bahan ajar redoks & elektrokimia

REAKSI REDOKS & ELEKTROKIMIA

Bahan Ajar Kimia Kelas XII IPA

Semester 1 Tahun 2013/2014

OLEH : SUKIR,SPd,MPKim,MSc.

MA DARUL ULUM MUH GALUR2013

2

Standar Kompetensi : Memahami reaksi oksidasi reduksi dan sel elektrokimia serta penerapannya dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari

Kompetensi Dasar1. Menerapkan konsep reaksi redoks dalam sistem

elektrokimia yang melibatkan energi listrik dan kegunaannya dalam industri.

2. Menjelaskan reaksi oksidasi-reduksi dalam sel elektrolisis.3. Menerapkan hukum Faraday untuk elektrolisis larutan

elektrolit.

SK & KD

Indikator

3

1. Menyetarakan reaksi redoks dengan cara setengah reaksi (ion elektron).2. Menyetarakan reaksi redoks dengan cara perubahan bilangan oksidasi (PBO).3. Menyimpulkan ciri-ciri reaksi redoks yang berlangsung secara spontan melalui

percobaan.4. Menggambarkan susunan sel Volta atau sel Galvani dan menjelaskan fungsi tiap

bagiannya.5. Menjelaskan bagaimana energi listrik dihasilkan dari reaksi redoks dalam sel Volta.6. Menuliskan lambang sel dan reaksi-reaksi yang terjadi pada sel Volta.7. Menghitung potensial sel berdasarkan data potensial standar.8. Menjelaskan prinsip kerja sel Volta yang banyak digunakan dalam kehidupan

(baterai, aki dll).9. Mengamati reaksi yang terjadi di anoda dan katoda pada reaksi elektrolisis melalui

percobaan.10.Menuliskan reaksi yang terjadi di anoda dan katoda pada larutan & cairan dengan

elektroda aktif atau elektroda inert.11.Menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya korosi melalui

percobaan.12.Menjelaskan beberapa cara untuk mencegah terjadinya korosi.13.Menerapkan konsep hukum Faraday dalam perhitungan sel elektrolisis.14.Menuliskan reaksi elektrolisis pada penyepuhan dan pemurnian suatu logam.

4

PENGERTIAN REAKSI REDOKS

• Reaksi kimia dimana terjadi perubahan bilangan oksidasi (Pengertian lebih luas)

• Reaksi kimia dimana terjadi transfer elektron• Reaksi kimia dimana terjadi pengikatan dan

pelepasan oksigen (pengertian lama)

PRASYARAT PENGETAHUAN

5

REAKSI PAROReaksi redoks dpt dikatakan sbg reaksi gabungan antara 2 reaksi paro yaitu reaksi reduksi dan oksidasiReaksi oksidasi dpt mempunyai 3 pengertian :a. Reaksi yg menyebabkan terjadinya kenaikan biloks.

Misalnya : K K+ + e 0 +1

b. Reaksi pengikatan oksigen. Misalnya : C + O2 CO20 +4

PRASYARAT PENGETAHUAN

c. Reaksi pelepasan hidrogen. Misalnya : CH4 C + 2H2-4 0

6

Reaksi reduksi dpt mempunyai 3 pengertian :a. Reaksi yg menyebabkan terjadinya penurunan

biloks. Misalnya : K+ + e K +1 0

b. Reaksi pelepasan oksigen. Misalnya : CO2C + O2+4 0

c. Reaksi pengikatan hidrogen. Misalnya : C + 2H2 CH40 -4

PRASYARAT PENGETAHUAN

7

Reaksi autoredoks / reaksi disproporsionasi

0 -1reduksi

Cl2 + 2OH- Cl- + ClO- + H2O

oksidasi0 +1

8

adalah muatan suatu atom / unsur dalam suatu molekul / senyawa yang ditentukan karena perbedaan harga elektronegatifitas.

Bilangan oksidasi

PRASYARAT PENGETAHUAN

9

Penentuan Bilangan Oksidasi1. Bilangan oksidasi setiap atom dlm unsur bebas adalah

nol. Misalnya unsur Cl = 0, B = 02. Bilangan oksidasi ion suatu atom sama dengan muatan

ion tersebut. a. Na+ biloks Na adalah +1 b. Fe3+ biloks Fe adalah +3

3. Pada suatu senyawa atau ion, umumnya biloks atom untuk : a. Golongan IA adalah +1 b. Golongan VIIA adalah -1

4. Bilangan oksidasi H dalam senyawa adalah +1, kecuali pada senyawa hidrida ( NaH, LiH, CaH2 ) bilangan oksidasi H = -1.

