Elktro kimia

KULIAH KIMIA DASAR II

Bilangan Oksidasi

• Menyatakan banyaknya elektron yang dilepasataupun ditangkap oleh suatu spesi.

• Hitunglah bilangan oksidasi atom Cl pada ionClO–!

• Menyatakan banyaknya elektron yang dilepasataupun ditangkap oleh suatu spesi.

• Hitunglah bilangan oksidasi atom Cl pada ionClO–!

Monday, May 25, 2015 2Hanhan Dianhar, Mei 2015

Reduksi–Oksidasi

• Reduksi-oksidasi adalah proses serah terimaelektron.

• Spesi yang menerima elektron mengalamireduksi bersifat oksidator

• Spesi yang memberikan elektron mengalamioksidasi bersifat reduktor

• Reduksi-oksidasi adalah proses serah terimaelektron.

• Spesi yang menerima elektron mengalamireduksi bersifat oksidator

• Spesi yang memberikan elektron mengalamioksidasi bersifat reduktor


Reduksi–Oksidasi

• Oksidasi :– Peningkatan bilangan oksidasi– Pelepasan elektron

• Reduksi :– Pengurangan bilangan oksidasi– Penangkapan elektron

• Oksidasi :– Peningkatan bilangan oksidasi– Pelepasan elektron

• Reduksi :– Pengurangan bilangan oksidasi– Penangkapan elektron


Reaksi Redoks

Setarakan reaksi redoks berikut!

1. 5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 10 CO2 +2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

2. As2O3 + 2NO3– + H2O + 2H+ 2 H2AsO4 + 2NO

3. SO42– + 2Br– + 4H+ SO2 + Br2 + 2H2O

4. MnO2 (s) + 4HCl (aq)MnCl2 (aq) + Cl2 (g) +2H2O (l)

Setarakan reaksi redoks berikut!

1. 5H2C2O4 + 2KMnO4 + 3H2SO4 10 CO2 +2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

2. As2O3 + 2NO3– + H2O + 2H+ 2 H2AsO4 + 2NO

3. SO42– + 2Br– + 4H+ SO2 + Br2 + 2H2O

4. MnO2 (s) + 4HCl (aq)MnCl2 (aq) + Cl2 (g) +2H2O (l)


Sel Elektrokimia

• Pasangan elektroda yang dicelupkan ke dalamlarutan elektrolit

• Dikenal 2 sel elektrokimia:– Sel volta: menghasilkan arus listrik dari reaksi

redoks yang berlangsung dalam sel– Sel elektrolisis: memanfaatkan arus listrik untuk

melangsungkan reaksi redoks dalam sel

• Pasangan elektroda yang dicelupkan ke dalamlarutan elektrolit

• Dikenal 2 sel elektrokimia:– Sel volta: menghasilkan arus listrik dari reaksi

redoks yang berlangsung dalam sel– Sel elektrolisis: memanfaatkan arus listrik untuk

melangsungkan reaksi redoks dalam sel


Sel Volta

Reaksi sel : Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s)Monday, May 25, 2015 7Hanhan Dianhar, Mei 2015

Sel Volta


Potensial Reduksi Standar Elektroda (Eo)


• Zn(s)|Zn2+(aq)|| Cu2+(aq)|Cu (s)

• Pt(s)| OH–(aq)|O2(g)|| I2(s) |I–(aq)|Pt(s)

• Cu (s)|Cu2+(aq) ||Cr2O72–(aq),Cr3+ (aq)|Pt(s)

• Zn(s)|Zn2+(aq)|| Cu2+(aq)|Cu (s)

• Pt(s)| OH–(aq)|O2(g)|| I2(s) |I–(aq)|Pt(s)

• Cu (s)|Cu2+(aq) ||Cr2O72–(aq),Cr3+ (aq)|Pt(s)


Elektroda Standar Hidrogen (H+|H2)

2 H+ (aq, 1M) + 2 e− H2 (g, 1 atm)


Potensial Redoks (Eosel)

• Beda potensial (Eo) antara katoda dan anodadalam suatu sel.

