Bahan Ajar Sel Elektrolisis [PDF]

Citation preview

Bahan ajar



Sel Elektrolisis Indikator



Indikator



3.6.1. Memprediksi reaksi yang terjadi di anoda dan katoda pada sel elektrolisis dengan menggunakan elektroda inert maupun tidak inert



Bahan ajar sel elektrolisis



3.6.2 Menjelaskan prinsip kerja sel elektrolisis yang digunakan pada beberapa teknologi dalam kehidupan sehari-hari



SMA Kls XII



SEL ELEKTROLISIS Pada topik sebelumnya telah dibahas mengenai salah satu sel elektrokimia yaitu sel Volta. Pada topik kali ini, akan dibahas mengenai sel elektrokimia yang lain dan tidak kalah penting dengan sel volta yaitu sel elektrolisis. Tidak seperti sel volta, sel elektrolisis memerlukan energi listrik untuk melangsungkan reaksi kimia di dalam sel. Pada materi sel volta, reaksi redoks spontan menimbulkan arus listrik. Terjadinya arus listrik ini dapat diamati dari voltmeter. Tidak demikian halnya dengan sel elektrolisis, reaksi redoks yang tidak spontan dapat berlangsung bila kedalamnya dialiri listrik. Perhatikan gambar susunan sel elektrolisis pada Gambar 1. Arus listrik dari sumber arus searah mengalir ke dalam larutan melalui katoda atau elektroda negatif.Pada katoda ini terjadi reaksi reduksi dari spesi tertentu yang ada dalam larutan. Spesi tertentu yang lain mengalami oksidasi di anoda/elektroda positif. Dalam hal tempat reaksi berlangsung sama seperti sel volta yaitu katoda tempat terjadi reaksi reduksi sedangkan anoda tempat terjadi oksidasi, tetapi muatan elektroda dalam sel elektrolisis berlawanan dengan muatan elektroda dalam sel volta. Pada sel elektrolisis katoda merupakan elektroda negatif, sedangkan anoda merupakan elektroda positif. Spesi yang mengalami reduksi di katoda dan spesi yang mengalami oksidasi di anoda, tergantung pada potensialnya masing-masing. Spesi yang mengalami reduksi adalah yang mempunyai potensial elektroda lebih positif. Sedangkan spesi yang mengalami oksidasi adalah yang mempunyai potensial elektroda lebih negatif. Dengan demikian, tidak selalu kation yang mengalami reduksi dan tidak selalu anion yang mengalami oksidasi, mungkin saja pelarutnya (air) yang mengalami reduksi dan atau oksidasi. Bila elektroda bukan elektroda inert (sukar bereaksi) maka elektroda akan mengalami oksidasi



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



1



Susunan sel elektrolisis Sel elektrolisis tersusun atas sebuah wadah, elektrode, elektrolit, dan sumber arus searah. Pada sel elektrolisis tidak memerlukan jembatan garam.



Muatan



elektrode berbeda dengan sel Volta. Coba kalian ingat kembali katode dan anode dalam sel Volta. Pada sel elektrolisis katode bermuatan negatif dan anode bermuatan positif. Reaksi yang terjadi sama seperti pada sel Volta, yaitu reaksi reduksi pada katode dan reaksi oksidasi pada anode. Elektron mengalir memasuki larutan melalui kutub negatif (katode). Spesi tertentu dalam larutan menyerap elektron dari katode dan mengalami reduksi. Spesi yang lain melepaskan elektron di anode dan mengalami oksidasi.



