Sifat Koligatif Dan Redoks [PDF]

Citation preview

BA B1



SIFAT KOLIGATIF LARUTAN



Pada bab – bab sebelumnya anda telah mempelajari konsentrasi larutan, larutan asam dan larutan basa, larutan elektrolit dan non elektrolit, serta stoikiometri larutan. Pada kesempatan ini anda akan mempelajari sifat – sifat larutan yang tidak dipengaruhi oleh macam zat terlarut. Sifat larutan yang tidak dipengaruhi oleh macam zat terlarut tersebut dinamakan sifat koligatif larutan. 1.1 KONSENTRASI LARUTAN A. Kemolalan (m) Kemolalan (m) adalah satuan konsentrasi yang menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam setiap 1 kilogram pelarut. Secara matematis dapat dituliskan sebagai m =



Mol zat terlarut kg zat pelarut



atau



m =



g 1000 x Mr p



g = massa zat terlarut (satuan gram) Mr = massa molekul relatif zat terlarut P = massa zat pelarut (satuan gram) Contoh: 1. Berapa konsentrasi larutan gula tebu (Mr = 342), jika 17,1 gram gula tebu dilarutkan dalam 50 gram air? Jawab : g 1000 17,1 1000 x x m = = = 2m Mr p 342 50 Jadi kemolalan larutan gula tebu = 2 m 2. Berapa massa NaOH (Mr = 40) terlarut yang terdapat dalam 200 gram larutan NaOH 5 m? Jawab : Misalkan massa NaOH terlarut = x gram, maka massa air = (200 – x) gram m =



1



g 1000 x = Mr p



KIMIA 3 SEMESTER 1



x 1000 x 40 (200  x) 5 x 40 x (200-x) = 1000 x 40.000 - 200 x = 1000 x 40.000 = 1200 x x = 33,33 gram



5 =



berat NaOH terlarut berat air (pelarut)



= 33,33 gram = (200 – 33,33) gram = 166,67 gram



Kegiatan : 1. 2. 3. 4.



Buat larutan NaOH 2 molal dan 2 molar Tuliskan langkah-langkah yang akan kalian kerjakan dan bandingkan langkah yang kalian tulis untuk membuat kedua larutan. Apa perbedaannya? Apakah ada perbedaan volume antara larutan 1 molal dan 1 molar? Bagaimana caranya untuk mengubah larutan 2 molar menjadi 2 molal atau sebaliknya?



B. Fraksi mol (X) Fraksi mol suatu zat menunjukkan perbandingan jumlah mol zat terlarut atau zat pelarut dengan jumlah mol larutan. Xa =



na na  n



dan



b



Xb =



n



b na  n



b



na = mol zat terlarut maka Xa = fraksi mol zat terlarut nb = mol zat terlarut maka Xb = fraksi mol zat terlarut Xa + Xb = 1 Contoh: 1. Berapa fraksi mol glukosa, jika 90 gram glukosa (M r = 180) dilarutkan dalam 360 gram air (Mr = 18) Jawab : g 90 Mol glukosa = = = 0,5 Mr 180 g 360 Mol air = = = 20 Mr 18 X glukosa =



0.5 0,5  20



= 0,024



2. Berapa fraksi mol metanol dalam larutan metanol (Mr = 32) 50%? Jawab: Larutan metanol 50% dapat terbentuk dari 50 gram metanol dan 50 gram air mol metanol =



2



50 32



= 1,56 mol



KIMIA 3 SEMESTER 1



mol air



=



50 18



fraksi mol metanol =



= 2,78 mol



1.56 1.56  2,78



= 0,359



Soal latihan 1.



Seorang siswa ingin memperoleh larutan urea dalam air dengan konsentrasi 2 m. Berapa gram air yang harus ditambahkan pada 15 gram urea (M r = 60)?



2.



Jika fraksi mol glukosa (M r = 180) dalam air adalah 0,4 berapa persen berat larutan glukosa tersebut?



3.



Dalam suatu eksperimen seorang siswa melarutkan 17,1 gram gula pasir (M r = 342) dalam 200 gram air. Berapa konsentrasi molal larutan tersebut?



4.



Berapa fraksi mol larutan glukosa 2 molal?



1.2 SIFAT KOLIGATIF LARUTAN NONELEKTROLIT Sifat larutan yang tidak dipengaruhi oleh jenis partikel zat terlarut disebut sifat koligatif larutan. Sifat ini meliputi penurunan tekanan uap jenuh, penurunan titik beku, kenaikan titik didih, dan tekanan osmosis. Sifat koligatif larutan hanya dipengaruhi oleh konsentrasi zat terlarut dan jenis pelarut yang digunakan.



1.2.1 Penurunan Tekanan Uap Tekanan uap suatu zat cair murni tergantung pada kecenderungan molekul-molekulnya untuk meninggalkan permukaan. Jika ke dalam suatu zat cair ditambahkan sejumlah zat terlarut yang sukar menguap, maka keberadaan zat terlarut mempengaruhi jumlah zat cair yang menguap. Sedangkan tekanan uap jenuh tergantung pada jumlah molekul pelarut yang dapat menguap tiap satuan luas permukaan. Untuk lebih memahami hubungan antara jumlah zat terlarut dengan tekanan uap larutan, selesaikan kegiatan berikut. Kegiatan 1 Dibawah ini merupakan ilustrasi jumlah partikel yang menguap pada suhu dan tekanan tetap untuk pelarut murni, larutan gula 1 molal dan larutan gula 2 molal.



Pelarut murni



Larutan 1 molal



Larutan 2 molal Molekul terlarut



molekul pelarut



Pertanyaan 1. Bagaimana pengaruh zat terlarut terhadap jumlah molekul zat cair yang menguap? …………………………………………………………………………………………… 3



KIMIA 3 SEMESTER 1



2. Bandingkan tekanan uap jenuh pelarut murni dengan larutannya. …………………………………………………………………………………………… 3. Bagaimana hubungan antara fraksi mol zat terlarut dengan penurunan tekanan uap pelarut? …………………………………………………………………………………………… 4. Buatlah diagram yang menggambarkan hubungan antara tekanan uap jenuh larutan dengan konsentrasinya. …………………………………………………………………………………………… 5. Bagaimana hubungan antara konsentrasi larutan dengan tekanan uap jenuh larutan? …………………………………………………………………………………………… Pada kegiatan di atas diperoleh hubungan bahwa tekanan uap pelarut murni lebih besar dari pada tekanan uap larutannya. Sedangkan penurunan tekanan uap jenuh berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Pada tahun 1887 Raoult menyatakan hubungan kuantitatif antara penurunan tekanan uap dengan konsentrasi larutan. Hubungan tersebut secara matematis dapat dinyatakan dengan rumus:



P = Xterlarut . Po Po P P Xterlarut



= = = =



P = Po - P



dan



tekanan uap jenuh pelarut murni tekanan uap larutan penurunan tekanan uap jenuh larutan fraksi mol zat terlarut



Larutan yang memenuhi hukum Roult disebut larutan ideal dan larutan yang seperti itu adalah larutan-larutan encer. Hukum Raoult selain dipakai untuk menghitung penurunan tekanan uap suatu larutan, juga dapat dipakai untuk menghitung massa rumus zat terlarut. Untuk memahami hukum Raoult, perhatikan contoh soal berikut: Contoh Soal Untuk menentukan massa molekul zat terlarut, larutan 5% zat terlarut diukur tekanan uapnya 753,4 mmHg. Jika pada saat itu tekanan uap pelarut murni air (M r = 18) = 760 mmHg. Tentukanlah massa molekul relatif (Mr) zat terlarut. Jawab:



P



= Po – P = 760 mm Hg – 753,4 mm Hg P = X terlarut . Po 7,6 = Xterlarut . 760



Xterlarut = Xterlarut =



7.6 760



= 0,01



n terlarut n pelarut  n terlarut



0,01 (nterlarut + 5,28 ) = nterlarut 0,99 nterlarut = 0,0528



nterlarut = nterlarut



0,0528 0,99



= 0,0533



5 Mr terlarut = 0.0533



4



KIMIA 3 SEMESTER 1



0,01



=



n terlarut n pelarut  1895



Mr terlarut = 93,8



Untuk larutan yang sangat encer, pengaruh nB dalam nA + nB dapat diabaikan. Soal Latihan 1.



Tekanan uap air jenuh pada 102 oC adalah 816 mm Hg. Berapakah tekanan uap jenuh larutan urea 10% berdasar massa pada suhu itu? (Mr air = 18, Urea = 60)



2. Hitunglah tekanan uap larutan sukrosa dalam air dengan konsentrasi 0,2 molal, jika pada suhu 30oC tekanan uap air murni 31,82 mmHg. 3. Hitunglah tekanan uap larutan 10 gram urea (NH 2)2CO, dalam 27 gram air pada suhu 30oC, jika tekanan uap air pada suhu itu adalah 30 mmHg. (Ar H = 1, C = 12, N = 14, O = 16) 4. Suatu larutan terdiri atas 36,08 gram manitol dalam 7200 gram air. Pada suhu 20 oC tekanan uap jenuh larutan 17,23 mmHg. Jika pada suhu yang sama tekanan uap jenuh air 17,54 mmHg; hitunglah massa rumus manitol. 5. Suatu larutan terdiri dari 2,5 gram zat tidak mudah menguap dalam 900 gram air. Tekanan uap jenuh larutan itu pada suhu 100 oC = 756,2 mmHg dan tekanan uap jenuh air murni = 760 mmHg. Tentukan massa rumus senyawa terlarut. 1.1.2 Kenaikan Titik Didih Di atas telah dibicarakan bahwa konsentrasi larutan mempengaruhi tekanan uap jenuh. Pada penambahan zat terlarut, konsentrasi larutan makin besar dan ini mengakibatkan penurunan tekanan uap jenuh menjadi makin besar pula. Sekarang, bagaimana hubungan antara penurunan tekanan uap jenuh dengan kenaikan titik didih larutan? Bagaimana pula pengaruh penambahan zat terlarut terhadap kenaikan titik didih larutan? Suatu larutan atau cairan dikatakan mendidih, jika tekanan uap jenuhnya sama dengan tekanan udara luar. Misalnya, air dikatakan mendidih pada suhu 100 oC, karena pada suhu tersebut tekanan uap jenuh air sama dengan tekanan udara luar, yaitu 1 atm. Keberadaan zat terlarut dalam air menyebabkan tekanan uap jenuh berkurang. Bila larutan ini dididihkan, bagaimana titik didihnya bila dibandingkan dengan titik didih air? Untuk itu, kerjakan kegiatan berikut ini. Kegiatan 2: Perhatikan diagram hubungan tekanan uap pelarut murni dan larutan dihubungkan dengan suhu larutan di bawah ini.



5



KIMIA 3 SEMESTER 1



Tekanan (atm) P



Tekanan uap pelarut Pertanyaan : murni Tekanan 1. Kapan suatu cairan atau larutan di katakan mendidih ? uap larutan …………………………………………………………………………………………… Tekanan 1 m uap larutan 2. Bagaimana hubungan antara tekanan uap larutan atau pelarut dengan suhu pada saat 2m pengukuran?



Tb



Suhu (oC)



…………………………………………………………………………………………… 3. Bagaimana hubungan konsentrasi larutan dengan tekanan uap larutan jenuhnya? …………………………………………………………………………………………… 4. Apa pengaruh konsentrasi larutan dengan titik didih larutan? …………………………………………………………………………………………… Berdasarkan kegiatan di atas, dapat disimpulkan bahwa penambahan zat terlarut dapat mempengaruhi titik didih. Titik didih larutan ternyata lebih tinggi dari titik didih pelarutnya. Pada penambahan zat terlarut ternyata terjadi pula kenaikan titik didih larutan. Mengapa terjadi demikian? Sewaktu larutan 1 molal dididihkan, pada suhu 100 oC larutan ini belum mendidih. Titik didih larutan lebih tinggi dari titik didih air. Berarti untuk mendidih, diperlukan energi yang lebih tinggi. Telah dibahas bahwa tekanan uap larutan lebih rendah dibanding tekanan uap pelarut murninya. Jadi energi yang diperlukan digunakan untuk memperbesar tekanan uapnya, hingga sama dengan tekanan udara luar. Selisih antara titik didih larutan dengan titik didih pelarut murni disebut kenaikan titik didih (tb). Melalui percobaan para ahli mendapatkan kenyataan bahwa kenaikan titik didih suatu larutan tidak dipengaruhi oleh jenis zat terlarut, tetapi hanya tergantung pada konsentrasi larutan dan jenis zat pelarutnya. Kenaikan titik didih yang disebabkan oleh larutan dengan konsentrasi 1 molal disebut kenaikan titik didih molal (Kb). Harga Kb untuk tiap-tiap zat pelarut berbeda. Misalnya, Kb air = 0,52oC sedangkan Kb alkohol = 1,19oC. Hubungan antara kenaikan titik didih larutan dengan konsentrasinya secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut:



Tb = m x Kb Tb = naik titik didih larutan m = konsentrasi molal zat terlarut Kb = tetapan kenaikan titik didih molal pelarut Contoh Soal:



6



KIMIA 3 SEMESTER 1



Tentukan titik didih larutan, apabila 3,1 gram glikol (C 2H6O2) dilarutkan dalam 500 gram air. Titik didih air pada tekanan 1 atm = 100oC dan Kb air = 0,52oC. (Ar C = 12, H = 1, O = 16) Jawab : Mr glikol = 2 (12) + 6(1) + 2 (16) = 72 Molalitas glikol (m) =



3,1gram 1000  72 gram / mol 500



= 0,1 m



Tb = m x Kb = 0,1 x 0,52oC = 0,052oC Titik didih larutan glukol = 100oC + 0,052oC = 100,052oC Soal Latihan : 1. Agar titik didih suatu larutan gula 101,04 oC, berapa gram gula (Mr = 342) harus dilarutkan dalam 100 gram air? Kb air = 0,52oC. 2.



Larutan glukosa dalam 400 gram air mendidih pada suhu 100,52 oC (Kbair = 0,52). Kemudian seluruh glukosa dalam larutan diragikan menjadi alkohol, menurut reaksi berikut: C6H12O6  2 C2H5OH + 2 CO2 Hitunglah volum gas CO2 yang terbentuk pada keadaan standart (STP)



3.



Larutan yang terbentuk dari 20 gram zat A (non elektrolit) dalam 500 gram air mendidih pada suhu 100,026oC. Tentukanlah massa molekul relatif zat A tersebut. Titik didih air (1 atm) = 100oC, Kb air = 0,52o



4.



Disuatu daerah pegunungan dengan ketinggian tertentu air mendidih pada suhu 97 oC. Jika seseorang yang sedang berkemah membuat minuman dengan melarutkan 342 gram gula (M r = 342) kedalam 4000 gram air. Pada suhu berapa minuman tersebut mendidih? Kb air = 0,52oC.



