Halaman
Reaksi Redoksdan ElektrokimiaApakah Anda sering menggunakan kalkulator untuk menghitung? Tidakhanya Anda, penjual sayuran di lingkungan tempat Anda tinggal juga seringmenggunakan kalkulator, bukan? Bagaimanakah kalkulator dapat bekerja?Sumber tenaga apakah yang bekerja pada kalkulator?Anda tentu telah mempelajari prinsip-prinsip reaksi redoks di kelasX. Masih ingatkah Anda apa yang dimaksud dengan reaksi spontan? Reaksispontan terjadi karena adanya perbedaan kemampuan afinitas elektronantarpereaksi dalam baterai. Reaksi ini menyebabkan terjadinya aliranelektron. Aliran elektron inilah yang bertindak sebagai sumber tenagalistrik sehingga kalkulator dapat digunakan untuk menghitung.Pada bab reaksi redoks dan elektrokimia, Anda akan mempelajarikembali dan memahami lebih dalam tentang reaksi redoks berdasarkanperubahan biloks. Reaksi redoks dapat menjelaskan mengenai proses yangterjadi dalam sel elektrokimia, sel elektrolisis, dan korosi. Bagaimanakahprinsip redoks dalam sel elektrokimia, sel elektrolisis, dan korosi? Andadapat mengetahuinya setelah mempelajari bab ini.A. Penyetaraan ReaksiRedoksB. Sel ElektrokimiaC. Sel ElektrolisisD. KorosidanPengendaliannya•menerapkan konsep reaksi oksidasi reduksi dalam sistem elektrokimiayang melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam mencegah korosidan dalam industri;•menjelaskan reaksi oksidasi reduksi dalam sel elektrolisis.•menerapkan Hukum Faraday untuk elektrolisis larutan elektrolit.Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:menerapkan konsep reaksi oksidasi reduksi dan elektrokimia dalam teknologidan kehidupan sehari-hari.Hasil yang harus Anda capai:27Kalkulator bekerja karena terjadinya proses reaksi redoks.Sumber:www.mpbdp.orgBab2
28Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIA.Penyetaraan Reaksi RedoksPersamaan reaksi yang melibatkan redoks biasanya sukar untukdisetarakan dengan cara biasa sebagaimana Anda pelajari di Kelas X,tetapi memerlukan metode khusus. Ada dua metode untuk menyetarakanreaksi redoks, yaitu metode perubahan biloks (P) dan metode setengahreaksi. Metode PBO melibatkan perubahan biloks, sedangkan metodesetengah reaksi melibatkan pelepasan dan penerimaan elektron.1.Metode PBOMetode ini didasarkan pada kekekalan muatan, yakni kenaikan biloksatom teroksidasi harus sama dengan penurunan biloks atom tereduksi.Perhatikanlah persamaan reaksi berikut.HNO3+ Cu2O⎯→⎯ Cu(NO3)2 + NO + H2OAtom yang mengalami perubahan biloks dapat ditentukan melaluipemeriksaan setiap atom. Dari hasil ini diketahui bahwa atom N dan Cumengalami perubahan biloks. +5 +1 +2 +2HNO3 + Cu2O⎯→⎯ Cu(NO3)2 + NO + H2OBerdasarkan prinsip kekekalan muatan, setiap atom yang mengalamiperubahan biloks harus disetarakan dengan cara mengubah koefisienreaksinya. Atom yang tidak mengalami perubahan biloks tidak perludisetarakan pada tahap penyetaraan biloks, tetapi disetarakan pada tahapakhir untuk memenuhi Hukum Kekekalan Massa.Pada persamaan reaksi tersebut, biloks atom N berubah dari +5menjadi +2 (terjadi penurunan biloks sebesar 3 satuan). Pada atom Cu,terjadi perubahan biloks dari +1 menjadi +2 (terjadi kenaikan biloks).Oleh karena ada dua atom Cu, kenaikan total biloks Cu adalah 2 satuan.Perubahan biloks atom-atom pada reaksi tersebut dapat dinyatakan dalambentuk diagram berikut.HNO3 + Cu2O⎯→⎯ 2Cu(NO3)2 + NO + H2O–5 –3 –2+2 +2 +4Gambar 2.1Serbuk seng dimasukkan ke dalamlarutan HCl akan terjadi reaksiredoks yang spontan.Zn + 2H+⎯→⎯Zn2+ + H2Sumber:Chemistry: The Central Science,20001.Apa yang dimaksud dengan reaksi redoks? Jelaskan secara lengkapberdasarkan perkembangan konsepnya.2.Apa yang dimaksud dengan perubahan biloks?3.Apa yang dimaksud dengan oksidator dan reduktor. Hubungkan denganperpindahan elektron yang terjadi.Tes Kompetensi AwalApakah semua reaksi melibatkan perubahan bilangan oksidasi? Berikan contoh reaksinya.Kegiatan Inkuiri
29Reaksi Redoks dan ElektrokimiaOleh karena kenaikan biloks Cu harus sama dengan penurunan biloksN maka atom Cu harus dikalikan dengan faktor 3. Atom N dikalikandengan faktor 2 sehingga diperoleh:HNO3 + Cu2O⎯→⎯ 2Cu(NO3)2 + NO + H2OPersamaan reaksi menjadi:2HNO3 + 3Cu2O⎯→⎯ 6Cu(NO3)2 + 2NO + H2OWalaupun atom N yang mengalami perubahan biloks telahdisetarakan, tetapi ada atom N lain yang muncul sebagai ion NO3– dalamsenyawa Cu(NO3)2. Untuk memenuhi kekekalan massa, kekurangan 12ion NO3– disetarakan dengan menambahkan 12 molekul HNO3 padaruas kiri sehingga persamaan menjadi:14HNO3 + 3Cu2O⎯→⎯ 6Cu(NO3)2 + 2NO + H2OAtom N dan Cu sudah setara, tetapi molekul H2O belum setara.Untuk menyetarakannya, samakan atom H atau O pada kedua ruasdengan mengubah koefisien H2O. Persamaan reaksi menjadi:14HNO3(aq) + 3Cu2O(s)⎯→⎯ 6Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 7H2O(A)Dengan demikian, reaksi-reaksi kimia yang melibatkan reaksi redoksdapat disetarakan.Tahap-tahap untuk menyetarakan persamaan reaksi dengan cara PBOadalah sebagai berikut.1.Tentukan biloks semua atom untuk mengetahui atom-atom manayang mengalami perubahan biloks.2.Pasangkan oksidator dan produknya, reduktor dan produknyamenggunakan diagram seperti pada contoh.3.Tambahkan koefisien pada pasangan tersebut jika terjadi perbedaanjumlah atom (seperti pada atom Cu).4.Tentukan perubahan biloks, baik reduktor maupun oksidator. Nilaiperubahan ini merupakan faktor penyetara, yang dikalikan dengankoefesien reaksinya.5.Setarakan atom-atom lain yang tidak mengalami reduksi dan oksidasiuntuk memenuhi Hukum Kekekalan Massa.6.Periksalah apakah persamaan sudah setara, baik massa maupunmuatannya.Gambar 2.2Amonium dikromat mengalamireaksi auto-redoks (disproporsionasi).(NH4)2Cr2O7→N2 + 4H2O + Cr2O3Sumber:Chemistry: The Central Science, 2000–3 × (–2)+2 × (3)Kata Kunci•Perubahan biloks (PBO)•Metode setengah reaksi•Hukum Kekekalan Muatan•Hukum Kekekalan Massa•Oksidator•ReduktorPenyetaraan Reaksi Redoks dengan Metode PBOLogam seng bereaksi dengan asam nitrat menurut reaksi berikut.Zn(s) + 2HNO3(aq)⎯→⎯Zn(NO3)2(aq) + H2(g)Setarakan persamaan tersebut dengan metode PBO.Contoh2.1
30Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIJawab:Tahap 1Menentukan atom yang mengalami perubahan biloks. Pada reaksi ini atom Zn dan N0 +5 +2 –3Zn + HNO3⎯→⎯ Zn(NO3)2 + NH4NO3Tahap 2–3Menentukan pasangan oksidator dan reduktor serta menyetarakan jumlah atomnya.Zn + HNO3⎯→⎯ Zn(NO3)2 + NH4NO3Tahap 4Menentukan nilai perubahan biloks dan menyetarakannya.Zn + HNO3⎯→⎯Zn(NO3)2 + NH4NO3Hasil penyetaraan muatan adalah4Zn + HNO3⎯→⎯4Zn(NO3)2 + NH4NO3Tahap 5Setarakan atom-atom yang lain dengan cara memeriksa jumlah atom-atomnya.Atom N: ada 10 atom N di ruas kanan, tambahkan 9 HNO3 di ruas kiri agar atom Nsama dengan ruas kanan.4Zn + 10HNO3⎯→⎯4Zn(NO3)2 + NH4NO3Atom O: ada 30 atom O di ruas kiri dan 27 atom O di ruas kanan, tambahkan 3 H2Odi ruas kanan sehingga jumlah atom O sama.4Zn + 10HNO3⎯→⎯4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2OAtom H juga harus disetarakan dengan cara memeriksanya di kedua ruas.Persamaan reaksi yang sudah setara dan lengkap dengan fasanya adalah sebagai berikut.4Zn(s) + 10HNO3(aq)⎯→⎯4Zn(NO3)2 (aq) + NH4NO3(aq) + 3H2O(A)Tahap 6Periksalah apakah persamaan di atas sudah memenuhi kekekalan massa dan muatan.–8 × (–1)+2 × (4)2.Metode Setengah ReaksiPenyetaraan persamaan redoks dengan metode setengah reaksididasarkan pada transfer elektron. Untuk mengetahui jumlah elektronyang ditransfer dilakukan pemisahan persamaan ke dalam dua setengahreaksi. Masing-masing setengah reaksi disetarakan, kemudiandigabungkan kembali untuk memperoleh persamaan reaksi redoks yangsetara, baik muatan maupun massanya.a.Reaksi Redoks dalam Suasana AsamTinjau reaksi ion MnO4– dan Fe2+ dalam suasana asam denganpersamaan kerangka sebagai berikut.MnO4– + Fe2+⎯→⎯Mn2+ + Fe3+Tahap-tahap penyetaraan dengan metode ini adalah sebagai berikut.1.Memisahkan persamaan kerangka ke dalam dua setengah reaksi.Setengah reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi.+5 –30 +2MahirMenjawabJika KMnO4 bereaksi denganH2C2O4dalam suasana asam,sebagian hasilnya adalah MnSO4dan CO2. Dalam reaksi ini 1 molKMnO4 menerima ....A.1 elektronB.2 elektronC.3 elektronD.5 elektronE.7 elektronPembahasanAda dua cara penyelesaian, yaitu:a.Metode setengah reaksi:8H+ + MnO4– + 5e–⎯→⎯Mn2+ + 4H2O (suasana asam)elektron yang terlibat = 5e–b.Metode bilangan oksidasi(biloks):KMnO4⎯→⎯ MnSO4 +7 +2 5e–Jadi, dalam reaksi ini 1 mol KMnO4menerima 5 elektron. (D)SPMB IPA 2006
31Reaksi Redoks dan ElektrokimiaMnO4–⎯⎯→ Mn2+(reaksi reduksi)Fe2+⎯⎯→ Fe3+(reaksi oksidasi)2.Menyetarakan jumlah atom-atomnya sesuai Hukum Kekekalan Massa.3.Menyetarakan muatan listrik (kekekalan muatan) dengan caramenambahkan elektron pada ruas kiri (untuk reaksi reduksi) danruas kanan (untuk reaksi oksidasi).4. Menggabungkan kedua setengah reaksi untuk menyetarakanpersamaan reaksi, baik muatan maupun massanya.b.Penyetaraan Setengah Reaksi ReduksiPada setengah reaksi reduksi, atom Mn disetarakan dengan caramenyamakan koefisien pereaksi dan produknya. Penyetaraan atom Odilakukan dengan menambahkan H2O pada ruas kanan.MnO4–⎯⎯→ Mn2+ + 4H2OKelebihan atom H di ruas kanan disetarakan dengan menambahkanasam (ion H+) pada ruas kiri (ingat suasana asam).MnO4– + 8H+⎯⎯→ Mn2+ + 4H2OMuatan listrik di ruas kiri ada +7 dan di ruas kanan ada +2. Untukmenyetarakannya, tambahkan lima elektron pada ruas kiri.MnO4– + 8H+ + 5e–⎯⎯→ Mn2+ + 4H2O(setengah reaksi reduksi)Periksalah apakah persamaan sudah setara muatan dan massanya.c.Penyetaraan Setengah Reaksi OksidasiSetengah-reaksi oksidasi untuk besi sudah setara ditinjau dari jumlahatom, tetapi muatannya belum setara. Jadi, tambahkan satu elektron padaruas kanan persamaan.Fe2+⎯⎯→Fe3+ + e–(setengah reaksi oksidasi)Tahap akhir adalah menggabungkan kedua setengah reaksi untukmenghilangkan elektron dalam kedua setengah reaksi sebab elektrontidak muncul dalam persamaan reaksi netral. Penghilangan elektron dapatdilakukan dengan perkalian silang jumlah elektronnya.MnO4– + 8H+ + 5e–⎯⎯→ Mn2+ + 4H2O(×1)Fe2+⎯⎯→ Fe3+ + e–(×5)Persamaan akhir menjadi:MnO4– + 8H+ + 5Fe2+⎯⎯→ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2OPeriksalah apakah muatan dan massanya sudah setara.Gambar 2.3Reaksi oksidasi asam oksalat olehKMnO4 dalam suasana asam5C2O42– + 2MnO4– + 16H+→10CO2 + 2Mn2+ + 8H2OSumber:Chemistry: The CentralScience,2000Penyetaraan Persamaan Redoks dalamSuasana Asam dengan Metode Setengah ReaksiSetarakan reaksi redoks berikut menggunakan metode setengah reaksi yangdiasumsikan terjadi dalam suasana asam.CH3OH + Cr2O72–⎯⎯→ CH2O + Cr3+Jawab:Tahap 1CH4O⎯⎯→ CH2O(reaksi oksidasi)Cr2O72–⎯⎯→ Cr3+(reaksi reduksi)Contoh2.2
32Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIITahap 2CH4O⎯⎯→ CH2O + 2H+Cr2O72– + 14H+⎯⎯→ 2Cr3+ + 7H2OTahap 3CH4O⎯⎯→ CH2O + 2H+ + 2e–Cr2O72– + 14H+ + 6e–⎯⎯→2Cr3+ + 7H2OTahap 4CH4O⎯⎯→ CH2O + 2H+ + 2e–(× 3)Cr2O72– + 14H+ + 6e–⎯⎯→ 2Cr3+ + 7H2O (× 1)3CH4O + Cr2O72– + 8H+⎯⎯→ 3CH2O + 2Cr3+ + 7H2OPemeriksaan muatan dan massa:Dengan demikian, kekekalan muatan dan massa terpenuhi.d.Reaksi Redoks dalam Suasana Basa atau NetralPenyetaraan reaksi di atas terjadi dalam suasana asam. Cirinya adalahpenambahan ion H+ ketika penyetaraan. Bagaimana menyetarakan reaksiredoks dalam suasana basa atau netral?Penyetaraan setengah-reaksi dalam suasana basa atau netral dilakukandengan menambahkan basa (ion OH–), untuk menyetarakan atom O atauH. Tinjaulah reaksi berikut yang dilakukan dalam suasana basa.MnO4– + SO32–⎯⎯→ MnO2 + SO42–Caranya sama seperti dalam suasana asam. Akan tetapi, setelah reaksidigabungkan, untuk menyetarakan atom O dan H ditambahkan OH–pada kedua ruas persamaan.MuatanAtom CAtom HAtom OAtom CrEvaluasiRuas KiriRuas Kanan6+3201026+320102Penyetaraan Reaksi Redoksdalam Suasana Basa dengan Metode Setengah ReaksiSetarakan reaksi berikut menggunakan metode setengah reaksi dalam suasana basa.Persamaan kerangkanya:MnO4– + SO32–⎯⎯→ MnO2 + SO42–Jawab:Tahap 1MnO4–⎯⎯→ MnO2(reaksi reduksi)SO32–⎯⎯→ SO42–(reaksi oksidasi)Tahap 2MnO4– + 4H+⎯⎯→ MnO2 + 2H2OSO32– + H2O⎯⎯→ SO42– + 2H+Tahap 3MnO4– + 4H+ + 3e–⎯⎯→ MnO2 + 2H2OSO32– + H2O⎯⎯→ SO42– + 2H+ + 2e–Contoh2.3SekilasKimiaReaksi Redoks dan KehidupanOlah raga, bekerja, dan belajarmerupakan kegiatan rutin yangAnda lakukan. Tahukah Andabagaimana tubuh kita dapatmelakukan semua aktivitastersebut? Berasal darimanakahenergi yang kita gunakan?Ketika makanan diuraikan didalam sel tubuh, terjadipemindahan elektron yang berasaldari glukosa dan molekul makananlainnya. Di dalam mitokondria,elektron yang berpindah tersebutakan melalui suatu rangkaianreaksi yang dinamakan rantaitranspor elektron. Proses aliranelektron tersebut dinamakanrespirasi.Di akhir rangkaian tersebut,oksigen mengoksidasi elementerakhir rantai transpor elektronsehingga terbentuk air. Ketika rantaitranspor elektron berlangsung,terjadi pelepasan energi yangdigunakan untuk mensintesismolekul bernama AT P (AdenosinTrifosfat), yaitu molekul pembawaenergi di dalam makhluk hidup.
33Reaksi Redoks dan ElektrokimiaBandingkan kelebihan dan kelemahan antara metode PBO dan metode setengah reaksidalam menyetarakan persamaan reaksi redoks.Kegiatan InkuiriMuatanAtom MnAtom SAtom OAtom HEvaluasiRuas KiriRuas Kanan823182823182Tahap 4MnO4– + 4H+ + 3e–⎯⎯→ MnO2 + 2H2O(× 2)SO32– + H2O⎯⎯→ SO42– + 2H+ + 2e–(× 3)2MnO4– + 2H+ + 3SO32–⎯⎯→ 2MnO2 + H2O + 3SO42–Pada persamaan di atas terdapat 2H+. Untuk menetralkannya tambahkan 2OH–pada kedua ruas persamaan. Persamaan menjadi:2MnO4– + (2H+ + 2OH–) + 3SO32–⎯⎯→ 2MnO2 + H2O + 3SO42– + 2OH–Penambahan OH– akan menetralkan H+ menjadi H2O. Oleh karena di ruas kananada H2O maka terjadi penghilangan H2O pada salah satu ruas sehingga persamaanmenjadi:2MnO4– + H2O + 3SO32–⎯⎯→ 2MnO2 + 3SO42– + 2OH–Periksalah apakah muatan dan massanya sudah setara sesuai kaidah kekekalan.Kata Kunci•Reaksi redoks dalam suasanaasam•Reaksi redoks dalam suasanabasaB.Sel ElektrokimiaDalam reaksi redoks terjadi transfer elektron dari reduktor keoksidator. Pengetahuan adanya transfer elektron memberikan manfaatdalam upaya mengembangkan sumber energi listrik alternatif sebab aliranlistrik tiada lain adalah aliran elektron.Bidang ilmu yang mempelajari energi listrik dalam reaksi kimia disebutelektrokimia. Perangkat atau instrumen untuk membangun energi listrik darireaksi kimia dinamakan sel elektrokimia.Kerjakanlah di dalam buku latihan.1.Asam iodat, HIO3 dapat dibuat melalui reaksi iodin,I2 dengan asam nitrat pekat. Persamaan kerangkanya:I2 + HNO3⎯⎯→ HIO3 + NO2Setarakan persamaan reaksi tersebut dengan metodePBO.2.Gas klor kali pertama dibuat oleh Scheele pada 1774melalui oksidasi asam klorida dengan mangan(IV)oksida. Persamaan reaksinya:NaCl(aq) + H2SO4(aq) + MnO2(s)⎯⎯→Na2SO4(aq) + MnCl2(aq) + H2O(A) + Cl2(g)Setarakan reaksi tersebut dengan metode PBO.3.Setarakan reaksi redoks berikut dalam suasana asamdengan metode setengah reaksi.Tes Kompetensi SubbabAa. Cr2O72– + Cl–⎯⎯→ Cr3+ + Cl2(g)b.Mn2+ + NaBiO3(s)⎯⎯→ Bi3+ + MnO4–c. H3AsO4(aq) + Zn(s)⎯⎯→ AsH3(g) + Zn2+d. Br–+MnO4–⎯⎯→ Br2(A) + Mn2+e. Cu(s) + HNO3(aq)⎯⎯→ Cu2+(aq) + NO(g)4.Setarakan reaksi redoks berikut dalam suasana basamenggunakan metode setengah-reaksi.a. Al(s) + MnO4–⎯⎯→ MnO2(s) + Al(OH)4–b.Cl2(g)⎯⎯→ Cl– + ClO–c. NO2– + Al(s)⎯⎯→ NH3(g) + AlO2–d. MnO4– + S2–⎯⎯→ MnS(s) + S(g)e. CN– + MnO4–⎯⎯→ CNO– + MnO2(s)f.Fe(OH)2(s)+ H2O2(A)⎯⎯→ Fe(OH)3(s) +H2O(A)
34Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIPada percobaan tersebut, reaksi tidak akan terjadi jika tidakada hubungan baik secara rangkaian luar maupun rangkaiandalam. Jika hanya rangkaian luar yang dihubungkan, reaksiakan terjadi hanya sesaat dan seketika itu juga reaksiberhenti. Reaksi akan berjalan terus jika rangkaian dalam(jembatan garam) dihubungkan.Jika kedua rangkaian dihubungkan, akan terjadi reaksiredoks di antara kedua setengah sel itu (lihat Gambar 2.5).Persamaan reaksi ionnya:Zn(s) + Cu2+(aq)⎯⎯→ Zn2+(aq) + Cu(s)Persamaan reaksi setengah selnya:Pada elektrode Zn: Zn(s)⎯⎯→ Zn2+(aq) + 2e–Pada elektrode Cu: Cu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)JembatangaramVoltmeterElektrodeZnElektrodeCuNO3–Na+NO3–NO3–Zn2+NO3–NO3–Cu2+Zn(s)→Zn2+(aq) + 2e–Cu2–(aq) + 2e–→Cu(s)1.Sel VoltaDi Kelas X, Anda sudah belajar merancang-bangun sel volta sederhanauntuk memahami bahwa dalam reaksi redoks terjadi transfer elektron yangmenghasilkan energi listrik, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4. Olehkarena reaksi redoks dapat dipisahkan menjadi dua setengah reaksi, selvolta pun dapat dirancang menjadi dua tempat, yakni tempat untuk reaksioksidasi dan tempat untuk reaksi reduksi.Kedua tempat tersebut dihubungkan melalui rangkaian luar (aliran muatanelektron)dan rangkaian dalam atau jembatan garam (aliran massa dari ion-ion).Gambar 2.5Proses pembentukan energi listrikdari reaksi redoks dalam sel volta.Aktivitas Kimia 2.1Prinsip Kerja Sel VoltaTujuanUntuk mengetahui potensial dan prinsip kerja dari sel volta.Alat1.Gelas kimia2.Gelas ukur3.Elektrode Zn4.Elektrode Cu5.VoltmeterBahan1.Zn(NO3)2 1 M2.Cu(NO3)21 MLangkah Kerja1.Pasang alat sel volta dalam setiap kelompok kerja Anda.2.Masukkan 200 mL larutan Zn(NO3)2 1 M dan logam seng (elektrode Zn) kedalam gelas kimia 1. Masukkan 200 mL larutan Cu(NO3)2 1 M dan logam tembaga(elektrode Cu) ke dalam gelas kimia 2.3.Hubungkan logam Zn ke kutub negatif dan logam Cu ke kutub positif darivoltmeter (rangkaian luar).4.Hubungkan kedua larutan dalam gelas kimia dengan jembatan garam(rangkaian dalam).Pertanyaan1.Berapakah potensial sel yang terukur dari percobaan tersebut?2.Tuliskan reaksi kimia yang terjadi pada setiap setengah-reaksi sel.3.Mengapa terjadi beda potensial antara elektrode Zn dan Cu?4.Simpulkan hasil pengamatan percobaan yang kelompok Anda lakukan.Kemudian, buatlah laporannya.Rangkaian luarVoltmeterRangkaiandalamGambar 2.4Sel volta sederhanaSumber:Sougou Kagashi
35Reaksi Redoks dan ElektrokimiaLogam Zn akan teroksidasi membentuk ion Zn2+ dan melepaskan 2elektron. Kedua elektron ini akan mengalir melewati voltmeter menujuelektrode Cu. Kelebihan elektron pada elektrode Cu akan diterima olehion Cu2+ yang disediakan oleh larutan Cu(NO3)2 sehingga terjadi reduksiion Cu2+ menjadi Cu(s).Ketika reaksi berlangsung, dalam larutan Zn(NO3)2 akan kelebihanion Zn2+ (hasil oksidasi). Demikian juga dalam larutan CuSO4 akankelebihan ion NO3– sebab ion pasangannya (Cu2+) berubah menjadi logamCu yang terendapkan pada elektrode Cu.Kelebihan ion Zn2+ akan dinetralkan oleh ion NO3– dari jembatangaram, demikian juga kelebihan ion NO3– akan dinetralkan oleh ionNa+ dari jembatan garam. Jadi, jembatan garam berfungsi menetralkankelebihan ion-ion hasil reaksi redoks.Dengan demikian, tanpa jembatan garam reaksi berlangsung hanyasesaat sebab kelebihan ion-ion hasil reaksi redoks tidak ada yangmenetralkan dan akhirnya reaksi berhenti seketika. Dalam selelektrokimia, tempat terjadinya reaksi oksidasi (elektrode Zn) dinamakananode, sedangkan tempat terjadinya reaksi reduksi (elektrode Cu)dinamakankatode.2.Notasi Sel ElektrokimiaReaksi redoks yang terjadi dalam sel elektrokimia dituliskan denganaturan tertentu. Misalnya, sel elektrokimia yang tersusun dari elektrodeZn dalam larutan ZnSO4 dan elektrode Cu dalam larutan CuSO4. Aturanpenulisan selnya sebagai berikut.Zn(s) Zn2+(aq) Cu2+(aq) Cu(s)Reaksi pada anode dituliskan terlebih dahulu (sisi kiri) diikuti reaksipada katode (sisi kanan). Kedua sisi dipisahkan oleh dua buah garis yangmenyatakan rangkaian dalam dan rangkaian luar.Zn(s) Zn2+(aq) Cu2+(a ) Cu(s) AnodeRangkaianKatodeTerminal sel atau elektrode dituliskan di ujung-ujung notasi sel, garistunggal antara elektrode dan larutan menyatakan batas fasa (padat dancair). Misalnya, untuk anode:Zn(s) Zn2+(aq)Terminal Batas fasa LarutanDi dalam baterai komersial, apakah ada jembatan garam? Apa yang menjadi jembatangaramnya?Kegiatan InkuiriJembatan garam dapat dibuat dari:a.Pipa U yang berisi larutan NaNO3atau KNO3 berupa gel.b.Sumbu kompor yang dibasahiterus-menerus dengan larutanNaNO3 selama percobaan(ditetesi NaNO3 secara kontinu).Salt bridge could be established by:a.U pipe which contains thesolution of NaNO3 or KNO3 gel.b.Stove s wick which is soaked withNaNO3 solution constantly aslong as experiment (which isdroped by NaNO3 continously)NoteCatatanPenulisan Reaksi dari Notasi Sel1.Tuliskan reaksi sel untuk sel volta berikut.Fe(s) Fe2+(aq) Sn2+(aq) Sn(s)2.Tuliskan notasi sel untuk reaksi berikut.Zn(s) + Cd2+(aq)⎯⎯→ Zn2+(aq) + Cd(s)Contoh2.4Kata Kunci•Sel elektrokimia•Rangkaian luar•Rangkaian dalam (Jembatangaram)•Elektrode (terminal sel)
36Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIJika dalam reaksi sel elektrokimia melibatkan fasa gas dengan logammulia sebagai elektrodenya, aturan penulisan notasi sel volta sebagai berikut.a.Jika pada anode terjadi reaksi oksidasi yang melibatkan gas denganplatina sebagai elektrode: H2(g)ZZXYZZ 2H+ + 2e– maka notasi untukelektrode hidrogen dapat ditulis sebagai berikut.Pt H2(g) H+(aq)b.Jika pada katode terjadi reaksi reduksi yang melibatkan gas denganplatina sebagai elektrode: 2H+(aq) + 2e–⎯⎯→ H2(g) maka notasiuntuk elektrode hidrogen dapat ditulis sebagai berikut.H+(aq) H2(g) PtTanda baca koma dapat juga dipakai sebagai notasi untuk memisahkanion-ion yang terdapat dalam larutan yang sama atau memiliki fasa yangsama dengan elektrode logam mulia seperti Pt.Reaksi setengah sel: Fe3+(aq) + e–ZZXYZZ Fe2+(aq)Notasi setengah sel: Fe3+(aq), Fe2+(aq) PtJawab:1.Reaksi setengah selnya sebagai berikut.Anode: Fe(s)⎯⎯→Fe2+(aq) + 2e–Katode: Sn2+(aq) + 2e–⎯⎯→Sn(s)Reaksi sel volta keseluruhan sebagai berikut.Fe(s) + Sn2+(aq)⎯⎯→Fe2+(aq) + Sn(s)2.Reaksi setengah selnya sebagai berikut.Anode: Zn(s)⎯⎯→Zn2+(aq) + 2e–Katode: Cd2+(aq) + 2e–⎯⎯→Cd(s)Penulisan notasi selnya sebagai berikut.Zn(s) Zn2+(aq) Cd2+(aq) Cd(s)Penulisan Reaksi dari Notasi Sel(a) Tuliskan reaksi yang terjadi pada sel volta dengan notasi sel seperti berikut.Zn(s) Zn2+(aq) Sn4+(aq), Sn2+(aq) Pt(b) Tuliskan notasi sel untuk reaksi berikut.Ni(s) + 2H+(aq)⎯⎯→ Ni2+(aq) + H2(g)Jawab:(a) Setengah-reaksi selnya sebagai berikut.Anode: Zn(s)⎯⎯→ Zn2+(aq) + 2e–Katode: Sn4+(aq) + 2e–⎯⎯→ Sn2+(aq)Reaksi sel volta keseluruhan sebagai berikut.Zn(s) + Sn4+(aq)⎯⎯→ Zn2+(aq) + Sn2+(aq)(b) Setengah-reaksi selnya sebagai berikut.Anode: Ni(s)⎯⎯→ Ni2+(aq) + 2e–Katode: 2H+(aq) + 2e–⎯⎯→ H2(g)Penulisan notasi selnya sebagai berikut.Ni(s) Ni2+(aq) H+(aq) H2(g) PtContoh2.5
37Reaksi Redoks dan Elektrokimia3.Potensial Elektrode dan GGL SelDalam sel elektrokimia, untuk mendorong elektron mengalir melaluirangkaian luar dan menggerakkan ion-ion di dalam larutan menujuelektrode diperlukan suatu usaha. Usaha atau kerja yang diperlukan inidinamakanaya erak istrik, disingkat GGL.a.Makna GGL SelKerja yang diperlukan untuk menggerakkan muatan listrik (GGL)di dalam sel bergantung pada perbedaan potensial di antara keduaelektrode. Beda potensial ini disebabkan adanya perbedaan kereaktifanlogam di antara kedua elektrode. Nilai GGL sel merupakan gabungandari potensial anode (potensial oksidasi) dan potensial katode (potensialreduksi). Dalam bentuk persamaan ditulis sebagai berikut.GGL (Esel) = potensial reduksi + potensial oksidasiPotensial reduksi adalah ukuran kemampuan suatu oksidator (zatpengoksidasi = zat tereduksi) untuk menangkap elektron dalam setengahreaksi reduksi. Potensial oksidasi kebalikan dari potensial reduksi dalamreaksi sel elektrokimia yang sama.Potensial oksidasi = –Potensial reduksiTinjaulah setengah reaksi sel pada elektrode Zn dalam larutan ZnSO4.Reaksi setengah selnya sebagai berikut.Zn(s)⎯⎯→ Zn2+(aq) + 2e–Jika –EZn adalah potensial elektrode untuk setengah reaksi oksidasi,+EZn adalah potensial untuk setengah sel reduksinya:Potensial oksidasi: Zn(s)⎯⎯→ Zn2+(aq) + 2e–EZn = –EZn VPotensial reduksi: Zn2+(aq) + 2e–⎯⎯→Zn(s)EZn = EZnVSel elektrokimia yang terdiri atas elektrode Zn dan Cu dengan reaksisetengah sel masing-masing:Cu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)ECu = ECuVZn2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Zn(s)EZn = EZnVNilai GGL sel elektrokimia tersebut adalahEsel = ECu + (–EZn) = ECu– EZnDengan demikian, nilai GGL sel sama dengan perbedaan potensialkedua elektrode. Oleh karena reaksi reduksi terjadi pada katode danreaksi oksidasi terjadi pada anode maka nilai GGL sel dapat dinyatakansebagai perbedaan potensial berikut.Esel = EReduksi – EOksidasi atau Esel = EKatode – EAnodeNilai potensial elektrode tidak bergantung pada jumlah zat yangterlibat dalam reaksi. Berapapun jumlah mol zat yang direaksikan, nilaipotensial selnya tetap. Contoh:Cu2+(a ) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)ECu = ECu V2Cu2+(a ) + 4e–⎯⎯→ 2Cu(s)ECu = ECu VSatuan untuk gaya gerak listrik (GGL)adalahvolt.Unit for electromotive force is volt.NoteCatatanBandingkan kereaktifan logam-logam golongan IA dan IIA. Manakah yang lebih reaktif?Jika logam-logam itu dihubungkan melalui kawat, manakah oksidator dan reduktornya?Kegiatan InkuiriGambar 2.6Baterai merupakan contoh selelektrokimia.Sumber:Sougou Kagashi
38Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIMenentukan Potensial Elektrode StandarHitunglah potensial elektrode Cu yang dihubungkan dengan elektrode hidrogenpada keadaan standar jika voltmeter menunjukkan nilai 0,34 volt.Jawab:Persamaan setengah reaksi sel yang terjadi:Katode: Cu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)Anode: H2(g)⎯⎯→ 2H+(aq)Nilai GGL sel:E°sel = E°katode – E°anode0,34 V=ECuoEHo20,34 V =ECuo – 0,00 V ⎯⎯→ECuo= 0,34 VJadi, potensial reduksi standar untuk elektrode Cu adalah 0,34 volt.Gambar 2.7Elektrode hidrogen ditetapkansebagai elektrode standar.Contoh2.6b.Potensial Elektrode Standar (E )Oleh karena potensial oksidasi merupakan kebalikan dari potensialreduksinya maka data potensial elektrode suatu logam tidak perludiketahui dua-duanya, melainkan salah satu saja. Misalnya, data potensialreduksi atau data potensial oksidasi. Menurut perjanjian IUPAC, potensialelektrode yang dijadikan sebagai standar adalah potensial reduksi. Dengandemikian, semua data potensial elektrode standar dinyatakan dalambentuk potensial reduksi standar.Potensial reduksi standar adalah potensial reduksi yang diukur padakeadaan standar, yaitu konsentrasi larutan M (sistem larutan) atau tekanan atm (sel yang melibatkan gas) dan suhu o.Untuk mengukur potensial reduksi standar tidak mungkin hanyasetengah sel (sel tunggal) sebab tidak terjadi reaksi redoks. Oleh sebabitu, perlu dihubungkan dengan setengah sel oksidasi.Nilai GGL sel yang terukur dengan voltmeter merupakan selisih keduapotensial sel yang dihubungkan (bukan nilai mutlak). Berapakah nilaipasti dari potensial reduksi?Oleh karena nilai GGL sel bukan nilai mutlak maka nilai potensialsalah satu sel tidak diketahui secara pasti. Jika salah satu elektrode dibuattetap dan elektrode yang lain diubah-ubah, potensial sel yang dihasilkanakan berbeda. Jadi, potensial sel suatu elektrode tidak akan diketahui secarapasti, yang dapat ditentukan hanya nilai relatif potensial sel suatu elektrode.Oleh karena itu, untuk menentukan potensial reduksi standardiperlukan potensial elektrode rujukan sebagai acuan. Dalam hal ini,IUPAC telah menetapkan elektrode standar sebagai rujukan adalahelektrode hidrogen, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7.Elektrode hidrogen pada keadaan standar, E°, ditetapkan padakonsentrasi H+ 1 M dengan tekanan gas H2 1 atm pada 25°C. Nilaipotensial elektrode standar ini ditetapkan sama dengan nol volt atauEHHo2+→= 0,00 V. Potensial elektrode standar yang lain diukur dengancara dirangkaikan dengan potensial elektrode hidrogen pada keadaanstandar, kemudian GGL selnya diukur.Oleh karena potensial elektrode hidrogen pada keadaan standarditetapkan sama dengan nol, potensial yang terukur oleh voltmeterdinyatakan sebagai potensial sel pasangannya.Baterai kecil dan baterai besarselama sistem selnya sama, potensialselnya sama, yaitu 1,5 volt.Small and big batteries have equalcell potensial for equal cell system, i.e1,5 volt.NoteCatatanSumber:Chemistry: The Central Science,2000 bagian anodeAnode ZnNO3–Zn2+e–VoltmeterNO3–Na+e–H2(g)NO3–H+ bagian katode(elektrode hidrogen standar)Zn(s)→Zn2+(aq) + 2e–2H+(aq) + 2e–→H2(g)+TombolNO3––
39Reaksi Redoks dan Elektrokimiac.Kekuatan Oksidator dan ReduktorData potensial reduksi standar pada Tabel 2.1 menunjukkan urutankekuatan suatu zat sebagai oksidator (zat tereduksi).Oksidator + ne–⎯⎯→ ReduktorSemakin positif nilai E°sel, semakin kuat sifat oksidatornya. Sebaliknya,semakin negatif nilai E°sel, semakin lemah sifat oksidatornya.Dapatkah Anda mengukurkekuatan atautenaga teman-teman Anda secara akurat?Bagaimana cara mengukurnya?Kegiatan InkuiriBerdasarkanContoh 2.6, potensial elektrode yang lain untukberbagai reaksi setengah sel dapat diukur, hasilnya ditunjukkan padaTabel 2.1.Reaksi reduksiTabel 2.1Nilai Potensial Reduksi Standar Beberapa ElektrodeE°selLi+(aq) + e–ZZXYZZ Li(s)Na+(aq) + e–ZZXYZZ Na(s)Mg2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Mg(s)Al3+(aq) + 3e–ZZXYZZ Al(s)2H2O(A) + 2e–ZZXYZZ H2(g) + 2OH–(aq)Zn2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Zn(s)Cr3+(aq) + 3e–ZZXYZZ Cr(s)Fe2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Fe(s)Cd2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Cd(s)Ni2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Ni(s)Sn2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Sn(s)Pb2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Pb(s)Fe3+(aq) + 3e–ZZXYZZ Fe(s)2H+(aq) + 2e–ZZXYZZ H2(s)Sn4+(aq) + 2e–ZZXYZZ Sn2+(aq)Cu2+(aq) + e–ZZXYZZ Cu+(aq)Cu2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Cu(s)Cu+(aq) + e–ZZXYZZ Cu(s)I2(s) + 2e–ZZXYZZ 2I– (aq)Fe3+(aq) + e–ZZXYZZ Fe2+(aq)Ag+(aq) + e–ZZXYZZ Ag(s)Hg2+(aq) + 2e–ZZXYZZ Hg(A)2Hg+(aq) + 2e–ZZXYZZ Hg2(aq)Br2(A) + 2e–ZZXYZZ 2Br–(aq)O2(g) + 4H+(aq) + 4e–ZZXYZZ 2H2O(A)Cl2(g) + 2e–ZZXYZZ 2Cl–(aq)H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2e–ZZXYZZ 2H2O(A)S2O82– (aq) + 2e–ZZXYZZ 2SO42–(aq)F2(g) + 2e–ZZXYZZ 2F–(aq) –3,04 –2,71 –2,38 –1,66– 0,83 –0,76– 0,74– 0,41– 0,40 –0,23– 0,14 –0,13– 0,040,000,150,160,340,520,540,770,800,850,901,071,231,361,782,012,87Kata Kunci•Gaya Gerak Listrik (GGL)•Elektrode hidrogen•Potensial Oksidasi•Potensial reduksi•Perbedaan Potensial•Potensial reduksi standarSumber:General Chemistry, 1990
40Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIBerdasarkan data potensial pada Tabel 2.1, oksidator terkuat adalahgas fluorin (F2) dan oksidator paling lemah adalah ion Li+. Reduktorpaling kuat adalah logam Li dan reduktor paling lemah adalah ion F–.Reduktor⎯⎯→ Oksidator + ne–Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa suatu reduktor palingkuat merupakan oksidator yang paling lemah. Sebaliknya, suatu oksidatorterkuat merupakan reduktor terlemah.Berdasarkan pengetahuan kekuatan oksidator dan reduktor, Andadapat menggunakan Tabel 2.1 untuk memperkirakan arah reaksi reduksi-oksidasi dalam suatu sel elektrokimia.Suatu reaksi redoks dalam sel elektrokimia akan berlangsung secaraspontan jika oksidatornya (zat tereduksi) memiliki potensial reduksistandar lebih besar atau GGL sel berharga positif.Menentukan Kekuatan Relatif at Pengoksidasi dan PereduksiUrutkan oksidator berikut menurut kekuatannya pada keadaan standar: Cl2(g),H2O2(aq), Fe3+(aq).Jawab:Perhatikanlah data potensial reduksi pada Tabel 2.1. Dari atas ke bawah menunjukkanurutan bertambahnya kekuatan oksidator (zat tereduksi).Cl2(g) + 2e–⎯⎯→ 2Cl– (aq)1,36 VH2O2(aq) + 2H+(aq)+ 2e–⎯⎯→ 2H2O(A)1,78 VFe3+(aq) + e–⎯⎯→ Fe2+(aq)0,77 VJadi, kekuatan oksidator dari ketiga spesi itu adalah: H2O2(aq) Cl2(g) Fe3+(aq).Contoh2.7Menentukan Arah Reaksi dari Potensial Elektrode StandarSel elektrokimia dibangun dari reaksi berikut.Sn(s) Sn2+(aq) Zn2+(aq) Zn(s)Apakah reaksi akan terjadi spontan menurut arah yang ditunjukkan oleh persamaanreaksi tersebut?Jawab:Pada reaksi tersebut, Sn sebagai reduktor (teroksidasi) dan Zn2+ sebagai oksidator(tereduksi). Potensial reduksi standar untuk masing-masing setengah sel adalahZn2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Zn(s)E° = –0,76 VSn2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Sn(aq)E° = –0,14 VSuatu reaksi redoks dalam sel elektrokimia akan berlangsung spontan jika zat yangberperan sebagai oksidator lebih kuat.Berdasarkan nilai E°, Zn2+ merupakan oksidator lebih kuat dibandingkan denganSn2+. Oleh karena itu, reaksi akan spontan ke arah sebagaimana yang dituliskan padapersamaan reaksi.Zn(s) + Sn2+(aq)⎯⎯→ Zn2+(aq) + Sn(aq)Reaksi ke arah sebaliknya tidak akan terjadi sebab potensial sel berharga negatif.Contoh2.8
41Reaksi Redoks dan Elektrokimiad.Penentuan GGL SelNilai GGL sel elektrokimia dapat ditentukan berdasarkan tabelpotensial elektrode standar. Syarat bahwa sel elektrokimia akanberlangsung spontan jika oksidator yang lebih kuat berperan sebagaipereaksi atau GGL sel berharga positif.Esel = (Ekatode – Eanode) 0Sel elektrokimia yang dibangun dari elektrode Zn dan Cu memilikisetengah reaksi reduksi dan potensial elektrode berikut.Zn2+(aq)+ 2e–⎯⎯→ Zn(s)E°= –0,76 VCu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)E°= +0,34 VUntuk memperoleh setengah reaksi oksidasi, salah satu dari reaksi tersebutdibalikkan.Pembalikan setengah reaksi yang tepat adalah reaksi reduksi yang potensialsetengahselnya lebih kecil. Pada reaksi tersebut yang dibalik adalah reaksireduksi Zn2+ sebab akan menghasilkan nilai GGL sel positif. Pembalikan reaksireduksi Zn2+ menjadi reaksi oksidasi akan mengubah tanda potensial selnya.Zn(s)⎯⎯→ Zn2+(aq) + 2e–E°= +0,76 VCu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)E°= +0,34 VPenggabungan kedua setengah reaksi tersebut menghasilkan persamaanreaksi redoks dengan nilai GGL sel positif.Zn(s)⎯⎯→ Zn2+(aq)+ 2e–E°= +0,76 VCu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)E°= +0,34 VZn(s) + Cu2+(aq)⎯⎯→ Zn2+(aq) + Cu(s)E°sel = +1,10 VNilai GGL sel sama dengan potensial standar katode (reduksi)dikurangi potensial standar anode (oksidasi). Metode ini merupakan caraalternatif untuk menghitung GGL sel.E°sel = E°katode – E°anodeE°sel = E°Cu – E°Zn = 0,34 V – (–0,76 V) = 1,10 VMenghitung GGL Sel dari Data Potensial Reduksi StandarHitunglah nilai GGL sel dari notasi sel berikut.Al(s) Al3+(aq) Fe2+(aq) Fe(s)Jawab:Setengah reaksi reduksi dan potensial elektrode standar masing-masingadalah:Al3+(aq) + 3e–⎯⎯→Al(s)E°= –1,66 VFe2+(aq) + 2e–⎯⎯→Fe(s)E°= –0,41 VAgar reaksi berlangsung spontan, Al dijadikan anode atau reaksi oksidasi.Oleh karena itu, setengah-reaksi Al dan potensial selnya dibalikkan:Al(s)⎯⎯→Al3+(aq) + 3e–E°= +1,66 VFe2+(aq) + 2e–⎯⎯→Fe(s)E°= –0,41 VDengan menyetarakan terlebih dahulu elektron yang ditransfer, kemudiankedua reaksi setengah sel digabungkan sehingga nilai GGL sel akandiperoleh:Contoh2.9
42Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIC.Sel ElektrolisisSel volta menghasilkan arus listrik searah ketika reaksi redoks didalam sel terjadi secara spontan. Adapun sel elektrolisis merupakankebalikan dari sel volta, yakni menerapkan arus listrik searah untukmendorong agar terjadi reaksi elektrokimia di dalam sel.1.Prinsip ElektrolisisElektrolisis artinya penguraian suatu zat akibat arus listrik. Zat yangterurai dapat berupa padatan, cairan, atau larutan. Arus listrik yangdigunakan adalah arus searah (direct current = ).Tempat berlangsungnya reaksi reduksi dan oksidasi dalam selelektrolisis sama seperti pada sel volta, yaitu anode (reaksi oksidasi) dankatode (reaksi reduksi). Perbedaan sel elektrolisis dan sel volta terletakpadakutub elektrode. Pada sel volta, anode (–) dan katode (+), sedangkanpada sel elektrolisis sebaliknya, anode (+) dan katode (–).Pada sel elektrolisis anode dihubungkan dengan kutub positif sumberenergi listrik, sedangkan katode dihubungkan dengan kutub negatif. Olehkarena itu pada sel elektrolisis di anode akan terjadi reaksi oksidasi dandikatode akan terjadi reaksi reduksi.Kerjakanlah di dalam buku latihan.1.Rakitlah sel volta yang dibangun dari elektrode Zn dalamlarutan ZnSO4dan elektrode Cu dalam larutan CuSO4.Kemudian, tunjukkan arah aliran elektron dan aliran ion-ion dalam jembatan garam. Tunjukkan pula katode dananodenya. Tuliskan reaksi redoks yang terjadi dalam sel.2.Tuliskan notasi untuk sel volta dengan setengah reaksiberikut.Cd(s)⎯⎯→ Cd2+(aq) + 2e–Pb2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Pb(s)3.Tuliskan reaksi sel volta secara lengkap dari notasi selberikut.Fe(s) Fe2+(aq) Ag+(aq) Ag(s)4.Tuliskan reaksi sel untuk sel volta berikut.Cd(s) Cd2+(aq) Cl+(aq) Cl2(g) Pt5.Tuliskan notasi sel untuk reaksi berikut.Fe3+(aq) + Sn2+(aq)⎯⎯→ Fe2+(a ) + Sn4+(a )6.Urutkan kekuatan zat-zat berikut sebagai oksidator dansebagai reduktor:Zn2+, Cu2+, Mg2+, Ag+, Sn, H2O, O2.Tes Kompetensi SubbabB7. Apakah reaksi akan spontan menurut arah yangditunjukkan dalam persamaan berikut.Cu2+(aq) + 2I–(aq)⎯⎯→ Cu(s) + I2(s)8. Data potensial reduksi standar untuk reaksi setengahsel adalahSn4+(aq) + 2e–⎯⎯→ Sn2+(aq)E° = 0,15 VFe3+(aq) + e–⎯⎯→ Fe2+(aq)E° = 0,77 VTuliskan persamaan reaksi sel yang dapat berlangsungspontan.9. Manakah reaksi redoks berikut yang akan berlangsungspontan jika dilakukan pada keadaan standar?a.Al(s) Al3+(aq) Cr3+(aq) Cr(s)b.Fe(s) Fe3+(aq) Cr3+(aq) Cr(s)10. Hitunglah GGL sel yang dibangun dari sel dengannotasi berikut.Ni(s) Ni2+(aq) Ag+(aq) Ag(s)2Al(s)⎯⎯→2Al3+(aq) + 6e–E°= +1,66 V3Fe2+(aq) + 6e–⎯⎯→3Fe(s)E°= –0,41 V2Al(s) + 3Fe2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Fe(s)E°= 1,25 V⎯⎯→
43Reaksi Redoks dan ElektrokimiaKetika kedua elektrode karbon dihubungkan dengan sumber energilistrik arus searah, dalam sel elektrolisis terjadi reaksi redoks, yaitupenguraian air menjadi gas H2 dan gas O2.Reaksi redoks yang terjadi dalam sel elektrolisis adalahAnode (+) : 2H2O(A)⎯⎯→ O2(g) + 4H+(aq) + 4e– (oksidasi O2–)Katode (–) : 4H2O(A) + 4e–⎯⎯→ 2H2(g) + 4OH–(aq) (reduksi H+)Reaksi: 2H2O(A)⎯⎯→ 2H2(g) + O2(g)Berapakah perbandingan volume gas H2 dan O2 yang terbentuk padakedua tabung reaksi?Berdasarkan persamaan reaksi redoks dapat diramalkan bahwaperbandingan volume gas H2 terhadap O2 adalah 2 : 1. Jika volume gasH2 20 mL, volume gas O2 adalah 10 mL.Alat yang akurat untuk penyelidikan elektrolisis air adalah alatelektrolisis Hoffman (Gambar 2.9). Alat ini dilengkapi elektrode platinadalam tabung penampung gas berskala sehingga volume gas hasilelektrolisis mudah diukur.Gambar 2.9Sel elektrolisis HoffmanGas-gas apa sajakah yang terbentukpada setiap lengan dari sel Hoffman?AccumulatorDapatkah arus listrik bolak-balik (alternating current = A) dipakai dalam sel elektrolisis?Diskusikan di dalam kelas.Kegiatan InkuiriAktivitas Kimia 2.2Elektrolisis AirTujuanMengetahui cara kerja dari sel elektrolisis.Alat1.Gelas kimia4.Baterai 6–12 volt2.Elektrode karbon5.Gelas ukur3.Tabung reaksi6.KabelBahan1.Air2.H2SO4 1MLangkah Kerja1.Pasang perangkat sel elektrolisis seperti Gambar 2.8.2.Tuangkan 250 mL air ke dalam gelas kimia, kemudian tambahkan 1 mL larutanH2SO4 1 M.3.Celupkan 2 buah elektrode karbon ke dalam gelas kimia besar dan isi denganair hingga penuh.4.Hubungkan kedua elektrode itu dengan sumber arus searah (baterai atauadaptor) yang memiliki GGL sekitar 6 – 12 volt.Pertanyaan1.Mengapa dalam elektrolisis di atas harus ditambahkan H2SO4?2.Apa yang terjadi pada permukaan kedua elektrode?3.Apakah terbentuk gas dalam tabung reaksi? Berapakah perbedaan volumegas dalam tabung reaksi itu?4.Tuliskan reaksi redoks yang terjadi dalam sel elektrolisis.5.Simpulkan hasil pengamatan dari percobaan yang Anda lakukan dandiskusikan dengan guru Anda.Gambar 2.8Sel elektrolisisKatode(–)Anode(+)e–LarutanPlat logame–
44Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIMenentukan Reaksi Redoks dalam Sel ElektrolisisTuliskan reaksi sel elektrolisis untuk larutan ZnSO4.Jawab:Di anode terjadi persaingan antara ion SO42– dan H2O dan di katode terjadi persainganantara ion Zn2+ dan H2O.Untuk mengetahui pemenangnya dapat dilihat data potensial reduksi standar.Di katode (+): reaksi reduksiZn2+(aq) + 2e–⎯⎯→Zn(s)E°= –0,76 V2H2O(A) + 2e–⎯⎯→H2(g) + 2OH-(aq)E°= –0,83 VDi anode (–): reaksi oksidasi2SO42–(aq)⎯⎯→S2O82–(aq) + 2e–E°= –2,01 V2H2O(A)⎯⎯→O2(g) + 4H+(aq) + 4e–E°= –1,23 VBerdasarkan data potensial di atas, di katode terjadi reduksi ion Zn2+ dan di anodeterjadi oksidasi H2O. Persamaan reaksinya:Katode: 2Zn2+(aq) + 4e–⎯⎯→2Zn(s)Anode: 2H2O(A)⎯⎯→O2(g) + 4H+(aq) + 4e–Reaksi: 2ZnSO4(aq) + 2H2O(A)⎯⎯→2Zn(s) + O2(g) + 2H2SO4(aq)Contoh2.102.Elektrolisis LarutanElektrolisis larutan berbeda dengan elektrolisis air. Misalnya larutanNaI, terdapat ion Na+ dan ion I–. Kedua ion ini bersaing dengan molekulair untuk dielektrolisis.Di katode terjadi persaingan antara molekul H2O dan ion Na+(keduanya berpotensi untuk direduksi). Demikian juga di anode, terjadipersaingan antara molekul H2O dan ion I– (keduanya berpotensi dioksidasi).Spesi mana yang akan keluar sebagai pemenang? Pertanyaan tersebutdapat dijawab berdasarkan nilai potensial elektrode standar.Setengah reaksi reduksi di katode:Na+(aq) + e–⎯⎯→ Na(s)E° = –2,71 V2H2O(A) + 2e–⎯⎯→ H2(g) + 2OH–(aq)E° = –0,83 VBerdasarkan nilai potensialnya, H2O lebih berpotensi direduksidibandingkan ion Na+ sebab memiliki nilai E° lebih besar. Perkiraan inicocok dengan pengamatan, gas H2 dilepaskan di katode.Setengah reaksi oksidasi di anode:2I–(aq)⎯⎯→ I2(g) + 2e–E° = –0,54 V2H2O(A)⎯⎯→ O2(g) + 4H+(aq) + 4e–E° = –1,23 VBerdasarkan nilai potensial, ion I– memenangkan persaingan sebabnilai E° lebih besar dibandingkan molekul H2O.Reaksi yang terjadi pada sel elektrolisis:Katode:2H2O(A) + 2e–⎯⎯→ H2(g) + 2OH–(aq)Anode:2I–(aq)⎯⎯→ I2(g) + 2e–Reaksi: 2H2O(A) + 2I–(aq)⎯⎯→ H2(g) + I2(g) + 2OH–(aq)Kata Kunci•Elektrolisis•Arus listrik•Arus searah
45Reaksi Redoks dan Elektrokimia3.Stoikiometri ElektrolisisMichael Faraday adalah seorang pakar Kimia-Fisika Inggris. Faradaymenyatakan bahwa sel elektrolisis dapat digunakan untuk menentukanbanyaknya zat yang bereaksi berdasarkan jumlah muatan listrik yangdigunakan dalam rentang waktu tertentu.Dalam sel volta maupun sel elektrolisis terdapat hubungan kuantitatifantara jumlah zat yang bereaksi dan muatan listrik yang terlibat dalam reaksiredoks. Pernyataan ini merupakan prinsip dasar Hukum Faraday, yaitu:1.Dalam sel elektrokimia, massa zat yang diendapkan pada suatuelektrode sebanding dengan besarnya muatan listrik (aliranelektron) yang terlibat di dalam sel.2.Massa ekuivalen zat yang diendapkan pada elektrode akan setarajika muatan listrik yang dialirkan ke dalam sel sama.Aliran listrik tiada lain adalah aliran elektron. Oleh karena itu, muatanlistrik yang terlibat dalam sel elektrokimia dapat ditentukan berdasarkanmuatan elektron yang terlibat dalam reaksi redoks pada sel elektrokimia.Berdasarkan hasil penyelidikan Millikan (model tetes minyak),diketahui bahwa muatan elektron: e = 1,60218 × 10–19 C. Oleh karenaitu, muatan listrik yang terjadi jika satu mol elektron ditransfer adalah = (6,022 × 1023 mol–1) (1,60218 × 10–19 C) = 96.485 C mol–1Nilai muatan listrik untuk satu mol elektron ditetapkan sebesar satufaraday, dilambangkan dengan , yaitu: = 96.485 C mol–1Arus listrik sebesar iampere yang mengalir selama t detikmenghasilkan muatan listrik: = i × t coulomb. Dalam satuan Faraday,besarnya muatan listrik ( ) tersebut adalah sebagai berikut.×=faraday96.485itBerdasarkan Hukum I Faraday , jika muatan listrik dapat dihitung makamassa zat yang bereaksi di elektrode dapat ditentukan.Tinjaulah elektrolisis lelehan NaCl. Jika lelehan NaCl dielektrolisis, ion-ion Na+bermigrasi menuju anode dan ion-ion Cl– bermigrasi menuju anode.Katode (–) : Na+(A) + e–⎯⎯→ Na(s)Anode (+) : Cl–(A)⎯⎯→12Cl2(g) + e–Untuk mereduksi satu mol ion Na+ diperlukan satu mol elektronatau diperlukan muatan sebesar satu faraday, yaitu 96.485 C mol–1.Besarnya muatan ini dapat ditentukan dari jumlah arus listrik yangmengalir dan lama waktu elektrolisis: = i (A) × t (detik).Secara umum, tahap-tahap perhitungan stoikiometri elektrolisisditunjukkan pada diagram berikut. Perhitungan dapat dimulai dari aruslistrik yang mengalir selama waktu tetentu atau jumlah zat yang terlibatdalam reaksi redoks.Massa ekuivalen zat (meq) adalahmassa relatif zat per satuanmuatannya. Contoh:Cu2+ + 2e–⎯⎯→Cu(s)meq (Cu) = 63, 52= 31,75Molecule s ekuivalen mass ismolecule s relative mass for eachcharge. Example:Cu2+ + 2e⎯⎯→Cu(s)meq (Cu) = 63, 52= 31,75NoteCatatanArus listrikdan waktuMuatan (C)atau faraday (F)Mol elektronMol atMassavolume atKata Kunci•Muatan listrik•Hukum I Faraday•Stoikiometri elektrolisis•Massa ekuivalen zat
46Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIJika sejumlah sel elektrolisis dirangkaikan secara seri, seperti di-tunjukkan pada Gambar 2.10, bagaimanakah hubungan muatan danberat ekuivalen zat?Gambar 2.10Elektrolisis beberapa larutan yangdirangkaikan secara seri.Apakah elektrolisis beberapa larutandapat dirangkaikan secara paralel?Menghitung Berat at yang Diendapkan dalam Sel Elektrolisis1.Hitunglah massa Cu yang dapat diendapkan di katode jika arus listrik 2 A dialirkanke dalam sel elektrolisis larutan Cu2+ selama 10 menit. Diketahui ArCu = 63,5.2.Dalam elektrolisis larutan CuSO4, 2 g logam Cu diendapkan pada katode.Berapakah arus listrik yang dialirkan selama 30 menit?Jawab:1.Tahap 1: Tentukan muatan listrik yang digunakan= i × t= 2 A × 600 s = 1.200 CTahap 2: Tentukan jumlah mol elektron yang setara dengan muatan listrik1 mol e– = 1 faraday = 96.485 C mol–1Jumlah mol elektron untuk 1.200 C:1.200 C96.485 C mol-1 = 12,4 × 10–3 molTahap 3: Elektron yang mengalir digunakan untuk mereduksi ion Cu2+ menurutpersamaan:Cu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)Jadi, 12,4 × 10–3 mol elektron dapat mengendapkan ion Cu2+ sebanyak:2+1 m o l C u2 mo l e−×12,4 × 10–3 mol e– = 6,2 × 10–3 molJadi, jumlah ion Cu2+ yang diendapkan sebanyak 6,2 × 10–3 mol.Tahap 4: Massa Cu yang diendapkan di katode sebesar6,2 ×10–3 mol × 63,5 g mol–1 = 0,395 g2.Jumlah mol Cu = 12g63,5gmol− 0,03 molJumlah mol elektron yang digunakan:Cu2+(aq) + 2e–⎯⎯→Cu(s)2+2mol e1molCu×0,03 mol Cu = 0,06 mol e–Muatan listrik yang digunakan:0,06 mol × 96.485 C mol–1 = 5.789 CJumlah arus listrik yang dialirkan selama 30 menit: = i t⎯⎯→ 5.789 C = i × 1.800 detiki = 3,2 AJadi, arus listrik yang harus dialirkan selama 30 menit adalah 3,2 A.Contoh2.11–+Sumber:Chemistry: The Central Science, 2000SekilasKimiaPada 1812, dia menjadi asisten dilaboratorium Humphry Davy diRoyal Institution. Dia berhasilmelakukan penemuan-penemuanpenting, seperti hubungankuantitatif antara arus listrik danreaksi kimia dalam sel elektrokimia.Michael Faraday(1791–1867)
47Reaksi Redoks dan ElektrokimiaMenurutHukum II Faraday ,massa ekuivalen zat yang diendapkanakan sama jika muatan listrik yang mengalir tetap. Hubungan massa ekuivalendan massa zat (dalam satuan gram) yang diendapkan di katode dirumuskansebagai berikut.Massa zat =eqm i tdenganmeq adalah massa ekuivalen, i arus listrik yang dialirkan (ampere),dant adalah waktu elektrolisis (detik).Oleh karena pada rangkaian sel secara seri, arus listrik yang mengalirke dalam setiap sel tetap, Anda dapat menentukan berat zat dalam setiapsel elektrolisis dengan zat yang berbeda.Penerapan Hukum II Faraday1.Dua buah sel elektrolisis dirangkaikan secara seri, sel pertama mengandung CuSO41 M dan sel kedua mengandung CuSO4 2 M. Hitunglah massa Cu yangdiendapkan pada setiap sel jika arus yang dialirkan sebesar 0,5 A selama 10 menit.Diketahui Ar Cu = 63,5.2.Jika larutan CuSO4 dan AgNO3 dirangkaikan secara seri, kemudian dielektrolisisdan mengalami setengah reaksi reduksi sebagai berikut.Ag+(aq) + e–⎯⎯→Ag(s)Cu2+(aq) + 2e–⎯⎯→Cu(s)Berapakah massa Cu yang diendapkan jika dalam sel elektrolisis AgNO3ditemukan 10 g perak?Diketahui Ar Ag = 107, Cu = 63,5.Jawab:1.Menurut Hukum II Faraday :Oleh karena sel dirangkaikan secara seri, arus yang mengalir tetap sehinggamassa ekuivalen Cu sama dalam setiap sel.Endapan Cu dalam kedua sel sama sebab arus yang mengalir tetap.Massa Cu = eqm i t = 63, 52×10,5 A × 600 s0, 987 g96.485C mol−=2.Massa Ag = eqm i t10 g = 1071i t→i t= 0,039 CMassa Cu = 63, 52× 0,039 C= 2,967 gContoh2.124.Aplikasi ElektrolisisPrinsip elektrolisis banyak diterapkan dalam pelapisan logam denganlogam yang lebih baik (electroplating), juga dalam pengolahan danpemurnian logam.a.Penyepuhan (electroplating)Penyepuhan (electroplating) adalah suatu metode elektrolisis untukmelapisi permukaan logam oleh logam lain yang lebih stabil terhadap cuacaatau untuk menambah keindahannya. Contohnya, besi dilapisi nikel agartahan karat, tembaga dilapisi perak atau emas agar lebih bernilai.Kata Kunci•Hukum II Faraday•Electroplating (penyepuhan)
48Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIILogam besi banyak dipakai untuk berbagai aplikasi, tetapi tidak tahanterhadap cuaca sehingga mudah berkarat. Agar besi tahan terhadap karatmaka permukaan besi sering dilapisi oleh logam yang lebih stabil, sepertiseng, nikel, atau perak.Dalam praktiknya, besi dicelupkan ke dalam sel berisi larutan logamyang akan dilapiskan. Agar logam mengendap pada besi maka besidijadikan sebagai katode. Lakukan oleh Anda percobaan berikut.b.Pemurnian LogamPrinsip elektrolisis banyak diterapkan pada pengolahan dan pemurnianlogam. Contoh, logam aluminium diolah dan dimurnikan secaraelektrolisis dari mineral bauksit. Logam tembaga diolah melaluipemanggangan tembaga(II) sulfida, kemudian dimurnikan secaraelektrolisis.Aktivitas Kimia 2.3Penyepuhan Besi dengan NikelTujuanMelakukan penyepuhan besi dengan nikel.Alat1.Bejana2.Batang nikel3.Sumber arus4.Cincin besiBahanNiCl2 1MLangkah Kerja1.Buatlah dalam kelompok kerja Anda perangkat sel elektrolisis seperti yangditunjukkan pada gambar berikut2.Siapkan larutan NiCl2 1M dalam suatu bejana dan batang nikel berikutlempengan yang akan dikerjakan.3.Celupkan lempengan dan batang nikel ke dalam larutan dan hubungkandengan arus listrik searah. Cincin besi ditempatkan sebagai katode (–) danbatang nikel sebagai anode (+).4.Amatilah proses yang terjadi.Pertanyaan1.Jelaskan proses yang terjadi pada penyepuhan logam tersebut?2.Presentasikan hasil pengamatan kelompok Anda di depan kelas.DCAnode(+)NiKatode(–)FeNi2+NiCl2Ni(s)→Ni2+(aq) + 2e–Ni2+(aq) + 2e–→Ni(s)