◄Gambar 1. Susunan sel elektrolisis Sumber: http :// susunan-sel-elektrolisis/



2



Reaksi pada sel elektrolisis Kita telah mengetahui bahwa elektrolit merupakan senyawa yang menghantarkan listrik.Elektrolit dapat berada sebagai larutan elektrolit atau lelehan senyawa ion. Apabila arus listrik dilewatkan melalui larutan elektrolit maka akan timbul reaksi redoks tidak spontan. Reaksi redoks yang terjadi pada larutan elektrolit bersifat kompleks karena adanya persaingan antara reaksi redoks elektrolit dengan reaksi redoks pelarut air. Sedangkan untuk lelehan senyawa ion, reaksi redoks yang terjadi bersifat sederhana karena tidak melibatkan air



Jenis elektrode yang digunakan dalam proses elektrolisis sangat berpengaruh pada hasil elektrolisis. Elektrode dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan keaktifannya, yaitu elektrode tidak aktif (sukar bereaksi atau inert), seperti C, Pt, dan Au sedangkan elektrode aktif (elektrode yang potensial reduksinya lebih negatif dari air seperti logam dari gol IA,IIA, Al dan Mn ) pada proses elektrolisis. Pada proses elektrolisis dengan elektrode aktif berlangsung reaksi elektrode dan reaksi elektrolit,



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



sedangkan proses elektrolisis dengan elektrode inert hanya berlangsung reaksi elektrolitnya saja. Sel elektrolisis menggunakan elektrolit berupa lelehan dan larutan.  Sel elektrolisis dengan elektrolit lelehan Jenis elektrolisis ini melibatkan reaksi redoks sederhana karena berlangsung tanpa air .beberapa jenis logam diperoleh dari elektrolisis eletrolit lelehan senyawa logamnya. Perhatikan contoh berikut! Elektolisis lelehan NaCl dengan elektrode Pt Katode :



[Na+(l) + e →Na(s)]x2



Anode :



2Cl- (l)



Sel



→ Cl2 (g) + 2e +



: 2Na+(l) + 2Cl-(l) →



2Na (s) + Cl2(g)



Didalam sel elektrolisis, ion Na+akan tereduksi di katoda membentuk logam Na. Sementara ion Cl- akan teroksidasi menjadi Cl2.  Sel elektrolisis dengan elektrolit larutan Jika dalam elektrolisis digunakan elektrolit berupa larutan maka reaksi yang terjadi tidak hanya melibatkan ion-ion dalam larutan, tetapi juga air.Hal tersebut menyebabkan terjadinya kompetesi antara ion dengan molekul pelarutnya atau ion-ion lain dalam larutan pada saat mengalami reaksi di anode dan katode.Spesi yang memiliki harga E0 lebih besar akan menang dalam kompetisi tersebut. Kompetisi yang terjadi pada katode adalah Reaksi reduksi kation, reaksi reduksi air : 2H2O(l) + 2e →H2(g) + 2OH- (aq) , reaksi reduksi H+ (elektrolit asam) : 2H+ (aq)+ 2e→ H2(g). Kompetisi yang terjadi pada anode adalah reaksi oksidasi anion dan reaksi oksidasi air : 2H2O (l) → O2 (g) + 4H+(aq) + 4e Perhatikan contoh berikut ini! 1. Reaksi elektrolisis larutan Na2SO4 dengan elektrode Pt Pada anode terjadi kompetisi antara ion sulfat dengan molekul air 2SO42-(aq) → S2O82-(aq) + 2e 2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e



E0 = -2,01 volt E0 = -1,23 volt



Oksidasi air lebih mudah berlangsung karena potensial oksidasi air lebih besar daripada SO42-.Pada katode terjadi kompetisi antara ion Na+ dengan molekul air sesuai reaksi berikut. Na+(aq) + e → Na(s) Bahan ajar sel elektrolisis



E0 = -2,71 volt SMA Kls XII



2H2O + 2e → 2OH-(aq) + H2(g)



E0 = -0,83 volt



Potensial reduksi air lebih besar daripada Na+ sehingga reduksi akan lebih mudah terjadi. Reaksi elektrolisis larutan Na2SO4 secara lengkap dapat ditulis seperti di bawah ini. Na2SO4(aq)→ 2Na+(aq) + SO42-(aq) Katode



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



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



(x 1)