1.1.3 Penurunan Titik Beku Adanya zat terlarut yang sukar menguap ternyata juga berpengaruh terhadap titik beku larutan. Selisih antara titik beku larutan dengan titik beku pelarut murni disebut penurunan titik beku larutan (tf). Untuk mempelajari hubungan antara titik beku larutan dengan konsentrasi zat terlarut, lakukanlah kegiatan di bawah ini. Kegiatan 3



termomete r Larutan urea / gula Campuran pendingin



Cara kerja 1. Sediakan larutan-larutan urea, gula dan NaCl, masing-masing 1 m dan 2 m. 2. Lakukan pengamatan terhadap titik beku larutan-larutan di atas. Tentukan pula titik beku air.



7



KIMIA 3 SEMESTER 1



Data Pengamatan Zat cair/larutan



Titik didih



Penurunan titik beku larutan



Air murni



-



Larutan urea 1 m Larutan urea 2 m Larutan gula 1 m Larutan gula 2 m Larutan NaCl 1 m Larutan NaCl 2 m Pertanyaan: 1. Bagaimana pengaruh konsentrasi larutan terhadap penurunan titik bekunya? …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… 2. Bagaimana penurunan titik beku larutan urea dan larutan gula dengan konsentrasi yang sama? …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… 3. Kesimpulan apa yang dapat diambil? …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Kegiatan di atas menunjukkan bahwa penurunan titik beku larutan sebanding dengan molalitas larutan. Hubungan ini dapat dinyatakan dengan rumus :



Tf = m x Tf m Kf



Kf



= penurunan titik beku larutan = konsentrasi molal zat terlarut = tetapan kenaikan titik beku molal pelarut



Contoh soal : Tentukan titik beku larutan jika 3,2 gram naftalena(C10H8) dilarutkan dalam 100 gram benzena. Titik beku benzena murni = 5,46oC dan tetapan penurunan titik beku molal benzena (Kf) adalah 5,1oC. Jawab:



8



KIMIA 3 SEMESTER 1



Molalitas naftalena = Tf



3,2 gram 1000  128 gram/mol 100



= 0,25 m



= m x Kf = 0,25 x 5,1oC = 1,275oC



Titik beku larutan = Titik beku pelarut - Tf = 5,46oC – 1,275oC = 4,185oC Soal Latihan: 1. Tentukan titik beku larutan, jika 31 gram glikol (C 2H6O2) dilarutkan dalam 500 gram air. Kf air = 1,86oC. 2. Suatu larutan terbuat dari 50 gram BHT dalam 2000 gram benzena. Titik beku larutan tersebut 4,88oC dan titik beku benzena = 5,46 oC. Tentukan massa rumus BHT, jika Kf benzena = 5,07oC. 3. Suatu senyawa karbon mempunyai rumus empiris CH 2O. Larutan yang terbuat dari 72 gram senyawa itu dalam 800 gram air membeku pada suhu -0,93 oC. Tentukan rumus molekul senyawa tersebut, jika Kf air 1,86oC. 4. Berapa gram glukosa (Mr = 180) harus dilarutkan dalam 5 Kg air, agar diperoleh larutan yang membeku pada - 3,72oC? Kf air = 1,86oC. 5. Jika 18 gram senyawa organik dilarutkan dalam 200 gram air akan diperoleh larutan yang membeku pada suhu – 0,93 oC. Tentukan massa rumus senyawa organik tersebut. Diketahui titik beku air = 0oC, Kf air = 1,86oC. 1.1.4 Tekanan Osmosis Berbagai jenis selaput, baik yang alami (seperti jaringan usus, kulit ), maupun yang sintesis seperti kertas selopan dapat dilewati oleh molekul-molekul kecil seperti air dan dapat menahan molekul-molekul besar seperti gula, urea, karbohidrat, protein yang terlarut di dalam air. Selaput yang demikian dikatakan bersifat semi permiabel. Peristiwa masuknya molekul-molekul air melalui selaput semi permiabel guna mencapai kesetimbangan konsentrasi dua larutan dinamakan 'osmosis'. Peristiwa osmosis ini juga dapat diamati jika larutan yang yang lebih pekat diletakkan dalam lekukan kentang diletakkan pada larutan yang sangat encer seperti pada gambar. Setelah beberapa waktu (1 jam sampai 2 jam) ternyata volum cairan pada kentang semakin banyak. Hal ini Larutan gula disebabkan air sebagai pelarut 1% Peristiwa osmosis dapat dicegah dengan menggunakanlarutan suatu gaya. menaruh beban gula Dengan 1 % menerobos diatasnya, aliran air ke dalam osmometer dapat dicegah. Gaya yang diperlukan untuk pori-pori kentang menuju ke mengimbangi desakan air ke atas disebut tekanan osmosis larutan.yang Gambar di pekat. bawah ini adalah larutan lebih kentang



Larutan gula 10%



osmometer dengan torak. Hubungan antara konsentrasi larutan dengan besarnya tekanan osmosis, oleh Van't Hoff dinyatakan dengan rumus:



 = M. R. T 9



KIMIA 3 SEMESTER 1



= tekanan osmosis larutan (atm) M = molaritas larutan R = 0,082 L-1 atm.K-1 mol-1 T = suhu dalam Kelvin Contoh :



Untuk menentukan massa molekul relatif suatu contoh amilum, seorang siswa melarutkan 5 gram amilum contoh dalam air sampai bervolum 1 liter. Ternyata larutan yang terbentuk mempunyai tekanan osmotik sebesar 38 mm Hg pada suhu 27oC. Tentukan massa molekul relatif senyawa tersebut.



Jawab :



 = 38 mm Hg / 760 mm Hg = 5. 10-2 atm  = M. R. T 5. 10-2 atm = M. 0,082 L atm K-1 mol-1 . 300 K 5. 10 -2 atm M



= 0,082 X 300 L mol-1 atm



M



= 2,03. 10-3 mol L-1



Karena volum larutan 1 liter, maka jumlah mol amilum terlarut = 2,03. 10-3 mol Masa molar amilum = 5 gram / 2,03. 10-3 mol = 2463,05 gram/mol Mr amilum = 2463,05 Pengukuran tekanan osmosis juga digunakan untuk menetapkan massa molekul relatif zat, terutama untuk larutan yang sangat encer atau untuk zat-zat yang massa molekul relatifnya (M r) sangat besar. Larutan amilum pada contoh soal di atas mempunyai kemolaran 0,002 M (untuk larutan sangat encer kemolaran larutan dapat dianggap sama dengan kemolalan). Sehingga diperkirakan larutan tersebut mempunyai kenaikan titik didih (tb) sebesar = 0,00104 oC dan penurunan titik beku (tf) sebesar = 0,0037oC, suatu perubahan skala yang sulit diamati. Sedangkan tekanan osmosis sebesar 38 mm Hg lebih mudah diukur. Karena tekanan osmotik yang dihasilkan oleh suatu larutan encer cukup besar, maka perlu diperhatikan cairan yang ditambahkan ke dalam tubuh secara introvena (infus) agar tidak terlalu banyak mengubah tekanan osmotik darah. Jika cairan darah menjadi terlalu encer, tekanan osmotik yang timbul dalam sel darah dapat membuat sel darah pecah. Sebaliknya jika cairan terlalu pekat, air akan berdifusi ke luar sel dan sel tidak akan berfungsi dengan benar. Karena alasan ini , kita harus hati-hati mengguakan larutan dengan tekanan osmosis yang sama dengan larutan dalam sel. Larutan yang mempunyai tekanan osmosis sama dinamakan “isotonik”. Sedangkan istilah ‘hipotonik' diberikan pada larutan yang lebih encer dan ‘hipertonik' untuk larutan yang lebih pekat.



Soal Latihan 1. Berapa tekanan osmotik suatu larutan yang terbuat dari 6 gram urea tebu (Mr = 60) dalam air sampai bervolum 300 mL, pada 27oC? R = 0,082 L-1 atm K-1 mol-1. 2. Suatu larutan yang mengandung 45 gram zat organik per liter larutan mempunyai tekanan osmosis 2,96 atm. pada suhu 0oC. Tentukan massa rumus zat organik tersebut. 3. Mengapa konsentrasi zat terlarut harus dikendalikan secara seksama sewaktu memberi infus?



10



KIMIA 3 SEMESTER 1



4. Hitunglah tekanan osmosis suatu larutan yang terbentuk dari 9 gram glukosa (C 6H12O6) dalam 1 liter larutan diukur pada suhu 27oC. 5. Larutan 4,0 gram protein dalam 1 liter larutan berair menunjukkan tekanan osmosis sebesar 7,6 mm Hg pada suhu 27oC. Berapa kira-kira massa molekul protein ini? 1.2 SIFAT KOLIGATIF LARUTAN ELEKTROLIT Untuk memudahkan pemahaman kita sejauh ini pembahasan dibatasi pada larutan non elektrolit, alasannya ialah karena penurunan tekanan uap, penurunan titik beku, kenaikan titik didih dan tekanan osmotik hanya bergantung pada banyaknya partikel yang ada dalam larutan. Satu mol non elektrolit seperti gula, urea bila dimasukkan kedalam air menghasilkan 1 mol partikel, sehingga larutan 1 m sukrosa dan 1 m urea akan membeku pada suhu – 1,86 oC. Namun larutan yang mengandung 1 mol elektrolit seperti NaCl mengandung 2 mol partikel, yaitu 1 mol ion Na+ dan 1 mol ion Cl-. Akibatnya larutan NaCl 1 m sebenarnya mengandung 2 mol partikel per 1000 gram pelarut dan secara teoritis akan membeku pada suhu –3,72 oC. sama halnya untuk larutan 1 m CaCl2 mengandung 3 mol partikel per 1000 gram pelarut sehingga diperkirakan membeku pada suhu – 5,58oC. Sekarang, perhatikan persamaan reaksi ionisasi di bawah ini: NaCl(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) CaCl2(aq) Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq) AlCl3(aq) Al3+(aq) + 3 Cl-(aq) Jika jumlah ion yang dihasilkan tiap rumus dianggap sama dengan n, karena partikel elektrolit terlarut tidak terionisasi sempurna, maka jumlah partikel dalam larutan [1 + (n-1)] yang biasa diberi lambang i dan disebut sebagai faktor Van't Hoff. Pengaruh ionisasi dalam rumus penurunan titik beku larutan adalah:



Tf = [1+(n-1)] x m x Kf x Kf



atau



Tf = i x m



n = jumlah ion  = persen ionisasi/derajat ionisasi i = faktor Van't Hoff, [1+(n-1)]



Pengaruh ionisasi pada rumus Tf berlaku pula pada rumus-rumus p, Tb dan .



Tb= [1+(n-1)] x m x Kb atau Tb = i x m x Kb 



= [1+(n-1)] x MRT atau  = iMRT



Contoh Soal



11



KIMIA 3 SEMESTER 1



Tentukan titik beku larutan 10,4 gram BaCl 2 dalam 500 gram air, bila diketahui terionisasi sempurna di dalam air dan Kf air =1,86 oC. Ar Ba = 137 dan Ar Cl = 35,5.



BaCl 2



Jawab: Reaksi ionisasi: BaCl2 (aq) Ba2+(aq) + 2 Cl-(aq) BaCl2 mengion menjadi ion-ion Ca2+ dan Cl- dengan perbandingan 1 : 2. Dikatakan n = 3. Karena BaCl2 terionisasi sempurna (=1), maka i = 3. 10,4 g Molalitas larutan =



1000 g x



208 g/mol Tf



= = = =



= 0,1 molal 500 g



[1+(n-1)à] x m x Kf i x m x Kf 3 x 0,1 x 1,86oC 0,558oC



Titik beku larutan = 0oC - 0,558oC = - 0,558oC. Faktor (i) sangat dipengaruhi oleh konsentrasi dan jenis ion, semakin encer suatu larutan elektrolit ionisasi partikelnya semakin mendekati sempurna. Perhatikan tabel ionisasi beberapa senyawa elektrolit pada konsentrasi berbeda di bawah ini.



Garam NaCl KCl K2SO4 MgSO4



Konsentrasi (mol/kg H2O) 0,1 0,01 0,001 1,87 1,94 1,97 1,85 1,94 1,98 2,32 2,70 2,84 1,21 1,53 1,82



Faktor i jika Terdisosiasi sempurna 2,00 2,00 3,00 2,00



Soal Latihan 1. Mengapa penurunan titik beku larutan elektrolit lebih besar dari pada larutan non elektrolit yang berkonsentrasi sama? 2. Tentukan titik beku larutan yang terbuat dari 5,85 gram NaCl dalam 500 gram air, dengan menganggap bahwa garam itu terionisasi sempurna. Ar Na = 23, Cl = 35,5 dan K f air = 1,86oC. 3. Jika vaktor Vant Hoff (i) larutan MgSO4 0,1 m = 1,21 dan Kf air = 1,86oC. Pada suhu berapakah larutan MgSO4 0,1 m mulai membeku? 4. Suatu contoh air laut membeku pada suhu -1,98 oC. Tentukan molalitas garam yang terlarut dalam air laut, jika dianggap air laut itu hanya mengandung garam NaCl yang terlarut dan garam terionisasi sempurna. RANGKUMAN 1. Sifat koligatif larutan merupakan sifat larutan yang hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut dan tidak bergantung pada jenis zat.



