:

Setengah reaksi oksidasi:

Kombinasi reaksi:

Al(s) + Cu

^{2 +}

(aq) ⟶ Al

^{3 +}

(aq) + Cu(s)

(aq) + 2 ⟶ Cu(s) Cu

^{2 +}

e

⁻

Al(s) ⟶ Al

^{3 +}

(aq) + 3 e

⁻

3 × [ Cu

^{2 +}

(aq) + 2 e

⁻

⟶ Cu(s)]

2 × [Al(s) ⟶ Al

^{3 +}

(aq) + 3 ] e

⁻

⇒ 3 Cu

^{2 +}

(aq) + 6 e

⁻

⟶ 3 Cu(s)

⇒ 2 Al(s) ⟶ 2 Al

^{3 +}

(aq) + 6 e

⁻

2 Al(s) + 3 Cu

^{2 +}

(aq) ⟶ 2 Al

^{3 +}

(aq) + 3 Cu(s)

12/36

(13)

1. Bagi reaksi ke dalam dua setengah reaksi

2. Seterakan atom selain H dan O

3. Setarakan dengan menambahkan

4. Samakan jumlah dengan menambahkan

Menyetarakan reaksi dalam suasana asam

Reaksi:

Tahapan penyetaraan reaksi:

(aq) + (aq) ⟶ (aq) + (aq) Cr

₂

O

^{2 −}₇

Fe

^{2 +}

Cr

^{3 +}

Fe

^{3 +}

⟶

Cr

₂

O

^{2 −}₇

Cr

^{3 +}

⟶

Fe

^{2 +}

Fe

^{3 +}

⟶ 2

Cr

₂

O

^{2 −}₇

Cr

^{3 +}

⟶

Fe

^{2 +}

Fe

^{3 +}

O H

₂

O

⟶ 2 + 7 O

Cr

₂

O

^{2 −}₇

Cr

^{3 +}

H

₂

⟶

Fe

^{2 +}

Fe

^{3 +}

H

⁺

H

+ 14 ⟶ 2 + 7 O

Cr

₂

O

^{2 −}₇

H

⁺

Cr

^{3 +}

H

₂

⟶

Fe

^{2 +}

Fe

^{3 +}

13/36

(14)

Menyetarakan reaksi dalam suasana asam

5. Setarakan muatan dengan menambahkan elektron

6. Setarakan jumlah elektron

7. Hilangkan spesi yang sama di kedua sisi

+ 14 + 6 ⟶ 2 + 7 O

Cr

₂

O

^{2 −}₇

H

⁺

e

⁻

Cr

^{3 +}

H

₂

⟶ +

Fe

^{2 +}

Fe

^{3 +}

e

⁻

+ 14 + 6 Cr

₂

O

^{2 −}₇

H

⁺

e

⁻

6 × [ Fe

^{2 +}

⟶ Fe

^{3 +}

+ e

⁻

] ⇒ 6 Fe

^{2 +}

6 Fe

^{2 +}

+ 14 H

⁺

+ Cr

₂

O

^{2 −}₇

+ 6 e

⁻

⟶ 2 Cr

^{3 +}

+ 7 H

₂

O

⟶ 6 Fe

^{3 +}

+ 6 e

⁻

⟶ 6 Fe

^{3 +}

+ 2 Cr

^{3 +}

+ 7 H

₂

O + 6 e

⁻

6 Fe

^{2 +}

+ 14 H

⁺

+ Cr

₂

O

^{2 −}₇

⟶ 6 Fe

^{3 +}

+ 2 Cr

^{3 +}

+ 7 H

₂

O

14/36

(15)

Menyetarakan reaksi redoks dalam suasana basa

Setelah langkah 1 - 7:

8. Tambahkan dikedua sisi sebanyak jumlah

9. Kombinasikan dan untuk membentuk

10. Hilangkan sebagian

OH

⁻

H

⁺

6 Fe

^{2 +}

+ 14 H

⁺

+ 14 OH

⁻

+ Cr

₂

O

^{2 −}₇

⟶ 6 Fe

^{3 +}

+ 2 Cr

^{3 +}

+ 7 H

₂

O + 14 OH

⁻

H

⁺

OH

⁻

H

₂

O

6 Fe

^{2 +}

+ 14 H

₂

O + Cr

₂

O

^{2 −}₇

⟶ 6 Fe

^{3 +}

+ 2 Cr

^{3 +}

+ 7 H

₂

O + 14 OH

⁻

O

H

₂

6 Fe

^{2 +}

+ 7 H

₂

O + Cr

₂

O

^{2 −}₇

⟶ 6 Fe

^{3 +}

+ 2 Cr

^{3 +}

+ 14 OH

⁻

15/36

(16)