6H2O(l) → 4OH-(aq) + 2H2(g) + 4H+(aq) + O2(g) Reaksi total: 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) 2. Elektrolisis larutan KI dengan elektrode grafit (C) Larutan KI pada proses elektrolisis akan menghasilkan gas hydrogen di katode dan iodine di anode. Larutan sekitar katode akan bersifat basa. Pada katode akan terjadi kompetesi antara ion K+ dengan molekul air, sesuai persamaan berikut ini: K+(aq) + e → K(s) E0 = -2,92 volt 2H2O(l) + 2e → 2OH-(aq) + H2(g) E0 = -0,83 volt Potensial reduksi air lebih besar daripada K+ sehingga reduksi air lebih mudah berlangsung.Pada anode terjadi kompetesi antara ion I- dan molekul air. Reaksi oksidasi di anode sebagai berikut: 2I-(aq) → I2(s) + 2e E0 = -0,54 volt 2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e E0 = -1,23 volt Reaksi oksidasi ion I- lebih mudah berlangsung karena potensial oksidasi ion Ilebih besar dari H2O. Elektrolisis larutan KI akan menghasilkan H2, OH-, dan I2 sebagai berikut. KI(aq) → K+(aq) + I-(aq) Katode : 2H2O(l) + 2e → 2OH-(aq) + H2(g) Anode : 2I-(aq) → I2(s) + 2e Reaksi : 2H2O(l) + 2KI(aq) → 2KOH(aq) + H2(g) + I2(s) 3. Elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode Cu Pada larutan CuSO4 terdapat ion Cu2+, ion SO42-, molekul air, dan logam Cu (anode). Pada katode akan terjadi kompetesi antara ion Cu dan moleku air. Cu2+(aq) + 2e → Cu(s) E0 = -0,54 volt 2H2O(l) + 2e → 2OH-(aq) + H2(g) E0 = -0,83 volt Potensial reduksi Cu lebih besar daripada H2O berdasarkan reaksi tersebut sehingga ion Cu2+ lebih mudah mengalami reduksi. Pada anode akan terjadi kompetisi antara ion SO42-, molekul air, dan anode (Cu). 2SO42-(aq) → S2O82-(aq) + 2e E0 = -2,01 volt 2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e E0 = -1,23 volt



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e E0 = -0,34 volt Potensial oksidasi Cu paling besar sehingga oksidasi logam tembaga lebih mudah terjadi.Reaksi elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode Cu secara keseluruhan dapat ditulis sebagai berikut. CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO42-(aq) Katode : Cu2+(aq) + 2e → Cu(s) Anode : Cu(s) → Cu2+(aq) + 2e Reaksi total :Cu(s) → Cu(s) (anode) (katode) 4. Elektrolisis lelehan garam dapur Elektrolisis bentuk ini hanya berlaku pada senyawa ionic.dengan tidak ada zat pelarut (seperti H2O). Jika lelehan garam ini dielektrolisis dengan elektroda inert dalam suatu wadah, maka dalam wadah tersebut hanya ada kation dan anion, tidak ada spesi lain yang terkadung didalamnya. Kation dari lelehan itu akan mengalami reduksi, sedangkan anion akan mengalami oksidasi. Perhatikan contoh elektrolisis lelehan NaCl berikut!



Gambar 2 . Elektrolisis lelehan NaCl Sumber: http :// elektrolisis-lelehan-garam-dapur/



Dari gambar 10, elektroda yang dihubungkan dengan kutub negatif Power Supply – DC akan menjadi kutub negatif sel dan elektroda yang dihubungkan dengan kutub positif power supply akan menjadi kutub positif dari sel. Pada elektrolisis lelehan NaCl akan dihasilkan ion-ion Na+ dan Cl-. Ion-ion Na+ akan bergerak menuju kutub negatif dan pada elektroda tersebut terjadi reaksi : Na+(l) + e-Na(l)



(reduksi)



Sedangkan, ion-ion Cl-bergerak menuju elektroda positif dan pada elektroda tersebut terjadi reaksi:



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



2Cl-(l)Cl2(g) + 2e-



(oksidasi)