12



KIMIA 3 SEMESTER 1



2. Sifat koligatif larutan meliputi penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmosis. 3. Konsentrasi yang digunakan pada penurunan tekanan uap adalah fraksi mol; pada kenaikan titik didih dan penurunan titik beku digunakan konsentrasi molal; sedang konsentrasi molar digunakan pada tekanan osmosis. 5. sifat koligatif larutan elektrolit dipengaruhi oleh vaktor Vant Hoff (i) dimana i = 1 + (n-1), besarnya i dipengaruhi oleh konsentrasi dan besar kecilnya ion. SOAL LATIHAN AKHIR Subyektif Test 1. Pada suhu 27oC, 18 gram glukosa (Mr = 180) dilarutkan dalam 450 gram air. Hitunglah: a) fraksi mol zat terlarut b) penurunan tekanan uap jenuh jika (P) larutan Po = 400 mmHg c) molalitas larutan (m) d) titik beku larutan (Kf air = 1,86 oC) e) tekanan osmosis larutan, jika dianggap massa jenis larutan = 1,0 gram/cm3 2. Larutan 18 gram urea (M r = 60) dalam 300 gram air dicampur dengan larutan 68,4 gram gula (Mr = 342) dalam 200 gram air. Jika Kb air = 0,52oC dan Kf air = 1,86oC, tentukanlah: a. titik didih campuran larutan pada tekanan 1 atmosfer b. titik beku campuran larutan pada tekanan 1 atmosfer. 3. Suatu contoh larutan dalam air membeku pada suhu -2,79 oC. Pada suhu berapakah larutan tersebut akan mendidih? Kf air = 1,86oC, Kbair = 0,52oC. 4. Untuk menaikkan sari-sari makanan pada suatu pohon dari akar ke daun, dibutuhkan tekanan osmosis sebesar 12,3 atm (pada 27 oC). Berapa gram NaCl (M r = 58,5) harus dilarutkan dalam air untuk mendapatkan 500 mL larutan NaCl yang isotonik dengan cairan pada pohon tersebut? 5. Mengapa titik beku larutan NaCl 1 molar lebih rendah, jika dibandingkan dengan titik beku larutan urea 1 molar? 6. Berapa titik beku larutan CaCl 2 yang mempunyai konsentrasi sama dengan larutan gula dengan titik didih 101,04oC? Larutan CaCl2 dianggap terionisasi sempurna. 7. Suatu larutan elektrolit jika dihitung dengan hukum Raoult diharapkan mendidih pada suhu 100,52oC dan membeku pada pada suhu – 1,86 oC. Akan tetapi, ternyata titik larutan adalah 100,95oC. Berapakah titik beku larutan elektrolit tersebut? Pilihlah satu jawaban yang paling tepat 1.



2.



13



Sifat larutan yang manakah tidak termasuk sifat koligatif larutan .... A. Penurunan tekanan Uap B. Penurunan tegangan permukaan C. Penurunan titik beku D. Kenaikan titik didih C. Tekanan osmosis Madu mengandung 35 % Dektrosa ( Dglukosa) dengan massa jenis 1,4 gram cm-3. Jika massa atom relatif C = 12, H = 1 dan O = 16, maka konsentrasi glukosa dalam madu adalah ....



A. B. C.



0, 8 M 1,9 M 2,3 M



D. E.



2,7 M 3,0 M



3.



Berapa konsentrasi molal larutan 4 gram natrium hidroksida (NaOH, Mr = 40) dalam 250 gram air? a. 0,04 m D. 1,0 m b. 0,10 m E. 4,0 m c. 0,40 m



4.



Untuk memperoleh konsentrasi Cl  = 0,10 M, maka larutan 250 mL CaCl 2 0,15



KIMIA 3 SEMESTER 1



M harus diencerkan sampai volumenya menjadi .... A. 500 mL D. 1250 mL B. 750 mL E. 1500 mL C. 1000 mL 5.



Sifat koligatif larutan merupakan sifat yang .... A. memperhitungkan macam dan jumlah zat yang terlarut B. memperhitungkan macam zat yang terlarut saja C. memperhitungkan jumlah mol zat yang terlarut D. tidak memperhitungkan jumlah dan macam zat yang terlarut E. kadang-kadang memperhitungkan jumlah mol zat yang terlarut, kadang-kadang tidak melihat macam zat.



6.



Suatu larutan urea dalam air mempunyai penurunan titik beku 0,372 oC. Bila Kb molal air = 1,86o dan Kd molal air = 0,52oC, maka kenaikan titik didih larutan urea tersebut adalah .... A. 2,60oC D. 0,104oC o B. 1,04 C E. 0,026oC o C. 0,892 C



6.



Yang dimaksud dengan tekanan uap larutan adalah.. . A. tekanan diatas larutan B. tekanan pelarut murni di permukaan larutan C. tekanan yang diberikan oleh komponen larutan dalam fasa uap D. selisih tekan uap pelarut murni dengan tekanan zat terlarut E. selisih tekan uap pelarut murni dengan tekanan larutan



7.



Peristiwa berkurangnya tekanan uap larutan terjadi akibat .... A. adanya zat terlarut yang mudah menguap B. adanya zat terlarut yang sukar menguap C. adanya komponen pelarut dalam fasa uap D. pelarut dan zat terlarut yang tidak bercampur E. pengurangan gaya tarik antar molekul



8. Larutan urea 0,1 M .... A.



14



tekanan uapnya lebih tinggi dari tekanan uap pelarut murninya.



B. C. D. E.



9.



titik bekunya lebih tinggi dari titik beku pelarutnya tekanan osmosisnya lebih tinggi dari pada tekanan osmosis larutan urea 1 M. titik didihnya lebih tinggi dari pada titik didih pelarutnya. penurunan titik bekunya lebih besar dari pada larutan natrium klorida 0,1 M.



Besarnya penurunan tekanan uap larutan .... A. berbanding lurus dengan fraksi zat terlarut B. sama pada setiap temperatur C. sama untuk setiap pelarut D. tergantung pada jumlah pelarut E. tergantung pada jenis zat terlarut



10. Sebanyak X gram C2H6O2 (Mr = 62) dilarutkan ke dalam 468 gram air (M r =18) sehingga tekanan uap jenuh larutan pada suhu 30oC = 28,62 mmHg. Jika pada suhu itu tekanan uap air mumi 31,8 mmHg maka harga X adalah …. A. 358 gram D. 90 gram B. 270 gram E. 18 gram C. 179 gram 11.



Tekanan uap jenuh air pada 100 °C adalah 760 mmHg. Jika 18 gram glukosa (M r = 180) dilarutkan dalam 90 gram air (Mr = 18) maka pada suhu tersebut tekanan uap larutan adalah …. A. 745,l mmHg D. 772,5 mmHg B. 754,l mmHg E. 775,2 mmHg C. 757,2 mmHg Untuk soal nomor 12 s.d 16. Perhatikan diagram fasa dibawah ini: 1 atm



D A



cair padat B K 0,5 atm E GH



N



C F



L Gas



I J



12. Manakah yang merupakan titik didih norma1 air? B. A D. D B. B E. F C. C 13. Manakah yang merupakan titik didih larutan? KIMIA 3 SEMESTER 1



A. A B. B C. C 14.



D. D E. F



Yang merupakan daerah perubahan titik didih adalah …. A. A – B D. G – H B. B – C E. I – J C. D – E



15.



Jika suhu dinaikkan dari titik K ke titik L pada tekanan tetap 0,5 atm, proses yang terjadi adalah …. A. sublimasi D. peleburan B. pembekuan E. kondensasi C. penguapan



16.



Jika suhu dinaikkan dari titik D ke titik N pada tekanan tetap 1 atm, proses yang terjadi adalah …. A. sublimasi D. peleburan B. pembekuan E. kondensasi C. penguapan



17.



Titik beku suatu larutan non elektrolit dalam air adalah - 0,14°C. Molalitas larutan adalah …. A. 1,86 m D. 0,14 m B. 1,00 m E. 0,075 m C. 0,15 m



18.



19.



Jika dilarutkan dalam air dengan berat yang sama, manakah yang memiliki kenaikan titik didih paling tinggi? A. Cl2H22O11 D. C2H6O2 B. C6H12O6 E. C6H5OH C. CO(NH3)2 Jika 30 gram dari setiap zat berikut ini dilarutkan dalam 1 kg air, zat manakah yang akan memberikan larutan dengan titik didih paling tinggi? A. C2H5OH D. CH3OH B. C3H8O3 E. CH3OCH3 C. C6H12O6



20. Larutan yang isotonis dengan larutan NaCl 0,3 M adalah …. (zat elektrolit dianggap terionisasi sempurna) A. Na2SO4 0,3 M D. Al2(SO4)3 0,1 M B. glukosa 0,5 M E. FeCl3 0,25 M C. K2CrO4 0,2 M 21.



15



Sebanyak 18 gram zat non elektrolit dilarutkan ke dalam 200 gram air. Jika penurunan titik beku larutan 0,93 oC (Kb air = 1,86°C/m) maka massa molekul relatif zat tersebut adalah …. A. 180 D. 210 B. 190 E. 220 C. 200



22. Sebanyak 0,45 gram suatu zat dilarutkan dalam 30 gram air. Titik beku air mengalami penurunan 0,15 oC. Massa molekul relatif zat tersebut adalah …. A. 2004 D. 83,2 B. 186 E. 50 C. 100 23. Untuk menaikkan titik didih 250 mL air menjadi 100,l oC pada tekanan 1 atm (Kd = 0,50), maka jumlah gula (M r = 342 ) yang harus dilarutkan adalah …. A. 684 gram D. 86 gram B. 342 gram E. 17 gram C. 171 gram 24. Sebanyak 30 gram zat non elektrolit (M r = 40) dilarutkan dalam 900 gram air. Titik beku larutan yang diperoleh - 1,55 oC. Berapa gram zat tersebut harus ditambahkan ke dalam 1200 gram air agar diperoleh penurunan titik beku setengah dari titik beku larutan tersebut? A. 10 gram D. 45 gram B. 15 gram E. 0,05 gram C. 20 gram 25. Konsentrasi larutan suatu polipeptida (pembentuk protein) dalam air adalah 10-3 M pada suhu 25oC. Tekanan osmotik larutan ini adalah …. A. 0,0245 D. 24,5 B. 0,760 E. 156 C. 18,6 26. Pada suhu 27°C, sukrosa C12H22O11 (Mr = 342) sebanyak 17,1 gram di1arutkan da1am air sampai volumenya 500 mL, R = 0,082 L atm mol-l K-l. Tekanan osmotik larutan yang terjadi sebesar …. A. 0,39 atm d. 4,80 atm b. 2,46 atm e. 30,0 atm c. 3,90 atm 27. Diagram di bawah ini adalah corong tistel dengan dinding semipermiabel yang memi-sahkan dua larutan kanji yang berbeda konsentrasinya. Larutan gula 5 % (Y)



Larutan gula 1% (X)



KIMIA 3 SEMESTER 1



Sebelum kesetimbangan tercapai, aliran molekul-molekul yang melalui dinding semipermiabel adalah .... A. molekul-molekul air bergerak dari larutan X ke larutan Y B. molekul-molekul air bergerak dari larutan Y ke larutan X C. molekul-molekul kanji bergerak dari larutan X ke larutan Y D. molekul-molekul kanji bergerak dari larutan Y ke larutan X E. molekul air dan kanji bergerak dari larutan Y ke larutan X 28.



Suatu larutan diperoleh dengan melarutkan 6 gram urea (M r = 60) ke dalam satu liter air. Larutan lain diperoleh dengan melarutkan 18 gram glukosa (M r = 180) dalam satu liter air. Pada suhu yang sama, tekanan osmotik larutan pertama …. A. B. C. D. E.



1 3



larutan kedua



3 kali larutan kedua 2 3



larutan kedua



sama dengan larutan kedua 3 2



larutan kedua



29. Pada suhu 20C tekanan uap air jenuh adalah 18 mm Hg. Seandainya sistem mengikuti hukum Raoult, berapakah tekanan uap air jenuh larutan yang mengandung 72 gram air (Mr = 18) dan 32 gram metanol (Mr = 32) pada suhu 20C? 1 5 5 4 3 5



A.



18 x



B.



18 x



C.



18 x



D.



18 x 4 mm Hg



E.



18 x



4 5



mm Hg mm Hg mm Hg mm Hg



30. Sebanyak 46 gram gliserol (Mr = 92) dicampur dengan 27 gram air ( M r = 18). Jika tekanan uap air pada suhu tersebut sama dengan 30 mmHg, tekanan uap larutan adalah .... A. 7,5 mmHg D. 32,5 mmHg B. 22,5 mmHg E. 37,5 mmHg C. 30 mmHg 31. Titik beku larutan glukosa 0,1 molal adalah - 0,18C. Jika pada larutan ini ditambahkan volum yang sama larutan glukosa 0,3 molal akan dihasilkan larutan yang titik bekunya ....



16



A. B. C.



- 0,06C - 0,18C - 0,36C



D. - 0,5436C E. – 0,90oC



32. Seorang siswa melarutkan 7,5 gram X dalam 11,2 L larutan heksana, mengakibatkan tekanan osmotik 0,5 atm pada 0C. Massa molekul relatif X adalah .... A. 15 D. 60 B. 30 E. 120 C. 45 33. Larutan urea dalam air mempunyai penurunan titik beku sebesar 0,372 oC. Jika Kb air = 0,52 oC dan Kf air = 1,86 oC maka kenaikan titik didih larutan urea tersebut adalah .... A. 0,026oC D. 1,04oC B. 0,104oC E. 2,6oC C. 0,26oC 34. Agar 1 ton air tidak membeku pada suhu - 5oC (Kf air = 1,86oC) , maka ke dalamnya harus dilarutkan NaCl (terionisasi sempurna, Mr = 58,5) minimal sebanyak .. A. 13,4 gram D. 78,6 gram B. 26,9 gram E. 152,2 gram C. 58,5 gram 35. Berapa gram zat bukan elektrolit (Mr = 40) harus dilarutkan dalam 1,2 kg air (K f = 1,86oC) agar larutan tersebut membeku pada suhu - 1,55 oC .... A. 10 gram D. 60 gram B. 20 gram E. 80 gram C. 40 gram 36. Titik beku larutan gula 0,1 molal dalam air adalah - 0,186 oC. Dengan penam-bahan volum yang sama larutan gula 0,5 molal akan dihasilkan larutan yang membeku pada suhu .... A. - 0,06oC D. - 0,90oC B. - 0,36oC E. – 1,08oC o C. - 0,54 C 37. Suatu lemak sebanyak 10 gram dilarutkan dalam 100 gram benzena (Kf = 5,1) dan ternyata larutan itu membeku pada suhu 0,34oC di bawah titik beku benzena murni. Massa molekul relatif lemak tersebut adalah ... A. 3000 D. 1000 B. 2000 E. 750 C. 1500



KIMIA 3 SEMESTER 1



38. Untuk menghantarkan zat hara dalam kayu sepang yang tingginya 135 meter diperlukan tekanan osmosis sebesar 12 atmosfer lebih. Bila tekanan tersebut dihitung pada suhu 27oC, maka konsentrasi semua spesi zat terlarut dalam cairan pada pohon kayu sepang ter-sebut adalah .... (R = 0,082 L atm K-1 mol-1) A. 0,246 M D. 4,880 M B. 0,488 M E. 5,420 M C. 2,460 M 39. Larutan suatu elektrolit kuat dengan konsentrasi 0,5 molal mendidih pada suhu 100,52oC (Kb air = 0,52o). Jika elektrolit tersebut mengion sempurna, maka jumlah ion yang dimiliki senyawa elektrolit terlarut adalah .... A. 2 D. 5 B. 3 E. 6 C. 4



Nilai



:



Paraf Guru



:



40. Kenaikan titik didih suatu elektrolit biner (mengandung dua ion) adalah 2,8 oC. Jika kenaikan titik didih larutan nonelektrolit dengan konsentrasi sama adalah 2 o C. Derajat ionisasi elektrolit adalah .... A. 0,2 D. 0,8 B. 0,46 E. 1,0 C. 0,68



