Halaman
25Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3BAB 2REAKSI REDOKS DANELEKTROKIMIAPada pelajaran bab kedua ini, akan dipelajari tentang penyetaraan reaksiredoks, potensial sel, korosi, dan sel elektrolisis.pakukarat besiair atau uap airO2Gambar 2.1 Proses perkaratan besiSumber: Ensiklopedi Sains dan Kehidupan
26KIMIA SMA Jilid 3Di kelas X Anda sudah mempelajari pengertian oksidasidan reduksi. Pada peristiwa oksidasi dan reduksi, sebelumdan sesudah terjadi reaksi, atom-atom yang terlibat menga-lami perubahan bilangan oksidasi. Dalam pokok bahasan iniakan dipelajari persamaan reaksi redoks, konsep-konsepelektrokimia, hubungan reaksi redoks dengan elektrokimia,dan penggunaan konsep dan elektrokimia dalam kehidupansehari-hari. Misalnya penggunaan aki pada mobil, bateraipada handphone.Hubungan antara reaksi oksidasi reduksi (redoks) de-ngan energi listrik dapat dipelajari dalam elektrokimia. Elek-trokimia merupakan ilmu kimia yang mempelajari hubungantimbal balik antara perubahan kimia dengan gejala kelistrikan.Dalam elektrokimia akan dipelajari transfer elektron melaluisirkuit luar sebagai gejala listrik dan reaksi redoks yang terlibatdi dalamnya. Transfer elektron pada reaksi redoks di dalamlarutan berlangsung melalui hubungan langsung antara par-tikel berupa atom, molekul, atau ion yang saling melakukanserah terima elektron.Tujuan Pembelajaran:Setelah melakukan percobaan dan mengamati hasil percobaan diharapkan siswa mampu:zmenyetarakan persamaan reaksi redoks;zmenerangkan sel volta serta reaksi-reaksi yang terjadi;zmenentukan potensial sel melalui perhitungan dan pengukuran;zmemahami gejala terjadinya korosi dan faktor-faktor yang mempengaruhi;zmenjelaskan proses reaksi pada sel elektrolisis.zmenerapkan konsep hukum Faraday pada sel elektrolisis.Bab 2Reaksi Redoks dan ElektrokimiaGambar 2.2Penggunaan konsep redoksdan elektrokimia
27Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3Persamaan reaksi redoks dikatakan setara jika jumlahatom dan jumlah muatan di ruas kiri sama dengan jumlah atomdan jumlah muatan di ruas kanan. Pada dasarnya reaksi re-doks berlangsung di dalam pelarut air sehingga penyetaraanpersamaan reaksi redoks selalu melibatkan ion H+ dan OH–.Terdapat dua metode untuk menyetarakan reaksi redoks, yaitudengan cara setengah reaksi dan cara bilangan oksidasi.1. Penyetaraan reaksi redoks dengan cara setengahreaksiMetode untuk menyetarakan reaksi redoks dengancara setengah reaksi lebih praktis dibanding cara bilanganoksidasi. Cara ini dapat berlangsung dalam suasana asammaupun basa.a. Penyetaraan reaksi redoks dengan cara setengahreaksi dalam suasana asamHal-hal yang perlu dilakukan untuk menyetara-kan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi dalamsuasana asam adalah sebagai berikut.1) Ditulis perubahan ion yang terjadi.2) Bagian yang kekurangan oksigen ditambahkanH2O.3) Bagian yang kekurangan hidrogen ditambahkanH+.4) Menyamakan muatan ruas kiri dan ruas kanan de-ngan menambahkan elektron.5) Menjumlahkan setengah reaksi oksidasi dengansetengah reaksi reduksi dan pada akhir reaksi jum-lah elektron dihilangkan.A. Persamaan Reaksi Redoks
28KIMIA SMA Jilid 3b. Penyetaraan reaksi redoks dengan cara setengah reaksidalam suasana basaHal-hal yang perlu dilakukan untuk menyetarakanreaksi redoks dengan cara setengah reaksi dalam sua-sana basa adalah sebagai berikut.1) Ditulis perubahan ion yang terjadi.2) Bagian yang kekurangan oksigen ditambahkan OH–.3) Bagian yang kekurangan hidrogen ditambahkan H2O.4) Menyamakan muatan ruas kiri dan ruas kanan denganmenambahkan elektron.5) Menjumlahkan setengah reaksi oksidasi dengan se-tengah reaksi reduksi dan pada akhir reaksi jumlahelektron dihilangkan.Contoh soal:Setarakan reaksi-reaksi berikut!a. Cu(s) + HNO3(aq)o Cu(NO3)2(aq) + NO(g) + H2O(l)b. NaCrO2(aq) + Br2(g) + NaOH(aq)o Na2CrO4(aq) + NaBr(s) + H2O(l)Jawab:a. Reaksi ion:Cu(s) + NO3–(aq)o Cu2+(aq) + NO(g)1) Cu(s)o Cu2+(s) + 2 e–(oksidasi)NO3–(aq) + 3 e–o NO(g) (reduksi)2) Cu(s)o Cu2+(s) + 2 e–NO3–(aq) + 4 H+(aq) + 3 e–o NO(g) + 2 H2O(l)3) Cu(s)o Cu2+(s) + 2 e–u 3NO3–(aq) + 4 H+(aq) + 3 e–o NO(g) + 2 H2O(l)u 23 Cu(s) + 8 H+(aq) + 2 NO3–(aq)o 3 Cu2+(s) + 2 NO(g) + 4 H2O(l)Dalam persamaan molekular:3 Cu(s) + 8 H+(aq) + 2 NO3–(aq)o 3 Cu3+(s) + 2 NO(g) + 4 H2O(l) 6 NO3– 6 NO3–(aq)3 Cu(s) + 8 HNO3(aq)o 3 Cu(NO3)2(aq) + 2 NO(g) + 4 H2O(l)
29Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 32. Penyetaraan reaksi redoks dengan cara bilangan oksidasiLangkah-langkah menyetarakan persamaan reaksi redoks de-ngan cara bilangan oksidasi sebagai berikut.a. Menentukan unsur-unsur yang mengalami perubahan bilanganoksidasi dan menuliskan di atas lambang atomnya.b. Menyamakan unsur-unsur yang mengalami perubahan bilanganoksidasi.K2Cr2O7 + H2C2O4 + H2SO4o K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 2 CO2 + H2Ob. Reaksi ion:CrO2–(aq) + Br2(g)o CrO42–(aq) + Br–(g)1) CrO2–(aq)o CrO4–(aq) + 3 e–(oksidasi)Br2(g) + 2 e–o 2 Br–(g)(reduksi)2) CrO2–(aq) + 4 OH–(aq)o CrO4–(aq) + 2 H2O(l) + 3 e–u 2Br2(g) + 2 e–o 2 Br–(g)u 32 CrO2–(aq) + 8 OH–(l) + 3 Br2(g)o 2 CrO42–(aq) + 4 H2O(aq) +6 Br–(g)Dalam persamaan molekul:2 CrO2–(aq) + 8 OH–(l) + 3 Br2(g)o 2 CrO42–(aq) + 4 H2O(l) + 6 Br–(g)2 Na+(aq) 8 Na+ 4 Na+ 6 Na+2 NaCrO2(aq) + 8 NaOH(aq) + 3 Br2(g)o 2 Na2CrO4(aq) + 6 NaBr(l) + 4 H2Oc. Menentukan jumlah elektron yang dibebaskan dan jumlah elektronyang ditangkap berdasarkan perubahan bilangan oksidasi danjumlah atom yang mengalami perubahan bilangan oksidasi. +12 +6 +6 +4K2Cr2O7 + H2C2O4 + H2SO4o K2SO4 + Cr2(SO4)3 + CO2 + H2O