Karena pada elektroda negatif terjadi reaksi reduksi maka elektroda tersebut merupakan katoda. Pada elektroda positif terjadi reaksi oksidasi.Oleh karena itu elektroda tersebut merupakan anoda. 5. Elektrolisis Larutan Elektrolit. Jika suatu senyawa dalam bentuk larutan dilektrolisis dengan menggunakan elektrode inert, maka akan ada beberapa spesi yang terdapat dalam larutan tersebut seperti kation, anion atau H2O (jika pelarutnya H2O). Hal ini akan menyebabkan kompetisi antara ion-ion dan molekul H2O. pemenang kompetisi ini bergantung pada harga potensial standar sel (Eo), jenis elektrode dan jenis anion. Misalnya elektrolisis larutan NaCl seperti pada gambar 16 berikut:



Selama proses elektrolisis berlangsung, pada katoda terjadi persaingan antara air dengan ion Na+. Berdasarkan Tabel Potensial Standar Reduksi, air memiliki E°red yang lebih besar dibandingkan ion Na+. Ini berarti, air lebih mudah tereduksi dibandingkan ion Na+.Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di katoda adalah air. Sementara, berdasarkan Tabel Potensial Gambar 3 . Elektrolisis larutan NaCl



Standar Reduksi, nilai E°red ion Cl- dan



Sumber: http :// susunan-sel-elektrolisis/



air hampir sama. Oleh karena oksidasi air memerlukan potensial tambahan



(overvoltage), maka oksidasi ion Cl- lebih mudah dibandingkan oksidasi air. Oleh sebab itu, spesi yang bereaksi di anoda adalah ion Cl-. Dengan demikian, reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan garam NaCl adalah sebagai berikut : Katoda (-)            :   2 H2O(l) +  2 e- ——>  H2(g) +  2 OH-(aq) Anoda (+)            :   2 Cl-(aq) ——>  Cl2(g) +  2 eReaksi sel            :   2 H2O(l) +  2 Cl-(aq) ——>  H2(g) +  Cl2(g) +  2 OH-(aq)



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



Reaksi elektrolisis larutan garam NaCl menghasilkan gelembung gas H2 dan ion OH-(basa) di katoda serta gelembung gas Cl 2 di anoda.Terbentuknya ion OHpada katoda dapat dibuktikan dengan perubahan warna larutan dari bening menjadi merah muda setelah diberi sejumlah indikator fenolftalein (pp).Dengan demikian, terlihat bahwa produk elektrolisis lelehan umumnya berbeda dengan produk elektrolisis larutan.



Reaksi – reaksi yang terjadi di elektrolisis Reaksi Reaksi pada pada Anoda Anoda (Oksidasi) (Oksidasi) Bila Bila elektrodenya elektrodenya inert inert (Pt, (Pt, Au, Au, atau atau C), C), maka maka anoda anoda tidak tidak ikut ikut teroksidasi, teroksidasi, Ion Ion OH OH- teroksidasi teroksidasi menjadi menjadi H H22O O dan dan gas gas O O22 4OH 4OH- (aq) (aq) → → 2H 2H2O O (l) (l) ++ O O2 (g) (g) ++ 4e 4e 2



2



- Ion Ion sisa sisa asam asam halida halida (Cl (Cl-,, Br Br-,, II-)) teroksidasi teroksidasi menjadi menjadi molekulnya. molekulnya. -Contoh Contoh :: 2Br 2Br (aq) (aq) → → Br Br22 (l) (l) ++ 2e 2e 22Ion Ion sisa sisa asam asam oksi oksi (SO (SO4 2-,, NO NO3 -,, CO CO3 2-)) tidak tidak teroksidasi, teroksidasi, yang yang teroksidasi teroksidasi 4



3



3



adalah adalah air air (pelarut). (pelarut). + 2H 2H22O O (l) (l) → → 4H 4H+ (aq) (aq) ++ O O22 (g) (g) ++ 4e 4e Bila Bila elektrode elektrode selain selain dari dari Pt, Pt, Au, Au, atau atau C, C, maka maka anoda anoda ikut ikut teroksidasi. teroksidasi. + Contoh Contoh :: anoda anoda dari dari logam logam Ag Ag maka maka :: Ag Ag (s) (s) → → Ag Ag+(aq) (aq) ++ ee 2+ anoda anoda dari dari logam logam Cu Cu maka maka :: Cu Cu (s) (s) → → Cu Cu2+ (aq) (aq) ++ 2e 2e Reaksi Reaksi pada pada Katoda Katoda (Reduksi) (Reduksi) + Ion Ion H H+ tereduksi tereduksi menjadi menjadi gas gas H H22 :: ++ 2H 2H (aq) (aq) ++ 2e 2e → →H H2(g) (g) 2