49Reaksi Redoks dan ElektrokimiaGambar 2.11Pemurnian tembaga menggunakanelektrolisis.Logam tembaga yang akan dimurnikan ditempatkan sebagai anodedan logam tembaga murni ditempatkan sebagai katode, keduanyadicelupkan dalam larutan CuSO4, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11.Selama elektrolisis terjadi reaksi sebagai berikut.Anode (+): Cu(s)⎯⎯→ Cu2+(aq) + 2e–Katode (–): Cu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s)Logam-logam pengotor yang kurang reaktif, seperti emas, perak, danplatina membentuk endapan lumpur di dasar sel anode. Adanya logam-logam yang lebih reaktif, seperti Zn2+, dan Ni2+ tetap berada dalam larutansebagai ion-ionnya.Sumber:Chemistry: The Central Science, 2000KatodeAnodeLumpur anodeMx+CuCu2+CuM+–Kerjakanlah di dalam buku latihan.1.Manakah yang akan mengalami reduksi jika dikatode terdapat spesi berikut.a.molekul H2O dan ion Cu2+(aq)b.molekul H2O, ion Al3+(aq), dan ion Ni2+(aq)2.Manakah yang akan mengalami oksidasi jika di anodeterdapat spesi berikut.a.molekul H2O dan ion Fe2+(aq)b.molekul H2O, ion Cl–(aq), dan ion F–(aq)3.Mengapa larutan di sekitar katode menjadi basa jikalarutan Na2SO4 dielektrolisis?4.Jelaskan senyawa apa yang dihasilkan jika lelehan NaCldielektrolisis. Mengapa NaCl padat tidak dapatdielektrolisis, sedangkan lelehannya dapat dielektrolisis?5.Jika larutan Hg(NO3)2 dielektrolisis pada arus tetap1,5 A selama 45 menit, hitunglah massa logam Hgyang diendapkan pada katode.6.Berapakah perbandingan massa O2 terhadap massaH2 yang dihasilkan jika larutan Na2SO4 dielektrolisisselama 2,5 jam dengan arus 1,5 A?7.Jika arus digunakan 5 A, tentukan waktu untukmengendapkan satu mol logam natrium, logammagnesium, dan logam aluminium.Tes Kompetensi SubbabC8.Tentukanlah produk elektrolisis larutan MgCl2,kemudian hitunglah massa zat yang dihasilkan padamasing-masing elektrode jika arus yang digunakansebesar 5 A selama 1 jam.9.Pada elektrolisis larutan AgNO3 diendapkan logamAg sebanyak 2 g. Hitunglah massa I2 yang terbentukpada elektrolisis larutan NaI jika dihubungkan secaraseri dengan larutan AgNO3.10. Berapakah massa logam Cu, Fe, dan Au yang akandiendapkan jika diketahui volume gas H2 yangterbentuk pada sel elektrolisis HCl sebanyak 5,6 liter(STP) dan dihubungkan secara seri dengan sel-sellogam?11.Proses Hoopes adalah proses elektrolisis untukmemurnikan aluminium. Aluminium murniterbentuk di daerah katode. Tuliskan reaksi yangterjadi di dalam sel elektrolisis.
50Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIEndapan karatFe2O3.nH2OUdaraO2Daerah anodikTetes airFe2+(aq)e–Daerah katodikReaksi di katode:O2 + 4H+ + 4e–→ 2H2OatauO2 + 2H2O + 4e–→4OH–Reaksi di anode:Fe(s) Fe2+ + 2e–BesiGambar 2.12Proses korosi pada besiSumber:Chemistry: The Central Science, 2000Emas dengan potensial reduksistandar 1,5 V lebih besardibandingkan potensial reduksistandar gas O2 (1,23 V) sehinggaemas tidak terkorosi di udaraterbuka. Di alam emas terdapatsebagai logam murni.Standard potensial reduction of goldis 1,5 V greater than O2 so thatthecorrotion wouldn t occure in the air.Gold behaves as pure metal in nature.NoteCatatanD.Korosi dan PengendaliannyaAplikasi lain dari prinsip elektrokimia adalah pemahaman terhadapgejala korosi pada logam dan pengendaliannya. Berdasarkan datapotensial reduksi standar, diketahui bahwa logam-logam selain emasumumnya terkorosi (teroksidasi menjadi oksidanya).1.Definisi KorosiKorosi pada logam terjadi akibat interaksi antara logam danlingkungan yang bersifat korosif, yaitu lingkungan yang lembap(mengandung uap air) dan diinduksi oleh adanya gas O2, CO2, atauH2S. Korosi dapat juga terjadi akibat suhu tinggi.Korosi pada logam dapat juga dipandang sebagai proses pengembalianlogam ke keadaan asalnya, yaitu bijih logam. Misalnya, korosi pada besimenjadi besi oksida atau besi karbonat.4Fe(s) + 3O2(g) + 2nH2O(A)⎯⎯→ 2Fe2O3.nH2O(s)Fe(s) + CO2(g) + H2O(A)⎯⎯→ Fe2CO3(s) + H2(g)Oleh karena korosi dapat mengubah struktrur dan sifat-sifat logammaka korosi cenderung merugikan. Diperkirakan sekitar 20% logam rusakakibat terkorosi pada setiap tahunnya.Logam yang terkorosi disebabkan karena logam tersebut mudahteroksidasi. Menurut tabel potensial reduksi standar, selain logam emasumumnya logam-logam memiliki potensial reduksi standar lebih rendahdari oksigen.Jika setengah reaksi reduksi logam dibalikkan (reaksi oksidasi logam)digabungkan dengan setengah reaksi reduksi gas O2 maka akandihasilkan nilai potensial sel, Esel positif. Jadi, hampir semua logam dapatbereaksi dengan gas O2 secara spontan.Beberapa contoh logam yang dapat dioksidasi oleh oksigenditunjukkan pada persamaan reaksi berikut.4Fe(s) + O2(g) + 2nH2O(A)⎯⎯→ 2Fe2O3.nH2O(s)Esel = 0,95 VZn(s) + O2(g) + 2H2O(A)⎯⎯→ Zn(OH)4(s)Esel = 0,60 V2.Mekanisme Korosi pada BesiOleh karena besi merupakan bahan utama untuk berbagai konstruksimaka pengendalian korosi menjadi sangat penting. Untuk dapatmengendalikan korosi tentu harus memahami bagaimana mekanismekorosi pada besi. Korosi tergolong proses elektrokimia, seperti yangditunjukkan pada Gambar 2.12.→
51Reaksi Redoks dan ElektrokimiaBesi memiliki permukaan tidak halus akibat komposisi yang tidaksempurna, juga akibat perbedaan tegangan permukaan yang menimbulkanpotensial pada daerah tertentu lebih tinggi dari daerah lainnya.Pada daerah anodik (daerah permukaan yang bersentuhan denganair) terjadi pelarutan atom-atom besi disertai pelepasan elektron mem-bentuk ion Fe2+ yang larut dalam air.Fe(s)⎯⎯→ Fe2+(aq) + 2e–Elektron yang dilepaskan mengalir melalui besi, sebagaimana elektronmengalir melalui rangkaian luar pada sel volta menuju daerah katodikhingga terjadi reduksi gas oksigen dari udara:O2(g) + 2H2O(g) + 2e–⎯⎯→ 4OH–(aq)Ion Fe2+ yang larut dalam tetesan air bergerak menuju daerah katodik,sebagaimana ion-ion melewati jembatan garam dalam sel volta dan bereaksidengan ion-ion OH– membentuk Fe(OH)2. Fe(OH)2 yang terbentukdioksidasi oleh oksigen membentuk karat.Fe2+(aq) + 4OH–(aq)⎯⎯→ Fe(OH)2(s) 2Fe(OH)2(s) + O2(g)⎯⎯→ Fe2O3.nH2O(s)Reaksi keseluruhan pada korosi besi adalah sebagai berikut (lihatmekanisme pada Gambar 2.13):4Fe(s) + 3O2(g) + n H2O(A)⎯⎯→ 2Fe2O3.nH2O(s) KaratAkibat adanya migrasi ion dan elektron, karat sering terbentuk padadaerah yang agak jauh dari permukaan besi yang terkorosi (lubang).Warna pada karat beragam mulai dari warna kuning hingga cokelat-merah bahkan sampai berwarna hitam. Warna ini bergantung pada jumlahmolekul H2O yang terikat pada karat.3.Faktor-Faktor yang Memengaruhi KorosiBerdasarkan pengetahuan tentang mekanisme korosi, Anda tentudapat menyimpulkan faktor-faktor apa yang menyebabkan terbentuknyakorosi pada logam sehingga korosi dapat dihindari.Gambaran umum proses korosi besiFe(OH)2(s) + O2(g)→KaratOH– (aq)Fe2+(aq)O2(g) + H2O(g) + 2e– Fe(s)Daerah katodikDaerah anodikGambar 2.13Mekanisme korosi pada besiKata Kunci•Korosi•Daerah katodik•Daerah anodikAktivitas Kimia 2.4Faktor-Faktor yang Dapat Menyebabkan KorosiTujuanMenjelaskan faktor-faktor yang dapat menyebabkan korosi.Alat1.Tabung reaksi2.Paku3.AmpelasBahan1.Air2.CaCl23.Oli4.NaCl 0,5%5.Aseton12 34 5udara+ airudaratanpa airair tanpaudaratanpa udaradan airudara + air +garamoliKapas +CaCl2Air sudahdididihkanpaku
52Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIISetelah dibiarkan beberapa hari, logam besi (paku) akan terkorosiyang dibuktikan oleh terbentuknya karat (karat adalah produk dariperistiwa korosi). Korosi dapat terjadi jika ada udara (khususnya gas O2)dan air. Jika hanya ada air atau gas O2 saja, korosi tidak terjadi.Adanya garam terlarut dalam air akan mempercepat proses korosi.Hal ini disebabkan dalam larutan garam terdapat ion-ion yang membantumempercepat hantaran ion-ion Fe2+hasil oksidasi.Kekerasan karat meningkat dengan cepat oleh adanya garam sebabkelarutan garam meningkatkan daya hantar ion-ion oleh larutan sehinggamempercepat proses korosi. Ion-ion klorida juga membentuk senyawakompleks yang stabil dengan ion Fe3+. Faktor ini cenderung meningkatkankelarutan besi sehingga dapat mempercepat korosi.4.Pengendalian KorosiKorosi logam tidak dapat dicegah, tetapi dapat dikendalikan seminimalmungkin. Ada tiga metode umum untuk mengendalikan korosi, yaitupelapisan (coating), proteksi katodik, dan penambahan zat inhibitor korosi.a.Metode Pelapisan (Coating)Metode pelapisan adalah suatu upaya mengendalikan korosi denganmenerapkan suatu lapisan pada permukaan logam besi. Misalnya, denganpengecatan atau penyepuhan logam.Penyepuhan besi biasanya menggunakan logam krom atau timah.Kedua logam ini dapat membentuk lapisan oksida yang tahan terhadapkarat (pasivasi) sehingga besi terlindung dari korosi. Pasivasi adalahpembentukan lapisan film permukaan dari oksida logam hasil oksidasiyang tahan terhadap korosi sehingga dapat mencegah korosi lebih lanjut.Logam seng juga digunakan untuk melapisi besi (galvanisir), tetapiseng tidak membentuk lapisan oksida seperti pada krom atau timah,melainkan berkorban demi besi. Seng adalah logam yang lebih reaktifdari besi, seperti dapat dilihat dari potensial setengah reaksi oksidasinya:Zn(s)⎯⎯→Zn2+(aq) + 2e–Eo= –0,44 VFe(s)⎯⎯→Fe2+(g) + 2e–Eo= –0,76 VLangkah Kerja1.Sediakan 5 buah tabung. Masing-masing diisi dengan paku yang permukaannyasudah diampelas dan dibersihkan dengan aseton.2.Tabung 1 diisi dengan sedikit air agar sebagian paku terendam air dan sebagianlagi bersentuhan dengan udara.3.Tabung 2 diisi dengan udara tanpa uap air (tambahkan CaCl2 untuk menyerapuap air dari udara) dan tabung ditutup rapat.4.Tabung 3 diisi dengan air tanpa udara terlarut, yaitu air yang sudah dididihkandan tabung ditutup rapat.5.Tabung 4 diisi dengan oli agar tidak ada udara maupun uap air yang masuk.6.Tabung 5 diisi dengan sedikit larutan NaCl 0,5% (sebagian paku terendamlarutan dan sebagian lagi bersentuhan dengan udara.7.Amati perubahan yang terjadi pada paku setiap hari selama 3 hari.Pertanyaan1.Bagaimana kondisi paku pada setiap tabung reaksi? Pada tabung manakahpaku berkarat dan tidak berkarat?2.Apa kesimpulan Anda tentang percobaan ini? Diskusikan dengan temansekelompok Anda.
