Erna Wati (1192080021) Soal Latihan Elektrokimia [PDF]

Citation preview

Soal-soal Latihan Kinetika & Kesetimbangan “ELEKTROKIMIA” Nama : Erna Wati NIM



: 1192080021



Kelas : 4A



1. Jelaskan perbedaan sel Volta dan sel elektrolisis ! Jawab : Perbedaan sel elektrolisis dan sel volta : 



Pada sel volta : proses terjadi pada dua wadah berbeda yang dihubungkan oleh jembatan garam dalam elektrolit inert sedangkan pada sel elektrolisis : proses terjadi dalam wadah sama dalan cairan elektrolit.







Perbedaan sel elektrolisis dan sel volta terletak pada kutub elektrode. Pada sel volta, anoda (–) dan katoda (+), sedangkan pada sel elektrolisis sebaliknya, anode (+) dan katode (–). Pada sel elektrolisis anode dihubungkan dengan kutub positif sumber energi listrik, sedangkan katode dihubungkan dengan kutub negatif. Oleh karena itu pada sel elektrolisis di anode akan terjadi reaksi oksidasi dan di katode akan terjadi reaksi reduksi.







Pada sel volta, energi kimia diubah menjadi energi listrik secara spontan contohnya baterai listrik sedangkan sel elektrolisis adalah sel yang mengalami reaksi kimia ketika arus listrik dialirkan kedalam sel tersebut. Contohnya penguraian garam menjadi unsur pembentuknya yaitu natrium dan klorin. Pada sel volta menggunakan jembatan garam untuk penstabil reaksi sedangkan sel elektrolisis tidak menggunakan jembatan.







Perbedaan terletak dari sumber elektron. Pada sel volta elektron berasal dari larutan uang mengalami oksidasi sedangkan pada sel elektrolisis, elektron berasal dari sumber arus listrik.







Reaksi redoks pada sel volta terjadi secara spontan ketika batang logam dimasukan kedalam sel sedangkan sel elektrolisis, reaksi redoks hanya terjadi ketika arus listrik dilewatkan ke dalam sel.



2. Jelaskan pergerakan elektron yang terjadi pada sel Volta hingga menghasilkan energi listrik ! Jawab :



Pada sel volta, proses reaksi terjadi pada dua wadah berbeda yang dihubungkan oleh jembatan garam dalam elektrolit inert. Larutan elektrolit pada sel volta dihubungkan oleh jembatan garam yang berfungsi untuk menetralkan kation dan anion dalam larutan. Dalam larutan elektrolit terdapat ion-ion yang berbeda muatan dan bergerak secara bebas. Suatu daya hantar listrik terjadi karena adanya ion-ion yang terdapat dalam larutan elektrolit dan bergerak bebas. Ketika arus listrik dihubungkan, maka spesi anion akan bergerak menuju elektrode positif (anoda) dengan melepaskan elektron dan kation bergerak menuju elektrode negatif (katode) untuk menerima elektron tersebut. Aliran elektron pertama kali dibawa oleh anion yang kemudian bergerak menuju elektroda positif (anode) melewati kabel listrik dan spesi kation dan anion pada larutan akan dinetralkan oleh jembatan garam. Selanjutnya elektron masuk ke elektrode negatif (katode) dan elektron tersebut diterima oleh kation. Proses penghantaran listrik terjadi melalui ion-ion dalam larutan. Semakin banyak ion dalam larutan maka semakin banyak pula ion yang dapat mengantarkan elektron sehingga daya hantar listriknya semakin kuat.



3. Berikan contoh aplikasi sel Volta (gambarkan) ! Jawab : Aplikasi sel volta adalah aki atau accumulator



Reaksi yang terjadi : Anoda : Pb + SO42- → PbSO4 + 2eKatoda : PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- → PbSO4 2H2O



+



Reaksi Total : Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- → 2PbSO4 + 2H2O



Saat aki digunakan, molekul asam sulfat akan terurai menjadi ion 2H+ dan ion SO2-. Anoda akan beraksi dengan ion SO42- menghasilkan timbal sulfat (PbSO4) sambil melepaskan 2 elektron. Sepasang ion hidrogen (2H+) akan ditarik oleh katoda dengan mengambil dua elektron tadi dan bergabung dengan atom oksigen sehingga membentuk molekul air (H2O). Dari pergerakan elektron tersebut menghasilkan beda potensial listrik diantara kedua elektroda.