30KIMIA SMA Jilid 3d. Menyamakan jumlah elektron yang diterima dan jumlahelektron yang dilepaskan dengan mengalikannya.e. Tentukan koefisien reaksi zat-zat lain.Reaksi di atas yang belum berisi koefisiennya adalahH2SO4, K2SO4, dan H2O.Jumlah atom S di sebelah kiri = 1, jumlah atom S disebelah kanan = 4, sehingga koefisien H2SO4 = 4.Koefisien K2SO4 = 1.Jumlah atom H di ruas kiri = 14, jumlah atom H di ruaskanan = 2, sehingga koefisien H2O = 7.Jadi, persamaan reaksinya:K2Cr2O7(aq) + H2C2O4(aq) + H2SO4(aq)o K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) + 2 CO2(g) + H2O(l)K2Cr2O7(aq) + 3 H2C2O4(aq) + 4 H2SO4(aq)o K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) +6 CO2(g) + 7 H2O(l) +12 +6 +6 +8K2Cr2O7(aq) + H2C2O4(aq) + H2SO4(aq)o K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) + 2 CO2(g) + H2O(l)B. Reaksi Redoks dalam Sel ElektrokimiaK2Cr2O7(aq) + 3 H2C2O4(aq) + H2SO4(aq)o K2SO4(aq) + Cr2(SO4)3(aq) + 6 CO2(g) + H2O(l)Sel elektrokimia merupakan suatu sistem yang terdiriatas dua elektrode, yaitu katode dan anode, serta larutanelektrolit sebagai penghantar elektron. Pada katode terjadireaksi reduksi dan pada anode terjadi reaksi oksidasi.menangkap 6 e–membebaskan 2 e–6 e–u 12 e–u 3
31Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3Ada dua macam sel elektrokimia, yaitu sebagai berikut.1. Sel Volta (Sel Galvani)Dalam sel ini energi kimia diubah menjadi energi listrikatau reaksi redoks menghasilkan arus listrik.2. Sel ElektrolisisDalam sel ini energi listrik diubah menjadi energi kimiaatau arus listrik menghasilkan reaksi redoks.Bila logam seng dimasukkan ke dalam larutan temba-ga (II) sulfat (CuSO4) terjadi reaksi sebagai berikut.Zn(s) + CuSO4(aq)o ZnSO4(aq) + Cu(s)Adapun reaksi ionnya adalah sebagai berikut.Pada reaksi redoks terjadi perpin-dahan elektron secara langsung.Sel volta atau sel galvani dapatmenghasilkan arus listrik dan berlang-sung secara spontan. Sel volta adalah selelektrokimia yang menghasilkan aruslistrik. Perhatikan sel volta dengan elek-trode Cu dan Zn pada gambar di samping.Pada gambar tersebut, gelas kimia di sebelah kiri diisilarutan ZnSO4 dan dicelupkan logam Cu sebagai elektrode.Elektrode Zn dihubungkan dengan kutub negatif dan elektrodeCu dihubungkan dengan kutub positif voltmeter.Pada anode terjadi peristiwa oksidasi yaitu elektrondilepaskan dari atom-atom Zn dan masuk ke dalam larutan.Adapun reaksinya adalah sebagai berikut.Zn(s)o Zn2+(aq) + 2 e–Pada katode terjadi peristiwa reduksi, yaitu elektrondari Zn mengalir melewati kabel menuju ke elektrode Cu. Ada-pun reaksinya adalah sebagai berikut.Cu2+(aq) + 2 e–o Cu(s)Zn(s) + Cu2+(aq)o Zn2+(aq) + Cu(s)membebaskan 2 e–menangkap 2 e–Gambar 2.4Sel voltaVoltmeterAnodaZnKatodaCuNO2– Na+NO3–NO3–NO3–Zn2+Cu2+NO3–Zn(s)oZn2+(aq)+2 e–Cu2+(aq)+ 2 e–o Cu(s)Aliran kationAliran anione–e–
32KIMIA SMA Jilid 3Pada reaksi di atas, Zn berfungsi sebagai anode kare-na Zn mengalami oksidasi, sedangkan Cu berfungsi sebagaikatode karena Cu mengalami reduksi. Arah aliran elektronpada kawat penghantar adalah dari kutub negatif ke kutubpositif. Jadi, pada sel elektrokimia (sel volta) anode sebagaikutub negatif sedangkan katode sebagai kutub positif. Reaksipada sel elektrokimia dapat juga ditulis dengan notasi berikut.Zn(s) / Zn2+(aq) || Cu2+(aq) / Cu(s)Berdasarkan notasi di atas, sebelah kiri menunjukkananode dan sebelah kanan menunjukkan katode, sedang garissejajar (||) menggambarkan jembatan garam.Contoh soal:Jawab:Reduksi: Cu2+(aq) + 2 e–o Cu(s)Oksidasi : Zn(s)o Zn2+(aq) + 2 e–Reaksi sel : Cu2+(aq) + Zn(s)o Cu(s) + Zn2+(aq)+1. Tuliskan notasi sel volta pada reaksi berikut ini!Zn(s) + 2 AgNO3(aq)o Zn(NO3)2(aq) + 2 Ag(s)Jawab: reduksiZn(s) + 2 Ag+(aq)o Zn2+(aq) + 2 Ag(s) oksidasiAnode : ZnKatode : AgNotasi sel volta: Zn(s) / Zn2+(aq) || Ag+(aq) / Ag(s)2. Diketahui diagram sel sebagai berikut.Zn(s) / Zn2+(aq) || Cu2+(aq) / Cu(s)a. Tuliskan persamaan reaksi selnya!b. Tentukan logam yang bertindak sebagai katodedan sebagai anode!
33Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3Potensial sel volta dapat ditentukan melalui percobaandengan menggunakan voltmeter potensiometer.Perbedaan antara kedua sel yangterdapat di dalam sel volta disebut poten-sial elektrode. Untuk mengukur potensialsuatu elektrode digunakan elektrode lainsebagai pembanding atau standar. Elek-trode hidrogen digunakan sebagai elek-trode standar karena harga potensialnya= 0. Potensial elektrode yang dibanding-kan dengan elektrode hidrogen yang di-ukur pada suhu 25°C dan tekanan 1 atmdisebut potensial elektrode standar. Po-tensial elektrode hidrogen merupakanenergi potensial zat tereduksi dikurangienergi potensial zat teroksidasi.E°sel = E°katode – E°anodeContoh soal:Suatu sel volta terdiri atas elektrode Cu dalam larutanCuSO4 dan elektrode hidogen standar. Voltmeter menun-jukkan angka 0,34. Tentukan harga potensial elektrodeCu!Jawab:Reduksi : Cu2+(aq) + 2 e–o Cu(s)Oksidasi : H2(g)o 2 H+(aq) + 2 e–E°sel=E°katode – E°anodeE°sel=E°Cu2+/Cu – E°H2/H+0,34 =E°Cu2+/Cu – 0E°Cu2+/Cu = 0,34 voltC. Potensial SelGambar 2.5Menentukan potensial elektrode relatif.SakelarVoltmeterElektrodehidrogenNO2– Na+Me–M2X+e–PtH+H2(g)
34KIMIA SMA Jilid 3Tabel 2.1Potensial Reduksi Standar pada Suhu 25 °Cdan Konsentrasi Ion 1 ME0 (volt)Setengah Reaksi ReduksiOksidatorReduktor2,872,001,781,691,491,471,361,331,281,231,090,800,770,540,520,340,270,220,00–0,04–0,13–0,14–0,25–0,36–0,44KuatLemahF2 + 2 e– 2 F–S2Os2– + 2 e– 2 SO42–H2O2 + 2 H+ + 2 e– 2 H2OPbO2 + SO42– + 4 H+ + 2 e– PbSO4 + 2H2OSH+ + MnO4– + 5 e– Mn2+ + 4 H2O2 ClO3– + 12 H+ + 10 e– Cl2 + 6 H2OCl2(g) + 2 e– 2 Cl–Cr2O72– + 14 H+ + 6 e– 2 Cr3+ + 7 H2OMnO2 + 4 H+ + 2 e– Mn2+ + 2 H2OO2 + 4 H+ + 4 e– 2 H2OBr2(aq) + 2 e– 2Br–Ag+ + e– AgFe3+ + e– Fe2+I2(aq) + 2 e– 2I–Cu+ + e– CuCu2+ + 2 e– CuHg2Cl2 + e– 2 Hg + 2 Cl–AgCl + e– Ag + Cl–2 H+ + 2 e– H2Fe3+ + 3 e– FePb2+ + 3 e– PbSn2+ + 2 e– SnNi2+ + 2 e– NiPbSO4 + 2 e– Pb + SO42–Fe2+ + 2 e– Fe
35Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3E0 (volt)Setengah Reaksi ReduksiOksidatorReduktor–0,74–0,76–0,83–1,03–1,67–2,83–2,71–2,76–2,90–2,92–3,05LemahKuatCr3+ + 3 e– CrZn2+ + 2 e– Zn2 H2O + 2 e– H2 + 2 OH–Mn2+ + 2 e– MnAl3+ + 3 e– AlMg2+ + 2 e– MgNa+ + e– NaCa2+ + 2 e– CaBa2+ + 2 e– BaK+ + e– KLi+ + e– LiSelain menggunakan rumus di atas, E° sel dapat jugadihitung dengan rumus berikut ini.E°sel = Potensial reduksi standar + potensial oksidasi standarContoh soal:Diketahui harga potensial reduksi standar sebagai berikut.Cu2+(aq) + 2 e– Cu(s) E° = 0,34 voltAg+(aq) + 1 e– Ag(s) E° = 0,80 voltTentukan harga potensial sel Cu(s)/Cu2+(aq) || Ag+(aq)/Ag(s)!Jawab:Reduksi: Ag+(aq) + 1 e–o Ag(s) | u 2E° = 0,80 voltOksidasi : Cu(s)o Cu2+(aq) + 2 e–E° = –0,34 voltReaksi sel : 2 Ag+(aq) + Cu(s)o 2 Ag(s) + Cu2+(aq) E° = 0,46 volt+
36KIMIA SMA Jilid 3Anode(Zn)Katode(C-grafit)Pasta yangterdiri atasNH4Cl, MnO2dan karbonGambar 2.6Potongan membujur bateraikering (sel Leclanche)Sel-sel volta yang banyak digunakan dalam kehidupansehari-hari antara lain baterai dan aki. Baterai merupakansel volta primer sedangkan aki tergolong sel volta sekunder.a. Baterai (sel Leclanche)Baterai termasuk sel volta primer karena jika sum-ber energinya habis tidak dapat diisi lagi. Baterai (elemenkering) sering disebut sel Leclanche karena orang yangmenemukan bernama Leclanche. Sel Leclanche menggu-nakan batang karbon sebagai katode dan pelat sengsebagai anode. Di dalamnya berisi pasta yang merupakancampuran batu kawi (MnO2), amonium klorida (NH4Cl),karbon (C), dan sedikit air. Reaksi yang terjadi pada bateraisebagai berikut.b. Baterai alkalinAkhir-akhir ini baterai alkalin banyak digunakanorang. Mengapa? Hal ini tidak lain karena baterai alkalinmempunyai kekuatan arus listrik yang lebih besar bila di-banding baterai biasa (sel Leclanche). Pada dasarnyaprinsip kerja baterai alkalin sama dengan sel kering, hanyasaja baterai alkalin menggunakan logam seng sebagaianode dan MnO2 sebagai katode serta elektrolit yang di-gunakan KOH.Katode: 2MnO2(s) + 2NH+4(aq) + 2 e–o Mn2O3(s) + 2 NH3(aq) + H2O(l)Anode: Zn(s)o Zn2+(aq) + 2 e–Reaksi sel : Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH+4(aq)o Mn2O3(s) + Zn2+(aq) + 2NH3(aq) + H2O(l)+Zn2+ yang terbentuk mengikat NH3 membentuk se-nyawa kompleks Zn(NH3)42+ dengan reaksi sebagai be-rikut.Zn2+(aq) + 4NH3(aq)o Zn(NH3)42+(aq)Beda potensial satu sel kering adalah 1,5 volt de-ngan notasi sebagai berikut.Zn(s)/Zn2+(aq) || NH+4(aq) / NH3(g) + H2(g) / C(s)E° = 1,5 voltGambar 2.7Baterai Alkalin
37Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3Reaksi yang terjadi pada baterai alkalin adalahsebagai berikut.c. Baterai nikel-kadmiumBaterai nikel-kadmium adalah baterai kering yangdapat diisi kembali. Reaksi sel:Perhatikan, sama seperti pada aki, hasil-hasil reak-si pada baterai nikel kadmium merupakan zat padat yangmelekat pada kedua elektrodenya. Dengan membalikarah aliran elektron, zat-zat tersebut dapat diubah kembaliseperti zat semula.d. Sel akiSel aki tergolong jenis sel volta sekunder, karenajika zat yang ada di dalam aki habis, maka dengan me-ngalirkan arus listrik ke dalam sel aki zat semula akanterbentuk kembali, sehingga sel aki dapat berfungsi lagi.Sel aki terdiri atas Pb (timbal) sebagai anode danPbO2 (timbal dioksida) sebagai katode. Anode dan katodemerupakan zat padat (lempeng) yang berpori, keduanyadicelupkan di dalam larutan asam sulfat.Aki tidak memerlukan jembatan garam karena hasilreaksinya tidak larut dalam sulfat. Kedua elektrode disekatdengan bahan fiberglas agar keduanya tidak saling ber-sentuhan. Setiap sel aki mempunyai potensial 2 volt. Jadi,aki 6 volt terdiri 3 sel, aki 12 volt terdiri 6 sel, dan seba-gainya. Masing-masing sel dihubungkan secara seri.Anode: Cd(s) + 2 OH–(aq)oCd(OH)2(s) + 2 e–Katode: NiO2(s) + 2 H2O(l) + 2 e–oNi(OH)2(s) + 2 OH–(aq)Reaksi sel : Cd(s) + NiO(s) + 2 H2O(l)oCd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)+Katode: MnO2(s) + 2 H2O(l) + 2 e–oMn(OH)2(s) + 2 OH–(aq)Anode: Zn(s) + 2 OH–(aq)oZn(OH)2(s) + 2 e–Reaksi sel : Zn(s) + MnO2(s) + 2 H2O(s)oMn(OH)2(s) + Zn(OH)2(s)+Gambar 2.8Baterai nikel-kadmium
38KIMIA SMA Jilid 3Reaksi pengosongan aki adalah sebagai berikut.Anode dan katode berubah menjadi zat yang samayaitu PbSO4. PbSO4 yang terbentuk jika dibiarkan akanmenutup kedua elektrode yang berupa kristal putih. Jikapermukaan kedua elektrode sudah tertutup endapanPbSO4, maka tidak terdapat selisih potensial, dikatakanaki sudah habis setrumnya. PbO2 di katode dan Pb dianode berubah menjadi PbSO4. Untuk mengembalikanPbSO4 menjadi Pb dan PbO2, aki harus dialiri arus listrik.Selama pengosongan aki, H2SO4 diikat dan diha-silkan air. Dengan demikian kadar H2SO4 berkurang danmassa jenis larutan berkurang. Aki yang baru diisi me-ngandung larutan dengan massa jenis 1,25–1,30 gram/cm3. Jika massa jenis larutan turun sampai 1,20 gram/cm3, aki harus diisi kembali.Pengisian aki dilakukan dengan membalik arah alir-an elektron pada kedua elektrode. Pada pengosonganaki, anode (Pb) mengirim elektron pada katode; sebaliknyapada pengisian aki elektrode Pb dihubungkan dengankutub negatif sumber-sumber arus. PbSO4 yang terdapatpada anode mengalami reduksi, sedangkan PbSO4 yangterdapat pada katode mengalami oksidasi membentukPbO2. Reaksi pengisian aki adalah sebagai berikut.Pada reaksi di atas terbentuk 4 H+ + 2 SO42–o2 H2SO4, hal ini akan menambah kadar dan massa jenislarutan.Katode: PbO2(s) + 4 H+(aq) + SO42–(aq) + 2 e–oPbSO4(s) + 2 H2O(l)Anode: Pb(s) + SO42–(aq)oPbSO4(s) + 2 e–Reaksi sel : Pb(s) + PbO2(s) + 4 H+(aq) + 2 SO42–(aq)oPbSO4(s) + 2 H2O(l)+Katode: PbSO4(s) + 2 e–oPb(s) + SO42–(aq)Anode: PbSO4(s) + 2 H2O(l)oPbO2(s) + 4 H+ + SO42–(aq) + 2 e–Reaksi sel : 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l)oPb(s) + PbO2(s) + 4 H+(aq) + 2 SO42–(aq)+Gambar 2.9Baterai (aki) tediri daribeberapa sel yangdihubungkan seriPb(anode)PbO2(katode)LarutanH2SO4
39Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3Berdasarkan daftar potensial elektrode standar, kitadapat meramalkan berlangsung atau tidak berlangsungnyasuatu reaksi redoks. Harga potensial suatu reaksi atau poten-sial sel volta juga dapat digunakan untuk meramalkan berlang-sungnya suatu reaksi. Perhatikan contoh berikut!Zn(s)oZn2+(aq) + 2 e–E° = 0,76 voltCu2+(aq) + 2 e–oCu(s)E° = 0,34 voltZn(s) + Cu2+(aq)oZn2+(aq) + Cu(s) E° = 1,10 voltHarga potensial sel menunjukkan +1,10 volt, berartireaksi ini dapat berlangsung. Harga potensial sel tersebutjuga dapat dihitung dengan harga potensial standar masing-masing elektrode.E°sel=E°red – E°oks=E°Cu – E°Zn= 0,34 – (–0,76)= +1,10 voltHarga potensial sel Cu/Cu2+ || Zn2+/Zn, dapat ditentu-kan dengan cara sebagai berikut.Cu(s)oCu2+(aq) + 2 e–E° = –0,34 voltZn2+(aq) + 2 e–oZn(s)E° = –0,76 voltCu(s)+ Zn2+(aq)oCu2+(aq) + Zn(s) E° = –1,10 voltKarena E° sel mempunyai harga negatif, maka reaksitidak dapat berlangsung.D. Reaksi Redoks Ditinjau dari Harga Potensial Sel++
40KIMIA SMA Jilid 3Contoh soal:Diketahui harga potensial reduksi standar beberapaelektrolit sebagai berikut.Zn2+ + 2 e–oZnE° = 0,76 voltPb + 2 e–oPbE° = –0,13 voltBa2+ + 2 e–oBaE° = –2,9 voltMn2+ + 2 e–oMnE° = –1,03 voltBerdasarkan harga E° tersebut, apakah reaksi berikutini dapat berlangsung?1. Pb + Zn2+o Pb2+ + Zn2. Ba + Pb2+o Ba2+ + PbJawab:1.E°sel=E°red – E°oks= –76 volt – 0,13 volt= –0,89 volt (reaksi tidak dapat berlangsung)2.E°sel=E°red – E°oks= –0,13 – (–2,9)= +2,77 volt (reaksi dapat berlangsung)Penyusunan unsur-unsur berdasarkan deret kere-aktifan logam dikenal dengan deret volta. Deret voltamenggambarkan urutan kekuatan pendesakan suatulogam terhadap ion logam yang lain. Unsur yang terletakdi sebelah kiri hidrogen lebih mudah mengalami oksidasidibanding yang terletak di sebelah kanan hidrogen.Logam yang memiliki sifat reduktor lebih kuat akan men-desak ion logam lain yang sifat reduktornya kecil. Adapununsur-unsur dalam deret volta adalah sebagai berikut.Li–K–Ba–Ca–Na–Mg–Al–Mn–Zn–Cr–Fe–Cd–Co–Ni–Sn– Pb–H–Cu–Hg–Ag–Pt–AuLogam di sebelah kiri H memiliki E° negatif, se-dangkan di sebelah kanan H memiliki E° positif. Di sebelahkiri H merupakan logam-logam yang aktif, sedangkan di
41Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3E. Korosisebelah kanan H merupakan logam-logam mulia. Makinke kanan sifat reduktor makin lemah, makin ke kiri sifatreduktor makin kuat. Unsur-unsur dalam deret volta hanyamampu mereduksi unsur-unsur di sebelah kanannya, te-tapi tidak mampu mereduksi unsur-unsur di sebelah kiri-nya. Misalnya, Na mampu mereduksi Mg, tetapi tidakmampu mereduksi Ca, seperti terlihat pada reaksi berikut.Na(s) + Mg(s)o 2 Na+(s) + Mg–(s)Na(s) + Ca(s) tidak bereaksi/reaksi tidak berlangsung.Korosi dalam istilah sehari-hari kita kenal sebagai pe-ristiwa perkaratan. Korosi ini sebenarnya merupakan peristiwaoksidasi logam oleh gas oksigen yang ada di udara membentukoksidanya.Proses korosi banyak menimbulkan masalah padabarang-barang yang terbuat dari besi walaupun logam-logamlain (kecuali logam mulia) dapat juga mengalami korosi.Proses perkaratan pada besi dapat berlanjut terussampai seluruh bagian dari besi hancur. Hal ini disebabkanoksida-oksida besi yang terbentuk pada peristiwa awal korosiakan menjadi katalis (otokatalis) pada peristiwa korosiselanjutnya. Hal itu berbeda dengan peristiwa korosi padalogam Al atau Zn.Logam-logam ini tidak mulia bahkan mempunyai nilaiE° lebih kecil dari besi berarti logam-logam ini lebih cepatteroksidasi. Namun oksida Al atau Zn yang terbentuk melekatpada logam bagian dalam dan bersifat melindungi logam dariproses korosi selanjutnya. Oleh sebab itu, logam Al atau Zntidak akan hancur karena korosi seperti pada logam besi.
42KIMIA SMA Jilid 3Barang-barang yang terbuat dari besi mudah meng-alami korosi karena umumnya bukan terbuat dari besi murnimelainkan campuran dengan unsur-unsur lain. Jika logam pen-campurnya lebih mulia dari besi, maka besi akan menjadianode yang akan habis teroksidasi secara terus-menerus,sebab paduan logam ini seolah-olah menjadi suatu sel voltayang mengalami hubungan pendek (korslet) oleh badan besiitu sendiri. Peristiwa ini akan lebih cepat terjadi jika barangberada di udara lembap atau terkena air, karena selain uapair, di udara juga terdapat gas-gas lain seperti CO2 atau SO2yang dengan air akan membentuk larutan H2CO3 atau H2SO4yang bersifat elektrolit.Reaksi yang terjadi pada peristiwa korosi besi:Fe(s)oFe2+(s) + 2 e– | 2uO2(g) + 2 H2O(l) + 4 e–o4 OH–(l)2 Fe(s) + O2(g) + 2 H2O(l)o2 Fe2+(s) + 4 OH–(l)Pada reaksi ini jelas terlihat Fe akan lebih cepat ter-oksidasi dengan adanya molekul-molekul air yang denganoksigen di udara berubah menjadi ion hidroksil. Ion Fe2+ yangterbentuk dapat mengikat molekul-molekul air membentukhidrat atau berikatan dengan ion karbonat yang terbentukdari CO2 dan uap air yang ada di udara.1. Proses korosi Proses korosi dapat dijelaskan sebagai berikut.Jika besi bersinggungan dengan oksigen atau ber-singgungan dengan logam lain dalam lingkungan air akanterjadi sel elektrokimia di mana logam yang memiliki E°redlebih cepat sebagai anode dan E°red yang lebih besarsebagai katode.Logam atau unsur yang berfungsi sebagai anode,karena mengalami reaksi oksidasi, berarti yang mengalamikorosi. Besi di udara akan berkarat, besi yang dilapisiseng, maka sengnya yang berkorosi sedangkan besi yangdilapisi timah putih, maka besinya yang mengalami korosi.
43Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3Besi berada di udaraPotensial reduksi dari Fe dan O2:Fe2+(s) + 2 e– o Fe(s)E°red = –0,44 voltO2(g) + 4 H+(aq) + 4 e– o 2 H2O(l) E°red = +1,23 voltKarena E°red Fe < E°red O2, maka Fe sebagai anode danmengalami korosi.Reaksinya:Anode : Fe(s)o Fe2+(s) + 2 e– (u 2)E°oks = +0,44 voltKatode: O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e–o 2 H2O(l)E°red = +1,23 volt 2 Fe(s) + O2(g) + 4 H+(aq)o 2 Fe2+(s) + 2 H2O(l)E°sel = +1,67 voltE°sel > 0 berarti proses korosi berjalan spontan bahkan dapatbereaksi lanjut membentuk karat:4 Fe2+(s) + O2(g) + 4 H2O(l) + 2 u H2O(l)o 2 Fe2O3(s)uH2O(s) + 8 H+(aq)2. Pencegahan terhadap korosiBerdasarkan proses terjadinya korosi, maka ada 2 carayang dapat dilakukan untuk mencegah korosi, yaitu perlin-dungan mekanis dan perlindungan elektrokimia.Gambar 2.10Perkaratan besibesi(Anode)(Katode)O2 + 4 H + 4 e– o2 H2OO2 + 2 H2O + 4 e– o 4 OH–Fe o Fe2– + e–Endapan karat(Fe2O3)O2Fe2+(aq)UdaraTetes air
44KIMIA SMA Jilid 3a. Perlindungan MekanisPerlindungan mekanis ialah mencegah agar per-mukaan logam tidak bersentuhan langsung denganudara.Untuk jangka waktu yang pendek, cara ini dapatdilakukan dengan mengoleskan lemak pada permukaanlogam. Untuk jangka waktu yang agak lama, dapat dilaku-kan dengan pengecatan. Salah satu cat pelindung yangbaik ialah meni (Pb3O4) karena selain melindungi secaramekanis juga memberi perlindungan elektrokimia.Selain pengecatan, perlindungan mekanis dapatpula dilakukan dengan logam lain, yaitu dengan cara pe-nyepuhan.Proses penyepuhan untuk perlindungan terhadapkorosi harus diperhatikan harga E° dari logam yang akandilindungi dan logam pelindungnya. Logam yang baiksebagai pelindung harus mempunyai E° lebih kecil dariE° logam yang dilindungi. Sebab bila terjadi goresan padalogam yang dilapisi, maka logam pelindung akan menjadianode pada “sel volta mini” yang terjadi, sehingga logamyang dilindungi tidak akan teroksidasi selama logam pe-lindung masih ada.Untuk perlindungan agar barang-barang yang ter-buat dari besi tidak cepat rusak, maka besi (E° = –0,44volt) lebih baik dilapis dengan seng (E° = –0,76 volt) dari-pada dilapis dengan timah (E° = –0,14 volt).1) Besi yang dilapis sengApabila terjadi goresan atau lapisan mengelu-pas, kedua logam akan muncul di permukaan. Adanyauap air, gas CO2 di udara dan partikel-partikel lain,terjadilah sel volta mini dengan Zn sebagai anodenyadan Fe sebagai katodenya. Zn akan teroksidasi ter-lebih dahulu karena harga E°-nya lebih kecil daripadaFe, sehingga korosi elektrolitik (reaksi elektrokimiayang mengoksidasi logam) tidak terjadi.
45Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3Reaksi yang terjadi:Anode (–): Zn(s)o Zn2+(aq) + 2 e–Katode (+): 2 H2O(l) + 2 e–o H2(g) + 2 OH–(l)2) Besi yang dilapis timahApabila terjadi goresan atau lapisan mengelu-pas kedua logam akan muncul di permukaan. Adanyauap air, gas CO2 di udara dan partikel-partikel lainterjadilah sel volta mini. Di sini Fe akan bertindaksebagai anode karena E0 Fe lebih kecil daripada E°Sn, hingga Fe akan teroksidasi lebih dulu.Di sini akan terjadi proses korosi elektrolitik. Olehkarena itu, pelat besi yang dilapisi timah akan cepatberlubang-lubang daripada besi Galvani.Hanya dari segi keindahan, besi yang dilapisi denganNiCr dan Sn tampak lebih bagus daripada besi yangdilapisi Zn.Reaksi yang terjadi:Anode (–) : Fe(s)o Fe2+(aq) + 2 e–Katode (+) : 2 H2O(l) + 2 e–o H2(g) + 2 OH–(l)b. Perlindungan elektrokimiaPerlindungan elektrokimia ialah mencegah terjadi-nya korosi elektrolitik (reaksi elektrokimia yang meng-oksidasi logam).Gambar 2.11Pelapisan besi dengan sengZnFeGambar 2.12Pelapisan besi dengan timahSnFe
46KIMIA SMA Jilid 3Perlindungan elektrokimia ini disebut juga perlin-dungan katode (proteksi katodik) atau pengorbanan an-ode (anodaising).Cara ini dilakukan dengan menghubungkan logampelindung, yaitu logam yang lebih tidak mulia (E°-nya lebihkecil). Logam pelindung ini ditanam di dalam tanah atauair dekat logam yang akan dilindungi. Di sini akan terben-tuk “sel volta raksasa” dengan logam pelindung bertindaksebagai anode (lihat gambar).Contoh-contoh proteksi katodik1) Untuk mencegah korosi pada pipa di dalam tanah, didekatnya ditanam logam yang lebih aktif, misalnya Mg,yang dihubungkan dengan kawat. Batang magnesiumakan mengalami oksidasi dan Mg yang rusak dapatdiganti dalam jangka waktu tertentu, sehingga pipayang terbuat dari besi terlindung dari korosi.Gambar 2.13Proteksi katodik pada pipa airPipa besi(Katode)Logam Mg(Anode)Bak pasir
47Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 3F. Elektrolisis 2) Untuk melindungi menara-menara raksasadari pengkaratan, maka bagian kaki mena-ra dihubungkan dengan lempeng magne-sium yang ditanam dalam tanah. Dengandemikian menara besi akan menjadi katodemagnesium dan lempeng Mg sebagai ano-denya.Untuk melindungi baling-baling kapallaut yang selalu berada di bawah permu-kaan air, dapat dilakukan dengan cara yangsama seperti pada contoh a dan b.Elektrolisis adalah peristiwa pe-nguraian zat elektrolit oleh arus listriksearah. Dalam sel elektrolisis energilistrik dapat menghasilkan reaksi kimia.Sel elektrolisis berfungsi sebagai pom-pa untuk menjalankan perpindahanelektron yang mengalir dari anode kekatode. Elektron dialirkan melalui elek-trode yang tidak bereaksi (inert). Bia-sanya digunakan batang karbon atauplatina. Dalam elektrolisis, pada anodeterjadi oksidasi (melepaskan elektron)sedangkan pada katode terjadi re-duksi.Gambar 2.14Menara raksasaKonstruksibesi (katode)Anode (+) : terjadi reaksi oksidasiKatode (–) : terjadi reaksi reduksiGambar 2.15Prinsip kerja sel elektrolisis++AnodeAnionKationLarutanelektrolitKatodeIonIon