Setarakan reaksi redoksi di bawah ini

1. dalam suasana asam

2. dalam suasana basa

Soal-2 solusi-2a solusi-2b

· · ·

+ ⟶ + +

MnO

⁻₄

C

₂

O

^{2 −}₄

MnO

₂

CO

^{2 −}₃

H

⁺

+ ⟶ + V +

ClO

⁻

VO

⁻₃

ClO

⁻₃

(OH)

₃

OH

⁻

16/36

(17)

Reaksi redoks asam dan logam

Ada dua tipe asam yang bereaksi dengan logam dibedakan dari kuat lemahnya anion asam untuk mengoksidasi logam.

1. Asam non-pengoksidasi

Tipe asam dimana kekuatan oksidator anionnya lebih lemah dari protonnya (H ). Oleh karena itu, reaksi logam dan asam ini akan menghasilkan gas hidrogen.

Contoh: dan sebagian besar asam-asam organik.

+

HCl, HBr, HI, H

₃

PO

₄

, H

₂

SO

₄

encer Mg(s) 2 H

⁺

(aq) + 2 e

⁻

Mg(s) + 2 H

⁺

(aq)

⟶ Mg

^{2 +}

(aq) + 2 e

⁻

⟶ H

₂

(g)

⟶ Mg

^{2 +}

(aq) + H

₂

(g)

17/36

(18)

Reaksi redoks asam dan logam

2. Asam pengoksidasi

Tipe asam ini memiliki anion yang kekuatan oksidatornya lebih tinggi dibanding H .

Karena bukan H yang aktif, maka ketika asam ini digunakan untuk melarutkan logam tidak dihasilkan gas hidrogen.

Contoh asam pengoksidasi: panas dan pekat.

Reaksi asam nitrat pekat dengan logam

+ +

(aq), (aq) HNO

₃

H

₂

SO

₄

Cu(s) (aq) + 2 (aq) + NO

⁻₃

H

⁺

e

⁻

Cu(s) + 2 NO

⁻₃

(aq) + 4 H

⁺

(aq)

⟶ Cu

^{2 +}

+ 2 e

⁻

⟶ NO

₂

(g) + H

₂

O(l) × 2

⟶ Cu

^{2 +}

(aq) + 2 NO

₂

(g) + 2 H

₂

O

18/36

(19)

Asam Pengoksidasi

19/36

(20)

Reaksi redoks antar logam

Reaksi:

Kontak logam dan ion menyebabkan ion ini mengalami reduksi menjadi , sementara teroksidasi menjadi menggantikan . Dengan kata lain lebih aktif dibanding , karena lebih mudah mengalami oksidasi.

Bila kondisinya dibalik, reaksi tidak akan terjadi:

Zn(s) + Cu

^{2 +}

⟶ Zn

^{2 +}

+ Cu(s)

Zn Cu

^{2 +}

Cu

Zn Zn

^{2 +}

Cu

^{2 +}

Zn

Cu

Cu(S) + Zn

^{2 +}

(aq) ↛

20/36

(21)

Deret aktivitas

21/36

(22)

Metode penentuan deret aktivitas

Kemampuan suatu logam menggantikan Ion dibuat sebagai acuan. Contoh:

Berdasarkan reaksi di atas:

Jadi, lebih aktif (lebih mudah teroksidasi) dibanding

H

⁺

2 H

⁺

(aq) + Sr(s) ⟶ Sr

^{2 +}

(aq) + H

₂

(g)

Oksidasi : reduksi :

Sr(s) −→ −

^H⁺

Sr

^{2 +}

(aq) 2 H

⁺

(aq) −→

^Sr

H

₂

(g)

Sr H

⁺

22/36

(23)

Mengurutkan aktivitas logam

Dengan menggunakan pengamatan reaksi di bawah ini, urutkan logam dari yang kurang reaktif ke yang paling reaktif.

Cu(s) + HCl(aq) ↛

Zn(s) + 2 HCl(aq) ⟶ ZnCl

₂

(aq) + H

₂

(g) Mg(s) + ZnCl

₂

(aq) ⟶ MgCl

₂

(aq) + Zn(s)

23/36

(24)

Reaksi Na(s) dan air:

Variasi reaktivitas logam

Logam yang ada di posisi bawah sistem periodik merupakan reduktor kuat atau sangat mudah mengalami oksidasi.