BA B



REAKSI REDOKS DAN ELEKTROKIMIA



Konsep-konsep dasar reaksi oksidasi reduksi telah dibahas di kelas 10 telah dibahas bahwa reaksi yang menyangkut pelepasan dan penerimaan elektron disebut sebagai reaksi redoks. Akibat pelepasan atau penerimaan elektron tersebut juga menyebabkan terjadinya perubahan tingkat oksidasi. Perpindahan elektron dari zat pereduksi ke zat pengoksidasi dapat terjadi secara langsung atau melalui suatu kawat penghantar. Pada bab ini terlebih dahulu akan dibahas penyetaraan persamaan reaksi redoks. Setelah itu, sel elektrokimia dan elektrolisis akan dibicarakan berurutan. 3.1 PENYETARAAN PERSAMAAN REAKSI REDOKS



Persamaan reaksi sederhana dapat disetarakan secara langsung dengan mudah misalnya reaksi penggantian, reaksi asam basa dan reaksi redoks yang sederhana seperti Zn(s) + 2 HCl(aq)  ZnCl2 + H2(g). Reaksi redoks yang rumit dapat disetarakan melalui dua macam cara, yaitu



17



KIMIA 3 SEMESTER 1



cara setengah reaksi dan cara bilangan oksidasi. Sambil membahas cara-cara menyetarakan persamaan reaksi redoks, lakukanlah kegiatan dibawah ini



Kegiatan 1 1. Mereaksikan logam besi (paku, Fe) dengan larutan asam klorida 4 M. Kedalam tabung reaksi tuangkan 5 mL larutan HCl 4 M, kemudian masukkan ke dalamnya 1 batang paku. Amati dan tulis semua kejadian yang terjadi. Pada kegiatan ini terjadi reaksi antara Fe dan HCl. Logam Fe makin berkurang dan akhirnya habis serta terbentuk gas H2. Reaksi yang terjadi dapat ditulis menurut persamaan Fe(s) + HCl(aq)  MgCl2(aq) + H2(g) Agar persamaan reaksi setara, maka koefisien HCl dikalikan 2. Jadi persamaan reaksi yang setara Fe(s) + HCl(aq)  FeCl2(aq) + H2(g) Dalam reaksi tersebut logam Fe mengalami peristiwa oksidasi karena tingkat oksi dasinya berubah dari 0 (Fe) menjadi +2 (Fe2+), sedangkan ion hidrogen menga- lami reduksi karena tingkat oksidasinnya turun dari +1 (H+) menjadi 0 (H2). 2. Mereaksikan logam Aluminium (Al) dengan larutan natrium hidroksida (NaOH) 4 M. Kedalam tabung reaksi tuangkan larutan NaOH 4 M, kemudian masukkan logam aluminium (2 cm x 05 cm). Amati dan tulis semua kejadian yang terjadi. Dari data pengamatan akan terlihat bahwa logam aluminium akan bereaksi dengan larutan NaOH dan menghasilkan gas H2. Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai Al(s) + OH-(aq)  AlO2-(aq) + H2(g) Persamaan di atas agak sulit disetarakan secara langsung, oleh karena itu perlu tahap demi tahap didalam menyetarakannya. Dari dua kegiatan di atas ternyata reaksi redoks dapat berlangsung dalam suasana asam atau basa, maupun netral. Untuk menyetarakan persamaan reaksi redoks, perlu diperhatikan suasana berlangsungnya reaksi. Dalam penyetaraan persamaan reaksi selain menyamakan jumlah atom, jumlah muatan juga harus disamakan.



2.1.1 Cara Setengah Reaksi Karena reaksi redoks merupakan gabung an dari reaksi oksidasi (peristiwa pelepasan elektron) dan reaksi reduksi (peristiwa penerimaan elektron), maka penyetaraan persamaan reaksinya dapat dibagi menjadi dua setengah reaksi, yaitu setengah reaksi oksidasi dan setengah reaksi reduksi. Dasar yang digunakan adalah "jumlah elektron yang dilepaskan pada reaksi oksidasi harus sama dengan jumlah elektron yang ditangkap pada reaksi reduksi". Cara ini juga disebut cara ion elektron. Penyetaraan persamaan reaksi melalui cara ini terutama digunakan untuk menyetarakan persamaan reaksi ion. Reaksi antara logam Al dengan larutan NaOH di atas dapat disetarakan dengan cara sebagai berikut 1. Tentukan zat-zat yang mengalami peristiwa oksidasi dan reduksi dan tuliskan persamaan reaksi di atas menjadi dua buah setengah reaksi. Setarakan jumlah atom-atom sebelah kiri dan kanan tanda rekasi 18



KIMIA 3 SEMESTER 1



Al  AlO22 OH-  H2 2. Setarakan jumlah atom O dengan jalan menambahkan sejumlah molekul air pada pihak yang kekurangan atom O. Al + 2 H2O  AlO22 OH-  H2 + 2 H2O 2. Setarakan jumlah atom H dengan menambahkan sejumlah ion H + pada pihak yang kekurangan atom H Al + 2 H2O  AlO2- + 4H+ 2 OH- + 4 H+  H2 + 2 H2O 3. Setarakan muatan masing-masing bagian setengah reaksi dengan menambahkan sejumlah elektron. Al + 2 H2O  AlO2- + 4H+ + 3e 2 OH- + 4 H+ + 2e  H2 + 2 H2O 4. Setarakan jumlah elektron yang dilepas pada reaksi oksidasi dengan jumlah elektron yang diterima pada reaksi reduksi, kemudian jumlahkan kedua bagian setengah reaksi tersebut. (Al + 2 H2O  AlO2- + 4H+ + 3e) x 2 (2 OH- + 4 H+ + 2e  H2 + 2 H2O) x 3 2 Al + 4 H2O + 6 OH- + 12 H+  2 AlO2- + 8 H+ + 3 H2 + 6 H2O Zat-zat yang ada di kiri dan di kanan tanda reaksi dapat saling meniadakan, dan sebagian H + dengan OH- membentuk H2O sehingga persamaan reaksi di atas menjadi 2 Al + 6 OH- + 4 H+  2 AlO2- + 3 H2 + 2 H2O atau 2 Al + 2 OH- + 2 H2O  2 AlO2- + 3 H2 5. Jika reaksi berlangsung dalam suasana basa tambahkan sejumlah ion OH - baik dikiri maupun di kanan tanda reaksi Untuk mempermudah dalam menger jakan dapat dilakukan setiap langkah pada masingmasing setengah reaksi, baru digabungkan pada langkah ke 4, yaitu penyetaraan jumlah elektron. Contoh : 1.



Zn + NO3-  ZnO22- + NH3 (basa)



Setengnah reaksi oksidasi Zn  ZnO22menyamakan jumlah atom O dan H Zn + 2 H2O  ZnO22- + 4 H+ menyamakan muatan



Setengah reaksi reduksi NO3-  NH3 menyamakan jumlah O dan H NO3- + 9 H+  NH3 + 3 H2O menyamakan muatan NO3- + 9 H+ + 8e  NH3 + 3 H2O



Zn + 2 H2O  ZnO22- + 4 H+ + 2e 19



KIMIA 3 SEMESTER 1



Menyamakan jumlah elektron pada reaksi oksidasi dan reduksi (Zn + 2 H2O  ZnO22- + 4 H+ + 2e) x 4 (NO3- + 9 H+ + 8e  NH3 + 3 H2O) 4 Zn + 8 H2O + NO3- + 9 H+  4 ZnO22- + 16 H+ + NH3 + 3 H2O disederhanakan menjadi 4Zn + 5H2O + NO3-  4ZnO22- + 7 H+ + NH3 Karena reaksi berlangsung dalam suasana basa, maka dikiri dan kanan tanda reaksi ditambahkan sejumlah OH- (7 OH-) 4Zn + 5H2O + NO3-  4ZnO22- + 7 H+ + NH3 7 OH7 OH4Zn + 5H2O + NO3- + 7 OH-  4ZnO22- + 7 H2O + NH3 2. KMnO4 + Na2C2O4 + H2SO4  K2SO4+Na2SO4+MnSO4+CO2+H2O Setengah reaksi Oksidasi :



Setengah reaksi reduksi:



C2O42-  CO2 menyamakan jumlah atom C



MnO4-  Mn2+ menyamakan jumlah atom O dan H Menyamakan pada reaksi oksidasi dan reduksi C2O42- jumlah 2 COelektron 2 MnO4- + 8 H+  Mn2+ + 4 H2O 2menyamakan (C2O  CO2 + 2e)muatan x5 4 - 22+ menyamakan muatan C2 O + +2 5e CO (MnO 2 + Mn2e + 4 H2O) x 2 4 4+ 8 H MnO4- + 8 H+ + 5e  Mn2+ + 4 2 MnO4- + 16 H+ +5 C2O42-  2 Mn2+ + 8 H2O + 10 CO H 2O 2



2.1.2 Cara Bilangan Oksidasi Reaksi-reaksi redoks yang berlangsung dalam suasana asam, persamaan reaksinya melibatkan ion H+ dan molekul H2O. Sedangkan reaksi-reaksi redoks yang berlangsung dalam suasana basa, persamaan reaksinya melibatkan ion OH - dan molekul H2O. Prinsip penyetaraan persamaan reaksi redoks melalui cara bilangan oksidasi adalah : “bertambahnya bilangan oksidasi pada reaksi oksidasi = berkurangnya bilangan oksidasi pada reaksi reduksi”. Sekarang, setarakan persamaan reaksi redoks berikut: MnO4- + C2O42-  Mn2+ + CO2 (asam) Langkah-langkah penyetaraan persamaan reaksi 1. Tentukan bilangan oksidasi masing-masing unsur yang terlibat dalam reaksi. MnO4- + C2O42+7 +3



20



Mn2+ + CO2 +2 +4



KIMIA 3 SEMESTER 1



2. Setarakan jumlah atom unsur-unsur yang mengalami perubahan bilangan oksidasi. Jumlah atom Mn pada ke dua bagian sudah sama. Sedangkan jumlah atom C di ruas kiri 2 dan di ruas kanan hanya 1 atom. Karena itu, pada molekul CO2 berilah koefisien 2; sehingga persamaan menjadi, MnO4- + C2O 24 



Mn2+ + 2 CO2



3. Hitunglah bertambah dan berkurangnya bilangan oksidasi. +3



+1(2)



+4



MnO4- + C2O 24  +7



Mn2+ +



-5



2 CO2



+2



4. Kalikan masing-masing perubahan bilangan oksidasi tersebut dengan bilangan tertentu; sehingga besarnya penurunan bilangan oksidasi = besarnya kenaikan bilangan oksidasi. Selanjutnya gunakan bilangan itu sebagai koefisien; sehingga persamaan reaksi menjadi: +3 MnO4- + C2O 24  +7



-5 x 2



+1(2) x 5



+4



Mn2+ +



2 CO2



+2



2MnO4- + 5 C2O 24   2 Mn2+ + 10 CO2 5. Samakan jumlah muatan pada ke dua bagian dengan cara menambahkan ion H + (untuk suasana asam/netral) dan tambahkan ion OH- (untuk suasana basa). Karena reaksi ini dalam suasana asam, maka tambahkan ion H+. Jumlah muatan ruas kiri = 2 (-1) + 5(-2) = -12 Jumlah muatan di ruas kanan = 2 (+2) + 10 (0) = +4 Agar muatan ke dua bagian sama, ruas kiri perlu ditambah 16 H +,sehingga persamaan menjadi: 2 MnO4- + 5 C2O 24  + 16 H+ 2 Mn2+ + 10 CO2 6. Untuk menyamakan jumlah atom H, tambahkan sejumlah molekul H2O pada bagian yang kekurangan atom H. 2 MnO4- + 5 C2O 24  + 16 H+



2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O



Jika lebih dari satu unsur yang teroksidasi, maka penambahan bilangan oksidasi total = jumlah penambahan bilangan oksidasi masing-masing unsur. Demikian pula jika lebih dari satu unsur yang tereduksi, penurunan bilangan oksidasi total = jumlah penurunan bilangan oksidasi masing-masing unsur. Contoh: MnO4- + As2S3  MnO2 + 2 AsO43- + 3 SO42- (basa) MnO4- menjadi MnO2, perubahan bilangan oksidasinya -3 (reduksi). atom As dalam As2S3 (+3) menjadi AsO 34 (+5), perubahan bilangan oksidasi + 2 dan kenaikan bilangan oksidasi



21



KIMIA 3 SEMESTER 1



atom S dari As2S3 (-2) menjadi SO 24  (+6) adalah 8. Jadi kenaikan bilangan oksidasi totalnya = (+2 x 2) + (+8 x 3) = 28 (oksidasi). Reaksi reduksi dikalikan 28, sedangkan reaksi oksidasi dikalikan 3. Reaksi menjadi: 3 28 MnO  + 9 SO 24  (basa) 4 + 3 As2S3  28 MnO2 + 6 AsO 4



Jumlah muatan di ruas kiri : 28(-1) + 3 (0) = - 28 Jumlah muatan di ruas kanan : 6 (-3) + 9(-2) = - 36 Tambahkan 8 ion OH- pada ruas kiri untuk menyetarakan muatan dan tambah kan 4 molekul H2O di ruas kanan, untuk menyetarakan jumlah atom H. 3 2 28 MnO  + 4H2O(basa) 4 + 3 As2S3 + 8 OH  28MnO2 + 6AsO 4 + 9SO 4



Soal Latihan 1. Setarakan reaksi redoks berikut : a. KMnO4(aq) + H2SO4(aq) + K2C2O4(aq)  K2SO4(aq) + MnSO4(aq) + CO2(g) + H2O(l) b. Cu (s) + HNO3 (aq)  Cu(NO3)2 (aq) + NO2 (g) + H2O(l) c. K2CrO4 (aq) + HCl (aq)  KCl(aq) + CrCl3 (aq) + Cl2(g) + H2O(l)  d. Al(s) + NO 3 (aq)  AlO  2 (aq) + NH3(g) e. KIO3 (aq) + KI(aq) + HCl(aq)  KCl(aq) + I2 (s) + H2O(l) 2. Lengkapi dan setarakan persamaan reaksi berikut: a. ClO 3 (aq) + I- (aq)  I2 (s) + Cl  (asam) b. MnO2 + ClO 3 (aq)  MnO 24  (aq) + Cl  (aq) (basa) c. Fe3+ (aq) + I  (aq)  Fe2+ (aq) + I2 (s) (netral) 2 d. MnO  4 (aq) + C 2O 4 (aq)  MnO2 + CO2 (g) (basa) 3 e. MnO  (aq) + SO 24  (aq) (basa) 4 (aq) + As2S3(s)  MnO2(aq) + AsO 4



f.