4. Jelaskan pergerakan elektron yang terjadi pada sel elektrolisis hingga menghasilkan energi kimia ! Jawab : Pada sel elektolisis, anoda bermuatan positif dan katoda bermuatan negatif. Ketika sel elektrolisis dialirkan listrik maka anoda akan bermuatan positif dan katoda bermuatan negatif. Pergerakan elektron terjadi dari anoda menuju ke katoda. Anoda akan kekurangan elektron sehingga anoda menarik elektron dari larutan elektrolit yang memiliki muatan negatif sehingga ion-ion negatif tersebut teroksidasi. Pada anoda mengalami reaksi oksidasi. Sedangkan pada katoda memiliki banyak muatan negatif sehingga membutuhkan muatan positif untuk menetralkannya, oleh karena itu katoda cenderung menarik kation dalam larutan elektrolit sehingga ion-ion positif tersebut akan tereduksi dan mengalami reaksi reduksi.



5. Berikan contoh aplikasi sel elektrolisis (gambarkan) ! Jawab : Penyepuhan logam sebagai aplikasi sel elektrolisis Penyepuhan adalah proses pelapisan logam dengan logam yang lebih tipis dengan prinsip logam yang akan disepuh dijadikan katoda dan logam penyepuh dijadikan sebagai anoda. Pada penyepuhan garpu dilakukan dengan melapisi sendok garpu yang terbuat dari baja dengan perak, maka garpu dipasang sebagai katoda dan logam perak dipasang sebagai anoda, dengan larutan elektrolit berupa AgNO3. Logam yang digunakan untuk melapisi besi atau baja harus menggunakan logam yang sukar teroksidasi contohnya perak. Larutan elektrolit yang digunakan mengandung garam dari logam yang akan dilapisi. Ion-ion logam yang berasal dari larutan elektrolit akan menangkap elektron sehingga mengalami reaksi reduksi dan terendapkan dengan membentuk lapisan pada kutub katoda. Sehingga garpu terlapisi oleh logam perak. Atom-atom logam pada kutub anoda kehilangan elektron sehingga mengalami reaksi oksidasi dan akan larut dalam larutan elektrolit sebagai ion.



6. Tuliskan hukum Faraday dan tuliskan rumusnya !



Jawab : Hukum faraday 1 berbunyi “massa zat yang dihasilkan (w) pada suatu elektrode selama proses elektrolisis berbanding lurus dengan muatan listrik (Q) yang digunakan”. Secara sistematis, Hukum Faraday I dapat disimpulkan dengan persamaan berikut: w= Q



atau



w=Ixt



Keterangan : w = massa zat (gram ) Q= muatan listrik dalam elektron (colomb) I = Kuat Arus (Ampere) T = waktu (detik) Hukum Faraday II berbunyi “massa zat yang dihasilkan pada suatu elektrode selama elektrolisis berbanding lurus dengan massa ekivalen zat tersebut”. Secara sistematis, Hukum Faraday II dapat disimpulkan dengan persamaan berikut: w = ME Keterangan : w = massa zat (gram) ME = massa ekivalen zat Massa ekivalen zat adalah masa molar (Mm) dibagi dengan perubahan bilangan oksidasinya, persamaannya dapat dituliskan sebagai berikut : ME =



𝑴𝒎 𝑩𝒊𝒍𝒐𝒌𝒔 𝒂𝒕𝒂𝒖 𝒎𝒖𝒂𝒕𝒂𝒏 𝒊𝒐𝒏



7. Jelaskan pengertian sel kimia dengan perpindahan dan tanpa perpindahan ! Jawab : Sel kimia tanpa perpindahan adalah proses reaksi tanpa adanya proses lompatan carian dari suatu jembatan garam atau liquid junction. Sel ini terdiri atas dua elektroda dan sebuah elektrolit. Pada sel ini, elektroda yang satu reversible terhadap kation dan elektroda lainnya reversible terhadap anion dari elektrolit yang digunakan. Sel kimia dengan perpindahan adalah suatu sel yang terjadi kontak antara dua larutan dengan konsentrasi berbeda atau ion-ion berbeda atau keduanya. Selama proses reaksi terjadi proses lompatan cairan (liquid junction) dari elektrolit yang berbeda. Pada perbatasan kedua cairan/liquid junction timbul beda potensial yang terjadi karena difusi ion-ion melalui perbatasan kedua larutan.



8. Apa syarat elektroda pada sel kimia tanpa perpindahan? Jelaskan Jawab : Syarat elektroda pada sel kimia tanpa perpindahan adalah sel ini harus tersusun atas dua elektroda dengan satu elektroda harus reversible terhadap kation dan lainnya reversible terhadap anion serta hanya terdapat satu jenis larutan elektrolit.