Bahkan logam alkali dan alkali tanah dapat bereaksi dengan dan

·

O

H

₂

H

⁺

2 Na(s) + 2 H

₂

O(l) ⟶ H

₂

(g) + 2 NaOH(aq)

24/36

(25)

Variasi reaktivitas logam

Ag - tidak reaktif

Fe - sedikit reaktif

Zn - agak reaktif (di posisi tengah deret aktivitas)

Mg - sangat reaktif

HCl(aq) + Ag(s) ↛

2 HCl(aq) + Fe(s) ⟶ FeCl

₂

(aq) + H

₂

(g)

(aq) + Zn(s) ⟶ ZnCl

₂

(aq) + H

₂

(g)

2 HCl(aq) + Mg(s) ⟶ MgCl

₂

(aq) + H

₂

(g)

25/36

(26)

Ramalkan apakah reaksi akan berlangsung atau tidak? Bila berlangsung tuliskan produk reaksinya

1.

2.

3.

4.

5.

Soal-4 solusi-4

· ·

2 Au

^{3 +}

(aq) + 3 Ca(s) ⟶ Au(s) + Ca

^{2 +}

(aq) ⟶ Sn(s) + Na

⁺

(aq) ⟶ Mn(s) + Co

^{2 +}

(aq) ⟶ Cu(s) + H

⁺

(aq) ⟶

26/36

(27)

Reaksi dengan oksigen

Unsur nonlogam seperti S, N, C dapat bereaksi dengan oksigen membentuk senyawa oksida nonlogam.

Reaksi S dan oksigen:

-

Reaksi N dan oksigen:

- Hasil reaksi bervariasi:

Kombinasi suatu unsur dengan oksigen menaikan bilangan oksidasi unsur tersebut.

Kenaikan bilangan oksidasi juga bisa berlangsung pada senyawa organik:

S(s) + O

₂

(g) ⟶ SO

₂

(g)

NO, NO

₂

, N

₂

O, N

₂

O

₃

, N

₂

O

₄

, N

₂

O

₅

+ ⟶ +

C

₈

H

₅

N

₃

O

^{2 −}₂

O

₂

C

₈

H

₅

NO

^{2 −}₄

N

₂

27/36

(28)

Reaksi pembakaran

Pembakaran hidrokarbon:

1. Kondisi oksigen melimpah:

2. Kondisi oksigen kurang:

3. Kondisi oksigen sangat kurang:

Pembakaran senyawa organik yang mengandung O

Pembakaran senyawa organik yang mengandung S

(g) + 2 (g) ⟶ (g) + 2 O

CH

₄

O

₂

CO

₂

H

₂

2 CH

₄

(g) + 3 O

₂

(g) ⟶ 2 CO(g) + 4 H

₂

O (g) + (g) ⟶ C(s) + 2 O

CH

₄

O

₂

H

₂

(s) + 12 (g) ⟶ 12 (g) + 11 O C

₁₂

H

₂₂

O

₁₁

O

₂

CO

₂

H

₂

2 C

₄

H

₉

SH + 15 O

₂

(g) ⟶ 8 CO

₂

(g) + 10 H

₂

O + 2 SO

₂

(g)

28/36

(29)

Reaksi oksigen dengan logam

Korosi adalah reaksi langsung logam dengan oksigen.

Contoh:

2 Mg(s) + O

₂

(g) ⟶ 2 MgO(s) 4 Al(s) + 3 O

₂

(g) ⟶ 2 Al

₂

O

₃

(s) 4 Fe(s) + 3 O

₂

(g) ⟶ Fe

₂

O

₃

(s) 4 Ag(s) + O

₂

(g) ⟶ 2 Ag

₂

O(s)

29/36

(30)

Latihan

Reaksi di bawah ini yang tidak termasuk reaksi redoks adalah A.

B.

C.

D.

E.

S(aq) + (aq) ⟶ 2 NaCl(aq) + MnS(s) Na

₂

MnCl

₂

(g) + (g) ⟶ C(s) + 2 O

CH

₄

O

₂

H

₂

2 Zn(s) + O

₂

(g) ⟶ 2 ZnO(s)

Cu(s) + 4 H

⁺

(aq) + 2 NO

₃

−(aq) ⟶ Cu

⁺₂

(aq) + 2 NO

₂

(g) + 2 H

₂

O Sr(s) + 2 H

⁺

(aq) ⟶ Sr

⁺₂

(aq) + H

₂

(g)

30/36

(31)

Stoikiometri reaksi redoks

Seperti halnya stoikiometri untuk tipe reaksi lainnya, reaksi yang disetarakan adalah kunci dalam menyatakan hubungan jumlah zat antar spesi yang diperlukan dalam perhitungan stoikiometri.