Cr 2O 72  (aq) + Cl  (aq)  Cr3+ (aq) + Cl2 (g) (asam)



3. Berapa mol C2O 24  yang dapat teroksidasi oleh 1 mol KMnO4 dalam suasana asam 4. Seorang siswa meneliti larutan NaClOn 0,1 M. Untuk maksud tersebut ia mereaksikan 10,0 mL larutan NaClOn 0,1 M dengan larutan KI berlebih dalam suasana asam HCl 2 M berlebih. I2 terbentuk kemudian direaksikan dengan larutan Na 2S2O3 0,1 M. Jika warna yodium tepat hilang pada saat penambahan Na2S2O3 0,1 M sebanyak 60 mL, maka: a. Tuliskan persamaan reaksi setara yang terjadi selama proses berlangsung b. Berapa harga n (tuliskan rumus kimia senyawa NaClOn)



2.2 SEL ELEKTROKIMIA



22



KIMIA 3 SEMESTER 1



Energi listrik arus searah dalam jumlah kecil dapat diperoleh dari baterai kering dan aki. Bagian kimia yang lingkupnya meneliti dan menggunakan pengubahan energi kimia menjadi energi listrik atau sebaliknya, energi listrik digunakan untuk menjalankan reaksi kimia disebut elektrokimia. Pada pembahasan sebelumnya telah ditunjukkan beberapa reaksi redoks yang berlangsung spontan, misalnya reaksi logam besi dengan larutan asam klorida, logam seng dengan larutan NaOH dan logam Sel volta suatu perangkat yang zn dengan larutan tembaga (II) sulfat. Reaksi-reaksi mengubah energi dari suatu reaksi redoks yang berlangsung spontan itu dikerjakan dengan mencampurkan zat pengoksidasi menjadi energi listrik dengan zat pereduksi. Jadi, kedua zat saling bersinggungan langsung. Perpindahan elektron berjalan langsung dari zat pereduksi ke zat pengoksidasi melalui larutan. Reaksi antara logam Zn dengan larutan tembaga (II) sulfat dapat ditulis sebagai berikut: Zn  Zn2+ + 2e Cu2+ + 2e  Cu Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu Bila pada reaksi antara logam Zn dengan larutan CuSO 4 dilakukan dalam keadaan terpisah, artinya logam Zn tidak langsung dicelupkan ke dalam larutan CuSO 4, akan tetapi zat-zat pengoksidasi dipisahkan dengan zat-zat pereduksi, maka perpindahan elektron melalui hubungan luar (konduktor), yang merupakan penghubung antara zat pengoksidasi dan zat pereduksi. Karena reaksi berlangsung terus maka elektron-elektron secara tetap akan mengalir melalui konduktor luar dan menghasilkan energi listrik. Cara inilah yang digunakan untuk memproduksi arus listrik searah. Sel elektrokimia ini dinamakan sel Volta atau sel Galvani. Elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi disebut anoda, sedangkan elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi dinamakan katoda. Sel volta terdiri dari dua buah elektroda yang satu sama lain dihubungkan oleh kawat penghantar untuk mengalirkan elektron dari anoda ke katoda. Pada sel volta, elektroda dapat berupa sepotong logam yang dicelupkan ke dalam larut- an garamnya. Sebagai contoh, logam Zn dicelupkan ke dalam larutan ZnSO 4. Jika ke dua elektroda dihubungkan dengan kawat penghantar, misal Zn - Cu sebagian atom Zn membentuk ion Zn 2+. Terbentuknya ion Zn2+ mengakibatkan larutan bermuatan (+) dan elektron yang dilepaskan belum dapat meninggalkan batang Zn, karena tertahan oleh larutan. Andaikan ada elektron yang mengalir ke elektroda Cu, maka pada elektroda Cu akan terjadi reaksi: Cu2+ + 2e  Cu. Hal ini berakibat larutan kelebihan anion, sehingga bermuatan (-). Larutan yang bermuatan (-) ini akan menghalangi aliran elektron ke dalam larutan. Supaya aliran elektron dari elektroda Zn ke elektroda Cu dapat berlangsung, maka kedua larutan harus dijaga tetap elektronetral. Untuk maksud di atas, ke dua larutan dihubungkan dengan jembatan garam. Jembatan garam dibuat dengan cara mencampurkan NaNO 3 atau KNO3 kedalam gel agar-agar yang masih



23



KIMIA 3 SEMESTER 1



panas, dalam sebuah pipa U. Setelah dingin campuran ini menjadi kaku, tetapi tidak menghalangi gerakan ion NO3- maupun ion Na+. Jika muatan (-) tertimbun dalam larutan, ion Na+ akan turun, sedangkan jika muatan (+) tertimbun dalam larutan, ion NO 3- akan turun; sehingga dengan demikian ke dua larutan dapat dijaga tetap elektronetral. Sebagai hasilnya, elektron yang berasal dari hasil oksidasi pada elektroda Zn akan bergerak ke elektroda Cu melalui rangkaian luar. Sel volta dapat digambarkan dengan menggunakan notasi, misalnya Zn(s)  Zn2+(aq)  Cu2+(aq)  Cu(s).



Garis sejajar yang menghubungkan ke dua setengah sel digunakan untuk menggambar kan jembatan garam yang menghubungkan ke dua larutan. Elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi ditulis di sebelah kanan. Sel volta yang menggunakan elektroda Zn - Cu disebut sel Daniel. 2.2.1



Potensial Elektroda Standar Dan Potensial Sel



Jika logam Zn dicelupkan ke dalam larutan CuSO 4, akan terjadi reaksi redoks; tetapi jika logam Cu dicelupkan ke dalam larutan ZnSO 4, tidak terjadi reaksi. Hal ini dapat dijelaskan bahwa unsur Cu lebih sukar melepaskan elektron dibanding logam Zn. Kejadian ini menunjukkan bahwa setiap unsur mempunyai kemampuan yang berbeda untuk melepas atau menerima elektron. Kemampuan suatu zat untuk menerima atau melepas elektron secara kuantitatif dapat ditentukan dengan potensial elektroda. Sedang selisih potensial antara ke dua elektroda merupakan potensial dari sel yang bersangkutan.



1. Potensial elektroda standar Potensial elektroda yang sebenarnya dari suatu reaksi redoks tidak dapat dihitung, karena tidak ada reaksi reduksi yang berlangsung tanpa diikuti oleh reaksi oksidasi. Oleh karena itu, berdasarkan perjanjian internasional telah ditetapkan elektroda pembanding, yaitu elektroda hidrogen yang diberi harga potensial 0,00 Volt. Potensial elektroda standar unsur-unsur lain dibandingkan dengan potensial elektroda hidrogen pada suhu 25 oC dan konsentrasi larutan 1 molar.



24



KIMIA 3 SEMESTER 1



Voltmet er



Saklar



Sebagai contoh, pengukuran potensial elektroda standar dari sel yang terdiri dari H2(g) elektroda Zn(s)  Zn2+(aq) dan H+(aq)  H2. Dari hasil pengukuran dengan volt meter, diperoleh elektrod harga potensial sel sama dengan 0,76 volt dan e elektroda Zn sebagai elektroda negatif (anoda). hidroge Dengan demikian, reaksi sel dapat dituliskan sebagai berikut:



M



M(s) + x e



Mx+(aq)



2H +(aq) + 2e



Oksidasi : Zn  Zn2+ + 2e Eo = a volt + o H 2(g) Reduksi : 2H + 2e  H2 E = 0,0 volt



Gambar : Menentukan potensial elektrode relatife



Zn + 2H+  Zn2+ + H2 Eo sel = 0,76 volt



Potensial elektroda standar Zn = - 0,76 Volt. Potensial elektroda standar tidak lain adalah potensial reduksi Berdasarkan perjanjian internasional, juga ditetapkan bahwa elektroda yang lebih mudah mengalami reaksi oksidasi dari unsur hidrogen diberi tanda negatif (-), sedangkan elektroda yang lebih mudah tereduksi dari ion H+ diberi tanda positif (+). Tabel potensial elektroda standar dapat dilihat pada lampiran. Makin kecil harga potensial elektroda standar dari suatu zat, makin kuat daya pereduksinya. Sebaliknya, makin besar potensial elektroda standar dari suatu zat, makin kuat daya pengoksidasinya.



2. Pengukuran potensial sel Sel volta terdiri dari dua buah elektroda yang dihubungkan dengan kawat penghantar dan ke dua elektrolit dihubungkan dengan jembatan garam. Potensial sel di samping tergantung dari macam elektroda yang digunakan, juga dipengaruhi oleh konsentrasi larutan dan temperatur. Kegiatan 2 Pada percobaan berikut akan dibuat berbagai rangkaian sel volta dan mengukur potensial selnya. Cara kerja dan Pengamatan 1. Celupkan sebatang logam Zn ke dalam larutan ZnSO4 M dan celupkan sebatang logam Cu ke dalam larutan CuSO4 1 M, pada wadah yang lain. 2. Hubungkan ke dua logam dengan kawat penghantar, melalui voltmeter. Logam yang mana sebagai elektroda negatif? 3. Hubungkan ke dua larutan dengan jembatan garam, dan catat potensial sel yang ditunjukkan oleh voltmeter Harga potensial sel ……….. 4. Lakukan percobaan seperti di atas untuk berbagai kombinasi, seperti tertera pada tabel pengamatan.



18



LKS KIMIA 3 Semester 1



Notasi Sel



Voltase



Notasi Sel



Voltase



Zn  Zn2+ Cu2+ Cu



Fe  Fe2+ Cu2+ Cu



Pb  Pb2+ Cu2+ Cu



Mg  Mg2+ Zn2+ Zn



Al  Al3+ Cu2+ Cu



Al  Al3+ Pb2+ Pb



Mg  Mg2+ Cu2+ Cu



Al  Al3+ Mg2+ Mg



Zn  Zn2+ Pb2+ Pb



Mg  Mg2+ Pb2+ Pb



Pertanyaan



Jawaban



1. Logam-logam mana yang bertindak sebagai katoda dan anoda pada masing-masing sel. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



2. Apa yang terjadi jika rangkaian terbalik? ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



3. Tuliskan setengah reaksi sel yang terjadi pada masing-masing elektroda. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



4. Dari hasil pengukuran potensial sel, urutkan daya pereduksi logam-logam. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



5. Apa kesimpulan anda dari kegiatan tersebut. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



3. Perhitungan potensial sel Suatu sel terdiri dari dua elektroda yang dihubungkan. Potensial sel merupakan beda potensial dari keduanya. Misalnya, sel yang terdiri dari elektroda Mg (Eo = -2,34 volt) dan elektroda Cu (Eo = +0,34 volt) akan menghasilkan potensial sel sebesar 2,68 volt. Dalam hal ini elektroda Mg bertindak sebagai anoda, sebab mempunyai potensial elektroda yang lebih kecil. Untuk mempermudah perhitungan potensial sel dari berbagai sel, maka buatlah garis bilangan yang menggambarkan potensial elektroda dari elektroda-elektroda penyusun sel, seperti di bawah ini. -2,34 v -1,67 v -0,76 v -0,40 v +0,34v



+0,80 v



+1,45 v



Mg Al Zn Cd Cu Ag Au Dari garis bilangan tersebut dapat dibaca, jika suatu sel terdiri dari elektroda Mg dan Zn, mempunyai Eo sel = 1,58 volt elektroda Mg dan Au, mempunyai E o sel = 3,79 vol elektroda Zn dan Cu, mempunyai Eø sel = 1,10 volt



19



LKS KIMIA 3 Semester 1



Jadi makin besar perbedaan potensial elektroda, akan menghasilkan potensial sel yang makin besar.



Contoh Soal Sel A A2+  B2+ B dan B B2+ X+ X mempunyai potensial sel berturut-turut +2,34 volt dan + 0,44 volt. Suatu sel terdiri dari elektroda A A2+ dan X X+. Hitunglah potensial sel dan tuliskan notasi sel! Jawab: Dari notasi ke dua sel di atas dapat disimpulkan bahwa urutan kenaikan potensial elektroda dari ke tiga elektroda adalah sebagai berikut: - 2,34 volt



0,44 volt



A



B



X



2, 78 Volt



Jadi beda potensial antara A dan X (Eo sel) = 2,78 volt Notasi sel : A A2+ X+ X Cara lain untuk menghitung Eo sel dengan menggabung dari beberapa Eo sel yang diketahui A  A2+ 



B2+  B



Eo = 2,34 Volt



B  B2+ 



X+  X



Eo = 0,44 Volt



A A



X  X



2+







+



+



o



E sel = 2,78 Volt



Soal Latihan 1. Dengan melihat daftar potensial elektroda standar, hitunglah poten sial sel dari sel-sel berikut: a. Mg  Mg2+ Cu2+ Cu



= …………………………………………………………………..



b.



Zn  Zn2+  Ag+  Ag



= …………………………………………………………………..



c.



Cu  Cu2+  Ag+  Ag



= …………………………………………………………………..



d.



Fe  Fe2+  Ag+  Ag



= …………………………………………………………………..



e.



Al  Al3+ 



= …………………………………………………………………..



Fe2+  Fe



2. Suatu sel volta terdiri dari elektroda Ni  Ni2+ dan elektroda Mg  Mg2+. a. Tuliskan notasi selnya. …………………………………………………………………………………………………… ….



20



LKS KIMIA 3 Semester 1



…………………………………………………………………………………………………… ….



b. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi di anoda maupun di katoda. …………………………………………………………………………………………………… …. …………………………………………………………………………………………………… ….



c. Jelaskan alasan anda menuliskan notasi di atas! …………………………………………………………………………………………………… …. …………………………………………………………………………………………………… ….



3. Perhatikan sel Zn-Cu pada kegiatan sebelumnya. a. Berapa harga potensial selnya; …………………………………………………………………………………………………… …. …………………………………………………………………………………………………… ….



b. Dengan memperhatikan daftar potensial elektroda, berapa harga berdasarkan perhitungan ?



potensial sel



…………………………………………………………………………………………………… …. …………………………………………………………………………………………………… ….



c. Logam apa yang bertindak sebagai anoda dan katoda? …………………………………………………………………………………………………… …. …………………………………………………………………………………………………… ….



d. Bandingkan harga potensial sel berdasarkan percobaan dengan perhitungan. Mengapa berbeda? …………………………………………………………………………………………………… …. …………………………………………………………………………………………………… ….