Ion-ion Ion-ion logam logam + + 2+ 2+ Ion-ion Ion-ion logam logam alkali alkali dan dan alkali alkali tanah tanah (Na (Na+,, K K+,, Ca Ca2+,, Mg Mg2+ dan dan lain-lain) lain-lain) serta serta 3+ 2+ Latihan 3+, Mn 2+tidak mengalami reduksi, yang tereduksi adalah air (pelarut). Al Al , Mn tidak mengalami reduksi, yang tereduksi adalah air (pelarut). Latihan 2H 2H22O O (l) (l) ++ 2e 2e → →H H22 (g) (g) ++ 2OH 2OH- (aq) (aq) 3+ 2+ Ion-ion logam lain (selain alkali dan alkali Ion-ion logam lain (selain alkali dan alkali tanah tanah serta serta Al Al 3+,, Mn Mn2+)) tereduksi tereduksi menjadi menjadi logamnya. logamnya. 2+ Contoh: Contoh: Ni Ni2+ (aq) (aq) ++ 2e 2e → → Ni Ni (s) (s)



Contoh



:



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



a. Elektrolisis larutan NaCl dengan elektrode grafit (C) Anoda : 2Cl- (aq) → Cl2 (g) + 2e Katoda : 2H2O (l) + 2e → H2 (g) + 2OH- (aq) 2Cl- (aq) + 2H2O (l) → Cl2 (g) + H2 (g) + 2OH- (aq) b. Elektrolisis CuSO4 dengan elektrode Pt Anode : 2H2O (l) → 4H+ (aq) + O2 (g) + 4e Katode : 2 Cu2+(aq) + 4e → 2 Cu(s) 2 H2O(l) + 2 Cu2+(aq) → 4 H+(aq) + O2(g) + Cu(s) c. Elektrolisis CuSO4 dengan elektrode Cu Anode



: Cu (s) → Cu2+ (aq) + 2e



Katode



: Cu2+ (aq) + 2e → Cu(s) Cu(s) anode → Cu(s) katode



3



Prinsip Kerja dan Aplikasi Sel Elektrolisis



Kita telah mengetahui bahwa elektrolit merupakan senyawa yang menghantarkan listrik. Elektrolit dapat berada sebagai larutan elektrolit atau lelehan senyawa ion. Apabila arus listrik dilewatkan melalui larutan elektrolit maka akan timbul reaksi redoks tidak spontan. Reaksi redoks yang terjadi pada larutan elektrolit bersifat kompleks karena adanya persaingan antara reaksi redoks elektrolit dengan reaksi redoks pelarut air. Sedangkan untuk lelehan senyawa ion, reaksi redoks yang terjadi bersifat sederhana karena tidak melibatkan air Untuk mengetahui rangkaian sel elektrolisis simak rangkaian berikut. Dua elektroda inert dicelupkan ke dalam lelehan CuCl2, kemudian dihubungkan ke baterai yang akan memasok arus listrik pada sel.



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



Gambar 6 Perubahan kertas lakmus menjadi putih karena terbentuknya gas Cl2, sedangkan pada elektroda lainnya terbentuk endapan Cu. Dikatakan bahwa CuCl2 telah terurai menjadi padatan Cu dan gas Cl2.



