cerita tentang ella: Soal dan pembahasan Sel Elektolisis dan hukum faraday

SEL ELETROLISIS DAN HUKUM FARADAY

Kelas : XII-IPA Sem : 1

Oleh

http://file-education.blogspot.com

Standar Kompetensi

Menerapkan konsep reaksi oksidasi-reduksi dan elektrokimia dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari.

Kompetensi Dasar

1. Menjelaskan reaksi oksidasi-reduksi dalam sel elektrolisis

2. Menerapkan hukum Faraday untuk elektrolisis larutan elektrolit

Indikator

1. Mengamati reaksi yang terjadi di anoda dan katoda pada reaksi elektrolisis melalui percobaan

2. Menuliskan reaksi yang terjadi di anoda dan katoda pada larutan atau cairan dengan elektroda aktif ataupun elektroda inert

3. Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya korosi melalui percobaan

4. Menjelaskan beberapa cara untuk mencegah terjadinya korosi

5. Menerapkan konsep hukum Faraday dalam perhitungan sel elektrolisis

6. Menuliskan reaksi elektrolisis pada penyepuhan dan pemurnian suatu logam

RINGKASAN MATERI

1. Elektrolisis

a. Pengertian Elektrolisis

Jika ke dalam suatu elektrolit dialirkan arus searah maka akan terjadi penguraian zat-zat tersebut, pada kedua kutubnya. Peristiwa peruraian senyawa karena adanya arus searah ini dikenal dengan elektrolisis.

Pada elektrlisis reaksi terjadi pada elektrodanya yaitu di katoda dan di anoda.

Sel elektrolisis merupakan kebalikan dari sel volta

Katoda pada elektrolisis merupakan kutub negatif tempat terjadi reaksi reduksi sedangkan anoda merupakan kutub positif tempat terjadi oksidasi.

b. Reaksi Elektrolisis leburan

Jika senyawa yang dielektrolisi merupakan leburan dari garamnya maka ion-ion yang ada akan mengalami rekasi reduksi dan oksidasi, karena dalam leburan tidak ada ion lain.

Contoh : elektrlisis leburan NaCl

Di katoda akan terjadi reaksi reduksi ion Na menjadi logam Na

Di anoda akan terjadi reaksi oksidasi ion Cl menajdi gas Cl

Persamaan reaksi :

Di katoda : Na+ (l) + e Na (s)

Di anoda : 2 Cl- (l) Cl2 (s) + 2 e

c. Reaksi elektrolisis larutan dengan elektroda inert

Dalam larutan selain ada ion-ion dari senyawa yang dielektrolis ada juga ion-ion dari pelarut, sehingga akan terjadi persaingan antara ion-ion, mana yang lebih dululu tereduksi atau teroksidasi.

Dengan memperhatikanm potensial reduksi maka kita dapat menentukan mana yang lebih dulu terreduksi,

Unsur yang mempunyai harga potensial reduksi (E⁰) besar akan lebih dulu mengalami reaksi reduksi, sebaliknya unsur yang mempunyai potensial reduksi (E⁰) kecil akan mengalami oksidasi.

Contoh 1

Elektrolisis larutan NaCl daam air menggunakan elektroda inert Karbon (C)

Dalam larutan NaCl terdapat ion Na+, ion Cl- dan molekul air.

Reaksi di katoda.

Karena harga potensial (E⁰) Na+ < (E⁰) H2 dalam ini molekul H2O maka dikatoda akan terjadi reduksi ion H+ atau molekul H2O menjadi gas hidrogen.

Di katoda : 2 H+ (aq) + 2 e H2 (g) atau

2H2O(l) + 2 e H2 (g) + 2 OH- (aq)

Di katoda akan terjadi kelebihan ion OH- maka larutan di sekitar katoda bersifat basa

Reaksi di anoda.

Dianoda terdapat ion Cl- dan molekul air, karena E⁰ Cl < E⁰ H2O maka ion Cl- akan mengalami oksidasi menjadi gas klorin (Cl2)

Di katoda : 2 Cl- (aq) Cl2 (g) + 2 e

Contoh 2

Reaksi elektrolisis larutan KI dalam air. menggunakan elektroda inert Karbon (C)

Dalam larutan KI terdapat ion K+, ion I- dan molekul air.

Reaksi di katoda.

Karena harga potensial (E⁰) K+ < (E⁰) H2 dalam ini molekul H2O maka dikatoda akan terjadi reduksi ion H+ atau molekul H2O menjadi gas hidrogen.