PRASYARAT PENGETAHUAN

10

5.Bilangan oksidasi O dlm senyawa adalah -2, kecuali pada senyawa peroksidaseperti H2O2bilangan oksidasi O adalah -1. Dan pd senyawa superoksida seperti KO2, RbO2 biloks O adalah -½. Sementara untuk senyawa OF2 biloks O adalah +2.

6. Jumlah total biloks atom dlm suatu senyawa adalah nol. Dan jumlah total biloks untuk senyawa bermuatan adalah besarnya sama dengan muatannya. a. H2SO4 total biloks sama dengan nol b. CO3

2- total biloks sama dengan -2

PRASYARAT PENGETAHUAN

11

CONTOH SOALTentukan bilangan oksidasi dari unsur – unsur berikut :1. S dalam senyawa HSO4

-

2. Mn dalam senyawa KMnO43. Cr dalam senyawa Cr2O7

2-

1. S dalam senyawa HSO4-

BO H + BO S + 4 . BO O = -1 1 + BO S + 4 . ( -2 ) = -1

BO S – 7 = -1 BO S = +6

2. Mn dalam senyawa KMnO4

BO K + BO Mn + 4 . BO O = 0 1 + BO Mn + 4 . ( -2 ) = 0

BO Mn – 7 = 0 BO Mn = +7

3. Cr dalam senyawa Cr2O72-

2 . BO Cr + 7 . BO O = -2 2 . BO Cr + 7 . ( -2 ) = -2

2 . BO Cr – 14 = -2 2 . BO Cr = +12

Cr = +6

12

Penyetaraan Reaksi redoks

Ada 2 metode yg lebih eksak untuk menyetarakan suatu reaksi redoks, yaitu metode setengah reaksi dan metode bilangan oksidasiAdapun pedoman penyetaraan reaksi redoks sebagai berikut :

a.Dlm suasana asam =>

b.Dlm suasana basa =>

Pihak yg kurang O ditambah H2O sebanyak kekurangannya, kemudian pihak yg lain ditambah H+ sehingga jumlah atom – atom sebelah kiri dan kanan tanda reaksi adalah sama

Pihak yg kelebihan O ditambah H2O sebanyak kelebihannyannya, kemudian pihak yg lain ditambah OH- sehingga jumlah atom – atom sebelah kiri dan kanan tanda reaksi adalah sama

13

1. Metode ½ reaksi atau metode ion elektron

Langkah – langkah penyetaraan reaksi model ½ reaksia. Cara reaksi paro oksidasi dan reaksi paro reduksi. Reaksi

akan lebih mudah jika kita tulis dlm bentuk ion yg mengalami perubahan bilangan oksidasi saja.

b. Setarakan O maupun H menggunakan prinsip diatas, baik dlm suasana asam maupun basa

c. Samakan muatan dg menambahkan elektron masing –masing setengah reaksi redoks

d. Samakan jumlah elektron di sebelah kiri dan kanan tanda reaksi ( jml elektron merupakan kelipatan terkecil dari elektron di kiri dan kanan tanda reaksi).

14

Pisahkan reaksi paro oksidasi dan reduksi Oksidasi : Sn SnO2 ( kiri kurang 2 O ) Reduksi : NO3

- NO2 ( kanan kurang 1 O )a. Setarakan jumlah O dan H

Oksidasi : Sn + 2H2O SnO2 + 4 H+

Reduksi : NO3- + 2 H+ NO2 + H2O

b. Setarakan muatan dgn menambahkan elektron Oksidasi : Sn + 2H2O SnO2 + 4 H+ + 4e Reduksi : NO3

- + 2 H+ + 1e NO2 + H2Oc. Samakan jumlah elektron di kiri dan kanan

Oksidasi : Sn + 2H2O SnO2 + 4 H+ + 4e ( kali 1 ) Reduksi : NO3

- + 2 H+ + 1e NO2 + H2O ( kali 4 )Hasil yg diperoleh :Oksidasi : Sn + 2H2O SnO2 + 4 H+ + 4e Reduksi : 4NO3

