Halaman
43BBa b 2 Reaks i RedoksKalian pasti mengenal kawat tembaga. Coba kalian ambil kawattembaga dan masukkan dalam larutan AgNO3. Apa yang terjadi?Larutan AgNO3 yang tidak berwarna lama-kelamaan akan berwarnabiru. Ini menunjukkan telah terjadi reaksi. Reaksi yang terjadimerupakan reaksi redoks dan akan kalian pelajari pada bab ini.Tujuan PembelajaranREAKSI REDOKSBAB 2-memahami konsep reaksi redoks;-menerapkan reaksi redoks dalam sel elektrokimia;-menerapkan reaksi redoks dalam kehidupan sehari-hari, seperti mencegah korosi dan dalam industri.Setelah belajar bab ini, kalian diharapkan mampu:Sumber: General Chemistry, Hill J. W, Petrucci R. H, Mc Creary T. W, dan Perry S. S
44MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Peta KonsepPrasyarat Pembelajaran1. Apa yang dimaksud dengan reaksi redoks? Jelaskan.2. Sebutkan contoh di sekitar kalian yang menggunakan konsepredoks.Kata Kunci• Reaksi reduksi• Reaksi oksidasi• Sel elektrokimiameliputiReaksi RedoksPotensial elektrodeSel elektrokimiaBateraikeringBateraialkalinBateraiperakoksidaSel VoltaSel elektrolisisReaksi reduksiReaksi oksidasiAkimempunyaiditerapkanSel keringSel basahdibagi duaterdiri atascontohcontoh
45BBa b 2 Reaks i Redoks1. Konsep reaksi redoksDi kelas X, kalian telah belajar reaksi oksidasi dan reduksi.Masih ingatkah kalian definisi dari oksidasi dan reduksi?Reaksi oksidasi adalahperubahan kimia yangterjadi ketika elektrondilepaskan. Reaksi reduksiadalah perubahan kimiayang terjadi ketika elektronditerima. Reaksi oksidasidan reduksi selalu berjalanserempak, sehingga jumlahelektron yang dilepas padareaksi oksidasi samadengan jumlah elektronyang diterima pada reaksireduksi. Reaksi ini dinamakan reaksi redoks.Di kelas X telah dijelaskan apa itu bilangan oksidasi? Bilanganoksidasi merupakan konsep yang sangat berguna untukmenentukan dengan cepat keadaan oksidasi atau reduksi suatuatom dalam senyawa. Adapun aturan penentuan bilanganoksidasi sebagai berikut.a. Bilangan oksidasi unsur bebas sama dengan nol.Misal H dalam H2 dan Cu dalam Cu.b.Bilangan oksidasi hidrogen dalam senyawa umumnya +1,kecuali dalam senyawa hidrida logam sama dengan –1.Misal dalam NaH, bilangan oksidasi Na adalah +1 dan Hadalah –1.c.Bilangan oksidasi oksigen dalam senyawa umumnya –2,kecuali dalam peroksida sama dengan –1.d. Hasil penjumlahan bilangan oksidasi yang negatif dan positifdalam suatu molekul atau senyawa sama dengan nol.e.Hasil penjumlahan bilangan oksidasi yang negatif dan positifdalam seluruh atom untuk setiap ion sama dengan muatanion itu sendiri.Gambar 2.1Kapal yangberkaratmerupakan contohreaksi redoks yangberlaku spontan.A. Reaksi RedoksSumber: General Chemistry, Hill J. W, PetrucciR. H, Mc Creary T. W, dan Perry S. SBilangan oksidasiadalah angka yangseakan-akanmenunjukkanmuatan yangdimiliki olehpartikel untukberikatan.
46MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Mempelajari beberapa reaksi redoks dalam larutanAlat-kertas gosok-tabung reaksiBahan-larutan CuSO4 0,1 M-logam Cu-larutan MgSO4 0,1 M-logam Mg-larutan Pb(NO3)2 0,1 M-logam Pb-larutan FeSO4 0,1 M-logam FeCara kerja1.Isi tabung reaksi dengan larutan yang disediakan setinggi 3 cm.2. Potong logam Cu, Mg, Ag, Pb, dan Fe dengan ukuranpanjang 4 cm dan lebar 0,5 cm.3. Bersihkan masing-masing permukaan logam dengan caradiamplas sampai bersih.4. Ambil logam Cu dan celupkan dalam larutan yang disediakan.5. Amati perubahan yang terjadi dan catat pada tabelpengamatan.6. Ulangi langkah (4) untuk logam-logam yang lainnya.Hasil pengamatanBuat dan lengkapi tabel berikut pada buku kerja kalian.Evaluasi dan kesimpulanKerjakan di buku kerja kalian.1. Tulis reaksi ion yang terjadi berdasarkan pengamatan kalian.2. Tuliskan oksidator dan reduktor dalam setiap reaksi.3. Buat kesimpulan dari aktivitas kalian di atas dan diskusikandengan teman kalian.LarutanLogamCu (aq )2+Mg (aq)2+CuMgAgPbFe........................................Pb (aq)2+Fe2+(aq)........................................
47BBa b 2 Reaks i Redoks2. Penyetaraan reaksi redoksPersamaan reaksi redoks sederhana dapat disetarakandengan menggunakan dua metode sistematik, yaitu metodebilangan oksidasi dan ion elektron atau setengah reaksi.a.Metode bilangan oksidasiMetode bilangan oksidasi berdasarkan prinsip bahwa jumlahpertambahan bilangan oksidasi dari reduktor sama denganjumlah penurunan bilangan oksidasi dari oksidator. Langkah-langkah menyetarakan reaksi dengan metode bilangan oksidasisebagai berikut.1) Menentukan bilangan oksidasi pada setiap unsur dalampersamaan reaksi.2) Menentukan unsur yang mengalami perubahan bilanganoksidasi.3) Menentukan jumlah penurunan bilangan oksidasi unsuryang mengalami reduksi (oksidator) dan jumlahpertambahan bilangan oksidasi unsur yang mengalamioksidasi (reduktor).4) Menyetarakan unsur yang mengalami perubahan bilanganoksidasi dengan meletakkan koefisien yang sesuai.5) Menyetarakan unsur-unsur lainnya mulai dari kation, anion,hidrogen, dan oksigen (KAHO singkatan dari kation, anion,hidrogen, dan oksigen).Setarakan reaksi redoks berikut.1. KMnO4(aq) + Na2SO3(aq) + H2SO4(aq) o K2SO4(aq) +MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + H2O(l)JawabKMnO4(aq) + Na2SO3(aq) + H2SO4(aq) o K2SO4(aq) +MnSO4(aq) + Na2SO4(aq) + H2O(l)Langkah 1:Tentukan bilangan oksidasi pada setiap unsurdalam persamaan reaksi.KMnO4(aq) + Na2SO3(aq) + H2SO4(aq) o K2SO4(aq) + MnSO4(aq) +Na2SO4(aq) + H2O(l)Contoh+1 +7 2 +1 +4 2 +1 +6 2 +1 +6 2 +2 +6 2+1 +6 2
48MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3KegiatanMandiriKegiatanMandiriCari literaturyang membahaspenyetaraanreaksi redoks.Buatrangkuman, danpenyelesaiannyadari materitersebut. Janganlupa tulisliteratur yangkalian baca.Hasilnya kaliankomunikasikandi depan kelas.Langkah 2:Tentukan unsur yang mengalami perubahanbilangan oksidasi.KMnO4(aq) + Na2SO3(aq) + H2SO4(aq) o K2SO4(aq) + MnSO4(aq) +Na2SO4(aq) + H2O(l)Langkah 3:Tentukan jumlah pertambahan bilangan oksidasidari unsur yang mengalami oksidasi dan jumlahpenurunan bilangan oksidasi dari unsur yangmengalami reduksi.KMnO4(aq) + Na2SO3(aq) + H2SO4(aq) o K2SO4(aq) + MnSO4(aq) +Na2SO4(aq) + H2O(l)Langkah 4:Setarakan unsur yang mengalami oksidasi danreduksi. Zat yang tereduksi dikalikan 2, sedangkanzat yang teroksidasi dikalikan 5.2KMnO4(aq) + 55Na2SO3(aq) + 3H2SO4(aq)oK2SO4(aq) +2MnSO4(aq) + 5Na2SO4(aq) + H2O(l)Langkah 5:Setarakan unsur lainnya dalam urutan KAHO.2KMnO4(aq) + 55Na2SO3(aq) + 3H2SO4(aq)oK2SO4(aq) +2MnSO4(aq) + 5Na2SO4(aq) + H2O(l)Kation yang tidak berubah bilangan oksidasinya, yaituK dan Na sudah setara.Untuk menyetarakan jumlah atom H, tulis koefisien 3pada H2O.2KMnO4(aq) + 5Na2SO3(aq) + 3H2SO4(aq)oK2SO4(aq)+2MnSO4(aq) + 5Na2SO4(aq) + 3H2O(l)Atom O ternyata sudah setara, dengan demikian reaksitersebut sudah setara.Redoks juga dapat terjadi dalam suasana asam atau basa.Untuk lebih jelasnya coba perhatikan contoh berikut.KAHOK = kationA = anionH = hidrogenO = oksigen +7 reduksi +2+4 oksidasi +6 +7 reduksi +2+4 oksidasi +6
49BBa b 2 Reaks i Redoks2. MnO4 (aq)+ Fe2+(aq) o Mn2+(aq) + Fe3+(aq) (suasana asam)Jawab:MnO4 (aq)+ Fe2+(aq) o Mn2+(aq) + Fe3+(aq)Langkah 1:Tentukan bilangan oksidasi pada setiap unsur.MnO4–(aq) + Fe2+(aq) o Mn2+(aq) + Fe3+(aq)Langkah 2:Tentukan unsur yang mengalami perubahanbilangan oksidasi.MnO4 (aq)+ Fe2+(aq) o Mn2+(aq) + Fe3+(aq)Langkah 3:Tentukan jumlah pertambahan bilangan oksidasidari unsur yang mengalami oksidasi dan jumlahpenurunan bilangan oksidasi dari unsur yangmengalami reduksi. MnO4 (aq)+ Fe2+(aq) o Mn2+(aq) + Fe3+(aq)Langkah 4:Setarakan unsur yang mengalami perubahanbilangan oksidasi.Untuk menyetarakan perubahan bilangan oksidasi, zatyang tereduksi dikalikan 1, sedangkan zat yangteroksidasi dikalikan 5.MnO4(aq) + 5Fe2+(aq) o Mn2+ (aq)+ 5Fe3+(aq)Langkah 5:Setarakan muatan.Dalam suasana asam menyetarakan muatan pada ruaskiri dan ruas kanan dengan penambahan ion H+.Muatan di ruas kiri adalah +9, sedangkan muatan diruas kanan adalah +17 sehingga pada ruas kiriditambahkan 8H+.MnO4(aq) + 5Fe2+(aq) + 8H+(aq) o Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq)Langkah 6: Setarakan unsur lainnya dalam urutan KAHO.MnO4(aq) + 5Fe2+(aq) + 8H+(aq) o Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq)+7 reduksi +2+2 oksidasi +3+7 reduksi +2+2 oksidasi +3
50MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3KegiatanMandiriKegiatanMandiriBaca literatur,buku, ataumajalah. Caricontohterjadinyareaksi redoks disekitar kalian.Buatkesimpulanmengapa terjadireaksi redoks.Komunikasikanhasilnya denganteman kalian.Untuk menyetarakan atom H dilakukan penambahanH2O di ruas kanan sebanyak setengah dari H+ .MnO4(aq) + 5Fe2+(aq) + 8H+(aq) o Mn2+(aq) + 5Fe3+(aq) + 4H2O(l)Atom O ternyata sudah setara, dengan demikian reaksitersebut sudah setara.3. Al(s) + NO3(aq) o AlO2(aq) + NH3(g) (suasana basa)JawabAl(s) + NO3(aq) o AlO2(aq) + NH3(g)Langkah 1: Tentukan unsur yang mengalami perubahanoksidasiAl(s) + NO3(aq) o AlO2(aq) + NH3(g)Langkah 2:Tentukan jumlah pertambahan bilangan oksidasidari unsur yang mengalami oksidasi dan jumlahpenurunan bilangan oksidasi dari unsur yangmengalami reduksi.Al(s) + NO3(aq) o AlO2(aq) + NH3(g)Langkah 3:Setarakan unsur yang mengalami perubahanbilangan oksidasi.Zat yang tereduksi dikalikan 3, sedangkan zat yangteroksidasi dikalikan 8.8Al(s) + 3NO3(aq) o 8AlO2(aq) + 3NH3(g)Langkah 4: Setarakan muatan.Dalam suasana basa menyetarakan muatan pada ruaskiri dan ruas kanan dengan penambahan ion OH.Muatan di ruas kiri adalah 3, sedangkan muatan di ruaskanan adalah 8. Sehingga pada ruas kiri ditambahkan5 OH.8Al(s) + 3NO3(aq) + 5OH(aq) o 8AlO2(aq) + 3NH3(g)0 oksidasi(3) +3+5 reduksi(8) –3+5 reduksi 30 oksidasi +30 +5 +3 3
51BBa b 2 Reaks i RedoksLangkah 5: Setarakan unsur lainnya dalam urutan KAHO.8Al(s) + 3NO3(aq) + 5OH(aq) o 8AlO2(aq) + 3NH3(g)Untuk menyetarakan atom H dilakukan penambahanH2O di ruas kanan sesuai kekurangan atom H, yaitu 2.8Al(s) + 3NO3 (aq) + 5OH(aq) o 8AlO2(aq) + 3NH3(g) + 2H2O(l)Atom O ternyata sudah setara, dengan demikian reaksitersebut sudah setara.Kerjakan di buku latihan kalian.Setarakan reaksi redoks berikut dengan metode bilanganoksidasi.1. Zn(s) + HNO3(aq) o Zn(NO3)2(aq) + NH4NO3(aq) + H2O(l)2. Zn(s) + NO3(aq) o ZnO22(aq)+ NH3(g) (suasana basa)3. MnO4(aq) + VO2+(aq) o VO3(aq) (suasana asam)4. Al(s) + NaOH(aq) + H2O(l) o NaAl(OH)4(aq) + H2(g)5. IO3(aq) + I(aq)o I2(g) (suasana asam)b. Metode ion elektronMetode ion elektron atau setengah reaksi berdasarkan prinsipbahwa jumlah elektron yang dilepaskan pada setengah reaksioksidasi sama dengan jumlah elektron yang diserap padasetengah reaksi reduksi.Langkah-langkah menyetarakan reaksi redoks denganmetode ion elektron sebagai berikut.1) Menentukan kerangka dasar dari setengah reaksi reduksi dansetengah reaksi oksidasi.2) Menyetarakan atom unsur yang mengalami perubahanbilangan oksidasi.3) Menyetarakan jumlah atom oksigen kemudian jumlah atomhidrogen. Jika dalam suasana asam atau netral, makatambahkan 1 molekul H2O pada ruas yang kekurangan 1
52MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3atom oksigen. Selanjutnya setarakan atom H denganmenambahkan ion H+ pada ruas yang kekurangan atom H.Jika dalam larutan bersifat basa, maka tambahkan 1 molekulH2O untuk ruas yang kelebihan atom oksigen, kemudiantambahkan dua kali lebih banyak ion OH– pada ruas yang lain.4) Jika terdapat unsur lain, maka penyetaraan dilakukandengan menambahkan unsur tersebut pada ruas yang lain.5) Menyamakan jumlah muatan dengan menambahkansejumlah elektron pada ruas yang jumlah muatannya lebihbesar.6) Menjumlahkan persamaan reaksi reduksi dan reaksi oksidasidengan menyamakan jumlah elektron yang diserap padareaksi reduksi dan jumlah elektron yang dilepas pada reaksioksidasi.7) Menyetarakan koefisien reaksi secara keseluruhan.Setarakan reaksi redoks berikut.1) Na2Cr2O7(aq) + HCl(aq) o NaCl(aq) + CrCl3(aq) + Cl2(g)+ H2O(l) (suasana asam)JawabNa2Cr2O7(aq) + HCl(aq) o NaCl(aq) + CrCl3(aq) + Cl2(g)+ H2O(l) (suasana asam)Langkah 1: Tentukan kerangka dasar reduksi dan oksidasi.Na2Cr2O7(aq) + HCl(aq) o NaCl(aq) + CrCl3(aq) + Cl2(g)+H2O(l)Reduksi :Cr2O72(aq)o Cr3+(aq)Oksidasi : Cl(aq)o Cl2(g)Langkah 2:Setarakan atom unsur yang mengalami reduksi danoksidasi.Reduksi : Cr2O72(aq)o 2Cr3+(aq)Oksidasi : 2Cl(aq)o Cl2(g)Langkah 3: Setarakan oksigen dan hidrogen.Untuk setengah reaksi reduksi ada kelebihan 7 atomoksigen di ruas kiri, maka tambahkan 7 molekul air diruas kanan dan tambahkan 14 H+ di ruas kiri.1 oksidasi 01 reduksi 0Contoh