48KIMIA SMA Jilid 31. Reaksi elektrolisisa. Reaksi yang terjadi pada katodeReaksi yang terjadi pada katode, dapat dike-tahui dengan memperhatikan jenis kation yang ter-dapat dalam larutan elektrolitnya (pelarut air), yaitusebagai berikut.1) Jika kationnya K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, Be2+, danMn2+, maka reaksi yang berlangsung pada katodeadalah sebagai berikut.2 H2O(l) + 2 e–o 2 OH–(aq) + H2(g)Jika tidak terdapat air, maka semua kation menga-lami.2) Jika kationnya H+ berasal dari suatu asam, makareaksi yang berlangsung pada katode adalah seba-gai berikut.2 H+(aq) + 2 e–o H2(g)3) Jika kationnya selain a dan b, maka akan terjadireaksi reduksi (diendapkan pada katode) sepertiberikut ini.Cu2+(s) + 2 e–o Cu(s)Ag+(s) + e–o Ag(s)Au3+(s) + 3 e–o Au(s)b. Reaksi yang terjadi pada anodeJika anode terbuat dari zat inert, seperti Pt,Au, dan C, maka akan terjadi peristiwa-peristiwa sepertiberikut ini.1) Jika anion yang menuju anode adalah OH– darisuatu basa, maka OH– akan teroksidasi.4 OH–(aq)o 2 H2O(l) + O2(g) + 4 e–2) Jika anionnya Cl–, Br–, dan I–, maka ion-ion tersebutakan teroksidasi seperti berikut ini.2 Cl–(aq)o Cl2(s) + 2 e–2 Br–(aq)o Br2(g) + 2 e–2 I–(aq)o I2(s) + 2 e–
49Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 33) Jika anionnya berupa sisa asam oksi seperti SO42–dan NO3–, maka anode tidak teroksidasi, sedang-kan yang teroksidasi H2O. Persamaan reaksinyaadalah sebagai berikut.2 H2O o 4 H+ + O2 + 4 e–Jika anode terbuat dari logam aktif seperti Cu, makaanodenya juga mengalami oksidasi.Cu o Cu2+ + 2 e–2. Contoh reaksi elektrolisisa. Elektrolisis larutan NaCl dengan elektrode CNaCl(aq)o Na+ + Cl–Na+ menuju katode, Cl– menuju anode.Reaksi:Katode: 2 H2O + 2 e–o H2 + 2 OH–Anode: 2 Cl–o Cl2 + 2 e–Reaksi sel : 2 H2O + 2 Cl–oH2 + 2 OH– + Cl2Reaksi sel menunjukkan bahwa ion Cl– makin berku-rang membentuk Cl2, ion OH– bertambah, dan ion Na+jumlahnya tetap. Bila semua air telah terelektrolisis,maka yang tersisa dalam sel adalah NaOH.b. Elektrolisis CuSO4 dengan elektrode CuCuSO4(aq)o Cu2+(aq) + SO42–(aq)Cu2+ menuju katode, SO42– menuju anode.Elektrode Cu adalah elektrode aktif, sehingga Cu akanteroksidasi.Reaksi:Katode : Cu2+(aq) + 2 e–o Cu(s)Anode : Cu(s)o Cu2+(aq) + 2 e–Cu(s)oCu(s)AnodeKatode++
50KIMIA SMA Jilid 3Logam Cu pada anode terlarutdan mengendap pada katode.Anode makin lama makin habissedangkan katode makin tebal.Prinsip ini banyak digunakanpada pemurnian logam Cu. Per-hatikan bagan elektrolisis CuSO4di samping! Contoh soal:1. Apa yang terjadi pada katode dan anode dalam elektrolisis larutan berikut?a. H2SO4(aq)b. Zn(OH)2(aq)Jawab:a. Ionisasi: H2SO4(aq)o2 H+(aq) + SO42–(aq) | u 2Katode: 2 H+(aq) + 2 e–oH2(g) | u 2Anode: 2 H2O(l)o4 H+(aq) + O2(g) + 4 e– | u 2Elektrolisis : 2 H2SO4(aq) + 2 H2O(l)o 2 H2(g) + 2 SO42–(aq) + (K)4 H+(aq) + O2(g) (A)Pada katode terbentuk gas H2 dan pada anode terbentuk gas O2.b. Ionisasi: Zn(OH)2(aq)o Zn2+(aq) + 2 OH–(aq) | u 2Katode: Zn2+(aq) + 2 e–o Zn(s) | u 2Anode: 4 OH–(aq)o 2 H2O(l) + O2(q) + 4 e– | u 1Elektrolisis : Zn(OH)2(aq)o2 Zn(s) + 2 H2O(l) + O2(g)(K) (A)Pada katode terbentuk endapan Zn dan pada anode terbentuk gas O2.++Gambar 2.16Elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode CuCukotorCu murnio Cu2+ oSO42–e–e–
51Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 32. Apa yang terjadi pada katode dan anode dalam elek-trolisis leburan NaCl dengan elektrode Pt?Jawab:Ionisasi:NaCloNa+ + Cl–| u 2Katode: Na+ + e–oNa(s)| u 2Anode: 2 Cl–oCl2 + 2 e–| u 12 NaCl(l)o2 Na(l) + Cl2(g)(K) (A)Banyak zat yang mengendap pada elektrode da-pat dihitung dengan hukum Faraday. Faraday adalahorang Inggris yang pertama menerangkan hubungankuantitatif antara banyaknya arus listrik yang digunakanpada elektrolisis dengan hasil elektrolisisnya.Perhatikan reaksi berikut ini!Ag+(aq) + e–o Ag(s)Cu2+(aq) + 20 e–o Cu(s)Pada reaksi di atas untuk mereduksi satu mol ionAg+ dibutuhkan satu mol elektron yang dapat mereduksi0,5 mol ion Cu2+. Muatan satu elektron adalah 1,6021 u10–9 coulomb, sehingga muatan suatu mol elektron adalah6,023 u 1023u 1,6021 u 10–9 = 96.478 coulomb = 96.500coulomb. Jumlah listrik ini disebut satu Faraday. Jadi,1 Faraday = 96.500 coulomb.Hukum I FaradayTotal zat yang dihasilkan pada elektrode, ber-banding lurus dengan total muatan listrik yang meng-alir melalui sel elektrolisis.Muatan listrik sebesar 1 Faraday dapat mengen-dapkan 1 gram ekuivalen. Massa zat hasil elektrolisis yangterbentuk pada katode maupun anode dirumuskan se-bagai berikut.+
52KIMIA SMA Jilid 3m = eFKeterangan:m= massa zat hasil elektrolisis (gram)e=Ar/n = massa ekuivalen zat hasil elektrolisisn= mol elektron yang terlibat dalam reaksiF = jumlah muatan listrik (Faraday)Jika 1 coulomb = 1 ampere detik, maka massa zat hasilelektrolisis dapat dirumuskan sebagai berikut.96.500eitmKeterangan:i= arus yang mengalir (ampere)t= lama elektrolisis (sekon)Hukum II FaradayJumlah zat yang dihasilkan oleh arus yang sama didalam beberapa sel yang berbeda berbanding lurusdengan berat ekuivalen zat-zat tertentu.Keterangan:m1= massa zat terendap 1m2= massa zat terendap 2e1= massa ekuivalen zat 1e2= massa ekuivalen zat 2Contoh soal:1. Arus listrik sebesar 0,2 ampere mengalir selama2 jam melalui larutan Co(NO3)2. Berapakah massalogam kobalt yang mengendap? (Ar Co = 59, N =14, dan O = 16)Jawab:m=eitF = uuu50,2 2 360996.500= 0,44 gramm1 : m2 = e1 : e2
53Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 32. Jika arus listrik dialirkan melewati larutan AgNO3 danlarutan CuSO4 yang disusun seri, dan terendapkan2,16 gram (Ar Ag = 108, Cu = 63,5). Hitunglah mas-sa terendapkan!Jawab:m1 : m2= e1 : e22,16 : m2=108 63,5:12108m2= 63,5 u 1,08m2=u63,5 1,08108 = 0,635Jadi, massa tembaga yang terendapkan adalah0,635 gram.Prinsip elektrolisis ini banyak digunakan dalamdunia industri, antara lain:a. Isolasi logam, misalnya isolasi aluminium.b. Pemurnian logam atau tembaga, perak, dan emas.c. Penyepuhan atau melapisi nikel, emas, dan lain-lainpada logam koin.d. Pembuatan gas, seperti H2, O2, Cl2, dan lain-lain.1. Reaksi redoks dapat disetarakan dengan dua cara, yaitu dengan cara setengahreaksi dan cara bilangan oksidasi.2. Sel elektrokimia ada dua macam, yaitu sel volta dan sel elektrolisis.3. Sel elektrokimia mempunyai dua buah elektrode yaitu anode dan katode. Padakatode terjadi reaksi reduksi, sedang pada anode terjadi reaksi oksidasi.