Di katoda : 2 H+ (aq) + 2 e H2 (g) atau

2H2O(l) + 2 e H2 (g) + 2 OH- (aq)

Di katoda akan terjadi kelebihan ion OH- maka larutan di sekitar katoda bersifat basa

Reaksi di anoda.

Di anoda terdapat ion I- dan molekul air, karena E⁰ I < E⁰ H2O maka ion I- akan mengalami oksidasi menjadi yod (I2)

Di anoda : 2 I- (aq) I2 (s) + 2 e

Contoh 3

Reaksi elektrolisis larutan CaSO4 dalam air. menggunakan elektroda inert Karbon (C)

`Dalam larutan KI terdapat ion Ca2+, ion SO42- dan molekul air.

Reaksi di katoda.

Karena harga potensial (E⁰) K+ < (E⁰) H2 dalam ini molekul H2O maka dikatoda akan terjadi reduksi ion H+ atau molekul H2O menjadi gas hidrogen.

Di katoda : 2 H+ (aq) + 2 e H2 (g) atau

2H2O(l) + 2 e H2 (g) + 2 OH- (aq)

Di katoda akan terjadi kelebihan ion OH- maka larutan di sekitar katoda bersifat basa

Reaksi di anoda.

Di anoda terdapat ion SO42- dan molekul H2O, karena ion SO42- lebih sukar dioksidasikan dibanding molekul H2O maka di anoda akan terjadi oksidasi menurut persmaan :)

Di anoda : 2 H2O (l) O2 (g) + 4 H+ (aq) + 4e

Di anoda akan terjadi kelebihan ion H+ maka larutan di sekitar anoda bersifat asam.

Contoh 4

Reaksi elektrolisis larutan CuSO4 dalam air. menggunakan elektroda inert Karbon (C)

Dalam larutan CuSO4 terdapat ion Cu2+, ion SO42- dan molekul air.

Reaksi di katoda.

Karena harga potensial (E⁰) Cu2+ > (E⁰) H2 dalam ini molekul H2O maka dikatoda akan terjadi reduksi ion Cu2+ menjadi logamnya (Cu).

Di katoda : Cu2+ (aq) + 2 e Cu (s)

Di katoda molekul air tidak mengalami reduksi.

Reaksi di anoda.

Di anoda terdapat ion SO42- dan molekul H2O, karena ion SO42- lebih sukar dioksidasikan dibanding molekul H2O maka di anoda akan terjadi oksidasi menurut persmaan :)

Di anoda : 2 H2O (l) O2 (g) + 4 H+ (aq) + 4e

Di anoda akan terjadi kelebihan ion H+ maka larutan di sekitar anoda bersifat asam.

RANGKUMAN

Pada elektrolisis larutan dalam air.

Reaksi di katoda

· Jika dalam larutan tidak terdapat ion-ion : Hg2+, Cu2+, Ag+, Pt3+ dan Au3+ maka molekul H2O akan mengalami reduksi menurut persamaan :

2 H2O(l) + 2 e H2 (g) + 2 OH- (aq) atau

2 H+ (aq) + 2 e H2 (g)

· Jika dalam larutan terdapat ion-ion : Hg2+, Cu2+, Ag+, Pt3+ dan Au3+ ion ini akan terreduksi menjadi logamnya.

: Reaksi di Anoda

· Jika dalam larutan tidak terdapat ion-ion : F-, Cl-, Br-atau I- maka molekul H2O akan mengalami oksidasi menurut persamaan :

2 H2O (l) O2 (g) + 4 H+ (aq) + 4e atau

4 OH- (aq) O2 (g) + 2 H2O (l) + 4e

· Jika dalam larutan terdapat ion halida (X- = F-, Cl-, Br-atau I- maka ion ini akan halogen X2 = F2, Cl2, Br2 atau I2.

d. Reaksi elektrolisis larutan dengan elektroda inert aktif

Jika elektrolisis menggunakan logam aktif Cu, Au, Ag, Ni dan Fe. Pada umumnya logamnya akan mengalami oksidasi menjadi ionnya.

Reaksi di katoda :

· Jika ion logam mempunyai potensial reduksi (E⁰) > (E⁰) air maka logam akan mengalami reduksi.

· Jika ion logam mempunyai potensial reduksi (E⁰) < (E⁰) air maka air akan mengalami reduksi.

Reaksi di anoda :

· Karena menggunakan anoda aktif maka logam akan mengalami oksidasi :

L (s) Ln+ (aq) + n e

Elektrolisis menggunakan logam aktif digunakan untuk pelapisan ( penyepuhan) yang dikenal dengan elektroplanting.