53BBa b 2 Reaks i RedoksReduksi : Cr2O72(aq) + 14H+(aq)o 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)Untuk setengah reaksi oksidasi tidak ada atom oksigendan hidrogen.Oksidasi : 2Cl(aq)o Cl2(g)Langkah 4: Tidak ada unsur lain.Langkah 5: Setarakan muatan pada ruas kiri dan ruas kanan.Reduksi: jumlah muatan di ruas kiri +12, sedangkandi ruas kanan +6 sehingga harus ditambahkan 6elektron di ruas kiri.Reduksi : Cr2O72(aq) + 14H+(aq) + 6eo 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)Oksidasi: jumlah muatan di ruas kiri 2, sedangkan diruas kanan 0 sehingga harus ditambahkan 2 elektrondi ruas kanan.Oksidasi : 2Cl(aq) o Cl2(aq) + 2eLangkah 6: Samakan jumlah elektron.Kalikan koefisien oksidasi dengan 3, sehingga padaruas kiri dan kanan melibatkan 6 elektron.Reduksi : Cr2O72(aq) + 14H+(aq) + 6eo 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)Oksidasi : 2Cl(aq)oCl2(g) + 2eLangkah 7: Setarakan koefisien reaksi keseluruhan.Untuk menentukan persamaan reaksi secarakeseluruhan, perlu memasukkan ion Na+ untuk tiapCr2O72dan satu H+ untuk tiap Cl, maka diperolehpersamaan akhir sebagai berikut.Na2Cr2O7(aq) + 14HCl(aq) o 2NaCl(aq) + 2CrCl3(aq) + 3Cl2(aq)+ 7H2O(l)2) Cl2(g) + NaOH(aq)o NaCl(aq) + NaClO3(aq) + H2O(l)(suasana basa)JawabLangkah 1:Tentukan kerangka dasar reduksi dan oksidasi.Cl2(g) + NaOH(aq)oNaCl(aq) + NaClO3(aq) + H2O(l)(×3) 0 oksidasi +50 reduksi 1KegiatanMandiriKegiatanMandiriKalian telahbelajarpenyetaraanreaksi redoksdengan duametode, yaitumetode bilanganoksidasi dan ionelektron. Adakahperbedaan antarakedua metodetersebut?Jelaskan.Komunikasikanhasilnya denganteman kalian.+Redoks: Cr2O72(aq) + 14H+(aq) + 6Cl(aq)o 2Cr3+(aq) +3Cl2(g) + 7H2O(l)
54MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Reduksi : Cl2(g)o Cl(aq)Oksidasi : Cl2(g)o ClO3(aq)Langkah 2:Setarakan atom unsur yang mengalami reduksi danoksidasi.Reduksi : Cl2(g)o 2Cl(aq)Oksidasi : Cl2(g)o 2ClO3(aq)Langkah 3: Setarakan oksigen dan hidrogen.Untuk setengah reaksi reduksi tidak ada atom oksigendan hidrogen.Reduksi : Cl2(g)o 2Cl(aq)Untuk setengah reaksi oksidasi ada kelebihan 6 atomoksigen di ruas kanan, maka tambahkan 6 molekul airdi ruas kanan dan 12 OH di ruas kiri.Oksidasi : Cl2(g) + 12OH(aq)o 2ClO3(aq) + 6H2O(l)Langkah 4: Tidak ada unsur lain.Langkah 5: Samakan muatan pada ruas kiri dan kanan.Reduksi: jumlah muatan di ruas kiri adalah 0,sedangkan di ruas kanan adalah 2. Sehingga harusditambahkan 2 elektron di ruas kiri.Reduksi : Cl2(g) + 2eo 2Cl(aq)Oksidasi: jumlah muatan di ruas kiri adalah –12,sedangkan di ruas kanan adalah 2. Sehingga harusditambahkan 10 elektron di ruas kanan.Oksidasi : Cl2(g)+ 12OH(aq)o 2ClO3(aq) + 6H2O(l) + 10eLangkah 6: Samakan jumlah elektron.Kalikan koefisien reduksi dengan 5 sehingga pada ruaskiri dan kanan melibatkan 10 elektron.Reduksi :Cl2(g) + 2eo2Cl(aq)Oksidasi :Cl2(g) + 12OH(aq)o 2ClO3(aq) + 6H2O(l) + 10eLangkah 7: Setarakan koefisien reaksi keseluruhan.Untuk menentukan persamaan reaksi secarakeseluruhan, perlu memasukkan ion Na+ untuk tiap+(×5)Redoks: 5Cl2(g) + Cl2(g) + 12OH(aq)o 10Cl(aq) + 2ClO3(aq) +6H2O(l)
55BBa b 2 Reaks i RedoksOH dan Clserta dua Na+ untuk ClO3, maka diperolehpersamaan akhir sebagai berikut.6Cl2(g) + 12NaOH(aq) o 10NaCl(aq) + 2NaClO3(aq) + 6H2O(l)1Kerjakan di buku latihan kalian.Setarakan reaksi redoks berikut dengan metode ion-elektron.1. I2(g) + S2O32–(aq)o I–(aq) + S4O62–(aq) (suasana asam)2.MnO(aq) + PbO2(s) + HNO3(aq)o HMnO4(aq)+ Pb(NO3)2(aq)+ H2O(l) (suasana asam)3. KMnO4(aq) + KOH(aq) + MnO2(aq)o K2MnO4(aq) +H2O(l) (suasana basa)4. Zn(s) + NO3–(aq)o ZnO22–(aq) + NH3(aq) (suasana basa)5. Cr(OH)3 + H2O2o CrO42– + H2O (suasana basa)Kerjakan di buku latihan kalian.1. Apa yang kalian ketahui tentangreduksi dan oksidasi?2. Apa yang dimaksud dengan bilang-an oksidasi?3. Berapa bilangan oksidasi unsur-unsur bebas? Berikan contohnya.4. Bagaimana penentuan bilanganoksidasi untuk oksigen?5. Tentukan bilangan oksidasi Mndalam senyawa berikut.a. MnOb.MnO42c.MnO2d. KMnO4Setarakan persamaan reaksi berikutdengan metode bilangan oksidasi.6. Cr2O72(aq) + C2O42(aq)oCr3+(aq) + CO2(g) (suasana asam)7. I–(aq) + SO42(aq)o H2S(g) + I2(g)(suasana asam)8. Zn(s) + NO3(g)o Zn2+(aq) +NH4+(aq) (suasana asam)Setarakan persamaan reaksi berikut inidengan metode ion-elektron.9. MnO4(aq) + C2O42(aq)oMnO2(aq) + CO2(g) (suasana basa)10. CrO42(aq) + Fe(OH)2(aq)oCr2O3(aq) + Fe(OH)3(aq) (suasanabasa)
56MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Apa sel elektrokimia itu? Sel elektrokimia dibedakan menjadidua, yaitu sel Volta dan sel elektrolisis. Sel Volta mengolah energikimia menjadi listrik dan akan kalian pelajari pada bab ini.Bagaimana dengan sel elektrolisis? Sel elektrolisis mengubah energilistrik menjadi kimia dan akan kalian pelajari pada bab selanjutnya.1. Sel VoltaSel Volta adalah penataan bahankimia dan penghantar listrik yangmemberikan aliran elektron lewatrangkaian luar dari suatu zat kimia yangteroksidasi ke zat kimia yang direduksi.Dalam sel Volta, oksidasi berartidilepaskannya elektron oleh atom,molekul, atau ion. Sedangkan reduksiberarti diperolehnya elektron olehpartikel-partikel ini.Contoh oksidasi dan reduksi spontanyang sederhana, perhatikan reaksi sengdengan tembaga berikut.Zn(s) + CuSO4(aq) o ZnSO4(aq) + Cu(s)Reaksi spontan ion tembaga berubah menjadi logam tembagaakan menyepuh (melapisi) lembaran seng, lembaran seng melarut,dan dibebaskan energi panas. Reaksi tersebut dapat dituliskandalam bentuk persamaan ion sebagai berikut.Zn(s) + Cu2+(aq) o Zn2+(aq) + Cu(s)Tiap atom seng kehilangan dua elektron untuk menjadisebuah ion seng dan tiap ion tembaga akan memperoleh duaelektron menjadi sebuah atom tembaga.Oksidasi : Zn(s)oZn2+(aq) + 2eReduksi : Cu2+(aq) + 2eo Cu(s)Meskipun gejala ini sifat dasarnya adalah listrik, namunaliran elektron tak dapat dideteksi jika seng bersentuhanlangsung dengan larutan tembaga sulfat. Elektron itu diberikanlangsung dari atom-atom seng ke ion-ion tembaga. Salah satumetode yang memungkinkan untuk difusi ion-ion adalah denganmembenamkan lembaran seng ke dalam suatu larutan garamGambar 2.2Jika buah jerukyang ditancapkandua keping logamyang berbedayaitu seng dantembaga, makadapatmenghasilkanenergi listrik. Cobalakukanmenggunakanbuah yang lainseperti tomat ataumangga.B. Sel ElektrokimiaSelVolta samadengan sel Galvani.Sumber: General Chemistry,Hill J. W, Petrucci R. H, McCreary T. W, dan Perry S. S
57BBa b 2 Reaks i Redoksseng, seperti seng sulfat dan membenamkan sepotong tembaga kedalam suatu larutan tembaga sulfat. Larutan seng sulfatdihubungkan dengan larutan tembaga sulfat oleh jembatan garam,yang memungkinkan terjadinya difusi ion-ion. Jembatan garam diisidengan larutan elektrolit dari garam yang tidak berubah secarakimia dalam proses tersebut. Sebagai contoh adalah kalium sulfat,natrium sulfat, natrium klorida, kalium klorida, dan kalium nitrat.Perhatikan Gambar2.3. Reaksi akanberlang-sung terussampai atom seng atauion tembaga habisterpakai sehingga voltasemenjadi nol. Zn secaraspontan berubahmenjadi Zn+ denganmelepaskan elekton,elektron mengalir dariatom seng melalui kawatpenghantar menujulogam tembaga.Zn(s) o Zn2+(aq) + 2eIon negatif berdifusi melalui jembatan garam menujulembaran seng sampai lembaran seng habis.Elektron yang dilepaskan oleh atom seng memasuki kawatpenyambung dan menyebabkan elektron-elektron pada ujung lainberkumpul pada permukaan logam tembaga. Elektron-elektrontersebut bereaksi dengan ion tembaga membentuk atom tembagayang melekat pada permukaan itu sebagai sepuhan tembaga.Cu2+(aq) + 2eo Cu(s)Ion SO42– yang ditinggalkan oleh ion tembaga akan berdifusimenjauhi elektrode tembaga. Kemudian ion Na+ dari jembatangaram akan berdifusi keluar menuju ke tembaga. Jadi, sementarareaksi itu berjalan terdapat gerakan keseluruhan dari ion negatifmenuju lembaran seng dan gerakan keseluruhan ion positif menujulogam tembaga. Jalan untuk aliran ion secara terarah lewat larutanini dapat dibayangkan sebagai rangkaian dalam dan jalan untukaliran elektron lewat kawat penghantar dibayangkan sebagairangkaian luar. Baterai yang tersusun atas seng, seng sulfat, tembaga,dan tembaga sulfat disebut ssel Daniell, seperti nama penemunya.Gambar 2.3Sel Volta, reaksiredoks spontanyangmenghasilkanenergi listrik.KegiatanMandiriKegiatanMandiriRakit sebuah selVolta yang terdiriatas lembaranseng, logamtembaga, sengklorida, dantembaga klorida.Jelaskan prosesyang terjadi padasel Volta buatankalian.Komunikasikandengan temankalian.Sumber: Chemistry, Silberberg M. SVoltmeterJembatan garam
58MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Logam seng dan tembaga yang menjadi kutub-kutub padarangkaian sel elektrokimia disebut eelektrode. Elektrode tempatterjadinya oksidasi disebut aanode, sedangkan elektrode tempatterjadinya reduksi disebut kkatode. Karena oksidasi berartipelepasan elektron, maka anode adalah kutub negatif, sedangkankatode merupakan kutub positif. Dalam sel Daniell yang telahdiuraikan sebelumnya, anodenya adalah logam seng dankatodenya adalah logam tembaga.Tembaga merupakan salah satu barang tambang yang adadi Indonesia. Tambang tembaga terdapat di Cikotok, Jawa Barat,Kompara, Papua, Sangkarapi, Sulawesi Selatan, dan Tirtamaya,Jawa Tengah. Tambaga merupakan bahan baku yang digunakanuntuk membuat kabel listrik.2. Notasi sel VoltaPerjanjian tertentu digunakan untuk menyatakan reaksidalam sebuah sel. Susunan sel Volta dinyatakan suatu notasisingkat yang disebut ddiagram sel. Diagram sel tersebut dirumuskansebagai berikut.Elektrode * ion-ion dalam larutan 2 ion-ion dalam larutan * elektrodeKedua garis vertikal yang sejajar menyatakan jembatangaram yang memisahkan kedua elektrode. Contoh notasi selVolta pada Gambar 2.3 sebagai berikut.Zn(s)*Zn2+(aq) 2 Cu2+(aq)*Cu(s)Sebuah sel yang terbuat dari elektrode platina dengan reaksikeseluruhan H2 + Cl2o 2HCl dapat ditulis notasinya sebagaiberikut. Pt*H2(g) * H+(aq) 2 Cl(aq) * Cl2,Pt(g)Kerjakan di buku latihan kalian.1. Apa yang dimaksud dengan elektrode? Sebutkan jenisnya.2. Apa fungsi jembatan garam dalam sel Volta?3. Apa perbedaan sel Volta dengan sel Daniell?Anode (oksidasi) Jembatan garam Katode (reduksi)Tanda koma dapatmenggantikantanda (*) untukkomponenterpisah denganfasa yang sama.
59BBa b 2 Reaks i Redoks4. Tuliskan notasi sebuah sel Volta dengan reaksi keseluruhanCu(s) + Ag2SO4(aq) o CuSO4(aq) + 2Ag(s).5. Tuliskan persamaan reaksi sel yang terjadi pada sel voltaberikut.Al(s) * Al3+(aq) 2 H+(aq) * H2(g)3. Potensial elektrode standarPotensial elektrode standar adalah gaya dorong (gaya geraklistrik) dari reaksi redoks yang diukur pada keadaan standar(kemolaran 1 M pada tekanan 1 atm dan suhu 25oC). PPotensialsel standardisimbolkan dengan E°sel. Pada sel Daniell, potensialini sebenarnya merupakan selisih potensial listrik antara seng dantembaga yang mendorong elektron mengalir. Perbedaan potensiallistrik keduanya diakibatkan adanya perbedaan rapatan muatanantara elektrode Zn dan elektrode Cu. Perbedaan rapatan muatankedua elektrode disebabkan perbedaan kecenderungan keduaelektrode untuk melepaskan elektron. Seng lebih mudah melepaskanelektron (teroksidasi) dibandingkan dengan tembaga. Hargapotensial elektrode standar dari berbagai elektrode diberikan padaTabel 2.1.Tabel 2.1. Potensial elektrode standar, EoselReaksi katode (reduksi)E°, voltF2/F–F2(g) + 2eo 2F–(aq)+2,87H2O2/H2OH2O2(aq) + 2H+(aq) + 2eo 2H2O(l)+1,78PbO2/PbSO4PbO2(s) + SO42–(aq) + 4H+(aq) + 2eo PbSO4(s) + 2H2O(l)+1,70HClO/Cl22HClO(aq) + 2H+(aq) + 2eo Cl2(g) + 2H2O(l)+1,63MnO4–/Mn2+MnO4–(aq) + 8H+(aq) + 5eo Mn2+(aq) + 4H2O(l)+1,51Au3+/AuAu3+(aq) + 3eoAu(s)+1,50PbO2/Pb2+PbO2(s) + 4H+(aq) + 2eo Pb2+(aq) + 2H2O(l)+1,46Cl2/Cl–Cl2(g) + 2eo 2Cl–(aq)+1,36Cr2O72–/Cr3+Cr2O72–(aq) + 14H+(aq) + 6eo 2Cr3+(aq) + 7H2O(l)+1,33O2/H2OO2(g) + 4H+(aq) +4eo 2H2O(l)+1,23Br2/Br–Br2(l) + 2eo2Br(aq)+1,07NO3–/NONO3–(aq) + 4H+(aq) + 3eoNO(g) + 2H2O(l)+0,96Hg22+/HgHg22+(aq) + 2eo2Hg(aq)+0,85Ag+/AgAg+(aq) +eoAg(s)+0,80
60MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 34. Potensial elektrodeSeperti telah dipaparkan dalam Gambar 2.3 sel Volta terdiriatas dua macam reaksi setengah sel. Tidak memungkinkan untukmengukur potensial setengah sel tunggal, sehingga yang dapatdilakukan adalah mengukur potensial dari kedua reaksi setengahsel. Jika ingin membandingkan potensial setengah sel yang satudengan potensial setengah sel yang lain, maka harus diukurpotensial masing-masing terhadap petensial setengah sel ketigasebagai pembanding.Para ahli kimia memilih elektrode hidrogen standar denganharga potensialnya nol sebagai elektrode pembanding standar.Voltase sel ini diambil sebagai pengukuran kecenderunganKeterangan : Berdasarkan harga potensial elektrode standar pada tabel semakin kebawah, maka semakin mudah mengalami oksidasi.Reaksi katode (reduksi)E°, voltNO3–/N2O42NO3–(aq) + 4H+(aq) + 2eoN2O4(aq) + 2H2O(l)+0,80Fe3+/Fe2+Fe3+(aq) +eo Fe2+(aq)+0,77O2/H2O2O2(g) + 2H+(aq) + 2eo H2O2(aq)+0,68I2/I–I2(s) + 2eo 2I–(aq)+0,54Cu2+/CuCu2+(aq) + 2eoCu(s)+0,34Sn4+/Sn2+Sn4+(aq) + 2eo Sn2+(aq)+0,13H+/H22H+(aq) + 2eo H2(g)00,00Pb2+/PbPb2+(aq) + 2eo Pb(s)–0,13Sn2+/SnSn2+(aq) + 2eoSn(s)0,14Ni2+/NiNi2+(aq) + 2eoNi(s)0,25Co2+/CoCo2+(aq) + 2eo Co(s)0,28PbSO4/PbPbSO4(s) + 2eo Pb(s) + SO42-(aq)0,31Fe2+/FeFe2+(aq) + 2eo Fe(s)0,44Zn2+/ZnZn2+(aq) + 2eo Zn(s)0,76Al3+/AlAl3+(aq) + 3eo Al(s)1,66Mg2+/MgMg2+(aq) + 2eo Mg(s)2,37Na+/NaNa+(aq) +eo Na(s)2,71Ca2+/CaCa2+(aq) + 2eoCa(s)2,87K+/KK+(aq) +eo K(s)2,92Li+/LiLi+(aq) +eo Li(s)3,04––––––––––––Sumber: General Chemistry, Hill J. W, Petrucci R. H, Mc Creary T. W, dan Perry S. S
61BBa b 2 Reaks i Redokssetengah sel zat untuk menjalani reaksi oksidasi atau reduksi,jika dibandingkan dengan kecenderungan setengah sel H2 / H+.Dalam sel pembanding ideal, elektrode hidrogen merupakansetengah sel yang satu dan elektrode standar dari zat yang akandibandingkan merupakan setengah sel yang lain. Misal elektrodetembaga standar, voltase ideal yang ditunjukkan oleh voltmeteradalah 0,34 V.Anode: H2(g)o 2H+(aq) + 2e(oksidasi)Katode:Cu2+(aq) + 2eo Cu(s)(reduksi)Reaksi sel :H2 (g)+ Cu2+(aq) o2H+(aq) + Cu(s)Jika elektrodenya adalah magnesium, voltase idealnyaadalah 2,37 V dengan simpangan jarum voltmeter pada arahyang berlawanan. Simpangan ini berarti bahwa atom magnesiumyang dioksidasi dengan memberikan elektronnya, bukanhidrogen.Anode:Mg(s)oMg2+(aq) + 2e(oksidasi)Katode: 2H+(aq) + 2eoH2(g)(reduksi)Reaksi sel : Mg(s) + 2H+(aq)oMg2+(aq)+ H2(g)Jika elektrodenya adalah nikel, maka arah simpanganvoltmeter sama dengan arah untuk magnesium, di mana voltaseideal 0,25 V. Voltase yang lebih rendah menunjukkan bahwakecenderungan nikel menyerahkan elektron kepada ion hidrogenlebih rendah daripada magnesium.Reaksi keseluruhan yang berlangsung spontan dalam sel-selpembanding adalah sebagai berikut.Mg(s) + 2H+(aq)o Mg2+(aq) + H2(g) (oksidasi Mg, E° = +2,37 V)Ni(s) + 2H+ (aq)oNi2+(aq) + H2(g) (oksidasi Ni, E° = + 0,25 V)H2(g) + Cu2+ (aq)o2H+ (aq) + Cu(s) (reduksi Cu2+, E° = +0,34 V)Berdasarkan uraian data di atas, dapat diperoleh susunanketiga unsur berdasarkan kecenderungannya teroksidasi, yaituMg > Ni > Cu.Potensial sel yang dihasilkan oleh suatu elektrode denganelektrode hidrogen disebut ppotensial elektrode disimbolkandengan E°. Elektrode yang lebih mudah mengalami reduksidibandingkan elektrode hidrogen mempunyai potensial elektrodebertanda positif, sedangkan elektrode yang lebih sulit mengalamireduksi diberi tanda negatif. Pada Tabel 2.1 dapat diamati bahwaelektrode yang mempunyai potensial negatif diletakkan di atas
62MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3elektrode hidrogen, sedangkan yang bertanda positif diletakkandi bawah elektrode hidrogen.Menurut kesepakatan, potensial elektrode dikaitkan denganreaksi reduksi, sehingga potensial elektrode sama dengan potensialreduksi. Sedangkan potensial oksidasi sama dengan potensialreduksi, tetapi tandanya berlawanan.5. Potensial sel standar (E°sel)Potensial sel Volta dapat ditentukan melalui eksperimendengan menggunakan voltmeter. Selain itu, data potensialelektrode positif (katode) dan potensial elektrode negatif (anode)juga dapat digunakan untuk menentukan potensial sel standardengan rumus sebagai berikut.E°sel= E°(katode) E°(anode)atau= E°(reduksi) E°(oksidasi)1. Berdasarkan potensial standar elektrode diketahui.Mg2+(aq) + 2eo Mg(s)E° = 2,37 VBr2(g) + 2eo 2Br-(aq)E° = +1,07 Va. Tentukan potensial sel standar (E°sel)b. Tuliskan reaksi selnya.Jawaba.E°sel = E°(katode) E°(anode)E°sel = 1,07 V ( 2,37 V) = 3,44 VBrom memiliki potensial elektrode standar positif, sehinggasebagai katode (kutub positif) dan magnesium sebagaianode (kutub negatif).b.Reaksi selKatode : Br2(g) + 2eo 2Br(aq) E° = +1,07 V (reaksi reduksi)Anode : Mg2+(aq) + 2eo Mg(s) E° = 2,37 V (reaksi reduksi)Pada katode terjadi reaksi reduksi, sedangkan pada anodeterjadi reaksi oksidasi, maka persamaan reaksi di atas yangterjadi pada anode harus dibalik reaksinya supaya menjadireaksi oksidasi. Magnesium sebagai anode, maka reaksinyaharus dibalik sehingga reaksi sel yang terjadi sebagai berikut.ContohOksidasi berartipeningkatanbilangan oksidasi.Reduksi berartipenurunanbilangan oksidasi.