54KIMIA SMA Jilid 34. Ciri-ciri sel volta adalah sebagai berikut:a. Tersusun dari setengah sel katode dan setengah sel anode dalam larut-annya.b. Anode adalah kutub negatif dan katode adalah kutub positif.c. Terdiri atas dua setengah reaksi yang dihubungkan dengan jembatan ga-ram.d. Reaksi redoks berlangsung spontan.e. Bagan sel: A(s) / A+x(aq) || B+y(aq) / B(s).6. Ciri-ciri energi potensial standar (E°) adalah sebagai berikut.a.E°sel = E°katode – E°anodeb. Jika E°sel positif, maka reaksi redoks dapat berlangsung. Jika E°sel negatif,maka reaksi redoks tidak berlangsung.c. Dalam persamaan reaksi, harga E° tidak ikut dikalikan walaupun koefisienreaksi setengah sel dikalikan.d. Makin besar harga energi potensial reduksi standar, makin kuat sifat oksi-datornya. Makin kecil harga energi potensial reduksi standar, makin kuatsifat reduktornya.7. Sel volta ada dua macam, yaitu sebagai berikut.a. Sel volta primer adalah sel volta yang tidak dapat diisi lagi bila arusnyasudah habis, misalnya baterai.b. Sel volta sekunder adalah sel volta yang dapat diisi lagi bila arusnya sudahhabis, misalnya aki.8. Deret volta Li-K-Ba-Ca-Na-Mg-Mn-Zn-Cr-Fe-Cd-Co-Ni-Sn-Pb-H-Cu-Hg-Ag-Pt-Au9. Korosia. Korosi adalah suatu reaksi redoks pada logam menjadi senyawa logamkarena pengaruh lingkungan.b. Faktor-faktor yang mempengaruhi korosi yaitu udara, uap air, larutanelektrolit, dan beberapa gas yang bersifat korosif.c. Korosi pada besi dapat dihindari dengan mengecat, melapis besi denganlogam yang memiliki potensial elektrode standar lebih besar dari besi, danmenghubungkan besi dengan kutub negatif dari sumber listrik.d. Rumus karat besi adalah Fe2O3.xH2O.
55Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 310. Elektrolisisa. Elektrolisis adalah peristiwa penguraian suatu zat elektrolit oleh arus listriksearah.b. Reaksi pada katode– Jika kationnya Li+, K+, Ba2+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+, dan Mn2+, makayang direduksi H2O.2 H2O + 2 e o H2 + 2OH–Reaksi pada anode– Anode berupa logam inert anion OH–, I–, Br–, dan Cl– akan dioksidasi.– Jika ada anion SO42– dan NO3–, maka anion akan dioksidasi tetapiyang dioksidasi H2O.2 H2O o O2 + 4 H+ + e–c. Untuk menentukan hasil elektrolisis digunakan hukum Faraday.Satu Faraday = 96.500 coulomb.d. Hukum I Faradaym = e.F atau m = ..96.500eitHukum II Faraday m1 : m2 = e1 : e2e. Kegunaan elektrolisis adalah sebagai berikut:– isolasi logam;– pemurnian logam;– penyepuhan; dan– pembuatan gas.
56KIMIA SMA Jilid 3A. Berilah tanda silang (X) pada huruf A, B, C, D, atau Edi depan jawaban yang tepat!1. Bilangan oksidasi Mn sama dengan 7 terdapat dalam senyawa ....A. MnO2D. MnSO4B. K2MnO4E. Mn2O3C. KMnO42. Berikut ini yang termasuk reaksi redoks adalah ....A. CaCO3(s)o CaO(s) + CO2(g)B. BaCl2(aq) + H2SO4(aq)o BaSO4(aq) + 2 HCl(aq)C. Fe2O3(s) + 3 CO(g)o 2 Fe(s) + 3 CO2(g)D. Ag(s) + Cl(aq)o AgCl(aq)E. 2 NaOH(aq) + H2SO4(aq)o Na2SO4(aq) + H2O(l)3. Berikut ini yang bukan reaksi redoks adalah ....A. 2 Ag(s) + 2 H2SO4(aq)o Ag2SO4(aq) + SO2(g) +2 H2O(l)B. 2 K2CrO4(aq) + H2SO4(aq)o H2SO4(aq) + K2Cr2O7(aq)C. 2 Na(s) + 2 H2O(l)o 2 NaOH(aq) + H2(g)D. 3 Cu(s) + 8 HNO3(aq)o 3 Cu(NO3)2(aq) + 4 H2O(l) + 2 NO(g)E. I2(s) + 2 Na2S2O3(aq)o 2 NaI(aq) + Na2S4O6(aq)4. Berikut yang termasuk reaksi autoredoks adalah ....A. Cl2(s) + 2 KI(aq)o 2 KCl(aq) + I2(s)B. Zn(s) + 2 HCl(g)o ZnCl2(aq) + H2(s)C. 2 Al(s) + 3 H2SO4(aq)o Al2(SO4)3(aq) + 3 H2(g)D. Zn(s) + 2 AgNO3(aq)o Zn(NO3)2(aq) + 2 Ag(s)E. Cl2(g) + NaOH(aq)o NaCl(s) + NaClO(aq) + H2O(l)
57Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 35. Pada persamaan reaksi redoks:a MnO4–(aq) + H+(aq) + b C2O42–(aq)o Mn2+(aq) +H2O(l) + CO2(g)Harga a dan b berturut-turut ....A. 2 dan 3D. 2 dan 2B. 2 dan 5E. 1 dan 5C. 2 dan 46. Perhatikan reaksi redoks berikut!a Cr2O72–(aq) + b H+(aq) + c Cl(aq)oa Cr3+(aq) +e H2O(l) + f Cl2(g)Harga a, b, dan c berturut-turut adalah ....A. 1, 2, dan 4D. 1, 14, dan 6B. 1, 2, dan 2E. 2, 7, dan 6C. 1, 14, dan 27. Perhatikan reaksi berikut!2 HI(aq) + 2 HNO2(aq)o 2 H2O(l) + 2 NO(g) + l2(g)Pernyataan berikut yang benar adalah ....A. HI adalah zat pereduksiB. HNO2 adalah zat pereduksiC. H2O adalah zat pereduksiD. H2O adalah zat pengoksidasiE. I2 adalah zat pereduksi8. Asam oksalat dapat dioksidasi oleh KMnO4 menurutpersamaan:C2O42–(aq)+ MnO4–(aq) + H+(aq)oMn2+(aq) + H2O(l) + CO2(g)Untuk mengoksidasi 2 mol ion C2O42– diperlukan ionMnO4–(aq) sebanyak ....A. 0,3 molD. 0,8 molB. 0,5 molE. 2,0 molC. 0,7 mol
58KIMIA SMA Jilid 39. Diketahui beberapa setengah reaksi sebagai berikut:MnO4–(aq) + 8 H+(l) + 5 e–o Mn2+(aq) + 4 H2O(l)Fe2+(s)o Fe3+(s) + e–Cr2O42–(aq)o 2 CO2(g) + e–Volume larutan KMnO4 0,1 M yang diperlukan untukmengoksidasi 20 ml larutan FeC2O4 0,1 M adalah ....A. 3 molD. 12 molB. 6 molE. 15 molC. 9 mol10. H2S dapat dioksidasi oleh KMnO4 menghasilkan antaralain K2SO4 dan MnO2. Dalam reaksi ini, setiap mol H2Smelepas ....A. 8 mol elektronD. 5 mol elektronB. 7 mol elektronE. 2 mol elektronC. 6 mol elektron11. Diketahui:Pb2+ + 2 e–(s)o Pb(s) E° = –0,13 VAl3+ + 3 e–(s)o Al(s) E° = –1,76 VSel volta yang disusun menggunakan elektrode Pb danAl akan memiliki potensial sel sebesar ....A. +1,89 VD. –1,63 VB. –1,89 VE. +3,61 VC. +1,63 V12. Diketahui:Mg2+ + 2 e–o MgE° = –2,37 VNi2+ + 2 e–o NiE° = –0,25 VBesarnya potensial sel yang ditimbulkan oleh reaksi:Mg + NiCl2o MgCl2 + Ni adalah ....A. –2,12 VD. –2,62 VB. +2,12 VE. +2,62 VC. +1,06 V
59Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 313. Suatu sel volta terdiri dari elektrode Ag yang dicelupkandi dalam larutan AgNO3 1 M dan elektrode Zn yang di-celupkan ke dalam larutan ZnSO4 1 M, jika diketahui:Ag+(aq)+ e–o Ag(s) E° = +0,80 VZn2+(s) + 2 e–o Zn(s) E° = 0,76 VPernyataan berikut benar, kecuali ....A. elektrode Ag sebagai katodeB. elektrode Zn sebagai anodeC. potensial standar sel adalah 2,56 VD. logam Ag mengendap pada elektode AgE. reaksi sel: 2 Ag+(aq) + Zn(s)o 2 Ag(s) + Zn2+(aq)14. Diketahui reaksi: 2 AgNO3 + Cu o 2 Ag + Cu(NO3)2Notasi sel volta yang didasarkan reaksi di atas adalah....A. Cu / Cu2+ || Ag+ / AgB. Cu / Cu2+ || Ag / Ag+C. Ag2+ / Cu || Ag / Cu2+D. Ag / Ag+ || Cu / Cu2+E. Ag+ / Ag || Cu / Cu2+15. Diketahui:Fe(s) + Cu2+(s)oFe2+(s) + Cu(s)E° = +0,78 VSn2+(s) + 2 e–o Sn(s)E° = –0,14 VCu2+(s) + 2 e–o Cu(s)E° = +0,34 VBesarnya potensial sel dari: Fe + Sn2+o Fe2+ + Snadalah ....A. 0,30 VD. 0,92 VB. 0,44 VE. 1,12 VC. 0,64 V16. Logam yang dapat mencegah korosi pada pipa besiyang ditanam dalam tanah adalah ....A. NiD. PbB. CuE. SnC. Mg
60KIMIA SMA Jilid 317. Bahan yang digunakan sebagai elektrode pada bateraikering adalah ....A. Pt dan CD. Zn dan CuB. Zn dan CE. Cu dan PbO2C. Pb dan PbO218. Elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode tembagapada anode terjadi reaksi ....A. Cu(s)o Cu2+(aq) + 2 e–B. Cu2+(aq) + 2e–o Cu(s)C. 2 H2O(l)o 4 H+(aq) + O2(g) + 4 e–D. 2 H2O(l) + 2 e–o 2 OH–(l) + H2(g)E. SO42–(aq)o SO2(g) + 2 e–19. Reaksi yang terjadi pada katode dari elektrolisis larutanNa2SO4 adalah ....A. 2 H2O(l) + 2 e–o 2 OH–(l) + H2(g)B. 2 H+(g) + 2 e–o H2(g)C. Na+(s) + e–o Na(s)D. SO42–(aq)o SO2(g) + O2(g) + 2 e–E. 2 H2O(l)o 4 H+(g) + O2(g) + 4 e–20.Pada gambar elektrolisis disamping, zat yang terjadi padaelektrode adalah ....A. gas O2 D. gas Cl2B. gas H2 dan NaOH E. NaClC. logam Na21. Dalam suatu sel volta terjadi reaksi:Sn(s) + 2 Ag+(aq)o Sn2+(aq) + 2 Ag(s)Jika diketahui:E° Sn2+/Sn = –0,14 VE° Ag+/Ag = + 0,80 VBesarnya potensial standar sel tersebut adalah ....A. 1,74 VD. 0,66 VB. 1,46 VE. 0,52 VC. 0,94 VV–+CCNaCl(aq)
61Reaksi Redoks dan Elektrokimia SMA Jilid 322. Arus listrik yang sama dialirkan ke dalam larutanCuSO4 dan AgNO3. Bila massa tembaga yang dien-dapkan adalah 0,3175 gram, maka massa perak yangmengendap adalah .... (Ar Ag = 108 dan Cu = 63,5).A. 0,108 gramD. 3,175 gramB. 1,08 gramE. 10,8 gramC. 6,35 gram23. Pada elektrolisis leburan MgCl2 dengan elektrode Pt,ternyata menggunakan muatan listrik sebanyak 0,02F. Volume gas klorin yang dihasilkan di anode jika di-ukur pada keadaan di mana 1 liter gas nitrogen (Mr =28) massanya 1,4 gram adalah ....A. 100 mlD. 400 mlB. 200 mlE. 448 mlC. 224 ml24. Pada elektrolisis larutan MSO4 di katode terbentuk0,295 gram logam M. Larutan hasil elektrolisis dapatdinetralkan oleh 50 mL larutan NaOH 0,2 M. Massaatom relatif logam M adalah ....A. 29,50D. 73,75B. 44,25E. 118,0C. 59,0025. Pada elektrolisis leburan AlO3 (Ar Al = 27 dan O = 16)diperoleh logam Al sebanyak 0,225 gram. Jumlah aruslistrik yang diperlukan adalah ....A. 221,9 CD. 2.412,5 CB. 804 CE. 8.685 CC. 1.025,9 CB. Jawablah soal-soal di bawah ini dengan singkat dantepat!1. a. Tentukan bilangan oksidasi belerang pada senya- wa berikut ini!1) Na2S2O34) Na2S2) K2SO45) CuSO43) Al2(SO4)3
62KIMIA SMA Jilid 3b. Setarakan reaksi redoks berikut dengan metodesetengah reaksi!1) Cr2O72– + C2O42– + H+o Cr3+ + CO2 + H2O2) Zn + NO3– + OH–o ZnO22– + NH3 + H2O3) MnO4– + H2S o Mn2+ + S + H2O2. a. Diketahui reaksi redoks yaitu:KMnO4 + H2SO4 + KI o K2SO4 + MnSO4 + I2 + H2OBerapa mililiter volume H2SO4 0,2 M yang diperlu-kan untuk menghasilkan iodium sebanyak 5,08 gram?b. Diketahui reaksi redoks yaitu:KMnO4 + HCl o KCl + MnCl2 + H2O + Cl2Bila pada 0°C 1 atm terbentuk 6,72 liter gas klor,maka berapa gram kalium permanganat yang bere-aksi (Ar K = 39; Mn = 55; dan O = 16)?3. Diketahui:Cu2+ + 2 e–o Cu E° = +0,34 VAl3+ + 3 e–o Al E° = –1,66 VTentukan:a. potensial sel dari rangkaian sel volta tersebut;b. notasi sel dan elektrode sebagai anode dan katode!4. Tuliskan reaksi elektrolisis terhadap:a. larutan tembaga (II) sulfat dalam air dengan elek-trode grafit;b. lelehan CaCl2 dengan elektrode platina;c. larutan Mg(OH)2 dengan elektrode Ag;d. larutan H3PO4 dengan elektrode Fe!5. a. Pada elektrolisis larutan asam nitrat dengan elek-trode karbon, ternyata menggunakan arus listrik se-banyak 0,2 faraday. Berapa liter gas yang terbentukdi anode bila diukur 1 liter O2 = 1,28 gram?b. Arus listrik tertentu mengendapkan 0,54 gram pe-rak (Ar Ag = 108) dari larutan Ag+. Jika arus tersebutdilewatkan melalui larutan X2+, maka berapakah mas-sa logam X (Ar X = 40) akan mengendap?