Cara penyepuhan :

Logam besi mau dilapisi denngan Crom, maka logam besi dihubugkan dengan kutub positif sumber arus sedangkan logam krom digubungkan dengan kutub negatif suber arus, elektrolit yang digunakan Crom sulfat (Cr2(SO4)3

Reaksi yang terjadi

Di katoda : Cr 3+ (aq) + 3 e Cr(s)

Logam Cr akan menempel pada logam besi

Di anoda : Cr(s) Cr 3+ (aq) + 3 e

Batang krom akan berkurang dan berpindah melapisi permukaan besi

e. Hukum Faraday I dan Faraday II

Michael Faraday selain mengembangkan metode elektrolisis juga menerangkan hubungan kuantitatif anatar jumlah arus yang dilewatkan pada sel elektrolisis dengan jumlah zat yang dihasilkan.

Hubungan kuantitatif antara jumlah arus dengan jumlah zat pada elektrolisis dikenal dengan hukum Faraday.

1. Jumlah zat yang dihasilkan pada elektrolisis berbanding lurus dengan jumlah arus yang dilewatkan melalui sel elektrolisis

2. Jika jumlah arus listrik yang dilewatkan sama, maka jumlah zat yang dihasilkan pada masing-masing sel elektrolisis berbanding lurus dengan massa ekuivalennya.

Berat ekuivalen =

MIsalnya Ar CU = 63,5 , untuk merduksi ion Cu diperlukan 2 mol elektron maka massa ekuivalen Cu

Reaksi : Cu2+ (aq) + 2 e Cu(s)

Massa ekuivalen Cu (e) =

Berat ekuivalen berbagai unsur sebagai berikut :

a. gas Hidrogen

Reaksi : 2 H+(aq) + 2 e H2 (g)

Massa ekuivalen H2 (e) =

b. Gas oksigen

Reaksi : 2 H2O (l) O2 (g) + 4 H+(aq) + 4 e

Massa ekuivalen O2 (e) =

c. Gas halogen (X)

Reaksi : 2 X-(aq) X2 (g) + 2 e

Massa ekuivalen X2 (e) =

X = F, Cl, Br, I

d. Logam

Reaksi : Ln+(aq) + n e L (s)

Massa ekuivalen L (e) =

Besaran 1 Faraday = besarnya muatan untuk 1 mol elektron.

1 F = 1 mol elektron x muatan 1 elektron

1 F = 6,02 x 10 23 x 1,602 x 10-19 C = 9,64853 x 104 C

Dalam perhitungan selanjutnya = 1 F = 96.500 C

Kuat arus (i) : menyatakan banyaknya muatan yang melalui suatu penghantar tiap satuan waktu.

Kuat arus (i) =

Q = i x t F =

Menurut Hukum Faraday I

Massa yang mengendap (w) berbdanding lurus dengan jumlah muatan listrik yang mengalir pada sel elektrolisis.

w = e Q

w =

keterangan :

w = massa yang mengendap

i = kuat arus

t = waktu (sekon)

n = muatan ion

Dengan perhitungan stoikiometri reaksi dapat dijelaskan :

Reaksi reduksi ion Cu2+ sebagai berikut :

Reaksi : Cu2+ (aq) + 2 e Cu(s)

Jumlah mol : 2 mol 1 mol

2 mol ekuivalen dengan 1 mol atom Cu

1 mol ekuivalen dengan ½ mol atom Cu

1 F akan menghasilkan ½ mol Cu

Untuk muatan listrik Q coulumb =

Jika muatan listrik = Q coulumb maka Cu yang diendapakan sebanyak = mol

Maka massa yang dapat diendapakan = x Ar Cu

Q = i x t

massa Cu yang dapat diendapakan = x Ar Cu

Contoh 1

Arus 5 amper dilairkan ke dalam larutan CuSO4, selama 1 jam. Hitung massa Cu yang dapat diendapkan jika Ar Cu = 63,5

Penyelesaian

t = 1 jam = 1 x 60 x 60 = 3600 detik

i = 5 amper

Ar Cu = 63,5

CuSO4 Cu2+ + SO42-

n = 2

Menurut Hukum Faraday I

w =

Contoh 2

Arus 15 amper dilairkan ke dalam larutan K2SO4, selama 2 jam. Jika menggunaka elektroda inert (C)

a. tuliskan reaksi elektrlisis

b. hitung volume gas pada anoda dan katoda jika diukur pada STP.