Esel = Ered (katoda) − Ered (anoda) Esel = Ered (katoda) − Ered (anoda)


Notasi Sel

• Salah satu metode penulisan persamaanreaksi sel.Pada pasangan setengah sel Cu (s)|Cu2+ (aq)dan Zn (s)|Zn2+ (aq) sel yang terbentuk darikedua pasangan tersebut dapat dituliskansebagai:

Zn (s)|Zn2+ (aq)||Cu2+ (aq)|Cu (s) Eo = +1,10 V

• Salah satu metode penulisan persamaanreaksi sel.Pada pasangan setengah sel Cu (s)|Cu2+ (aq)dan Zn (s)|Zn2+ (aq) sel yang terbentuk darikedua pasangan tersebut dapat dituliskansebagai:

Zn (s)|Zn2+ (aq)||Cu2+ (aq)|Cu (s) Eo = +1,10 V


Notasi Sel

• Tuliskan notasi sel yang sesuai untuk pasanganredoks berikut!

– Larutan Cu2+ (Cu) dan larutan Zn2+ (Zn)– Larutan Cr2O7

2-,Cr3+ (C) dan larutan Co3+,Co2+ (Pt)– Larutan Fe3+,Fe2+ (Pt) dan larutan Fe3+(Fe)– Larutan I2/I- (Pt) dan larutan MnO4

-, Mn2+ (Pt)

• Tuliskan notasi sel yang sesuai untuk pasanganredoks berikut!

– Larutan Cu2+ (Cu) dan larutan Zn2+ (Zn)– Larutan Cr2O7

2-,Cr3+ (C) dan larutan Co3+,Co2+ (Pt)– Larutan Fe3+,Fe2+ (Pt) dan larutan Fe3+(Fe)– Larutan I2/I- (Pt) dan larutan MnO4

-, Mn2+ (Pt)


Energetika Sel Volta

• Energi Bebas Gibbs pada keadaan standar:G = −nFE

• Untuk suatu sistem kesetimbangan berlaku:G = G + RT ln Q

−nFE = −nFE+ RT ln Q

• Energi Bebas Gibbs pada keadaan standar:G = −nFE

• Untuk suatu sistem kesetimbangan berlaku:G = G + RT ln Q

−nFE = −nFE+ RT ln QE = E −

RTnF ln QPersamaan Nernst :


Persamaan Nernst

1. Hitunglah potensial sel (E) untuk pasangansetengah sel berikut pada 27 oC:

Zn (s)|Zn2+ (0,5 M; aq)||Cu2+ (0,01 M, aq)|Cu (s)

1. Hitunglah potensial sel (E) untuk pasangansetengah sel berikut pada 27 oC:

Zn (s)|Zn2+ (0,5 M; aq)||Cu2+ (0,01 M, aq)|Cu (s)


Persamaan Nernst

2. Diketahui setengah reaksi permanganat denganmangan(II) sebagai berikut :

MnO4– (aq) + 8H+ (aq) + 5e-Mn2+ (aq) + 4H2O (l)Eo = +1,51 V

Hitung potensial setengah sel tersebut jika digunakanperbandingan [MnO4

-] : [Mn2+] = 100 : 1 pada pH 1(T = 25 oC)!

2. Diketahui setengah reaksi permanganat denganmangan(II) sebagai berikut :

MnO4– (aq) + 8H+ (aq) + 5e-Mn2+ (aq) + 4H2O (l)Eo = +1,51 V

Hitung potensial setengah sel tersebut jika digunakanperbandingan [MnO4

-] : [Mn2+] = 100 : 1 pada pH 1(T = 25 oC)!


Persamaan Nernst :Sel Konsentrasi

Ni2+(aq) + 2e– Ni (s) Eo = –0,28 V


Persamaan Nernst:Penentuan pH Larutan

3. Untuk mengukur pH suatu larutan digunakan elektrodakalomel (Hg | Hg2Cl2 jenuh) sebagai elektrodapembanding menurut notasi sel berikut :

Pt | H2 (g, 1 atm) | H+ (aq, xM) || Cl- (aq, 0,1 M) | Hg2Cl2(s) | Hg (l)E = 0,33 VJika pengukuran dilakukan pada suhu 25 oC, tentukan pHlarutan tersebut!(Diketahui potensial standar Hg2Cl2 (s) + 2e- 2HgCl (s) +2Cl- (aq) Eo = +0,27 V)

3. Untuk mengukur pH suatu larutan digunakan elektrodakalomel (Hg | Hg2Cl2 jenuh) sebagai elektrodapembanding menurut notasi sel berikut :