Gambar 5 sel elektrolisis untuk peruraian CuCl2 http ://sel-elektrolisis-peruraian-logam-tembaga/



Katoda : Cu2+(l) + 2e-(l) Cu(s) Anoda : 2Cl- (aq)Cl2(g) + 2eReaksi` : Cu2+(l) + 2Cl- (aq) Cu(s) + Cl2(g) Proses elektrolisis dimulai dengan dialirkannya arus listrik dari baterai. Elektron dari kutub negatif baterai akan mengalir menuju elektroda dari sel elektrolisis. Akibatnya, elektroda tersebut menjadi bermuatan negatif atau disebut katode. Sedangkan elektroda lainnya akan bermuatan positif atau disebut anoda. Ion positif Cu2+ dalam lelehan akan tertarik ke katoda dan menyerap elektron untuk tereduksi menjadi Cu netral. Katode: Cu2+ (l) + 2e- Cu(s) Sementara itu, ion Cl- dalam lelehan akan tertarik ke anoda. Ion Cl- akan teroksidasi menjadi Cl yang netral dengan melepas elektron .elektron inilah yang akan diambil oleh anoda untuk diteruskan kembali ke kutub posistif baterai. Anoda: 2 Cl-(l) Cl2(g) + 2eJenis elektrode yang digunakan dalam proses elektrolisis sangat berpengaruh pada hasil elektrolisis. Elektrode dapat dibedakan menjadi dua berdasarkan keaktifannya, yaitu elektrode tidak aktif (sukar bereaksi atau inert), seperti C, Pt, dan Au sedangkan elektrode aktif (elektrode yang potensial reduksinya lebih negatif dari air seperti logam dari gol IA,IIA, Al dan Mn ) pada proses elektrolisis. Pada proses elektrolisis dengan elektrode aktif berlangsung reaksi elektrode dan reaksi elektrolit, sedangkan proses elektrolisis dengan elektrode inert hanya berlangsung reaksi elektrolitnya saja.



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



Ada beberapa aplikasi penggunaan elektrolisis terutama dalam dunia industri. Beberapa diantaranya adalah untuk memproduksi zat-zat kimia dan untuk pemurnian logam. a. Pemurnian Cu Pada pengolahan tembaga dari bijih kalkopirit diperoleh tembaga yang masih tercampur dengan sedikit perak, emas, dan platina. Untuk beberapa keperluan dibutuhkan tembaga murni, misalnya untuk membuat kabel. Tembaga yang tidak murni dipisahkan dari zat pengotornya dengan elektrolisis. Tembaga yang tidak murni dipasang sebagai anoda dan tembaga murni dipasang sebagai katoda dalam elektrolit larutan CuSO4 tembaga di anoda akan teroksidasi menjadi Cu2+ selanjutnya Cu2+ direduksi di katoda.



Gambar 4. Pemurnian Cu dengan cara elektrolisis Sumber: http :// pemurnian-logam-tembaga/



Dengan demikian tembaga di anoda pindah ke katoda sehingga anode semakin habis dan katoda semakin bertambah besar. Logam emas, perak, dan platina terdapat pada lumpur anoda sebagai hasil samping pada pemurnian tembaga. b. Pembuatan Na Logam natrium secara komersial diproduksi dengan elektrolisis lelehan NaCl. Proses ini dikenal dengan nama proses Down. Pada proses ini tidak digunakan NaCl saja tetapi dicampur dengan CaCl2 untuk menurunkan titik leleh NaCl dari 801 oC menjadi 580oC. Bagan sel Down dapat dilihat pada gambar di bawah ini:



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



Gambar 5. skema sel Down Sumber: http :// skema-sel-down/



Berdasarkan gambar di atas, logam natrium terbentuk pada katode. Logam natrium yang terbentuk berwujud cair dan terapung karena massa jenis natrium lebih kecil dibandingkan lelehan NaCl-CaCl2. Pada anode terbentuk gas Cl2. Ruang antara katode dan anode dipisahkan supaya logam natrium yang terbentuk tidak bereaksi dengan gas Cl2. c. Pembuatan NaOH dan Cl2 Elektrolisis larutan NaCl merupakan proses penting dalam industri untu memproduksi NaOH dan klorin. Pada katode, natrium tidak terbentuk karena natrium memiliki potensial reduksi lebih kecil dibanding H2O, sehingga H2O tereduksi membentuk ion OH- dan gas H2. Na+ + e → Na