Tipe masalah dalam stokiometri reaksi redoks:

1. Dikethaui massa atau konsentrasi salah satu reaktan untuk digunakan dalam penentuan massa atau konsentrasi dari produk reaksi.

2. Perhitungan titrasi redoks.

3. Penentuan reagen pembatas.

4. Pentuan persen hasil.

31/36

(32)

Contoh soal stoikiometri redoks

Berapa gram (MM = 126.1 g/mol) yang diperlukan untuk bereaksi sempurna dengan 12.4 g (MM = 294.2 g/mol)?

Solusi

1. Setarakan reaksi redoks

2. Lakukan perhitungan

Na

₂

SO

₃

K

₂

Cr

₂

O

₇

8 H

⁺

(aq) + Cr

₂

O

^{2 −}₇

(aq) + 3 SO

^{2 −}₃

(aq) ⟶ 3 SO

^{2 −}₄

(aq) + 2 Cr

^{3 +}

(aq) + 4 H

₂

O

m

N Sa2 O3

= 12.4 g K

2

C r

2

O

7

× × × 1 mol K

2

C r

2

O

7

294.2 g K

2

C r

2

O

7

3 mol N S a

2

O

3

1 mol K

2

C r

2

O

7

126.1 g N S a

2

O

3

1 mol K

2

S O

3

= 15.9 g N S a

2

O

3

32/36

(33)

Titrasi redoks

Pada titrasi redoks titik ekivalen tercapai bila jumlah mol oksidator dan reduktor yang bercampur sudah mencapai perbandingan stoikiometri yang tepat.

Untuk titrasi redoks tidak ada indikator sederhana yang dapat memperlihatkan ketercapaian titik ekivalen. Tetapi beberapa oksidator mengalami perubahan warna.

1. : Warna ungu memudar ketika tereduksi menjadi .

2. : Warna kuning terang berubah menjadi biru hijau pucat ketika tereduksi menjadi .

3. : Ketika tereduksi menjadi dalam keadaan ada , akan membentuk kompleks yang berwarna biru gelap dalam media tepung.

KMnO

₄

MnO

⁻₄

Mn

^{2 +}

K

₂

Cr

₂

O

₇

Cr

₂

O

^{2 −}₇

Cr

^{3 +}

IO

⁻₃

I

₂

(s) I

⁻

I

⁻₃

33/36

(34)

Contoh titrasi redoks

bereaksi dengan dalam larutan asam membentuk . Bila 12.34 mL 0.5678 M diperlukan untuk mentitrasi 25.00 mL larutan yang mengandung , berapakah molaritas larutan?

Solusi:

1. Setarakan reaksi

2. Lakukan perhitungan

I

⁻

IO

⁻₃

I

₂

(s) I

⁻

IO

⁻₃

5 (aq) + I

⁻

IO

⁻₃

(aq) + 6 H

⁺

(aq) ⟶ 3 (s) + 3 I

₂

H

₂

O

[I O

⁻₃

] = 12.34 mL I

⁻

× 0.5678 mmol I

⁻

× × 1 mL I

⁻

1 mmol IO

⁻₃

5 mmol I

⁻

1

25.00 mL IO

⁻₃

= 0.05604 M IO

⁻₃

34/36

(35)

Analisis bijih timah dengan titrasi redoks

Sebanyak 0.300 g sampel bijih timah dilarutkan dalam larutan asam sehingga mengubah semua timah menjadi timah(II). Ketika larutan ini dititrasi, diperlukan 8.08 mL 0.050 M untuk mengoksidasi timah(II) menjadi timah(IV). Tentukan persen massa timah dalam sampel awal.

KMnO

₄

35/36

(36)

Penentuan kandungan hidrogen peroksida dalam pewarna rambut

Jumlah hidrogen peroksida (MM = 34.01 g/mol) dalam pewarna rambut akan ditentukan dengan metode titrasi menggunakan standar (MM = 158.0 g/mol). Bila 43.2 mL 0.105 M diperlukan untuk mencapai titik akhir titrasi, berapa gram kandungan peroksida dalam sampel pewarna rambut?

Soal-6 solusi-6

· ·

KMnO

₄

MnO

⁻₄

36/36