Pt | H2 (g, 1 atm) | H+ (aq, xM) || Cl- (aq, 0,1 M) | Hg2Cl2(s) | Hg (l)E = 0,33 VJika pengukuran dilakukan pada suhu 25 oC, tentukan pHlarutan tersebut!(Diketahui potensial standar Hg2Cl2 (s) + 2e- 2HgCl (s) +2Cl- (aq) Eo = +0,27 V)


Persamaan Nerst:Penentuan Ksp

4. Hitung nilai Ksp dari AgI (s) berdasarkan data potensialstandar berikut!

AgI (s) + e- Ag (s) + I- (aq) Eo = - 0,15 VAg+ (aq) + e- Ag (s) Eo = +0,80 V

4. Hitung nilai Ksp dari AgI (s) berdasarkan data potensialstandar berikut!

AgI (s) + e- Ag (s) + I- (aq) Eo = - 0,15 VAg+ (aq) + e- Ag (s) Eo = +0,80 V


Diagram Latimer

Penentuan nilai Eored dari suatu spesi dengan

pada tingkat oksidasi berbeda dapatditentukan dengan diagram Latimer.

Misal :ClO4

–|ClO3– Eo = 1,19 V

ClO3–| ClO2 Eo = 1,15 V

ClO4–| ClO2 Eo = ?

Penentuan nilai Eored dari suatu spesi dengan

pada tingkat oksidasi berbeda dapatditentukan dengan diagram Latimer.

Misal :ClO4

–|ClO3– Eo = 1,19 V

ClO3–| ClO2 Eo = 1,15 V

ClO4–| ClO2 Eo = ?


Diagram Latimer

• Hitung potensial X dan Y!X

Y


Y

KULIAH KIMIA DASAR II

Sel Elektrolisis

• Memanfaatkan energi listrik untukmelangsungkan reaksi kimia yang tidakspontan.


Sel Elektrolisis

Monday, May 25, 2015 Hanhan Dianhar, Mei 2015 25

Sel Elektrolisis: Reaksi elektrodauntuk Elektrolisis Lelehan Garam

atau Oksida Logam• Reaksi pada katoda :

Kation (ion logam) mengalami reduksiMn+ (aq) + n e– M (s)

• Reaksi pada anoda :Anion (misal: ion halida) mengalami oksidasi

2 X– (aq) X2 + 2 e–

• Reaksi pada katoda :Kation (ion logam) mengalami reduksi

Mn+ (aq) + n e– M (s)• Reaksi pada anoda :

Anion (misal: ion halida) mengalami oksidasi2 X– (aq) X2 + 2 e–


Sel Elektrolisis:Sel Down (Elektrolisis NaCl)


Sel Elektrolisis

• Tuliskan reaksi katoda dan anoda padaelektrolisis lelehan KI dan bauksit (Al2O3)!


Sel Elektrolisis: Reaksi elektrodauntuk Elektrolisis Larutan Elektrolit

Na+Cl- Na+Cl-

Na+Cl-Na+ Cl-

Na+Cl- Na+Cl-

Na+ Cl-

Na+ Cl-Cl-

Cl-

SOLID IN AQUEOUS SOLUTION


Na+Cl- Na+Cl-

WHEN SOLID, THE IONSARE NOT FREE TO MOVE

NO CONDUCTIONOF ELECTRICITY

Na+ Na+Cl-

WHEN DISSOLVED INWATER, THE IONS ARE

FREE TO MOVE

ELECTRICITY ISCONDUCTED


• Pada elektrolisis larutan, terjadi kompetisi disekitar elektroda.

• Perhatikan deret Volta!Li Na Al Mn (H2O) … (H+) Cu …

• Pada elektrolisis larutan, terjadi kompetisi disekitar elektroda.