4. Dengan menggunakan daftar potensial elektroda standar, hitunglah semua Eo sel yang tercantum pada tabel pengamatan kegiatan 2. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



21



LKS KIMIA 3 Semester 1



5. Bandingkan pula hasil hitungan itu dengan hasil pengamatan. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



6. Kesimpulan apa yang dapat anda peroleh dari kegiatan ini. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



Tabel : Potensial elektroda Standart (Eo) Eo (Volt)



Reaksi Oksidator sangat lemah



Li+(aq) + e-  Li(s)



- 3,04



K+(aq) + e-  K(s)



- 2,92



Ba (aq) + 2e  Ba(s)



- 2,90



Sr2+(aq) + 2e-  Sr(s)



- 2,88



Ca2+(aq) + 2e-  Ca(s)



- 2,86



Na (aq) + e  Na(s)



- 2,71



Mg (aq) + 2e  Mg(s)



- 2,34



H2(aq) + e-  H-(s)



- 2,25



Al3+(aq) + 3e-  Al(s)



- 1,66



2+



-



+



-



2+



-



Mn (aq) + 2e  Mn(s) 2+



- 1,18



-



2H2O + 2e  H2 + 2OH -



-



- 0,76



Cr3+(aq) + 3e-  Cr(s)



- 0,74



Fe (aq) + 2e  Fe(s)



- 0,44



Cr (aq) + 3e  Cr (s)



- 0,40



Cd2+(aq) + 2e-  Cd(s)



- 0,40



Sn2+(aq) + 2e-  Sn(s)



- 0,14



Pb (aq) + 2e  Pb(s)



- 0,13



H (aq) + e  H2(aq)



0,00



-



3+



-



2+



2+



-



+



-



Sn4+(aq) + 2e-  Sn2+(aq)



+ 0,15



Cu2+(aq) + 2e-  Cu(s)



+ 0,34



I2(s) + 2e  2 I -







+ 0,54



(aq)



Au + 2CN + e  Au(CN) -



-



 2



Fe3+(aq) + e-  Fe2+(aq) Ag (aq) + e  Ag(s) Au + 4Cl + 3e  Au(Cl) -



-



+ 0,60 + 0,77



-



+



22



- 0,83



Zn2+(aq) + 2e-  Zn(s) 2+



Reduktor sangat kuat



 4



+ 0,80 + 1,00



LKS KIMIA 3 Semester 1



Br2(l) + 2e-  2 Br  (aq)



+ 1,06



O2 + 4H + 4e  H2O



+ 1,23



Cl2(g) + 2e  2 Cl



+ 1,36



+



-



-







(aq)



Au (aq) + 3e  Au(s) 3+



MnO



-



 4



+ 8 H+ + 5e-  Mn2+ + 4 H2O



F2(g) + 2e  2 F -







(aq)



+ 1,49 + 1,70 + 2,87 Reduktor



4. Sel volta dalam kehidupan Sel volta adalah susunan dua elektroda dengan elektrolit yang dapat menghasilkan tenaga listrik akibat reaksi kimia dalam sel. Secara garis besar sel volta dibedakan menjadi dua, yaitu sel primer dan sel sekunder. a. Sel primer Sel primer adalah suatu sel volta yang setelah mengeluarkan arus listrik tidak dapat dipakai lagi. Pada sel primer, pertama diketemukan oleh Leclance yang mendapatkan hak paten atas penemuan itu pada tahun 1866. Sel Leclance terdiri atas suatu silinder seng yang berisi pasta dari campuran mangan dioksida (Batu kawi, MnO 2), salmiak Batang grafit (NH4Cl), Zn(NH3)2Cl2, serbuk arang (C) dan sedikit air. sebagai katoda Silinder seng sekaligus berfungsi sebagai anoda, sedangkan sebagai katoda dipergunakan batang karbon Pasta yang yang dicelupkan ditengah-tengah pasta. Pasta itu terdiri atas sendiri berfungsi sebagai oksidator. Reaksi kimia yang MnO2, NH4Cl, terjadi di dalam sel bersifat"irreversible" (tidak ZnCl2, H2O dan dapat balik). Logam Zn C Reaksi yang terjadi selama pemakaian batere mangan secara (anoda) sederhana dapat dituliskan sebagai: Anoda: Zn Reaksi di anoda Zn  Zn2+ + 2e Katoda C dilapisi pasta NH4Cl, Zn(NH3)4Cl2, dan MnO2. Untuk mencegah penguapan, pada bagian atas dilapisi lilin. Reaksi di katoda: 2 MnO2 + H2O + 2e  Mn2O3 + 2 OH2 OH-+ 2 NH4Cl  2NH3 + 2 Cl-+ 2H2O Zn2+ + 4 NH3  [Zn(NH3)4]2+ NH3 yang terbentuk diikat oleh Zn 2+, sehingga konsentrasi ion Zn 2+ relatif tetap. Potensial sel kurang lebih = 1,5 volt. Contoh sel primer yang lain adalah baterai alkaline mangan. Perbedaannya dengan batere leclance adalah anoda merupakan campuran serbuk seng dengan KOH pekat yang berada ditengah dan dikelilingi oleh oleh campuran mangan (IV) oksida dan KOH 7 M, sedangkan katoda karbon melekat di bejana seng.



Kelebihan batere alkali dibanding batere leclance adalah : 1. energi yang dihasilkan 50% lebih besar untuk ukran batere yang sama. 2. Energi yang dihasilkan lebih cepat dan tahan pada cuaca dingin Reaksi yang terjadi dalam batere alkaline mangan:



23



anoda : Zn (s) + 2 OH-(aq)  Zn(OH)2(s) + 2e Katoda : 2 MnO2(s) + H2O(l) + 2e  Mn2O3(s) + 2OH-(aq)



LKS KIMIA 3 Semester 1



b. Sel sekunder



Anoda logam Pb Katoda logam Pb dilapisi PbO2 Elektrolit H2SO4 (aq)



Reaksi kimia yang terjadi di dalam sel bersifat "reversible" (dapat balik), sehingga setelah mengeluarkan arus, sel dapat diisi lagi. Contoh sel sekunder dan paling banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari adalah akumulator (sel timbal). Sel timbal terdiri atas anoda Pb (timbal = timah hitam) dan katoda timbal yang dilapisi PbO2 (timbal oksida) keduanya merupakan zat padat, yang dicelupkan ke dalam elektrolit larutan asam sulfat ( 20%). Setiap pasangnan Pb-PbO2 menghasilkan potensial sel sebesar = 2 volt. Dengan cara memasang seri beberapa pasang sel PB-PbO2 dapat dihasilkan sel dengan voltase bervariasi ( 6 Volt, 12 Volt, 24 Volt dst).



Reaksi yang terjadi selama pemakaian sel aki adalah : Reaksi di anoda : Pb  Pb2+ + 2e Reaksi di katoda : PbO2 + 4 H+ + 2e  Pb2+ + 2 H2O 2 Pb2+ + 2 SO42-  2 PbSO4



Reaksi:



Pb + PbO + 2 H SO  2 PbSO + 2 H O



2 2 4 2 Beberapa hal yang perlu anda perhatikan pada sel timbal4 1. Anoda dan katoda berubah menjadi zat yang sama, yaitu PbSO 4. Apabila permukaan kedua elektroda telah ditutupi zat yang sama tidak akan menghasilkan beda potensial, oleh karena itu dikatakan arus listrik pada aki telah kosong (habis). 2. Karena zat hasil reaksi pemakaian aki mudah mengendap maka aki yang kosong tidak boleh disimpan terlalu lama sebab akan membentuk endapan putih di dasar bak aki. 3. Pada saat pemakaian aki konsentrasi H 2SO4 berkurang sebab sebagian H2SO4 ikut dalam reaksi, oleh karena itu jangan mengganti air aki pada saat arusnya kosong. Karena reaksi pada sel aki reversibel (dapat balik) maka aki dapat diisi kembali dengan jalan mengalirkan arus searah yang masuk melalui batang anoda. Akibat elektron (arus listrik searah) akan terjadi reaksi :



24



LKS KIMIA 3 Semester 1



Di anoda (kutub negatif aki) Di katoda (kutub positip aki)



: PbSO4 + 2e  Pb2+ + SO 24  : PbSO4 + 2 H2O  PbO2 + 4 H+ + 2e



Sel sekunder lain dan sering diproduksi menyerupai baterai kering adalah sel nikel kadmium (sel Nikad = baterai yang dapat diisi ulang, Rechard). Potensial sel kurang lebih 1,3 Volt dengan menggunakan elektrolit larutan KOH 21% yang dicampur LiOH. Anoda : Cd Katoda : Ni dilapisi Ni2O3 Elektrolit: larutan KOH 21% dicampur LiOH Reaksi yang terjadi selama pemakaian: Di Anoda : Cd + 2 OH- Cd(OH)2 + 2e Di katoda : NiO2 + 2 H2O + 2e  Ni(OH)2 + 2 OHCd + NiO2 + 2 H2O  Cd(OH)2 + Ni(OH)2 Reaksi yang terjadi selama pengisian: Di katoda : Ni(OH)2 + 2 OH   NiO2 + 2 H2O + 2e Di Anoda : Cd(OH)2 + 2e  Cd + 2 OH  Cd(OH)2 + Ni(OH)2  Cd + NiO2 + 2 H2O Potensial elektroda dan spontanitas reaksi Dalam sel volta terlihat bahwa yang mempunyai potensial elektroda lebih kecil bertindak sebagai pereduksi. Sedangkan zat yang mempunyai potensial elektroda lebih tinggi bertindak sebagai pengoksidasi. Reaksi sebaliknya, tidak pernah terjadi. Kenyataan ini juga berlaku untuk reaksi-reaksi redoks yang terjadi di dalam satu wadah Eo zat pengoksidasi > Eo zat pereduksi
0, maka reaksi redoks dapat berlangsung. Contoh : Diketahui Data Potensial elektroda standart sebagai berikut: Fe3+ + e Fe2+ Eo = + 0,74 Volt F2 + 2 e 2 F- Eo = + 2,87 Volt Br2 + 2 e  2 Br- Eo = + 1,07 Volt Cl2 + 2 e 2 Cl- Eo = + 1,36 Volt I2 + 2 e  2 IEo = + 0,53 Volt Maka reaksi redoks yang dapat berlangsung adalah ....



26



LKS KIMIA 3 Semester 1



A. I2 + B. 2 Br + C. Br2 + D. 2 F- + E. 2 Cl- +



Fe2+ Fe3+ Fe2+ Fe3+ Fe3+



    



2 I- + Br2 + 2 Br- + F2 + Cl2 +



Fe3+ Fe2+ Fe3+ Fe2+ Fe2+



Dengan menghitung satu persatu harga Esel diketahui bahwa Esel Br2 + Fe2+  2 Br- + Fe3+ yaitu 1,07 Volt – 0,77 Volt = + 0,30 Volt (reaksi dapat berlangsung), sedangkan reaksi yang lain tidak berlangsung. Reaksi di atas juga dapat diselesaikan dengan cara Z, dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Susunlah Data setengah sel berdasarkan kenaikan Eo nya, menjadi F2 Cl2 Br2 Fe3+ I2



2 F2 Cl2 BrFe2+ 2 I-



Eo = + 2,87 Volt Eo = + 1,36 Volt Eo = + 1,07 Volt Eo = + 0,74 Volt Eo = + 0,53 Volt



2. Tariklah garis yang menghubungkan kedua setengah sel, jika garis mengarah ke kanan bawah maka reaksi akan berlangsung.



F2 Cl2 Br2 Fe3+ I2



2 F2 Cl2 BrFe2+ 2 I-



Reaksi tidak berlangsung Reaksi berlangsung



Soal Latihan 1. Dengan menggunakan harga potensial elektroda, terangkan mengapa kita tidak boleh memakai sendok seng untuk mengambil larutan tembaga(II) sulfat? ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



2. Ramalkan apakah reaksi Cu(s) + 2 Fe3+(aq)  2 Fe2+(aq) + Cu2+(aq) dapat berlangsung? ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



6. Korosi Pada dasarnya, korosi merupakan suatu reaksi oksidasi logam. Pada peristiwa korosi, logam berubah kembali menjadi bentuk awalnya di alam. Suatu contoh yang sering kita jumpai adalah perkaratan besi. Besi berubah menjadi oksida atau hidroksida, karena pengaruh udara lembab. Menurut mekanisme reaksi, ada dua macam korosi logam, yaitu korosi kimia dan korosi elektrokimia. Korosi kimia terjadi pada medium yang tidak menghantar listrik. Sebagai contoh, interaksi antara logam dengan oksigen, halogen, dan oksida belerang.



27



LKS KIMIA 3 Semester 1



Pada korosi elektrokimia, reaksi kimia terjadi pada tempat-tempat yang merupakan selsel galvani kecil. Logam yang terkena korosi bertindak sebagai anoda. Sedangkan pada bagian lain dari logam itu yang mungkin mengandung zat pengotor, bertindak sebagai katoda. tetes air Karat besi O2 Daerah anodik



besi larut membentuk lubang (Reaksi Anoda : Fe(s)  Fe2+ (aq) + 2e



Daerah katodik (Reaksi Katoda : O2 + H2O + 4e  4 OH-(aq)



Beberapa logam di alam telah melindungi dirinya dari korosi karena terbentuknya lapisan yang sangat tipis dan transparan sehingga kelihatannya logam tersebut tidak mudah mengalami korosi padahal merupakan logam yang aktif seperti Al, Cr dan Zn. Secara di sengaja korosi dapat dicegah dengan jalan: 1. Mengisolasi logam tersebut dengan lingkungannya seperti mengecat, melapisi dengan logam lain 2. Membuat paduan logam yang tahan karat seperti stainles steel. 3. Melindungi logam tersebut dengan logam lain yang lebih reaktif ( potensial elektrodanya lebih kecil dari logam yang dilindungi). Contoh logam Fe yang telah menjadi barang jadi seperti kapal, rel kereta api, pipa minyak dapat dilindungi dengan menghubungkan logam besi dengan logam Mg.



Pipa besi Kawat penghantar Logam Mg



Soal Latihan 1. Terangkan bahwa proses korosi pada logam lain sama dengan proses korosi pada besi. 2. Berikan pengalaman anda tentang cara mencegah korosi yang terjadi di rumah. 2.3 ELEKTROLISIS Aliran listrik searah dalam larutan elektrolit akan menyebabkan terjadinya reaksi kimia. Peristiwa ini disebut elektrolisis. Seperti pada sel volta, di katoda terjadi penerimaan elektron (reaksi reduksi). Sedangkan di anoda terjadi pelepasan elektron (reaksi oksidasi). Berbeda dengan sel volta, katoda merupakan tempat kation berkumpul sehingga bermuatan negatif dan anoda merupakan elektroda yang bermuatan positif. Untuk mengetahui lebih lanjut tentang reaksi-reaksi kimia yang terjadi selama elektrolisis, lakukanlah percobaan berikut ini. Kegiatan 6



28



LKS KIMIA 3 Semester 1



Cara kerja Rangkai alat elektrolisis seperti pada gambar di bawah ini. Elektrode



Zat yang dielektrolis is



Hasil pengamatan a. Elektrolisis larutan natrium sulfat



a.