Eo = - 2,71 V



2 H2O + 2 e → 2 OH- + H2



Eo = - 0,83 V



Pada anode, ion Cl- akan teroksidasi menjadi gas Cl 2. Skema elektrolisis larutan NaCl dapat dilihat pada gambar di bawah ini



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



Gambar 6 . elektrolisis larutan NaCl Sumber: http :// elektrolisis-larutan-garam-dapur/



Reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan NaCl adalah Katode



: 2 H2O + 2 e → 2 OH- + H2



Anode



: 2 Cl- → Cl2 + 2e 2 Cl- + 2 H2O → 2 OH- + Cl2



Antara anode dan katode dipisahkan dengan membran. Tujuannya adalah supaya gas Cl 2 yang terbentuk tidak bereaksi dengan ion hidroksida yang terbentuk di katode. Untuk memperoleh NaOH, zat yang ada diruang katode disedot keluar dan diupakan sehingga diproleh NaOH dengan kadar yang lebih tinggi di banding di ruang katode. d. Pembuatan Al Aluminium merupakan unsur terbanyak nomor tiga dalam kerak bumi. Pembuatan aluminium dengan cara elektrolisis menggunakan proses Hall-Heroult. Bahan dasar pengolahan aluminium adalah bauksit. Indonesia mempunyai lokasi penambangan bauksit yaitu di Pulau Bintan. Proses pertama adalah dengan memurnikan bauksit (Al 2O3). Bauksit direaksikan dengan NaOH Al2O3 + OH- → AlO2- + H2O Oksida logam lain tidak akan bereaksi. Selanjutkan larutan disaring dan filtrat diasamkan dengan mengalirkan gas CO2. 2 CO2 + 2 H2O + (n+1) H2O → Al2O3.nH2O + HCO3-



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



Selanjutnya alumina yang terbentuk dimurnikan dan dicampur dengan kriolit untuk dilelehkan. Lelehan dielektrolisis dengan menggunakan elektrode grafit. Katode



: 4 Al3+ + 12e → 4Al



Anode



: 6 O2- → 3O2 + 12e



Gambar 7 . Skema proses Hall-Heroult Sumber: http :// proses-hall-heroult



Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa gas oksigen yang terbentuk bereaksi dengan grafik membentuk gas CO2 sehingga secara periodik grafit diganti. e. Penyepuhan Dalam penyepuhan tersebut terjadi reaksi elektrolisis. Reaksi elektrolisis hanya dapat terjadi dalam sel elektrolisis. Sel elektrolisis merupakan sel elektrokimia yang melibatkan reaksi redoks tidak spontan dan memerlukan arus listrik dari luar. Selain untuk penyepuhan elektrolisis sering digunakan untuk menguraikan kembali suatu senyawa menjadi unsur-unsurnya.Sel elektrolisis digunakan dalam produksi industri dari unsur-unsur penting termasuk klorin, alumunium, dan tembaga.Sebagai contoh produksi baja, campuran logam, dan pembuatan kaleng untuk makanan. Suatu produk dari logam agar terlindungi dari korosi (perkaratan) dan terlihat lebih menarik seringkali dilapisi dengan lapisan tipis logam lain yang lebih tahan korosi dan mengkilat. Salah satu cara melapisi atau menyepuh adalah dengan elektrolisis. Benda yang akan dilapisi dipasang sebagai katoda dan potongan logam penyepuh dipasang sebagai anoda yang dibenamkan dalam larutan garam dari logam penyepuh dan dihubungkan dengan sumber arus searah. Contoh: untuk melapisi sendok garpu yang terbuat dari bajadengan perak, maka garpu dipasang sebagai katoda dan logam perak dipasang sebagai anoda, dengan elektrolit larutan



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



AgNO3. Logam perak pada anoda teroksidasi menjadi Ag + kemudian direduksi menjadi Ag pada katoda atau garpu. Dengan demikian garpu terlapisi. oleh logam perak.