63BBa b 2 Reaks i RedoksKatode:Br2(g) + 2eo2Br(aq) Eo = +1,07 VAnode :Mg(s)oMg2+(aq) + 2e Eo = +2,37 VReaksi sel : Br2(g) + Mg(s) o 2Br- (aq)+ Mg2+(aq)Eosel = +3,44 V2. Berdasarkan potensial standar elektrode diketahui.Ag (aq) + eo Ag(s)Eo = +0,80 VCu2+(aq) + 2eo Cu(s)Eo = +0,34 Va. Tentukan potensial sel standar (Eosel).b. Tuliskan reaksi selnya.Jawaba. Berdasarkan harga potensial elektrodenya, maka tembaga(Cu) lebih mudah mengalami reaksi oksidasi karenapotensial elektrodenya lebih kecil dari pada perak (Ag),sehingga perak sebagai katode dan tembaga sebagai anode.Eosel= Eo(katode) Eo(anode)Eosel= 0,80 V (0,34 V)= 0,46 Vb. Reaksi selKatode : Ag+(aq) + eo Ag(s) Eo = +0,80 V (×2)Anode : Cu(s)oCu2+(aq)+ 2eEo = 0,34 V (×1)Persamaan reaksi di atas, koefisien reaksi dari perak harusdikalikan dua untuk menyamakan jumlah elektron yangterlibat. Tetapi perlu diingat bahwa nilai potensialelektrode tidak tergantung pada koefisien reaksi, sehinggatidak ikut dikalikan. Reaksi selnya:Katode :2Ag+(aq) + 2eo 2Ag(s)Eo = +0,80 VAnode : Cu(s) oCu2+(aq)+ 2eEo = 0,34 V3. Menentukan potensial sel Volta berdasarkan potensial sellain yang menggunakan elektrode sama. Diketahui:Mg(s) * Mg2+(aq) 2Cu2+(aq) *Cu(s)Eo = +2,71 VZn(s) * Zn2+(aq) 2Cu2+(aq) *Cu(s)Eo = +1,1 VTentukan potensial sel standar Mg(s) * Mg2+(aq) 2 Zn2+(aq) *Zn(s).JawabUntuk menjawab pertanyaan ini, harus disusun sel-sel yangdiketahui sehingga jika dijumlahkan akan menghasilkan selyang dimaksud.++Reaksi sel : 2Ag+(aq) + Cu(s) o 2Ag(s) + Cu2+(aq)Eosel = +0,46 V
64MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Cu2+(aq) *Cu(s) 2 Zn2+(aq) *Zn(s) Eo = 1,1 VMg(s) *Mg2+(aq) 2Cu2+(aq) *Cu(s) Eo = +2,71 VMg(s) * Mg2+(aq) 2 Zn2+(aq) *Zn(s)Eosel= +1,61 VKerjakan di buku latihan kalian.1. Diketahui potensial elektrode aluminium dan klor sebagaiberikut.Al3+(aq)*Al(s) Eo = 1,66 VCl2(g) * Cl(aq)Eo = +1,36VTentukana. diagram sel Volta yang disusun oleh dua elektrode di atas,b. potensial sel standar,c. reaksi selnya.2. Diketahui data potensial elektrode standar.Al3+(aq)*Al(s) Eo = 1,66 VMg2+(aq)*Mg(s)Eo = 2,37 VCu2+(aq) *Cu(s)Eo = +0,34 Va. Tuliskan diagram sel Volta yang dapat disusun dari ketigaelektrode tersebut.b. Tentukan potensial sel standar.c. Tentukan reaksi selnya.3. Diketahui potensial standar beberapa sel sebagai berikut.Li(s) *Li+(aq) 2Zn2+(aq) *Zn(s) Eo = +2,24 VMg(s) * Mg2+(aq) 2 Zn2+(aq) *Zn(s)Eo = +1,61 VFe(s) * Fe2+(aq) 2 Cu2+(aq) *Cu(s)Eo = +0,78 V Zn(s) *Zn2+(aq) 2 Cu2+(aq) *Cu(s)Eo = 1,1 VTentukan potensial sel berikut.a. Li(s) *Li+(aq) 2 Cu2+(aq) *Cu(s)b. Mg(s) * Mg2+(aq) 2 Cu2+(aq) *Cu(s)c. Fe(aq) * Fe2+(aq) 2Zn2+(aq) *Zn(s) +
65BBa b 2 Reaks i Redoks6. Spontanitas reaksi redoksJika potensial sel yang dihitung bernilai positif, maka reaksisel berlangsung secara spontan dan sel akan menghasilkan arus.Seperti yang terlihat dalam reaksi antara Mg dengan Zn2+ sebagaiberikut.Mg(s) * Zn2+(aq) 2 Mg2+(aq) *Zn(s) Eosel= +1,61 V (reaksi spontan)Jika reaksi dibalik, maka diperolehMg2+(aq)+ Zn(s) o Mg(s) + Zn2+(aq)Eosel= –1,61 V (reaksi tidak spontan)Selain contoh di atas, masih ada contoh lainnya yangtermasuk reaksi spontan. Perhatikan Gambar 2.4. Jika pita logammagnesium dicelupkan dalam larutan CuSO4 (a), maka elektronyang berpindah dari logam magnesium menjadi ion Mg2+(b).Larutan menjadi tidak berwarna meninggalkan endapan cokelat-merah setelah beberapa jam. Endapan cokelat-merah itu dikenalsebagai logam tembaga (Cu),7. Persamaan NerstPotensial sel yang telah dibahas di atas mengenai harga-harga Eosel, artinya potensial sel yang bekerja pada keadaanstandar. Untuk sel pada kemolaran tertentu dan bukan padakeadaan standar dapat dihitung menggunakan persamaanNerst. Walther Nerst adalah seorang ahli kimia fisika yang padatahun 1889 mengemukakan hubungan potensial sel eksperimendengan potensial sel standar sebagai berikut.Esel= Eosel – 0 0592 Vlog ,Qn(a)(b)(c)Sumber: General Chemistry, Hill J. W, Petrucci R. H, Mc Creary T. W, dan Perry S. SGambar 2.4Contoh reaksispontan.
66MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Walther Nerst(1864-1941)dikenal karenakesuksesannyadibidang kimia.Dia merumuskanpersamaan Nerstpada tahun 1889disaat usianyabaru 25 tahun.Pada tahun yangsama diamembuat konsepkelarutan zat.Pada tahun 1906dia mengajukanhipotesis yangsekarang kitakenal denganhukumtermodinamikaketiga.ContohdenganEsel= potensial sel eksperimen .................... (V)Eosel=potensial sel standar ........................... (V)n= banyaknya mol elektron ..................... (mol)Q=perbandingan kemolaran hasil reaksi dengan kemolaran pereaksiHitung potensial sel dari Mg(s) * Mg2+(aq)(1 M) 2 Zn2+(aq) (0,5 M)*Zn(s)Eosel= +1,61 V.JawabJumlah elektron yang terlibat dalam reaksi adalah 2.>@>@selsel220,0592 Vlog Mg0,0592 V1 61 Vlog2Zn1 M0,0592 V1 61 Vlog205 M1 61 V 0 0296 V log 21 61 V 0 01 V160 VEEQn,,,,,,,, q§·ªº¬¼ ̈ ̧ ̈ ̧ªº¬¼©¹§· ̈ ̧©¹ uuuuJadi, potensial selnya sebesar + 1,60 V.Kerjakan di buku latihan kalian.1. Berdasarkan tabel potensial elektrode standar, makatentukan apa reaksi-reaksi berikut dapat berlangsungsecara spontan atau tidak.a. Mg(s) *Mg2+(aq) 2 Cu2+(aq) *Cu(s)b. Cu(s) *Cu2+(aq) 2 Mg2+(aq) *Mg(s)c. Cu(s) *Cu2+(aq) 2 Ag+(aq) *Ag(s)d. Fe(s) *Fe2+(aq) 2 2Cl(aq) *Cl2(g)*Pt(s)2. Tentukan potensial sel percobaan berikut.a. Zn(s) + Cu2+(aq)(0,1 M) o Zn2+(aq)(0,5 M) + Cu(s)b. 2Ag+(aq)(2 M) + Mg(s)o 2Ag(s) + Mg2+(aq)(0,2 M)Tokoh KitaSumber: Genera lChemistry, Hill J. W,Petrucci R. H, Mc CrearyT . W , d a n P erry S. S
67BBa b 2 Reaks i RedoksSusunan unsur-unsur logam berdasarkan potensial elektrodestandarnya disebut deret Volta. Adapun deretnya sebagai berikut.Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Co Sn Pb HH Cu Hg Ag AuAtom H (potensialnya nol) merupakan batas antara logamdengan potensial negatif dengan potensial positif. Deret Volta diatas dimulai dari logam dengan potensial elektrode paling negatifsehinggamakin ke kiri letak logam dalam deret Volta, maka#logam makin reaktif (mudah melepaskan elektron)#logam merupakan reduktor (unsur yang mengalamioksidasi) yang semakin kuatmakin ke kanan letak logam dalam deret Volta, maka#logam makin kurang reaktif (makin sulit melepaselektron)#logam merupakan oksidator (unsur yang mengalamireduksi) yang semakin kuatKonsekuensi dari deret Volta adalah logam yang terletak disebelah kiri lebih reaktif dibandingkan logam yang terletak disebelah kanannya. Hal ini merupakan reaksi ppendesakan.Periksa apa reaksi berikut dapat berlangsung atau tidak padakeadaan standar?a. Fe(s) + Zn2+(aq)o Fe2+(aq) + Zn(s)b. Mg(s) + Cu2+(aq)o Mg2+ + Cu(s)Jawaba. Fe(s) + Zn2+(aq)o Fe2+(aq) + Zn(sFe berada di sebelah kanan Zn sehingga Fe tidak dapatmendesak Zn. Akibatnya reaksi tidak dapat berlangsung.b. Mg(s) + Cu2+(aq)o Mg2+ + Cu(s)Mg berada di sebelah kiri Cu sehingga Mg dapat mendesakCu dan reaksi dapat berlangsung.ContohC. Deret Volta
68MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 31. Baterai kering (Sel Leclanche)Baterai yang paling umumdigunakan orang disebut ssel ataub a t e r a i k e r i n g. Baterai iniditemukan oleh Leclanche yangmendapat hak paten pada tahun1866. Susunan baterai keringdiperlihatkan dalam Gambar 2.5.Logam seng bertindak sebagaielektrode negatif dan juga sebagaiwadah untuk komponen bateraiyang lain. Elektrode positif adalahkarbon tak reaktif yang diletakkandi pusat kaleng.Baterai ini disebut “kering”karena kandungan air relatif rendah, meskipun demikian kelembabanmutlak diperlukan agar ion-ion dalam larutan dapat berdifusi diantara elektrode-elektrode itu.Jika baterai memberikan arus, maka reaksi pada elektrodenegatif melibatkan oksidasi seng. Reaksi pada elektrode positif cukuprumit, tetapi secara garis besar dapat dinyatakan sebagai berikut.Anode : Zn(s)o Zn2+(aq) + 2eKatode : 2MnO2(s) + 2NH4+(aq) + 2eoMn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)Reaksi keseluruhan: Zn(s) + 2NH4+(aq) + 2MnO2(s) o Zn2+(aq) +Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + H2O(l)Sebuah baterai kering mempunyaipotensial sebesar 1,5 volt dan tidak dapatdiisi ulang. Baterai ini banyak digunakanuntuk peralatan yang menggunakan aruskecil seperti radio dan kalkulator.2. Baterai alkalinSel yang sering digunakan sebagai ganti baterai keringadalah baterai alkalin. Baterai ini terdiri dari anode seng, katodemangan dioksida dan elektrolit kalium hidroksida. Reaksi yangterjadi sebagai berikut.Gambar 2.5Skema sel kering(sel Leclanche).Gambar 2.6Beberapa bateraidengan berbagaiukuran danperalatan yangmenggunakanbaterai.D. Baterai dan Sel Bahan BakarSumber: Chemistry, The molecularNature of Matter and Change,Silberberg M. SSumber: Dokumentasi Penerbit+
69BBa b 2 Reaks i RedokspemakaianpengisianAnode(Pb)Katode(PbO2)H2SO4Anode : Zn(s) + 2OH(aq)o Zn(OH)2(s) + 2eKatode : 2MnO2(s) + 2H2O(l) + 2eo 2Mn(OH)(s) + 2OH(aq)Reaksi keseluruhan: Zn(s) + 2H2O(l) + 2MnO2(s) o Zn(OH)2(s)+ 2Mn(OH)(s)Baterai alkalin bersifat basa. Potensial dari baterai alkalin1,5 volt, tetapi dapat bertahan lebih lama dan dapatmenghasilkan dua kali energi total baterai kering dengan ukuranyang sama. Baterai alkalin digunakan untuk peralatan yangmemerlukan arus lebih besar seperti tape recorder.3. Baterai perak oksidaBaterai perak oksida adalahbaterai kecil yang sering digunakansebagai sumber tenaga miniaturdalam alat bantu pendengaran,kalkulator, dan arloji. Bagan sel inidiberikan pada Gambar 2.7. Adapunreaksi yang terjadi sebagai berikut.Anode : Zn(s) + 2OH(aq)oZn(OH)2(s) + 2eKatode : Ag2O(s) + H2O(l) + 2eo2Ag(s) + 2OH(aq)Reaksi keseluruhan: Zn(s) + H2O(l) + Ag2O(s) o Zn(OH)2(s) +2Ag(s)4. AkiAki merupakan bateraipenyimpanan sebuah automobilyang dapat diisi ulang. Akidisusun dari lempeng timbelmirip bunga karang dan timbeldioksida secara selang-seling yangdisekat dengan kayu atau seratkaca dan dibenamkan dalamsuatu elektrolit. Elektrolit tersebutadalah asam sulfat dalam air. Jikaaki memberikan arus, makalempeng timbal (Pb) bertindaksebagai anode dan lempengtimbal dioksida (PbO2) sebagaikatode. Reaksi yang terjadisebagai berikut.++Gambar 2.8Baterai (aki)Sumber: General Chemistry, Hill J.W, Petrucci R. H, Mc Creary T. W,dan Perry S. SKatode(Fe)Anode(Zn)Gambar 2.7Baterai perakoksidaSumber: Chemistry, The molecularNature of Matter and Change,Silberberg M. S
70MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Anode : Pb(s) + HSO4–(aq) o PbSO4(s) + H+(aq) + 2eKatode: PbO2(s) + HSO4–(aq) + 3H+(aq) + 2eo PbSO4(s) + 2H2O(l)Reaksi keseluruhan:Pb(s) + PbO2(s) + 2HSO4–(aq) + 2H+(aq) o2PbSO4(s) + 2H2O(l)Perhatikan bahwa timbal sulfat terbentuk pada keduaelektrode. Karena tak dapat larut, maka timbal sulfatterdepositokan pada kedua elektrode di mana garam initerbentuk. Asam sulfat terpakai dan terbentuk air. Karena asamsulfat encer kurang rapat dibandingkan asam sulfat pekataslinya, maka rapatan larutan elektrolit ini biasanya diukuruntuk menetapkan sejauh mana aki telah dipakai.Pengisian ulang aki merupakan suatu pemaksaan terhadapelektron untuk melewati aki dengan arah berlawanan. Dalamproses elektrolisis ini semua perubahan kimia di atas dibalik.Timbal sulfat dan air diubah kembali menjadi timbal, timbaldioksida, dan asam sulfat.Reaksi pengisian kembali sebagai berikut.2PbSO4(S) + 2H2O(l) o Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(aq)Jika diisi penuh, maka sebuah aki mempunyai potensial selsekitar 2,1 V. Aki mobil dengan enam sel mempunyai potensialsekitar 12 V.+Tahukah KalianTahukah Kalian??Baterai udara menggunakan O2(g) dariudara sebagai oksidator Seng ataualuminium berperan sebagai reduktor.Pada baterai udara aluminium, oksidasiterjadi di anode aluminium dan reduksi dikatode karbon. Larutan elektrolit yangdigunakan melewati baterai adalah NaOH.Aluminium dioksidasi menghasilkan Al3+,karena kemola ran OH pekat makaterbentuk ion kompleks [Al(OH)] denganreaksi sebagai berikut.Sumber: GeneralChemistry, Hill J. W,Petrucci R. H, Mc CrearyT. W, dan Perry S. S
71BBa b 2 Reaks i Redoks5.Sel bahan bakarSel bahan bakar biasanya menggunakan oksigen di katodedan suatu gas yang dapat dioksidasi pada anode. Reaksi yangterjadi sebagai berikut.Katode : O2(g) + H2O(l) + 2eo HO2(aq) + OH(aq) HO2(aq)o12O2(g) + OH(aq)Anode : H2(g) + 2OH(aq) o 2H2O(l) +2eReaksi sel : H2(g) + 12O2(g) o H2O(l)Penggunaan yang penting dari sel bahan bakar tetapi sulitterealisasi adalah sebagai pembangkit tenaga listrik alternatif,yang hanya sedikit menimbulkan pencemaran udara maupunpencemaran terminal pada sungai dibandingkan denganpembangkit tenaga listrik dengan batubara.Kerjakan di buku latihan kalian.1. Jelaskan perbedaan dari baterai kering, baterai perak oksida,dan aki.2. Apa yang kalian ketahui tentang baterai udara? Jelaskan.3. Bagaimana reaksi yang terjadi pada aki?4. Apa perbedaan dari sel Daniell dan sel Leclanche?5. Sebutkan elektrolit yang digunakan dalam sel kering.Anode :3{O2(g)+2H2O(l)+4e–o 4OH(aq)}Katode:4{Al(s)+4OH(aq)o[Al(OH)4](aq) +3e–}Reaksi keseluruhan: 4{Al(s) +4O2(g) + 6H2O(l) + 4OH(aq) o 4[Al(OH)4](aq)Baterai udara dapat digunakan untuk menggerakan mobilbeberapa km sebelum bahan bakar ditambahkan.+Sel elektrokimiadigolongkan atas selprimer dan selsekunder. SelDaniell, sel Leclanche,dan sel perak oksidatermasuk selprimer, sedangkanaki dan sel bahanbakar termasuk selsekunder.+
72MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Kerjakan di buku latihan kalian.1. Jelaskan bagaimana sebuah selVolta dapat dirangkai dan berikancontohnya.2. Diketahui reaksi sebagai berikut.Zn(s) + Ni2+(aq) o Zn2+(aq) + Ni(s)2Al(s) + 3Cl2(g) o 2AlCl3(s)H2(g) + 2Ag+(aq) o 2H+(aq) + 2Ag(s)2H+(aq) + Pb(s) o H2(g) + Pb2+(aq)Mg(s) + Cu2+(aq) o Mg2+(aq) + Cu(s)Berdasarkan data potensial elektrodestandar, makaa. tuliskan notasi sel voltanya,b.potensial sel standarnya,c .tentukan reaksi yang berlangsungsecara spontan.3. Bagaimana reaksi yang terjadipada baterai kering?24. Diketahui reaksi sebagai berikut.M + 2Ag+o 2Ag + M2+Dengan potensial sel standarsebesar 1,08 V dan logam M terletakdi sebelah kiri hidrogen dalam deretVolta.a. Berapa potensial elektrodestandar logam M?b.Dapatkah logam M bereaksidengan Zn?5. Mengapa aki dapat diisi ulang?Jelaskan reaksi yang terjadi.6. Tentukan potensial elektrode darisel berikut.Sn(s) *Sn2+(aq) (0,02 M) 2Pb2+(aq)(0,5 M)*Pb(s)1. Reaksi Redoks merupakan reaksi kimia yang melibatkanproses reduksi dan oksidasi secara bersamaan.2. Penyetaraan persamaan dalam reaksi redoks dapatdilakukan dengan 2 metode, yaitu bilangan oksidasi danion elektron atau setengah reaksi. Metode bilangan oksidasiberdasarkan pada prinsip bahwa jumlah pertambahanbilangan oksidasi dari reduktor sama dengan jumlahpenurunan bilangan oksidasi dari oksidator. Sedangkanmetode bilangan ion elektron atau setengah reaksiberdasarkan pada prinsip bahwa jumlah elektron yangdilepaskan pada proses oksidasi sama dengan jumlahelektron yang diserap pada setengah reaksi reduksi.