Elektrolisis larutan Na2SO4 yang telah diberi beberapa tetes indikator universal. b. Elektrolisis larutan KI. Ujilah larutan yang berasal dari ruang katoda maupun anoda, masing-masing dengan phenol phtalin dan kanji. c. Elektrolisis larutan CuSO4 1 M dengan elektroda karbon



Elektrolisis Larutan Na2SO4



Pengamatan di Katoda



Anoda



Warna larutan Sebelum Elektrolisis Warna larutan setelah elektrolisis b. Elektrolisis larutan kalium yodida Cairan dalam ruang



Perubahan selama elektrolisis



Perubahan setelah di tambah fenolftalein



Perubahan setelah ditambah amilum



Anoda Katoda Pertanyaan 1. Zat-zat apakah yang terbentuk di katoda dan di anoda pada elektrolisis larutan: a. natrium sulfat? ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………



b. kalium yodida? ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………..



2. Tuliskan zat-zat pereaksi dan hasil reaksi dalam bentuk persamaan reaksi. ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 3.3.1 Reaksi Kimia Dalam Sel Elektrolisis



Dengan memperhatikan hasil eksperimen pada elektrolisis larutan Na 2SO4, KI dan CuSO4 reaksireaksi selama elektrolisis dapat dijelaskan sebagai berikut:



29



LKS KIMIA 3 Semester 1



Reaksi di ruang katoda: Yang mungkin bereaksi adalah air sebagai pelarut dan kationnya. Untuk menentukan apa yang mengalami reduksi dapat dilihat harga potensial elektroda standart (Eo) Perhatikan data pengamatan elektrolisis larutan Na 2SO4 dan KI, larutan bersifat basa berarti terbentuk ion OH-. Pada larutan Na2SO4 dan KI 2 H2O + 2e  2OH- + H2 Eo = -0,83 v Pada elektrolisis larutan CuSO 4 terbentuk endapan logam Cu di batang elektroda (Katoda). Reaksi yang terjadi di katoda adalah sebagai berikut: Cu2+ + 2e  Cu Eo = + 0,34 Volt Ion Na+ dan ion K+ dalam larutan lebih sukar tereduksi dari pada air (E o < - 0,83 Volt) oleh karena itu di katoda yang tereduksi adalah air. Sedangkan ion Cu 2+ lebih mudah tereduksi dari pada air (Eo > -0,83 Volt) dan kation itu sendiri yang tereduksi menjadi logamnya. Dengan memperhatikan data di atas dapat disimpulkan bahwa untuk menuliskan reaksi di katoda perlu dilihat : 1. Zat yang dielektrolisis tidak mengandung air (cairan) maka kation langsung akan mengalami reduksi 2. Zat yang dielektrolisis terlarut dalam air, maka harus dilihat potensial elektroda kation: a. Eo < - 0,83 Volt (seperti kation dari logam golongan IA, IIA dan IIIA), maka yang mengalami reduksi adalah air. b. Eo > - 0,83 Volt ( umumnya kation dari logam berat dan unsur golongan B), maka yang mengalami reduksi adalah kation itu sendiri. Reaksi di Anoda Di anoda terjadi reaksi oksidasi, diantara partikel-partikel yang mungkin bereaksi adalah batang anoda, anion dan molekul air sebagai pelarut. Batang anoda yang digunakan dapat dibagi dua kelompok yaitu batang anoda inert (tidak ikut bereaksi yaitu logam-logam dengan Eo > 1, 23 Volt, seperti platina, dan karbon) dan batang anoda tidak inert (mungkin akan mengalami oksidasi, Eo < 1,23 Volt). Untuk meramalkan reaksi yang terjadi di anoda ikuti langkah-langkah sebagai berikut: 1. Zat yang di elektrolisis berbentuk cairan, maka anion akan mengalami peristiwa oksidasi. 2. Zat yang di elektrolisis berupa larutan dalam air, reaksi yang terjadi lihat anion dan batang anoda yang digunakan: a. Anion yang terdapat dalam larutan mempunyai potensial reduksi (E o) < 1,23 Volt, maka yang mengalami oksidasi adalah anion itu sendiri. 2 I-(aq)  I2(s) + 2e Jika perbedaan Eo tidak terlalu besar dengan 1,23 Volt dengan mengatur konsentrasi dan voltase selama elektrolisis, maka anion tersebut dapat teroksidasi. 2 Cl-(aq)  Cl2(g) + 2 e b. Anion yang terdapat di ruang anoda mempunyai E o > 1,23 Volt ( F -, dan anion XOnm-) maka perhatikan batang anoda yang digunakan



30



LKS KIMIA 3 Semester 1



b.1



b.2



Batang anoda yang digunakan inert (Karbon atau Pt) maka yang mengalami oksidasi adalah air. 2 SO42-  S2O82- + 2e Eo = -2,01 v 2 H2O  O2 + 4H+ + 4e Eo = -1,23 v Batang anoda yang digunakan adalah logam dengan E o < 1,23 Volt (misalnya Cu, Ag, Ni, Cr) maka yang mengalami oksidasi adalah logam batang anoda.



Soal Latihan 1. Jika pada elektrolisis larutan natrium sulfat menggunakan sumber arus batu batere, berapa buah batu batere minimal diperlukan? 2. Tuliskan reaksi-reaksi yang terjadi pada elektrolisis larutan CuSO 4, dengan elektroda Cu. 3. Dalam kehidupan sehari-hari anda sering menjumpai tukang menyepuh emas. Sebutkan batang anoda dan katoda serta elektrolit yang digunakan selama proses penyepuhan. Dengan menggunakan harga potensial elektroda jelaskan mengapa elektrolit yang digunakan dicampur dengan potas (KSCN). Tulis reaksi yang terjadi selama proses penyepuhan. 3.3.2 Tinjauan Kuantatif Pada Elektrolisis Reaksi elektrolisis selalu berhubungan dengan pengikatan elektron (di katoda) dan pelepasan elektron (di anoda). Oleh karena itu jumlah zat yang terbentuk tentu sangat dipengaruhi oleh jumlah elektron yang diperlukan atau dilepas pada saat reaksi. Untuk mengenal hubungan kuantitatif antara arus, waktu, dan banyaknya hasil elektrolisis kerjakanlah kegiatan berikut. Kegiatan 7



1. Perhatikan reaksi oksidasi dan reaksi reduksi berikut ini: 2 H2O  4H+ + O2 + 4e 2 Cl Cl2 + 2e Cu2+ + 2e  Cu Au3+ + 3e  Au Ln+ + ne  L a. Berapa jumlah elektron yang dilepaskan setiap pembentukan 1 molekul O2 dan Cl2? …………………………………………………………………………………………………...



Berapa molekul O2 dan Cl2 dapat jika 6,023. 1023 (1 mol elektron) mengalir dalam sel elektrolisis? …………………………………………………………………………………………………...



Bagaimana hubungan antara jumlah jumlah elektron dengan jumlah molekul yang terbentuk? …………………………………………………………………………………………………...



b. Berapa jumlah elektron yang diperlukan untuk mereduksi kation di atas menjadi unsurunsurnya? …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………..



b. Jika muatan 1 elektron = 1,9.10-19 Coulomb, berapa muatan dari 1 mol elektron



31



LKS KIMIA 3 Semester 1



(1 Faraday = 1 F)? ………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………...



d



Jika arus listrik yang mengalir selama elektrolisis 96500 Coulomb berapa mol O 2, Cl2, Cu, Au dan logam L dapat terbentuk? ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………..



e. Bagaimana hubungan antara muatan ion (elektron yang dilepas/diterima) dengan jumlah arus listrik yang mengalir? ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………..



Untuk mengendapkan 1 mol Au dari Au3+ diperlukan 3 mol elektron, 1mol Cu dari Cu2+ 2 mol elektron dan 1 mol Ag dari Ag+ 1 mol elektron. Oleh karena itu secara kwantitatif jumlah zat yang terjadi selama elektrolisi dapat dirumuskan sebagai berikut:



Mol L =



1 n



x F



Karena massa zat adalah hasil kali mol dengan massa molar dan 1 Faraday = 96500 Coulomb, maka jika arus sebesar I ampere mengalir selama t detik dalam sel elektrolisis yang mengandung ion Ln+ akan menghasilkan logam L sebanyak:



m=



I. t. A r . L 96500 n



gram



Bila I dan t sama, maka m berbanding lurus dengan (A r/n). Dengan demikian, bila beberapa buah sel yang mengandung berbagai macam larutan disusun secara seri, perbandingan massa zatzat yang dihasilkan = perbandingan (Ar/n) dari masing-masing zat. Contoh Soal 1. Arus sebesar 0,02 Faraday telah dialirkan kedalam 2 liter larutan NaBr 2M. Berapa pH larutan hasil elektrolisis? Jawab: Reaksi di katoda: 2H2O + 2e  2OH- + H2 Karena listrik yang digunakan = 0,02 F, elektron yang ikut dalam reaksi = 0,02 mol.



32



LKS KIMIA 3 Semester 1



Maka jumlah ion OH- terbentuk =2/2 x 0,02 mol = 0,02 mol Jadi setelah elektrolisis [OH-] = 0,02/2 M = 0,01 M pOH = -log 0,01 = 2 pH = 14 - 2 = 12 7. Larutan LSO4 dielektrolisis dengan elektroda grafit, sehingga di katoda diendapkan 1,6 gram logam L. Jika larutan hasil elektrolisis, tepat dapat dinetralkan oleh 80 mL larutan KOH 0,2 M, hitunglah Ar L. Jawab: Reaksi-reaksi: Katoda L2+ + 2e  L Anoda



2H2O  4H+ + 4e + O2



Netralisasi



H+ + OH-  H2O 80 mL x 0,2 mol L-1



Mol OH- =



= 0,016 mol 1000 mL



mol L : mol H+ = ½ : 4/4 atau mol L = ½ mol H+ mol L = ½ x 0,016 mol = 0,008 mol 1,6 gram Ar L =



= 200 0,008 mol



Soal Latihan 1. Larutan L2(SO4)3 dielektrolisis dengan elektroda karbon, sehingga menghabiskan listrik 6 F. Bila di katoda diendapkan 54 gram L, berapa Ar L? 2. Suatu oksida logam, mengandung 32% oksigen. Jika leburan oksida tersebut dielektrolisis hingga menghabiskan listrik 2 F, berapa gram logam dari oksida itu mengendap di katoda? 3.3.3 Penggunaan Elektrolisis Proses elektrolisis merupakan proses yang sangat penting dalam dunia industri. Beberapa logam seperti logam alkali dan alkali tanah hanya dapat dibuat dari elektrolisis leburan garamnya, logam Aluminium dibuat dengan jalan elektrolisis kriolit cair dan logam tembaga dimurnikan dengan elektrolisis pula. Di lingkungan masyarakat secara kecil-kecilan elektrolisis digunakan dalam kegiatan penyepuhan, misalnya penyepuhan dengan emas. Pada proses penyepuhan pada logam yang akan disepuh digunakan sebagai batang katoda sedangkan logam pelapis digunakan sebagai batang anoda. Sebagai elektrolit pada umumnya digunakan larutan garamnya yang mudah larut seperti nitrat atau sulfat. Tetapi pada proses penyepuhan emas digunakan elektrolit garam emas (III) nitrat yang dicampur dengan KCN (potas). Fungsi KCN adalah agar didalam larutan terbentuk kompleks Au(CN)4- . Reaksi yang terjadi selama penyepuhan emas: Reaksi di katoda : Au3+(aq) + 3e  Au(s) Reaksi di anoda:



33



LKS KIMIA 3 Semester 1



Jika tanpa KCN logam Au tidak dapat teroksidasi di anoda, karena Au lebih sukar dioksidasi dari pada air. Au(s)  Au3+(aq) + 3e 2 H2O(l)  4 H+(aq) + O2 + 4e



Eo = 1,50 V Eo = 1,23 V



Jika di dalam larutan terdapat KCN akan membentuk kompleks Au(CN)2-(aq) dengan reaksi Au(s) + 4CN-(aq)  Au(CN)4-(aq) + 3 eEo = 0,6 V Sedangkan kompleks [Au(CN)4]- selalu dalam sistem kesetimbangan: Au(CN)4-(aq)



Au3+(aq) + 4 CN-(aq)



1. Proses penyepuhan Proses penyepuhan, pada prinsipnya adalah pengendapan logam di katoda. Pengendapan pada katoda dilakukan untuk membuat lapisan yang keras, melekat dan bagus. Logam-logam seperti besi, jika tidak dilindungi mudah sekali mengalami korosi. Logam-logam yang paling sering digunakan sebagai pelapis ialah tembaga, nikel, krom, seng dan logam-logam mulia seperti perak dan emas. Pelapisan yang melekat, mengkilap dan tak berpori dipengaruhi oleh banyak faktor. Faktor yang paling penting adalah menjaga agar konsentrasi ion yang akan dilapiskan tetap rendah. Hal ini sering dilakukan dengan pembentukan ion komplek seperti (Ag(CN)2)-. 2. Pemurnian logam Tembaga yang baru diolah dari bijihnya, mempunyai kemurnian kira-kira 97%. Pasaran utama tembaga adalah industri listrik, yang menggunakan tembaga sebagai penghantar. Adanya kotoran pada tembaga akan menurunkan daya hantarnya. Hal ini tentu merugikan. Untuk memperoleh tembaga yang murni dapat dilakukan dengan cara elektrolisis. Tembaga lepuh biasanya mengandung logam-logam seperti emas, perak dan besi. Dengan mengatur potensial dapat diusahakan emas dan perak tidak ikut teroksidasi, dan akan jatuh ke dasar sel pada waktu besi dan tembaga larut. Oleh karena ion tembaga lebih mudah tereduksi dari pada ion besi, maka pada katoda akan mengendap tembaga murni. Soal Latihan 1. Tukang sepuh di pasar menggunakan larutan potas (sebenarnya KCN) sebagai elektrolit dan batangan emas, sebagai logam pelapis. Tulis reaksi yang terjadi selama penyepuhan berlangsung. 2. Pada pemurnian tembaga, dimana harus diletakkan tembaga lepuh atau tembaga kotor? Jelaskan jawabanmu! Pilihlah satu jawaban yang paling tepat 1. Diantara senyawa-senyawa krom di bawah ini, dalam senyawa manakah krom mempunyai bilangan oksidasi tertinggi? A. Cr 2O3 D. CrCl2 B. Cr 2(SO4)3 E. K2CrO4 C. CrCl3