Penyelesaian

t = 1 jam = 2 x 60 x 60 = 7200 detik

i = 5 amper

Volume gas STP = 22,4 liter

a. Reaksi yang terjadi:

Di Katoda : 2 H+(aq) + 2 e H2 (g)

Di anoda : 2 H2O (l) O2 (g) + 4 H+(aq) + 4 e

Gas di katoda = hidrogen (H2) maka n = 2

Gas di anoda = Oksigen (O2) maka n = 4

Menurut Hukum Faraday I

Gas di Katoda

V H2 =

Gas di Anoda

V O2 =

Hukum Faraday II

Jika pada elektrolisis disusun seri, maka massa yang mengendap sebanding dengan massa ekuivalennya

W1 : W2 = e1 : e2

Contoh 1

Sejumlah arus dilairkan ke dalam larutan AgNO dan CuSO yang disusun secara seri. Jika massa Ag yang mengendap sebanyak 5,4 gram. Hitung massa Cu yang mengendap ! Ar Ag = 108 dan Ar Cu = 63,5

Penyelesaian

Ar Ag = 108 Ar Cu = 63,5

n Ag = 1 n Cu = 2

W Ag = 5,4 W Cu = ?

Menurut Hukum Faraday II

SOAL LATIHAN

Acuu

A (-)

B (+)

Larutan

NaCl

Perhatikan diagram elektrolisis larutan NaCl dengan elektroda karbon :

Zat yang terbentuk pada elektroda A adalah ….

a. gas O2

b. gas H2 dan NaOH

c. logam Na

d. gas Cl2

e. endapan NaCl Ebtanas 1991

2 Perhatikan diagram elektrolisis berikut :

Pt (-)

Larutan

NaCl

Pt (+)

C (-)

Larutan

KNO3

C (+)

Cu (-)

Larutan

CuSO4

Cu (+)

C (-)

Larutan

AgNO3

C (+)

Elektrolisis yang menghasilkan gas H2 ditunjukkan pada gambar nomor….

a. 1 dan 2

b. 2 dan 3

c. 2 dan 4

d. 1 dan 4

e. 3 dan 4 Ebtanas 1992

3. Pada sel elektrolisis terjadi ….

a. oksidasi pada katoda

b. reduksi pada anoda

c. reduksi pada katoda

d. perpindahan kation ke elektroda positiF

e. perpindahan anion ke elektroda negatif

4. Gambar berikut elektrolisis secara seri dan menggunakan elektroda Pt (inert) :

Larutan

NiSO4

Larutan

CuSO4

Larutan

AgNO3

Pasangan elektroda yang menghasilkan gas adalah ….

a. A dan C

b. B dan D

c. C dan E

d. D dan E

e. E dan F Ebtanas 1994

5. Elektrolisis larutan CuSO4 selama 30 menit dengan kuat arus 10 amper, di katoda akan mengendap logam tembaga sebanyak …. (Ar Cu = 63,5 )

a. 0,181 gram

b. 0,373 gram

c. 5,922 gram

d. 11,845 gram

e. 23,689 gram Ebtanas 1995

6. Larutan AgNO3 (ar Ag = 108) dielektrolisis dengan arus listrik 10 ampere selama 1 jam, maka massa Ag yang mengendap pada katoda adalah ….

a. 10,80 gram

b. 40,29 gram

c. 54,00 gram

d. 108,00 gram

e. 402,90 gram Ebtanas 1996

7. Dua buah sel berturut-turut beisi Nikel (II) klorida dan Perak nitrat, dihubungkan secara seri. Bila selama elektrolisis pada sel kedua terjadi 0,54 gram perak (Ar Ag = 108), maka nikel (ar Ni = 59) yang mengendap pada sel pertama adalah ….

a. 147,5 gram

b. 295,0 gram

c. 442,5 gram

d. 590,0 gram

e. 737,5 gram Ebtanas 1997

8. Pada elektrolisis sejumlah arus tertentu dialirkan selama 2 jam membebaskan 0,50 gram gas H2. Banyaknya gas O2 yang dapat dibebaskan oleh arus yang sama dengan waktu yang sama adalah ….

a. 1 gram

b. 2 gram

c. 3 gram

d. 4 gram

e. 5 gram Ebtanas 1998

9. Waktu yang diperlukan untuk memperoleh 5 gram logam Aluminum ( Ar Al = 27) dari elektrolisis cairan aluminium oksida dengan arus 1000 amper adalah …

a. 53,61 detik

b. 55,62 detik

c. 56,63 detik

d. 63,61 detik

e. 65,61 detik UMPTN 1994

10. Pada elektrolisis larutan CuSO4 yang menggunakan elektroda platina terbentuk endapan logam Cu sebanyak 3,175 gram (Ar Cu = 63,5) pada katoda. Volume gas yang terjadi pada anoda jika diukur pada keadaan dimana 5 liter gas N2 massanya 7 gram adalah….