53Reaksi Redoks dan ElektrokimiaOleh karena itu, seng akan terkorosi terlebih dahulu daripada besi. Jikapelapis seng habis maka besi akan terkorosi bahkan lebih cepat darikeadaan normal (tanpa seng).Paduan logam juga merupakan metode untuk mengendalikan korosi.Bajastainless steel terdiri atas baja karbon yang mengandung sejumlahkecil krom dan nikel. Kedua logam tersebut membentuk lapisan oksidayang mengubah potensial reduksi baja menyerupai sifat logam muliasehingga tidak terkorosi.Gambar 2.14Proses katodik denganmenggunakan logam Mg.Sumber:Chemistry: The Central Science,2000Aluminium memiliki potensial oksidasi lebih tinggi daripada besi, tetapi mengapaaluminium banyak digunakan sebagai rangka atau peralatan dan tidak tampakterkorosi sebagaimana besi?Kegiatan Inkuirib.Proteksi KatodikProteksi katodik adalah metode yang sering diterapkan untukmengendalikan korosi besi yang dipendam dalam tanah, seperti pipaledeng, pipa pertamina, dan tanki penyimpan BBM. Logam reaktif sepertimagnesium dihubungkan dengan pipa besi. Oleh karena logam Mgmerupakan reduktor yang lebih reaktif dari besi, Mg akan teroksidasiterlebih dahulu. Jika semua logam Mg sudah menjadi oksida maka besiakan terkorosi. Proteksi katodik ditunjukkan pada Gambar 2.14.Kata Kunci•Coating (pelapisan)•Proteksi katodik•Pasivasi•GalvanisirPermukaan tanahTanah yang mengandung elektrolitPipa besiKabelMagnesium(anode)Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut.Anode : 2Mg(s)⎯⎯→ 2Mg2+(aq) + 4e–Katode : O2(g) + 2H2O (A) + 4e–⎯⎯→ 4OH–(aq)Reaksi : 2Mg(s) + O2(g) + 2H2O⎯⎯→ 2Mg(OH)2(s)Oleh sebab itu, logam magnesium harus selalu diganti dengan yangbaru dan selalu diperiksa agar jangan sampai habis karena berubahmenjadi hidroksidanya.
54Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIc.Penambahan InhibitorInhibitor adalah zat kimia yang ditambahkan ke dalam suatu lingkungankorosif dengan kadar sangat kecil (ukuran ppm) guna mengendalikan korosi.Inhibitor korosi dapat dikelompokkan berdasarkan mekanismepengendaliannya, yaitu inhibitor anodik, inhibitor katodik, inhibitorcampuran, dan inhibitor teradsorpsi.1) Inhibitor anodikInhibitor anodik adalah senyawa kimia yang mengendalikan korosidengan cara menghambat transfer ion-ion logam ke dalam air. Contohinhibitor anodik yang banyak digunakan adalah senyawa kromat dansenyawa molibdat.2) Inhibitor katodikInhibitor katodik adalah senyawa kimia yang mengendalikan korosidengan cara menghambat salah satu tahap dari proses katodik, misalnyapenangkapan gas oksigen (o ygen scavenger) atau pengikatan ion-ion hidrogen.Contoh inhibitor katodik adalah hidrazin, tannin, dan garam sulfit.3) Inhibitor campuranInhibitor campuran mengendalikan korosi dengan cara menghambatproses di katodik dan anodik secara bersamaan. Pada umumnya inhibitorkomersial berfungsi ganda, yaitu sebagai inhibitor katodik dan anodik.Contoh inhibitor jenis ini adalah senyawa silikat, molibdat, dan fosfat.4) Inhibitor teradsorpsiInhibitor teradsorpsi umumnya senyawa organik yang dapatmengisolasi permukaan logam dari lingkungan korosif dengan caramembentuk film tipis yang teradsorpsi pada permukaan logam. Contohjenis inhibitor ini adalah merkaptobenzotiazol dan 1,3,5,7–tetraaza–adamantane.Kerjakanlah di dalam buku latihan.1.Mengapa besi teroksidasi sangat lambat? Jelaskan.(Gunakan data potensial sel)2.Adakah persamaan antara proses korosi besi dan selvolta? Jelaskan.Tes Kompetensi SubbabD3.Mengapa logam besi berperan sebagai katode jikadihubungkan dengan logam magnesium atau seng?Jelaskan.4.Apa yang dimaksud dengan inhibitor? Bagaimanakerja dari masing-masing inhibitor?Kata Kunci•Inhibitor korosi•Lingkungan korosif
55Reaksi Redoks dan ElektrokimiaRangkuman1. Persamaan reaksi redoks dapat disetarakan denganmetode bilangan oksidasi dan metode setengah-reaksi,yang memisahkan reaksi menjadi dua bagian reaksi.2. Elektrokimia adalah bidang kimia yang mengkajienergi listrik dalam reaksi kimia.3. Sel volta adalah sel elektrokimia yang mengubahreaksi redoks menjadi energi listrik. Sel volta disusundari dua elektrode yang dihubungkan secara internalmelalui jembatan garam dan secara eksternal melaluirangkaian kabel yang dapat dihubungkan denganlampu listrik atau voltmeter.4. Dalam sel volta, oksidasi terjadi pada anode danreduksi terjadi pada katode. Kutub listrik pada anodenegatif dan kutub listrik pada katode positif. Jembatangaram berfungsi sebagai penghubung kedua elektrodesecara internal untuk menetralkan ion-ion berlebihselama proses redoks berlangsung. Jembatan garamberisi larutan garam.5. Potensial atau GGL sel adalah daya dorong elektronagar dapat mengalir dari anode menuju katode.6. Potensial reduksi standar adalah potensial reduksisetengah sel yang diukur pada keadaan standar(konsentrasi 1 M, suhu 25°C, dan tekanan udara 1 atm).7. Sebagai standar untuk pengukuran potensial selreduksi adalah elektrode hidrogen. Berlangsungtidaknya suatu sel elektrokimia dapat diramalkanberdasarkan nilai potensial reduksi standar. Jikapotensial sel elektrokimia berharga positif , reaksi dalamsel akan berlangsung spontan, sebaliknya tidak terjadi.8. Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yangmerupakan kebalikan dari sel volta. Dalam selelektrolisis, energi listrik dipasok untuk mendorongreaksi redoks tidak spontan menjadi spontan.9. Sel elektrolisis disusun dari dua elektrode (katode dananode) dan larutan elektrolit. Di anode terjadi reaksioksidasi dan di katode terjadi reaksi reduksi (samadengan sel volta). Perbedaannya, dalam sel elektrolisis,kutub anode (+) dan katode (–).10. Jumlah zat yang terendapkan pada katode, arus listrikdan waktu elektrolisis yang diperlukan dapat dihitungberdasarkan Hukum Faraday.11. Sel elektrolisis banyak digunakan untuk pengolahandan pemurnian logam serta pelapisan logam(electroplating).12. Korosi pada logam terjadi akibat interaksi antara logamdan lingkungan yang bersifat korosif, yaitu lingkunganlembap dan diinduksi oleh adanya gas O2 atau CO2.13. Korosi tidak dapat dicegah, tetapi dapat dikendalikan,baik dengan cara pelapisan logam (coating), proteksikatodik, maupun penambahan inhibitor.14. Inhibitor adalah zat kimia yang ditambahkan ke dalamlingkungan yang korosif dengan konsentrasi relatifsedikit untuk mengendalikan korosi.
56Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIPeta KonsepApakah Anda merasa kesulitan dalam memahamimateri di Bab 2 ini? Bagian manakah dari materi Bab 2 iniyang tidak Anda kuasai? Jika Anda merasa kesulitan,diskusikan dengan teman atau guru Anda.Pada bab ini Anda telah mempelajari reaksi redoksdan prinsip elektrokimia (sel volta), yang dapat menguatkanpemahaman Anda terhadap penyetaraan reaksi redoksbaik dengan metode perubahan bilangan oksidasi maupundengan metode setengah reaksi. Dengan menggunakanprosedur yang sudah baku, Anda juga dapat menerapkanbeberapa aplikasi teknologi yang berkaitan dengan prosespenyediaan energi.RefleksiPada bab ini juga Anda dapat memahami prinsipelektrolisis. Aplikasi sel elektrolisis di antaranya bergunauntuk pengendalian korosi dengan berbagai cara, sepertipelapisan logam (coating), proteksi katodik, danpenambahan inhibitor. Pemahaman konsep redoksdapat memperkirakan apakah suatu reaksi berlangsungspontan atau tidak.Tahukah Anda manfaat lainnya dari mempelajarireaksi redoks dan elektrokimia?ElektrokimiaRedoksMetode setengahreaksiSel elektrokimiaKatodeAnodeKutub positifKutub negatifSel elektolisisHukum FaradayKatodeAnodeKutub negatifKutub positifmerupakanmerupakanmerupakanmerupakanMetode PBOdisetarakandenganterdiri atasterdiri atasberdasarkanterdiri atasberdasarkan
57Reaksi Redoks dan ElektrokimiaEvaluasi Kompetensi Bab 2A. Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat.1.Setengah reaksi reduksi NO3– menjadi N2O adalahsebagai berikut.aNO3–(aq) + bH+ + 8e–⎯⎯→ cN2O(g) + dH2O(A)Nilai a dan b yang cocok adalah ....A.2, 5D.1, 5B.2, 10E.5, 10C.1, 42.Pada penyetaraan setengah reaksi berikut.CN–⎯⎯→CNO–Jumlah elektron yang harus ditambahkan adalah ....A.nolB.satu di kananC.satu di kiriD.dua di kananE.dua di kiri3.Gas H2S dapat dioksidasi oleh KMnO4 membentukK2SO4, MnO2, dan zat lain. Pada reaksi tersebut, setiapmol H2S akan melepaskan elektron sebanyak ....A.2 molB.4 molC.5 molD.7 molE.8 mol4.UMPTN 1999:Perhatikanlah reaksi redoks berikut.Sn(s)+4HNO3(aq)⎯⎯→SnO2(s)+4NO2(s)+ H2O(A)Zat yang berperan sebagai reduktor, yaitu...A.SnB.HNO3C.SnO2D.NO2E.H2O5.Pada reaksi berikut.aKMnO4+bHCl⎯⎯→cCl2+dMnCl2 + eKCl + fH2ONilaia dan c yang sesuai adalah ....A.2, 5D.5, 16B.2, 8E.8, 16C.5, 86.Pada setengah reaksi oksidasi metanol menjadi asamformat, jumlah elektron yang harus ditambahkanadalah ....A.0D.3B.1E.4C.27.Reaksi ion permanganat dan ion oksalat dalam larutanbasa memiliki persamaan berikut.MnO4– (aq)+C2O42–(aq)⎯⎯→ MnO2(s)+CO32–(aq)Jika persamaan ini disetarakan, jumlah ion OH–yangdibentuk adalah ....A.nolD.empat di kananB.dua di kananE.empat di kiriC.dua di kiri8.Perhatikan persamaan reaksi reduksi berikut.p IO3–(aq) + H+ + r e–→ s I2(s) +t H2O(A)Nilaip, , r, s, t di atas berturut-turut adalah ....A.1, 6, 5, 1, 3B.1, 12, 10, 1, 6C.2, 12, 10, 1, 12D.2, 12, 10, 1, 6E.1, 5, 6, 1, 39.Zat H2O2 terurai menjadi O2 dan H2O jika dipanaskan.Dalam reaksi tersebut, H2O2 ....A.direduksi jadi O2 dan dioksidasi jadi H2OB.dioksidasi menjadi O2 dan direduksi jadi H2OC.dioksidasi menjadi O2 dan juga H2OD.direduksi menjadi O2 dan juga H2OE.terurai tanpa mengalami oksidasi dan reduksi10. Pada sel volta, elektron mengalir dari ....A.potensial rendah ke potensial tinggiB.kutub positif ke kutub negatifC.anode ke katode melalui sirkuit eksternalD.setengah sel reduksi ke setengah sel oksidasiE.anode ke katode melalui jembatan garam11. Jembatan garam pada sel volta berfungsi sebagai ....A.penghubung kedua setengah selB.media aliran elektronC.pembangkit tenaga listrik selD.penetral kelebihan ion dalam selE.pemercepat kerja sel volta12. Perhatikanlah konstruksi sel volta berikut.Potensial elektrode standar untukAg+(aq) + e ⎯⎯→ Ag(s)E° = 0,80 VSn2+(aq) + 2e ⎯⎯→ Sn(s) E°= 0,14 VGGL sel yang terjadi adalah ....A.0,52 voltD.0,94 voltB.0,66 voltE.1,74 voltC.0,87 voltSnAgSn2+(aq)Ag+(aq)1 M1 M
58Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XII13. Sel volta disusun dari elektrode karbon dalam larutanFe2+ sebagai anode dan elektrode hidrogen standarsebagai katode. Penulisan lambang yang tepat untuksel ini adalah ....A.Fe(s) Fe2+(aq) H+(aq) H2(g) PtB.Fe2+(s) Fe(s) H+(aq) H2(g) PtC.C(s) Fe2+(aq), Fe3+ H+(aq) H2(g) PtD.C (s) Fe2+(aq) H2(s) H+(aq) PtE.C(s) Fe2+(aq),Fe3+(aq) Pt H2(g) H+(aq)14. Zat yang dapat mereduksi Ag+ menjadi Ag, tetapitidakdapat mereduksi Ni2+ menjadi Ni adalah ....A.ZnD.CdB.PbE.AlC.Mg15. Potensial reduksi standar Cu, Ni, dan Zn berturut-turut0,34 volt, –0,25 volt, dan –0,76 volt. Potensial sel voltapaling besar diperoleh jika ....A.Cu sebagai katode, Zn sebagai anodeB.Cu sebagai katode, Ni sebagai anodeC.Ni sebagai katode, Zn sebagai anodeD.Ni sebagai katode, Cu sebagai anodeE.Zn sebagai katode, Cu sebagai anode16.UMPTN 1999 A:Diketahui:Ni2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Ni(s)Eo = –0,25 VPb2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Pb(s)Eo = –0,13 VPotensial standar sel volta yang tersusun dari elektrodeNi dan Pb adalah ....A.–0,38 voltD.+0,25 voltB.–0,12 voltE.+0,25 voltC.+0,12 volt17. Perhatikan potensial reduksi standar berikut. I2(s) + e–⎯⎯→ I–(aq)Eo = 0,54 VFe3+(aq) + e–⎯⎯→ Fe2+(aq)Eo = 0,76 V Br2(A) + e–⎯⎯→ Br–(aq)Eo = 1,07 VPasangan yang dapat bereaksi adalah ....A.Fe2+, Br2B.Fe3+, Br2C.Fe2+, Br–D.Fe2+, I–E.I2, Br–18.Ebtanas 1999:Diketahui potensial reduksi standar untuk:Fe3+Fe2+ = +0,77 V; Zn2+Zn = –0,76 V; Cu2+Cu= +0,34 V; Mg2+Mg = –2,37 V.Reaksi yang memiliki potensial terbesar adalah ....A.Zn(s) + Cu2+(aq)→Zn2+(aq)+ Cu(s)B.Zn(s) + 2Fe3+(aq)→Zn2+(aq)+ 2Fe2+(aq)C.Mg(s) + 2Fe3+(aq)→Mg2+(aq)+ 2Fe2+(aq)D.Cu(s) + Mg2+(aq)→Cu2+(aq)+ Mg(s)E.2Fe2+(aq) + Cu2+(aq)→2Fe3+(aq)+ Cu(s)19. Potensial sel Zn(s) Zn2+(1M) Pb2+(1M) Pb(s)adalah ... (lihat tabel potensial reduksi standar)A.0,889 voltB.0,637 voltC.0,511 voltD.–0,637 voltE.–0,889 volt20. Potensial elektrode standar reaksi reduksi adalahsebagai berikut.Zn(aq) + 2e ⎯⎯→ Zn(s)Eo = –0,76 VAg+(aq) + e ⎯⎯→ Ag(s)Eo = +0,80 VGGL sel yang dibentuk dari seng dan perak adalah....(dalam satuan volt)A.0,80 + (–0,76)B.0,80 – (–0,76)C.(2 × 0,80) + (–0,76)D.(2 × 0,80) – (–0,76)E.(2 × 0,76) – 0,8021. Pada sel elektrolisis berlaku ....A.oksidasi terjadi pada katodeB.anode bermuatan negatifC.migrasi kation menuju elektrode positifD.elektrode yang dihubungkan dengan terminalpositif baterai dinamakan katodeE.reduksi berlangsung di katode22. Jika larutan MgCl2 dielektrolisis, zat yang akanterbentuk di anode adalah....A.Mg(s)B.Cl2(g)C.H2(g)D.O2(g)E.HClO23. Pada proses elektrolisis larutan NaOH dengan elektrodePt, reaksi kimia yang terjadi pada katode adalah ....A.Na+(aq) + e–⎯⎯→Na(s)B.4OH–(aq)⎯⎯→2H2O(A) + O2(g) + 4e–C.2H2O(A) + 2e–⎯⎯→H2(g) + 2OH–(aq)D.2 H+(aq) + 2e–⎯⎯→H2(g)E.2H2O(A)⎯⎯→4H+(aq) + O2(g) + 4e–24.UMPTN 1995 B:Oksidasi satu mol ion CN– menjadi ion CNO–memerlukan muatan listrik sebanyak ....A.1 FD.4 FB.2 FE.6 FC.3 F25. Diketahui data potensial reduksi standar:1. Fe3+(aq) + e–⎯⎯→ Fe2+(aq) Eo= + 0,77 V2. Cu2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Cu(s) Eo= + 0,34 V3. Pb2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Pb(s) Eo= – 0,13 V4. H2O(A)+e–⎯⎯→ H2(g)+OH–(aq)Eo=+ 0,50 VBerdasarkan data tersebut, urutan yang terlebih dahuludielektrolisis pada katode adalah ....
59Reaksi Redoks dan ElektrokimiaA.1, 2, 3, 4B.1, 3, 4, 2C.1, 4, 2, 3D.1, 4, 3, 2E.1, 3, 2, 426.UMPTN 1997 A:Untuk mereduksi 60 g ion Ca2+ menjadi Ca (Ar Ca =40) diperlukan ....A.1,0 FD.3,0 FB.1,5 FE.4,0 FC.2,0 F27. Pada percobaan elektrolisis, perbandingan tetapanFaraday terhadap tetapan Avogadro adalah ....A.jumlah mol elektronB.jumlah elektronC.muatan elektronD.muatan satu mol elektronE.muatan pada ion28. Pada elektrolisis CdSO4 menggunakan elektrodekarbon terbentuk endapan Cd sebanyak 2 g di katode(Ar Cd=112). Volume O2 yang terbentuk di anodepada STP adalah ....A.0,2 LB.0,4 LC.0,5LD.0,6LE.0,8 L29. Dua buah sel masing-masing berisi larutan NiCl2 danAgNO3 dihubungkan secara seri. Jika selama elektrolisispada sel kedua terbentuk 0,54 gram perak (Ar Ag=108) maka massa nikel (Ar Ni =59) yang terbentukpada sel pertama adalah ....A.147,5 mgB.295,0 mgC.442,5 mgD.590,0 mgE.737,5 mg30. Pada elektrolisis, jumlah arus listrik pada waktu tertentudapat mengendapkan 0,01 mol Ag. Jika jumlah aruslistrik dan waktu yang sama dialirkan ke dalam larutanCu2+ maka logam Cu yang diendapkan sebanyak ....A.0,001 molB.0,005 molC.0,010 molD.0,02 molE.0,10 mol31.UMPTN 1998 B:Perkaratan besi pada suhu kamar dipengaruhi olehadanya ....A.oksigen sajaB.air dan nitrogenC.oksigen dan airD.air dan argonE.air saja32. Aluminium walaupun tergolong logam reaktif, tetapitidak bereaksi dengan oksigen dari udara. Hal inidisebabkan ....A.dilindungi oleh sejumlah kecil pengotornyaB.oksidanya membentuk lapisan pelindung yangkuat pada logamC.gas N2 dan CO2 di udara melindungi oksidasialuminumD.membentuk lapisan pelindung melalui reaksidengan belerang di udaraE.aluminium tergolong logam mulia33. Gambar berikut menunjukkan pembentukan korosipada besi.Percobaan yang terjadi korosi adalah ....A.1 dan 3D.1 dan 5B.2 dan 4E.2 dan 5C.3 dan 534. Untuk menghambat korosi, pipa besi yang dipendamdalam tanah dihubungkan dengan logam yang lebihreaktif, seperti Mg. Pada sistem ini ....A.elektron mengalir dari Fe ke MgB.Mg mengalami oksidasiC.Fe berfungsi sebagai anodeD.Fe melepaskan elektronE.Mg berfungsi sebagai katode35. Jenis inhibitor yang mengendalikan korosi dengan caramenangkap gas O2 adalah inhibitor ....A.katodikB.anodikC.campuranD.adsoprsiE.coating12 34 5udara+ airudaratanpa airair tanpaudaratanpa udaradan airudara + air +garamoliKapas +CaCl2Air sudahdididihkan
60Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XIIB. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar.1.Setarakanlah reaksi redoks berikut dalam suasana asammenggunakan metode setengah reaksi.a.Cu(s) + HNO3(aq)⎯⎯→ Cu2+ + NO(g)b.Cr2O72– + Cl–⎯⎯→ Cr3+ + Cl2(g)c.Pb(s) + PbO2(s) + H2SO4(aq)⎯⎯→ PbSO4(s)d.Mn2+ + NaBiO3 (s)⎯⎯→ Bi3+ + MnO4–e.H3AsO4(aq) + Zn(s)⎯⎯→ AsH3(s)+ Zn2+f.Br–+ MnO4–⎯⎯→ Br2(A)+ Mn2+g.CH3OH(aq)+ Cr2O72–⎯⎯→ CH2O(aq)+ Cr3+2.Setarakanlah reaksi redoks berikut dalam suasana basamenggunakan metode setengah reaksi.a.Al(s) + MnO4–⎯⎯→ MnO2(s) + Al(OH)4–b.Cl2(g)⎯⎯→ Cl– + ClO–c.NO2– + Al(s)⎯⎯→ NH3(aq) + AlO2–d.MnO4– + S2–⎯⎯→ MnS(s)+ S(g)e.CN– + MnO4–⎯⎯→ CNO– + MnO2(s)3.Gas klor pertama kali dibuat oleh Scheele tahun 1774melalui oksidasi asam klorida dengan mangan(IV)oksida. Reaksinya:NaCl(aq) + H2SO4(aq) + MnO2(s)⎯⎯→Na2SO4(aq)+ MnCl2(aq) + H2O(A) + Cl2(g)Setarakanlah reaksi tersebut dengan metode PBO.4.Mengapa nilai potensial sel merupakan kekuatan relatifyang harganya tidak mutlak?5.Sel volta tersusun atas elektrode seng dalam larutanseng sulfat dan elektrode nikel dalam larutan nikelsulfat. Setengah reaksinya adalahZn(s)⎯⎯→ Zn2+(a ) + 2e–Ni2+(aq) + 2e–⎯⎯→ Ni(s)Gambarkan diagram sel, kemudian tunjukkan anode,katode, arah aliran elektron, dan gerakan kation.6.Hitunglah potensial sel yang diperoleh dari sel pada25oC menggunakan elektrode di mana I–(aq)dihubungkan dengan I2(s) dan elektrode lain denganlogam krom yang dicelupkan ke dalam larutanCr3+(aq).7.Ketika besi berkarat, permukaan logam berperan sebagaianode sel volta. Mengapa logam besi menjadi katodedari sel volta jika dihubungkan dengan logam Mg atauZn? Jelaskan.8.Tentukanlah produk elektrolisis larutan LiBr danhitunglah massa setiap produk yang dibentuk melaluielektrolisis untuk 1 jam dengan arus 2,5 A.