9. Sel kimia tanpa perpindahan digunakan untuk aplikasi apa? Berikan contoh sel (gambarkan) ! Jawab : Contoh aplikasi sel kimia tanpa perpindahan adalah Sel Accumulator (AKI), sel kering (Sel Lelanche), sel bahan bakar. Gambar sel lelanche :



Gambar sel bahan bakar :



10. Pada sel kimia dengan perpindahan diperlukan liquid junction, apa fungsi dari liquid junction? Jawab : Liquid junction ini dikenal dengan nama jembatan garam. Jembatan garam berfungsi untuk mengalirkan aliran elektron agar tidak berhenti dan menyeimbangkan elektrolit dengan memberi ion positif atau negatif sehingga menjadi rangkaian tertutup. Tujuan pembuatan jembatan garam ini adalah untuk menjaga kenetralan muatan listrik pada larutan. Selain itu dengan adanya jembatan garam menyebabkan adanya pertemuan dua elektrolit. Hal ini menyebabkan munculnya potensial sambungan di kedua elektrolit sebagai akibat difusi ion-ion melalui batas kedua larutan.



11. Apa yang menyebabkan perbedaan potensial pada liquid junction? Jawab :



Pada sel kimia dengan perpindahan terjadi kontak antara dua larutan dengan konsentrasi berbeda atau ion-ion berbeda. Pada perbatasan kedua cairan/liquid junction timbul beda potensial yang disebut liquid junction potential atau potensial sambungan. Ej terjadi karena difusi ion-ion melalui perbatasan kedua larutan. Pada proses ini ion-ion yang cepat akan mendahului yang



lambat akibatnya terjadi



pemisahan muatan yang menimbulkan beda potensial, Ej yang terukur bersama-sama dengan potensial elektroda sehingga potensial sel akan sama dengan penjumlahan potensial sel dan potensial junction.



12. Jelaskan cara menghitung liquid junction potential (VEJ) Jawab : Pada sebuah sel yang mengalami proses transfer maka potensial terukur adalah potensial total, ET = E1 + E2 + Ej Pada



persamaan



 ESel 



diatas



muncul



adanya



faktor



potensial



junction



(Ej).



2t  RT m2 . 2 ln F m1 . 1



Maka potensial junction : Ej = ET – (E1+ E2) atau



 Ej 



2t  RT m2 . 2 RT m2 . 2 ln  ln F m1 . 1 F m1 . 1



 Ej 



2t  RT m2 . 2 (t  t  ) RT m2 . 2 ln  ln F m1 . 1 F m1 . 1



 Ej 



(t   t  ) RT m2 . 2 ln F m1 . 1



13. Berikan contoh sel kimia dengan perpindahan (gambarkan) ! Jawab : Contoh sel kimia dengan perpindahan adalah penyepuhan logam, pemurnian logam.



Gambar pemurniaan tembaga



Gambar penyepuhan logam tembaga



14. Jelaskan pengertian sel konsentrasi ! Jawab : Sel konsentrasi adalah sel elektrolitik yang terdiri dari dua sel dengan elektroda yang sama, tetapi berbeda dalam konsentrasi. Sel konsentrasi juga merupakan sel elektrokimia dengan EMF dihasilkan karena adanya penurunan energi bebas disertai oleh suatu proses transfer materi dari satu bagian ke bagian lain dari sel. Pada sel konsentrasi, emf tergantung pada transfer materi dari satu elektroda ke elektroda lainnya karena adanya perbedaan konsentrasi diantara kedua elektroda.



15. Jelaskan perbedaan sel konsentrasi elektrolit dan sel konsentrasi elektroda ! Jawab : Pada sel konsentrasi elektroda, kedua elektrodanya memiliki konsentrasi berbeda dengan jenis elektroda serta elektrolit yang digunakan itu sama. Pada sel ini proses pengaliran elektron disebabkan oleh perbedaan konsentrasi elektroda. Dengan adanya perbedaan konsentrasi tersebut mengakibatkan adanya pergerakan elektron sehingga terjadi transfer ion positif atau proton untuk mengimbangi transfer ion negatif (elektron) yang terjadi. Sel konsentrasi elektroda bisa disebut juga sel konsentrasi dengan adanya perpindahan. Pada Sel konsentrasi elektrolit, elektroda terdiri dari zat yang sama, dan setengah selnya mengandung elektrolit yang sama dengan konsentrasi yang berbeda. Pada sel konsentrasi elektrolit tidak terdapat pertemuan atau perbatasan cairan, karena jika adanya perbatasan atau pertemuan dua larutan elektrolit akan menimbulkan perpindahan, sedangkan sel ini adalah sel konsentrasi elektrolit tanpa perpindahan.