- + 8 H+ + 4e 4 NO2 + 4H2ORedoks : Sn + 4 NO3

- + 4 H+ SnO2 + 4 NO2 + 2H2OAtau : Sn + 4 HNO3 SnO2 + 4 NO2 + 2H2O

Contoh : Setarakan reaksi : Sn + HNO3 SnO2 + NO2

15

LATIHAN SOAL

Setarakan persamaan reaksi berikut :1.Fe2+ + MnO4

- Fe3+ + Mn2+ ( suasana asam )2.Al + NO3

- AlO2- + NH3 ( suasana basa )

3.HNO3 + H2S NO + S + H2O

16

PEMBAHASAN

1. Oksidasi : Fe2+ Fe3+

Reduksi : MnO4- Mn2+

Penyetaraan jumlah atom dan jumlah muatan

MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O X 1

Fe2+ Fe3+ + e X 5

5 Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5 Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

17

2. Oksidasi : Al AlO2-

Reduksi : NO3- NH3

Penyetaraan jumlah atom dan jumlah muatanAl + 4OH- AlO2

- + 2H2O + 3e

NO3- + 6H2O + 8e NH3 + 9OH-

Al + 4OH- AlO2- + 2H2O + 3e X 8

NO3- + 6H2O + 8e NH3 + 9OH- X 3

8Al + 3NO3- + 5OH- + 2H2O 8AlO2

- + 3NH3

18

3. Oksidasi : H2S SReduksi : HNO3 NO

Penyetaraan jumlah atom dan jumlah muatan

HNO3 + 3H+ + 3e NO + 2H2O X 2H2S S + 2H+ + 2e X 3

2HNO3 + 3H2S 2NO + 3S + 4H2O

2. Cara Perubahan Bilangan Oksidasi (PBO)

19

1. Menentukan spesi-spesi yang mengalami PBO.2. Menyetarakan spesi yang mengalami PBO.3. Menentukan jumlah PBO.4. Menyetarakan PBO.5. Menyetarakan kation, anion hidrogen dan oksigen (KAHO).Untuk reaksi dalam bentuk ion :a) Bila ruas kiri kekurangan muatan positif tambahkan ion H+, dan

pada ruas kanan ditambahkan sejumlah H2O untukmenyetarakan jumlah atom O (dalam suasana asam).

b) Bila ruas kiri kelebihan muatan positif tambahkan ion OH-, danpada ruas kanan ditambahkan sejumlah H2O untukmenyetarakan jumlah atom O (dalam suasana basa).

Contoh :Setarakan reaksi : Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + NaClO(aq) NaBiO3(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

20

Langkah 1

Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + NaClO(aq) NaBiO3(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

+3 +1 +5 -1

Langkah 2

Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + NaClO(aq) 2NaBiO3(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

21

Langkah 3Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + NaClO(aq) 2NaBiO3(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

+3 +1 +5 -1naik 2 x 2e

turun 2e

Langkah 4

Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + 2NaClO(aq) 2NaBiO3(aq) + 2NaCl(aq) + H2O(l)

Langkah 5Kation, anion, hidrogen dan oksigen disetarakan.

Bi2O3 (s) + 2NaOH(aq) + 2NaClO(aq) 2NaBiO3(aq) + 2NaCl(aq) + H2O(l)

22

LATIHAN 1

Setarakanlah reaksi redoks dibawah ini :

1. Fe3+ + Sn2+ Fe2+ + Sn4+

2. Ag + HNO3 AgNO3 + NO2 + H2O3. MnO4 + H2SO3 SO4

2- + Mn2+

4. HPO32- + OBr- Br- + PO4

3- ( dalam suasana basa )5. C3H3O + CrO3 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + C3H6O + H2O

ELEKTROKIMIA

23

1. Sel Volta atau sel GalvaniReaksi redoks spontan yaitureaksi redoks yangberlangsung dengan sertamerta. Misalnya reaksi logamzink dalam larutantembaga(II) sulfat, dalamseketika lapisan logam zinkakan tertutupi lapisan logamtembaga dan logam zinksedikit demi sedikit larut.Warna biru larutan CuSO4segera luntur.

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+

(aq) + Cu(s)

24

Dalam sel ini terjadi perpindahan elektron dari logam Zn ke ionCu2+ sehingga terjadi arus listrik karena tiap elektron membawamuatan listrik sebesar 1,6 x 10-19 Coulomb. Namun untukmendapatkan energi listrik dan arus listrik yang efektif harusberada dalam rangkaian tertutup, maka reaksi tersebut harusdisusun dalam suatu sel yang berada dalam rangkaian tertutup.