73BBa b 2 Reaks i Redoks3. Prinsip reaksi redoks dipakai dalam sel elektrokimia. Selelektrokimia merupakan sel yang berkaitan denganperubahan energi.4. Sel elektrokimia dibedakan menjadi sel Volta dan selelektrolisis. Sel Volta merupakan sel yang mengolah energikimia menjadi elektrolistrik. Sedangkan sel elektrolisismerupakan sel yang mengubah energi listrik menjadi energikimia.5. Berdasarkan pada potensial standar dibuat berbagai sel danbaterai sebagai pembangkit energi (potensial). Misalnyabaterai kering dari Leclanche, merupakan baterai sumberenergi listrik yang dikenalkan oleh Leclanche. Baterai keringini memakai logam seng sebagai anode (elektrode negatif)dan karbon sebagai katode (elektrode positif). Sel keringini dapat menghasilkan energi listrik sebesar 1,5 volt.Akhirnya berkembang sel pembangkit energi lain sepertibaterai alkalin, baterai perak oksida, dan sel basah.6. Sel basa dikenal dengan nama sel aki. Sel aki memakailogam timbal dan timbal oksida sebagai elektrodenya.
74MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 31. Bilangan oksidasi Cl dalamsenyawa KClO2 adalah ....a. –7d.b.– 3e.c.12. Pada reaksi redoks berikut:aMnO4 + 16H+ + bC2O4ocMn2+ +8H2 + 10CO2koefisien reaksi a, b, dan c berurut-urut adalah ....a. 2, 2, dan 5b.2, 5, dan 5c.2, 3, dan 5d. 3, 5, dan 5e.2, 4, dan 53. Unsur logam yang mempunyaibilangan oksidasi +5 terdapat padaion ....a. CrO42d. SbO43b.Cr2O72e.MnO4c.Fe(CN)634. Diantara senyawa-senyawaberikut, senyawa mangan yangmempunyai bilangan oksidasitertinggi adalah ....a. MnOd. KMnO4b.MnO2e.K2MnO4c.MnSO4A. Jawab pertanyaan di bawah ini dengan benar pada buku latihan kalian.B. Pilih salah satu jawaban yang paling tepat pada buku latihan kalian.1. Tentukan reduktor dan oksidatordari reaksi-reaksi berikut.a. 5I + IO3 + 6H+o 3I2 + 3H2Ob.Cl2 + OHo ClO4 + Cl + H2Oc.CuS + HNO3o Cu(NO3)2 + S+ NO + H2O2. Selesaikan persamaan redoks dibawah ini dengan metode bilanganoksidasi dan ion elektron.a. Pb(N3)2 + Co(MnO4)3o CoO+ MnO2+ Pb3O4 + NOb.CrI3 + H2O2 + OHo CrO42 +IO4 + H2Oc.Cu + NO3 + 4H+o Cu2+ + NO+ 2H2Od. KClO3 + H2SO4o KHSO4 + O2+ ClO2 + H2O3. Tulis reaksi redoks dari sel berikut,kemudian hitung potensial selnyadan ramalkan apa reaksi ber-langsung spontan atau tidak.a. Fe * Fe3+2 H+* H2b.Pt,I2* I 2 Cl*Cl2;Ptc.Mg * Mg2+ (1 M) 2 Cd2+ (2 M) * Cdd. Ag*Ag+ 2 Cu2+* Cu4. Jelaskan proses pengisian ulang akidan tulis reaksi yang terjadi.5. Jelaskan ciri-ciri reaksi yangberlangsung secara spontan.
75BBa b 2 Reaks i Redoks5. Diantara reaksi redoks berikut iniyang sudah setara adalah...a. 4H2O + MnO4 + 6Io2MnO2 + 8OH– + 3I2b.Cl2 + 2OH + IO3o2Cl– + IO4 +2H2Oc.11OH– + 6Cl2o10Cl– + 2ClO3 +6H2Od. 3P + 5NO3 + 4OHo3PO43 + 2H2O + 5NOe.8MnO4 + 3NH3o8MnO2 + 2H2O + 5OH + 3NO36. Pada reaksi redoks berikut.Sn(s) + 4H2O(s) o SnO2(s) +4NO2(aq) + 2H2O(l)yang berperan sebagai reduktoradalah ....a. HNO3d. SnO2b.NO3e.Snc.H2O7. Pada reaksi : Cl2(aq) + 2 KOH(aq)o KCl(aq) + KClO(aq) + H2Obilangan oksidasi klor berubahdari ....a. 2 menjadi 0 dan +1b. 1 menjadi +1 dan 0c.0 menjadi 1 dan 2d. 0 menjadi 1 dan +1e.+1 menjadi 1 dan +18. Diketahui persamaan redoksberikut.Al + NO3o AlO2 + NH3 (dalamsuasana basa)Agar persamaan setara, molekulair yang harus ditambahkanadalah ... molekul.a. 5d. 2b.4e.1c.39. Asam oksalat dapat dioksidasi olehkalium permanganat menurutpersamaan:C2O42 + MnO4+ H+oMn2+ +H2O+ CO2Untuk mengoksidasi 0,02 mol ionC2O42 diperlukan ion MnO4sebanyak ... mol.a. 0,05d. 0,3b.0, 1e.0, 4c.0,210. Diketahui reaksi elektrode sebuahsel Volta sebagai berikut.Cr3+ + 3eo CrEo = 0,74 voltCu2+ + 2eo CuEo = +0,34 voltPernyataan yang salah adalah ....a. elektrode Cu sebagai katodeb.elektrode Cr sebagai anodec.logam Cr lebih reaktif dari Cud. logam Cu mengendap padaelektrode Cue.potensial standar sel adalah+1,18 volt11. Diketahui data potensial elektrodestandar sebagai berikut.Zn2+* ZnEo = 0,76 VMg2+* MgEo = 2,34 VCr3+* CrEo = 0,74 VCu2+* CuEo = +0,34 VHarga potensial sel yang terbesarterdapat pada ....a. Zn * Zn2+2Cu2+*Cub.Zn * Zn2+2Cr3+*Crc.Mg* Mg2+2Cr3+*Crd. Mg* Mg2+2Cu2+*Cue.Cr * Cr3+2Cu2+*Cu12. Diketahui potensial standar selvolta sebagai berikut.Zn + Cu2+o Zn2+ + CuEo = +1,1 VSn* Sn2+ Eo = +0,14 VCu2+*Cu Eo = +0,34 V
76MMa ri Belaja r Kimia SMA-MA Kela s XII IPA JILID 3Potensial standar Zn * Zn2+** Sn2+*Sn adalah ... volt.a. 0,62d. 1,24b. 0,76e.1,44c.0,9613. Berdasarkan data berikut.Fe3+* Fe2+Eo = 0,77 VCu2+* CuEo = 0,34 VFe2+* FeEo = 0,44 VCl2* 2Cl–Eo= 0,34 VReaksi berikut yang tidak berlangsungspontan adalah ....a. Fe3+ + Cu o Fe2+ + Cu2+b.Fe2+ + Cl2o Fe3+ + 2Clc.2Fe2+o Fe + Fe3d. H2 + Cl2 o 2H+ + 2Cle.Fe + Cu2+o Fe2+ + Cu14. Di bawah ini yang merupakanjenis elektrode yang digunakansebagai pembanding denganharga potensialnya adalah ....a. elektrode Cu dengan potensialnolb.elektrode Zn dengan potensialsatuc.elektrode H dengan potensial 1d. elektrode Mg dengan potensialnole.elektrode H dengan potensialnol15 . Diketahui unsur tembaga, hidrogen,besi, dan natrium. Urutan keempatunsur tersebut dalam deret Voltadari kanan ke kiri adalah ....a .besi, hidrogen, natrium, tembagab.natrium, besi, hidrogen, tembagac.hidrogen, tembaga, besi, natriumd. tembaga, hidrogen, besi, natriume.tembaga, besi, hidrogen, natrium