a. 0,50 liter

b. 0,56 liter

c. 1,00 liter

d. 1,12 liter

e. 2,00 liter UMPTN 1995

11. Pada elektrolisis suatu larutan LSO4 dengan menggunakan elektroda platina di katoda terbentuk 0,295 gram endapan logam L. Larutan hasil elektrolisis dapat dinetralkan oleh 50 ml larutan KOH 0,230 M. Maka massa atom relatif logam L adalah ….

a. 24

b. 40

c. 56

d. 59

e. 65 UMPTN 1997

12. Arus listrik sebanyak 9650 C dilarikan beberapa waktu melalui 1 liter larutan Perak nitrat 1 M dalam sebuah sel elektrolisis. Bila kedua elektroda terbuat dari platina, volume larutan dianggap tetap, maka pH larutan setelah elektrolisis adalah….

a. 0

b. 1

c. 2

d. 3

e. 4 SPMB 1998

Elektroda

Larutan

NiSo4

Larutan

CrCl3

13. Sejumlah arus listrik yang sama dialirkan ke dalam dua sel elektrolisis yang berbeda sesuai dengan :

Jika dalam larutan NiSO4 terendapkan 17,7 gram logam Ni (Ar = 59), maka pada larutan CrCl3 akan diperoleh endapat Cr ( Ar = 52) sebanyak....

a. 5,8 gram

b. 10,4 gram

c. 15,8 gram

d. 25,9 gram

e. 28,9 gram UN 2008

14. Pada proses elektrolisis larutan tembaga sulfat 1 M selama 50 detik dengan arus sebesar 10 ampere. Endapan pada katoda dengan reaksi :

Cu2+ (aq) + 2 e Cu(s) yang terjadi adalah....

e. UN 2009

15. Pada elektrolisis larutan CuSO dengan elektrode Pt dihasilkan endapan Cu sebanyak 6,35 gram. Jika arus yang digunakan adalah 2 amper maka waktu yang diperlukan untuk elektrolisis tersebut adalah.... (Ar Cu = 63,5 ; S = 32; ) = 16 F = 965.00 Coulomb)

a. 193 detik

b. 965 detik

c. 9.650 detik

d. 19.300 detik

e. 193.000 detik UM-UGM 2005

16. Jika 200 tom bijih bauksit yang mengandung 51% AlO dimurnikan, kemudian dielektrolisis maka berat maksimum logam Al yang dapat diperoleh adalah.... (Ar Al=27; O=16)

a. 27 ton

b. 51 ton

c. 54 ton

d. 102 ton

e. 108 ton UM-UGM 2006

17. Aluminium Al(s) diproduksi dengan cara elektrolisis Al(aq). Berapa massa Al diperoleh selama 24 jam proses elektrolisis dengan arus 100.000 amper adalah.... (Ar Al =27 F = 96.500 Colulomb)

a. 33,5 kg

b. 536 kg

c. 806 kg

d. 1.206 kg

e. 2.412 kg UM-UGM 2007

18. Di antara logam berikut yang paling baik untuk mencegah korosi pada pipa bawah tanah adalah....

a. Cu

b. Sn

c. Pb

d. Mg

e. Al Ebtanas 1990

19. Perhatikan gambar proses korosi berikut :

paku

Udara

Kristal CaCl2

paku

Air

paku

Air

Minyak

Air garam

paku

Air

paku

Proses korosi yang paling cepat terjadi pada tabung....

a. 1

b. 2

c. 3

d. 4

e. 5 UN 2008

20. Beberapa metode pencegahan korosi dalam kehidupan sehari-hari :

1. pengecatan

2. melumuri dengan oli

3. pembalutan dengan plastik

4. pelapisan dengan timah

5. perlindungan katodik

Metode yang paling tepat untuk mencegah korosi pada pagar rumah dari besi adalah....

a. 1

b. 2

c. 3

d. 4

e. 5 UN 2009

30. Pada kendaraan bermotor kutub negatif accu dihubungkan dengan bodi motor terbuta dari besi, hal ini dapat mencegah dari korosi besi. Metode pencegahan korosi ini dikenal dengan metode....

a. pelistrikan

b. elektrodik

c. katodik

d. pelapisan

e. penyepuhan