SEL VOLTA

25

Anoda : elektrode tempat terjadinya reaksi oksidasi dan katoda :elektrode tempat terjadinya reaksi reduksi. Untukmenyetimbangkan kelebihan muatan positif dan negatif, kedualabu dihubungkan dg Jembatan garam yg berisi larutan garam(NaCl, Na2SO4 atau KNO3) dalam agar-agar. Anion-anion darijembatan garam akan bergerak ke anoda untuk menetralkankelebihan ion Zn2+ sedangkan kation-kation dari jembatan garambergerak ke katoda untuk menetralkan kelebihan ion SO4

2-.

SEL VOLTA

26

Notasi tersebut menyatakan bahwa di anoda terjadi oksidasi Znmenjadi Zn2+ dan di katoda terjadi reduksi Cu2+ menjadi Cu. Tanda|| menyatakan jembatan garam.

SEL VOLTA

Potensial sel

27

Potensial reduksi standar, Eo dapat diukurmenggunakan elektroda hidrogen pada 1 atm dan25oC dalam larutan yang mengandung ion H+

sebesar 1,0 M. Reaksi :2H+(aq) + 2e H2 (g) Eo = 0 Volt

Logam yang lebih mudah mengalami reaksireduksi dibanding ion hidrogen memilikinilai Eo positif, sebaliknya logam yang lebihsukar mengalami reaksi reduksi memilikinilai Eo negatif.

Data potensial elektroda

28

Reaksi reduksi logam Eo (Volt) Reaksi reduksi logam Eo (Volt)K+ + e → K -2,92 Co2+ + 2e → Co -0,28Ba2+ + 2e → Ba -2,90 Ni2+ + 2e → Ni -0,25Ca2+ + 2e → Ca -2,87 Sn2+ + 2e → Sn -0,14Na+ + e → Na -2,71 Pb2+ + 2e → Pb -0,13Mg2+ + 2e → Mg -2,37 H+ + e → H2 0,00Al3+ + 3e → Al -1,66 Sb3+ + 3e → Sb +0,10Mn2+ + 2e → Mn -1,05 Bi3+ + 3e → Bi +0,302H2O + 2e → H2 + 2OH- -0,83 Cu2+ + 2e → Cu +0,34Zn2+ + 2e → Zn -0,76 Hg2+ + 2e → Hg +0,62Cr3+ + 3e → Cr -0,71 Ag+ + e → Ag +0,80Fe2+ + 2e → Fe -0,44 Pt2+ + 2e → Pt +1,50Cd2+ + 2e → Cd -0,40 Au3+ + 3e → Au +1,70

Perhitungan potensial sel

29

E°sel = E° (katode) - E°(anode)= E°(reduksi) - E°(oksidasi)

Atau dengan cara menjumlahkan secara aljabar dari total reaksi redoksnya.

Contoh :

Pembahasan

30

b. Fe sebagai katoda dan Mg sebagai anoda, menggunakan larutan FeSO4 dan MgSO4

31

Pembahasan

Latihan 2

32

Deret Volta

33

Berdasarkan deret volta, kespontanan reaksi dapat diramalkan.

Contoh

34

Latihan 3

35

Sel Volta dalam kehidupan

36

Sel Volta dalam kehidupan sehari-hari didasarkan atas kespontan reaksi. Sel volta dibedakan atas :

37

1. Baterai Kering

38

2. Baterai Alkali

39

3. Baterai Perak Oksida

40

3. Baterai Nikel Kadmium

Baterai ini menggunakan kadmium sebagai anoda dan nikel sebagai katoda. Baterei merupakan sel sekunder, dapat diisi ulang.

41

3. Baterai Litium

Baterei ini tersusun atas karbon sebagai anoda dan litium kobalt dioksida sebagai katoda dengan elektrolit garam litium. Potensial yang dihasilkan 3,5 V. Biasanya digunakan untuk telepon genggam dan laptop. Dapat di isi ulang.

42

Aki Tersusun atas Pb sebagai anoda dan PbO2 sebagai katoda. Digunakan asam sulfat sebagai elektrolit. Karena hasil reaksi di anoda dan katoda adalah sama maka tidak diperlukan jembatan garam.