◄Gambar 8 . Penyepuhan sendok dengan Ag Sumber: http :// penyepuhan-sendaok/



Katode (sendok)



: Ag+ + e → Ag



Anode



: Ag → Ag+ + e Ag (anode) → Ag (katode/sendok



Contoh soal reaksi-reaksi pada elektrolisis. Contoh 1 Tuliskan reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan NaCl dengan elektrode grafit. Jawab. Reaksi: NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq) Kation Na+ merupakan kation logam golongan IA sehingga air akan tereduksi di aktode, sedangkan anion Cl- merupakan ion sisa asam non oksi sehingga ion Clteroksidasi di anode. Katode : 2H2O(l) + 2e → 2OH-(aq) + H2(g) Anode : 2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e 2H2O(l) + 2Cl-(aq) → 2OH-(aq) + H2(g) + Cl2(g) Contoh 2 Tuliskan reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode grafit. Jawab. Reaksi: CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO42-(aq) Kation Cu2+ tidak termasuk logam aktif sehingga kation tereduksi di katode.Ion sulfat tergolong sisa asam oksi sehingga air teroksidasi di anode. Katode : Cu2+(aq) + 2e → Cu(s) (x 2) + Anode : 2H2O(l) → 4H (aq) + O2(g) + 4e 2+ Reaksi : 2Cu (aq) + 2H2O(l) → Cu(s) + 4H+(aq) + O2(g)



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



Logam Cu mengendap pada katode, sedangkan pada anode dihasilkan gas oksigen.Larutan di sekitar anode bersifat asam sebab dihasilkan ion H+. Contoh 3 Tuliskan reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan AgNO3 dengan katode Cu dan anode Ag. Jawab. Reaksi: AgNO3(aq) → Ag+(aq) + NO3-(aq) Katode : Ag+(aq) + e → Ag(s) Anode : Ag(s) → Ag+(aq) + e Ag(s) → Ag(s) (anode) (katode) Logam perak di anode larut kemudian mengendap di katode sehingga logam Cu di katode terlapisi oleh logam perak.



Contoh 4 Tuliskan reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan HNO3 dengan elektrode grafit. Jawab Reaksi: HNO3(aq) → H+(aq) + NO3-(aq) Katode : 2H+(aq) + 2e → H2(g) Anode : 2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e Reaksi :2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) Pada elektrolisis larutan asam nitrat terjadi elektrolisis air menghasilkan gas hidrogen di katode dan gas oksigen di anode



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



KESIMPULAN Cirri-ciri reaksi elektrolisis adalah sebagai berikut : Reaksi redoks tidak spontan Energi listrik diubah menjadi energi kimia Katoda kutub negatif (-) dan terjadi proses reduksi Anoda, kutub positif (+) dan terjadi proses oksidasi Reaksi-reaksi pada sel elektrolisis Reaksi pada Anoda (Oksidasi) Bila elektrodenya inert (Pt, Au, atau C), maka anoda tidak ikut teroksidasi, Bila elektrode selain dari Pt, Au, atau C, maka anoda ikut teroksidasi. Reaksi pada Katoda (Reduksi) Ion H++ tereduksi menjadi gas H2 : 2 Ion-ion logam 2+, Mg2+ 2+ dan lainIon-ion logam alkali dan alkali tanah (Na++, K++, Ca2+ lain) 3+, Mn2+ 2+) Ion-ion logam lain (selain alkali dan alkali tanah serta Al3+ Aplikasi sel elektrolisis Pemurnian logam Pembuatan Na, NaOH dan Aluminium penyepuhan



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII



DAFTAR PUSTAKA



Pratana, Crys & Wiyarsi, Antuni. 2009. Mari Belajar Kimia Untuk SMA Kls XII IPA BSE. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Pangajuanto,Teguh & Rahmadi, Tri. 2009. Kimia 3 : Untuk SMA/MA kelas XII BSE. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional. Utami, Budi. Nugroho, Agung.Mahardiani, Lina, Yamtina, Sri. Mulyana, Bakti. 2009. Kimia 3 : Untuk SMA/MA Kelas XII Program Ilmu Alam BSE. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional. Watoni, A. Haris. 2015. Buku siswa KIMIA Untuk SMA/MA Kelas XII Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu-Ilmu Alam. Bandung : Yrama Widya



Bahan ajar sel elektrolisis



SMA Kls XII