• Perhatikan deret Volta!Li Na Al Mn (H2O) … (H+) Cu …



• Pada katoda :– Jika terdapat ion yang memiliki Eo < Eo H2O

2 H2O (l) + 2 e– H2 (g) + 2OH– (aq)

– Jika terdapat ion yang memiliki Eo > Eo H2OMn+ (aq) + n e– M (s)

• Pada katoda :– Jika terdapat ion yang memiliki Eo < Eo H2O

2 H2O (l) + 2 e– H2 (g) + 2OH– (aq)

– Jika terdapat ion yang memiliki Eo > Eo H2OMn+ (aq) + n e– M (s)



• Pada anoda :– Jika terdapat ion oksi (SO4

2–, NO3–, PO4

3–)2 H2O (l) O2 (g) + 4H+ (aq) + 4 e–

– Jika terdapat ion halidaX– (aq) X2 (s) + 2 e–

– Jika digunakan logam tak-inert pada anodaM (s) Mn+ (aq) + n e–

• Pada anoda :– Jika terdapat ion oksi (SO4

2–, NO3–, PO4

3–)2 H2O (l) O2 (g) + 4H+ (aq) + 4 e–

– Jika terdapat ion halidaX– (aq) X2 (s) + 2 e–

– Jika digunakan logam tak-inert pada anodaM (s) Mn+ (aq) + n e–


Sel Elektrolisis

Tuliskan reaksi elektroda yang sesuai bagi elektrolisislarutan berikut!

a. Larutan CuCl2 (elektroda platina)b. Lelehan MgCO3 (elektroda karbon)c. Larutan Na2SO4 (elektroda karbon)d. Larutan KI (elektroda tembaga)e. Larutan Cr(NO3)3 (elektroda krom)

Tuliskan reaksi elektroda yang sesuai bagi elektrolisislarutan berikut!

a. Larutan CuCl2 (elektroda platina)b. Lelehan MgCO3 (elektroda karbon)c. Larutan Na2SO4 (elektroda karbon)d. Larutan KI (elektroda tembaga)e. Larutan Cr(NO3)3 (elektroda krom)


Sel Elektrolisis

Jika lelehan dari campuran MgCl2 dan KBrdielektrolisis dengan elektroda platina, tuliskan reaksiyang terjadi di katoda dan anoda!


Stoikiometri dalam Elektrolisis:Hukum Faraday

• Hukum I Faraday: Massa logam (m) yangterdeposisi pada salah satu elektrodasebanding dengan muatan yang digunakandalam elektrolisis (Q)

m ≈ QHukum II Faraday: Pada sejumlah tertentumuatan listrik, massa logam yang terdeposisiberbanding lurus dengan massa ekuivalennya.

• Hukum I Faraday: Massa logam (m) yangterdeposisi pada salah satu elektrodasebanding dengan muatan yang digunakandalam elektrolisis (Q)

m ≈ QHukum II Faraday: Pada sejumlah tertentumuatan listrik, massa logam yang terdeposisiberbanding lurus dengan massa ekuivalennya.



• Jika dituliskan secara matematis:

Jika kita bagi dengan massa atom relatifnya :z

M

F

ti

eQm

• Jika dituliskan secara matematis:

Jika kita bagi dengan massa atom relatifnya :


z

M

F

ti

eQm

zF

tin

1


• Konstanta Faraday (F) menyatakan banyaknyamuatan yang setara dengan 1 mol elektron.

• Mol elektron dinyatakan dalam Faraday:

emolCemolCoulombF /500.96/485.961

• Konstanta Faraday (F) menyatakan banyaknyamuatan yang setara dengan 1 mol elektron.

• Mol elektron dinyatakan dalam Faraday:


F

Qen

Stoikiometri dalam Elektrolisis

• Hitung banyaknya perak yang dapat direduksidari larutan AgNO3 dengan arus 5 mA selama12 jam!

• Berapa lama waktu yang diperlukan untukmembuat 29 gram kaleng aluminium dariproses Hall-Heroult jika digunakan arus listriksebesar 15 ampere?(Proses Hall-Heroult: elektrolisis lelehanAl2O3/NaAlF6)




Stoikiometri dalam Elektrolisis






Sel Elektrolisis di Industri:Penyepuhan Logam (Electroplating)


Sel Elektrolisis di Industri:Elektrolisis Air


Sel Elektrolisis di Industri:Ekstraksi dan Pemurnian Logam

• Proses Hall-Heroult: ekstraksi aluminium daribauksit.


Sel Elektrolisis di Industri:Ekstraksi dan Pemurnian Logam

• Pemurnian tembaga

Sludge/impurities mengandung sulfida,platina dan emas


• Pemurnian tembaga

Sludge/impurities mengandung sulfida,platina dan emas

Documents

Elktro kimia