34



2. Pada reaksi, Cu + HNO3  2 Cu2+ + NO; bilangan oksidasi N berubah dari : A. +2 ke 0 D. +3 ke +1 B. +4 ke 0 E. +2 ke +1 C. +5 ke +2 3. Diantara reaksi-reaksi berikut merupa-kan reaksi redoks, kecuali .... A. Mg + HCl  MgCl2 + H2



LKS KIMIA 3 Semester 1



B. Na + H2O  NaOH + H2 C. Al + NaOH + H2O  NaAlO2 + H2 D. K2CrO4 + H2SO4  K2Cr2O7 + H2O + K2SO4 E. MnO2 + HCl  MnCl2 + H2O + Cl2 4. Oksidator yang memiliki perubahan bilangan oksidasi dengan 3 adalah .... A. Cr 2O72- menjadi Cr3+ B. ClO3- menjadi ClC. IO3- menjadi ID. CrO42- menjadi Cr2O72E. MnO4- menjadi Mn2+



harga sama



5. Dari persamaan reaksi : Cl2 + 2 KOH  KCl + KOClO + H2O,



bilangan oksidasi klornya adalah .... A. naik menjadi +1



Reduksi : MnO4-+8 H++5 eMn2+ +4 H2O



Oksidasi: C2O42-



 2 CO2 + 2 e



Berapa mol C2O42- dapat dioksidasi oleh 1 mol MnO4- ? A. 0,4 mol D. 3,0 mol B. 1,0 mol E. 5,0 mol C. 2,5 mol 10. H2S dapat dioksidasi oleh KMnO4 menghasilkan antara lain K2SO4 dan MnO2. Dalam reaksi ini setiap H 2S melepas .... A. 2 mol elektron D. 5 mol elektron B. 3 mol elektron E. 8 mol elektron C 4 mol elektron



CO2 + 8 H2O



11. Perhatikan persamaan reaksi di bawah ini 2 MnO4- + 10 Cl- + 16 H+  2 Mn2+ + 5 Cl2 + 8 H2O 15,8 gram KMnO4 (Mr = 158) menghasilkan gas klor (Ar Cl = 35,5) sebanyak .... A. 7,1 gram D. 21,3 gram B. 14,2 gram E. 35,5 gram C. 17,75 gram



a dan b berturut-turut adalah .... A. 2 dan 2 D. 2 dan 5 B. 2 dan 3 E. 3 dan 5 C. 2 dan 10



12. 20 ml larutan 0,1 M suatu ion logam bereaksi tuntas dengan 20 ml larutan 0,2 M belerang dioksida. Belerang dioksida bereaksi menurut persamaan :



B. naik menjadi +1 dan turun menjadi -3



C. turun menjadi -1 D. naik menjadi +3 dan turun menjadi -1 E. naik menjadi +1 dan turun menjadi -1.



6. Pada persamaan reaksi redoks a MnO4- + C2O42- + 16 H+  Mn2+ + b



7. Reaksi berikut : aCl2 + bKOHcKCl+ dKClO3 + e H2O Harga koefisien a, b, c, d, dan e pada persamaan reaksi di atas supaya setara adalah …. A. 1, 6, 2, 2, dan 3 B. 2, 6, 1, 5, dan 3 C. 3, 6, 5, 1, dan 3 D. 3, 5, 6, 1, dan 3 E. 3, 3, 6, 1 dan 3 8. Pada reaksi : H2SO4 +HIH2S + I2 + H2O (belum setara) satu mol asam sulfat dapat mengoksidasi hidrogen yodida sebanyak .... A. 1 mol D. 6 mol B. 2 mol E. 8 mol C. 4 mol



35



9. Reaksi redoks antara MnO4- + C2O42dalam lingkungan asam dapat ditulis sebagai berikut:



SO2(aq)+2H2O(l)  SO42-(aq)+4H+(aq)+ 2e



Bila bilangan oksidasi asal dari logam adalah +3, berapa bilangan oksidasi logam setelah reaksi? A. 0 D. +4 B. +1 E. +5 C. +2 13. H2S bereaksi dengan SO2 sesuai dengan persamaan reaksi : 2 H2S + SO2  3 S + 2 H2O. Pernyataan yang tidak benar untuk reaksi ini adalah .... A. bilangan oksidasi S dalam H2S adalah -2 B. H2S bertindak sebagai reduktor C. bilangan oksidasi S pada SO2 adalah +4



LKS KIMIA 3 Semester 1



D. oksigen dalam SO2 berlaku sebagai oksidator E. zat yang mengalami oksidasi dan reduksi adalah atom belerang (S) 14. Kalau dinyatakan : Mg2+ + 2 e  Mg Eo = - 2,34 Volt dan Cu2+ + 2 e  Cu Eo = + 0,34 Volt, maka pernyataan yang tepat dan berhubungan dengan kedua elektroda adalah .... A. logam Cu lebih mudah teroksidasi dari pada logam Mg B. pada sel yang dibentuk oleh kedua elektroda tersebut, logam Mg merupakan elektroda positif. C. pada sel yang dibentuk oleh kedua elektroda tersebut, logam Cu merupakan elektroda negatif D. potensial yang dibentuk oleh kedua elektroda tersebut adalah -2,68 Volt E. Logam Mg lebih mudah teroksidasi dibanding dengan logam Cu 15. Dari data Eo Zn = - 0,76 Volt, dapat dikatakan bahwa dalam keadaan standart A. reaksi Zn2+ + 2e  Zn selalu tidak spontan B. ion Zn2+ adalah oksidator kuat C. ion H+ lebih mudah tereduksi dari pada ion Zn2+ D. Zn mempunyai kecenderungan yang besar untuk larut sebagai ion Zn2+ E. H2 adalah reduktor yang lebih kuat dari pada Zn 16. Manakah zat berikut dibawah ini yang merupakan reduktor paling kuat? Bila ditentukan: K+ + e  K Eo = - 2,92 Volt Ag+ + e  Ag Eo = + 0,80 Volt 2+ Zn + 2 e  Zn Eo = - 0,76 Volt Sn2+ + 2 e  Sn Eo = - 0,15 Volt 2+ Fe + 2 e  Fe Eo = - 0,44 Volt A. K D. Ag B. Zn E. Sn C. Fe 17. Bila dua potong logam, yaitu tembaga dan seng dengan Eo reduksi berturutturut 0,34 Volt dan - 0,76 Volt dicelupkan ke dalam asam sulfat 1 M , maka :



36



A. seng larut menghasilkan gas hidrogen B. tembaga larut menghasilkan gas hidrogen C. bila kedua logam dihubungkan dengan kawat ternyata tembaga larut D. kedua logam tidak larut E. kedua logam larut 18. Serbuk Fe dan serbuk Pb dimasukkan ke dalam suatu larutan, yang mengan-dung ion-ion Fe2+ dan Pb2+ dengan konsentrasi masing-masing 1,0 M. Dari data diketahui bahwa Eø Fe = -0,44 Volt dan Eø Pb = - 0,13 Volt, maka akan terjadi reaksi …. A. yang menghasilkan Fe2+ dan Pb2+ B. yang menghasilkan Fe dan Pb2+ C. yang menghasilkan Fe2+ dan Pb D. yang menghasilkan Fe dan Pb E. pengendapan Fe dan Pb 19. Potensial elektroda dari beberapa unsur terlihat pada tabel: Bagan K+  K Fe2+  Fe Zn2+  Zn Ag+  Ag



Eo - 2,92 Volt - 0,44 Volt - 0,76 Volt 0,80 Volt



Diantara pernyataan-pernyataan di bawah ini, pernyataan manakah yang benar? A. Logam perak adalah pereduksi yang paling kuat. B. Logam seng dapat dipakai sebagai pelindung logam besi C. Logam besi dapat mengusir ion kalium dari larutannya D. Logam kalium adalah pengoksidasi paling kuat E. Logam besi tak dapat mengusir perak dari larutannya 20. Bila diketahui : Eo Mg2+  Mg = - 2,34 Volt, Eo Zn2+  Zn = - 0,76 Volt, Eo Fe2+  Fe = - 0,44 Volt, maka daya pereduksi yang meningkat menurut urutan .... A. Fe, Zn, Mg D. Fe, Mg, Zn B. Mg, Zn, Fe E. Zn, Fe, Mg



LKS KIMIA 3 Semester 1



C. Mg, Fe, Zn 21. Perhatikan data 4 reaksi setengah sel berikut: I2(s) + 2 e  2I-(aq) Cu2+(aq) + 2e  Cu(s) Br2(s) + 2 e  2Br-(aq) Fe3+(aq) + e  Fe2+(s)



Eo = 0,54 Volt Eo = 0,34 Volt Eo = 1,07 Volt Eo = 0,77 Volt



Berdasarkan data di atas, reaksi dibawah ini yang tidak dapat berlangsung spontan adalah …. A. Br2(l) + 2 I-(aq)  I2(s) + 2 Br-(aq) B. 2 Fe3+(aq)+Cu 2+(aq) Fe2+(aq) + Cu(s) C. I2(s) + Cu(s)  2 I-(aq) + Cu2+(aq) D. Fe2+(aq)+ Br2(l)  Fe3+(aq) + 2 Br-(aq) E. 2 Fe3+(aq) + 2 I-(aq)  Fe2+(aq) + I2(s) 22. Diketahui data ion logam: Eo Sn2+ = o 2+ E Mg = Eo Cu2+ = o 2+ E Fe = o 2+ E Ni = Eo Pb2+ =



dari Eo reduksi beberapa - 0,14 Volt - 2,37 Volt + 0,34 Volt - 0,44 Volt - 0,25 Volt - 0,13 Volt



Logam yang dapat mencegah terjadinya korosi besi secara katodik adalah …. A. Mg D. Ni B. Cu E. Pb C. Sn 23. Serbuk Fe dan serbuk Pb dimasukkan ke dalam suatu larutan, yang mengan-dung ion-ion Fe2+ dan Pb2+ dengan konsentrasi masing-masing 1,0 M. Dari data diketahui bahwa Eø Fe = -0,44 Volt dan Eø Pb = - 0,13 Volt, maka akan terjadi reaksi …. C. yang menghasilkan Fe2+ dan Pb2+ D. yang menghasilkan Fe dan Pb2+ C. yang menghasilkan Fe2+ dan Pb D. yang menghasilkan Fe dan Pb E. pengendapan Fe dan Pb 24. Diketahui potensial elektroda beberapa logam Fe (Eo = - 0,44 Volt) Sn (Eo= - 0,14 Volt) Cu (Eo = + 0,34 Volt) Zn (Eo = - 0,76 Volt) Mg (Eo = - 2,34 Volt)



37



Logam yang dapat digunakan untuk melindungi besi dari kerusakan korosi secara katodik adalah .... A. Cu D. Cu dan Sn B. Mg dan Zn E. Sn dan Mg C. Cu dan Mg 25. Untuk menghambat terjadinya proses korosi, pipa besi yang ditanam di dalam tanah dihubungkan dengan logam yang lebih reaktif, misalnya magnesium. Hal ini disebabkan di dalam sistem …. A. elektron mengalir dari besi ke Mg B. Mg mengalami oksidasi C. besi berfungsi sebagai anode D. besi melepaskan elektron E. Mg berfungsi sebagai katode 26. Proses perkaratan besi pada suhu kamar ditentukan oleh adanya …. A. oksigen saja B. air dan nitrogen C. oksigen dan air D. air dan argon E. air saja 27. Pasangan elektroda berikut ini yang digunakan pada aki (accu) adalah ..... A. PbO dan PbSO4 D. Pb dan PbO B. Pb dan Pb3O4 E. Pb dan PbO2 C. PbO2 dan PbSO4 28. Perhatikan reaksi-reaksi berikut: 1. Cu  Cu2+ + 2e 3. 2. Zn2+ + 2e  Zn 4.



Ag  Ag+ + e Fe3+ + 3 e  Fe



Reaksi yang dapat terjadi di anoda dari suatu sel volta adalah .... A. 1 dan 3 D. 1,2 dan 3 dan 4 B. 2 dan 4 E. 4 saja C. 1, 2, 3 29. Dari analisis elektrolisis NaCl dengan indikator fenolftalein memberi warna merah pada katoda. Hal ini menunjuk-kan pada katoda terbentuk ..... A. OHD. Na+ B. Cl E. H2 C. Cl2 30. Elektrolisis zat manakah menghasilkan gas hidrogen pada anoda? A. NH3 (l) D. NaH (l) B. KHSO4 (aq) E. Na2SO4(aq) C. HCl (aq)



LKS KIMIA 3 Semester 1



31. Pada elektrolisis larutan Na 2SO4 dengan elektroda grafit, peristiwa yang terjadi di katoda adalah …. larutan bersifat asam A. dibebaskannya gas SO2 B. dibebaskannya natrium C. dibebaskannya gas hidrogen dan ion D. OHE.



dibebaskannya gas oksigen dan ion H+



32. Berapa Faraday yang diperlukan untuk mereduksi 21,6 gram ion perak menjadi logam perak (Ar Ag = 108) A. 0,1 F D. 0,5 F B. 0,2 F E. 0,8 F C. 0,4 F 33. Berat perak yang diendapkan jika arus listrik sebesar 3 ampere dialirkan ke dalam larutan AgNO3 selama 965 detik ialah .... (Ar Ag = 108) A. 0,162 gram D. 3,24 gram B. 0,324 gram E. 6,48 gram C. 1,62 gram 34. Pada elektrolisis leburan Al2O3 (Ar O = 16, Al = 27) diperoleh 0,225 gram Al. Jumlah muatan listrik yang diperlukan adalah .... ( 1 F = 96500 C/mol) A. 221,9 Coulomb



38



B. C. D. E.



804,0 Coulomb 1025,9 Coulomb



2412,5 Coulomb 8085,0 Coulomb



35. Ke dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan nikel - sulfat dialirkan listrik sebanyak 0,2 Faraday. Berat Ni (Ar = 59) yang dihasilkan ialah ..... A. 59 gram D. 5,9 gram B. 8,8 gram E. 11,8 gram C. 17,7 gram 36. Berapakah massa logam perak yang diendapkan jika arus listrik sebesar 5 ampere dialirkan ke dalam larutan AgNO3 selama 2 jam? (Ar Ag = 108 ) A. 24,90 gram B. 42,09 gram B. 29,40 gram E. 49,20 gram C. 40,29 gram 38. Berapakah massa logam perak yang diendapkan jika arus listrik sebesar 5 ampere dialirkan kedalam larutan AgNO3 selama 2 jam? (Ar Ag = 108 ) A. 24,90 gram D. 42,09 gram B. 29,40 gram E. 49,20 gram C. 40,29 gram



LKS KIMIA 3 Semester 1



39



LKS KIMIA 3 Semester 1