43

Aki

44

KorosiKorosi merupakan peristiwa teroksidasinya suatu logam diudara dalam media yang mengandung molekul air.Misalnya korosi pada besi, logam besi sebagai anoda danmengalami reaksi :

Fe2+ + 2e Fe E˚ = +0,44 Volt

Elektron yang dibebaskan dialirkan pada bagian lain besitersebut dan mereduksi oksigen yang berada dalammedia air :

O2(s) + H2O(l) + 4e OH- E˚ = +0,40 Volt

Ion besi(II) yang terbentuk di anoda selanjutnya teroksidasi lebihlanjut menjadi ion besi(III) yang selanjutnya membentuk oksidaterhidrasi, Fe2O3.xH2O, suatu endapan berwarna coklat kemerahanyang disebut karat.

45

Kerugian yang ditimbulkan akibat karat antara lainlogam menjadi keropos dan bersifat racun.

Pencegahan yang dilakukan anatara lain :•Mencegah kontak langsung dengan oksigen dan air.Biasanya logam dicat atau diolesi minyak atau dilapisidengan logam lain yang kurang aktif.•Memberi perlindungan katoda atau pengorbanananoda. Logam (besi) dihubungkan dengan logam lainyang lebih aktif (E˚ lebih negatif) sebagai anoda yangakan dikorbankan, sedangkan logam besi sebagai katodasebagai tempat terjadinya reduksi oksigen.

46

Sel ElektrolisisElektrolisis adalah peristiwa suatu elektrolit oleh arus listrik. Padaelektrolisis diperlukan energi listrik, maka reaksi redoks yang terjaditidak spontan.

Berdasarkan fasa elektrolit yangdigunakan, sel elektrolisis dibedakanatas :Elektrolisis lelehan elektrolitPada elektrolisis lelehan elektrolit,kation direduksi di katoda dan aniondireduksi di anoda. Pada sel elektrolisis,katoda bermuatan (+) dan anodabermuatan (-).

Elektrolisis larutan elektrolit.Pada elektrolisis larutan elektrolit, terjadi persaingan spesi dalamlarutan.Ketentuan reaksi di katoda bergantung pada jeniskation.Kation dari logam aktif (golongan IA, IIA, Al dan Mn) tidak direduksi.Yang direduksi adalah air.Reaksi : 2H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH-

(aq)Adapun kation lain akan direduksi. Reaksi :

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

Lx+(aq) + xe L(s)

Sel Elektrolisis

48

Ketentuan reaksi di anoda bergantung padajenis anoda dan anion.Anoda inert (Pt, Au, C) :Anion dari asam-asam oksi (mengandung O) tidak dioksidasi.Yang teroksidasi adalah air.Reaksi : 2H2O(l) 4H+

(aq) + O2(g) + 4e

•Sedangkan sisa asam lain atau OH- akan tereduksi. Reaksi 2X-

(aq)X2(g) + 2e 2H2O(l) + O2(g) + 4e 4OH-

(aq)Anoda tak inert : anoda teroksidasi. Reaksi :

L(s) Lx+(aq) + xe

49

Contoh Soal :Tuliskan reaksi elektrolisis :Larutan NaCl dengan elektroda karbon.

NaCl(aq) Na+(aq) + Cl-

(aq)

Na+ kation dari logam aktif (gol. IA), yang direduksi air.Reaksi :

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

Anoda : 2Cl-(aq) Cl2(g)

2H2O(l) + 2Cl-(aq) Cl2(g) + H2(g) + 2OH-(aq)

Reaksi :

+ 2e

50

Contoh Soal :Tuliskan reaksi elektrolisis :Lelehan NaCl dengan elektroda karbon.

51

Contoh Soal :Tuliskan reaksi elektrolisis :Larutan NaCl dengan katoda platina dan anoda besi.

NaCl(aq) Na+(aq) + Cl-

(aq)

Na+ kation dari logam aktif (gol. IA), yang direduksi air.Reaksi :

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

Anoda : Fe(s) Fe3+(aq)

6H2O(l) + 2Fe(s) 2 Fe3+(aq) + 3H2(g) + 6OH-

(aq)

+ 3e (x 2)

(x 3)

52

LATIHAN

Tuliskan reaksi elektrolisis :1. Larutan Natrium Sulfat dengan

elektroda karbon.2. Larutan Kalium Yodida dengan

elektroda platina.3. Larutan emas(III)klorida dengan

katoda dari besi dan anoda dari emas.

53

Hubungan Kuantitatif dalam Sel Elektrolisis

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

Terima Kasih