16. Pada sel konsentrasi elektroda gas dengan diagram sel : Pt|H2(P1)|HCl|H2(P2)|Pt



Tuliskan: a. Reaksi sel Jawab : Sel diagram : Pt|H2(P1)|HCl|H2(P2)|Pt Reaksi : Anoda



: ½ H2 (P1) → H+ (a) + e-



Katoda



: H+ (a) + e- → ½ H2 (P2)



Total



: ½ H2 (P1) ↔ ½ H2 (P2)



b. hitung harga E0 dan Esel Jawab : E0 berharga nol (0). Esel = − Esel = −



𝑅𝑇 𝑛𝐹 (



ln



𝑃2 𝑃1



8,314𝑗 .𝑚𝑜𝑙 𝑘



96487



).273 𝑘 C mol



ln 0,25



Esel = 3,1 x 10-2 volt



17. Sel konsentrasi amalgam dengan diagram sel : Pb(Hg)(α1)/Pb2+(α)/Pb(Hg)(α2). Tuliskan: a. Reaksi sel Jawab : diagram sel



: Pb(Hg)(α1)/Pb2+(α)/Pb(Hg)(α2)



Anoda



: Pb (α1) → Pb2+ + 2e-



Katoda



: Pb2+ (α1) + 2e- → Pb (α2)



Keseluruhan



: Pb (α1) → Pb (α2)



b. hitung harga E0 dan Esel Jawab : Secara keseluruhan tak ada reaksi kimia yang terjadi, dan reaksi terdiri dari transfer timbal dari suatu amalgam yang berkonsentrasi tertentu ke konsentrasi lainnya. Disini E°= 0, dan potensial selnya adalah : Esel = −



𝑅𝑇 𝑛𝐹



ln



𝑎2 𝑎1



Esel = −



0,0257 2



ln



𝑎2 𝑎1



Timbal cenderung berpindah melalui proses elektrokimia secara spontan dari amalgam dengan aktivitas yang rendah. Hal ini berarti, a1 > a2 maka Esel berharga positif sedangkan jika a1 < a2 maka Esel berharga negatif.



18. jelaskan perbedaan sel konsentrasi elektrolit tanpa perpindahan dan sel konsentrasi elektrolit dengan perpindahan ! Jawab : Perbedaan antara sel konsentrasi elektrolit tanpa transfer (perpindahan) dan transfer (perpindahan) yakni sel konsentrasi elektrolit tanpa transfer pada jenis ini, sel tersusun atas dua sel kimia tanpa transfer yang keduanya tersusun secara berlawanan. Pada Sel ini tidak terdapat pertemuan atau perbatasan cairan. Sedangkan sel konsentrasi elektrolit dengan transfer pada jenis ini sel tersusun atas dua elektroda sama dan dua elektrolit identik (jenis elektrolit sama aktivitas elektrolit berbeda). Pada sel konsentrasi dengan perpindahan ini terdapat pertemuan dua cairan/larutan elektrolit yang sama (jenisnya) dengan konsentrasi berbeda.



19. sel konsentrasi elektrolit tanpa perpindahan dengan diagram sel: Pt H2 (g,1atm) HCl (a1) AgCl (s) Ag (s). Tuliskan: a. Reaksi sel Jawab : diagram sel



: Pt H2 (g,1atm) | HCl (a1) AgCl (s) |Ag (s)



Reaksi yang terjadi Oksidasi



: ½ H2 → H+ + e-



Reduksi



: AgCl (s) + e- → Ag(s) + Cl-



Total



: ½ H2 + AgCl (s) → H+ + Ag(s) + Cl-



b. hitung harga E0 dan Esel ? Jawab : Esel = − Esel = −



𝑅𝑇 2𝐹



ln



𝑃2 𝑃1



( 8,314 𝐽/𝐾𝑚𝑜𝑙) .(273 𝐾) C



2 (96487mol)



ln



1 𝑎𝑡𝑚 1 𝑎𝑡𝑚



Esel = - 0,023 C . 0 Esel = 0 E0 = 0



20. bagaimanakah cara membuat sel konsentrasi elektrolit dengan perpindahan menggunakan dua (2) sel konsentrasi elektrolit dengan perpindahan Pt H2 (g,1atm) HCl (a1) AgCl (s) Ag (s). Jelaskan! Tuliskan: a. diagram sel gabungan Jawab : Pt | H2 (g,1atm) | HCl (a1), AgCl (s) Ag (s) | AgCl (s) , HCl (a2) | H2 (g, 1 atm) b. reaksi sel Jawab : Reaksi ½ sel ½ H2 (p1) + AgCl



↔



H+ (a2) + Ag + Cl-



↔ ½ H2 (p1) + AgCl



H+ (a2) + AgCl



↔ H+ (a1) + AgCl



H+ (a1) + Ag + Cl-



c. Perhitungan Esel Jawab : Esel = −



𝑅𝑇 2𝐹



Esel = = −



ln



𝑎1 𝑎2



(8,314𝑗/𝑘.𝑚𝑜𝑙 ) .273 𝑘 96487



C



mol



Esel = 1,5 x 10-2 volt



ln



1 2



E0Ag - E0Ag