redoks dan sel elektrokimia - staff site universitas...
TRANSCRIPT
PENYETARAN REAKSI
REDOKS
Dalam menyetarakan reaksi redoks
JUMLAH ATOM dan MUATAN
harus sama
Metode ½ Reaksi
Langkah-langkah:
1. Tuliskan ½ reaksi reduksi / ½ reaksi oksidasi
2. Samakan jumlah atom-atom yang berubah biloksnya.
3. Samakan Jumlah O dan H dengan cara:
a. Suasana Asam
* Samakan O dengan menambahkan H2O
* Samakan jumlah H dengan Menambah H+
b. Suasana Basa
* Samakan O dengan menambah OH- sebanyak 2 x kekurangannya.
* Samakan H dengan menambahkan H2O
4. Samakan muatnnya dengan menambahkan elektron ( e- )
Setarakan reaksi :
MnO4- + Fe2+ Mn2+ + Fe3+
+7 +2 +3+2
½ Red, MnO4- Mn2+
½ Oks, Fe2+ Fe+3
MnO4- + 5 Fe2+ Mn2+ + 5 Fe3+
½ Red, MnO4- + 8 H+ + 5 e - Mn2+ + 4 H2O
½ Oks, 5 Fe2+ 5 Fe+3 + 5 e -
x1
x5
+ 4 H2O+ 8 H++ 5 e -
+ e
+ 8 H+ + 4 H2O
Setarakan reaksi :
MnO4- + Fe2+ MnO2 + Fe3+
+7 +4 +3+2
½ Red, MnO4- MnO2
½ Oks, Fe2+ Fe+3
MnO4- + 3 Fe2+ + 2 H2O MnO2 + 3 Fe3+ + 4 OH-
½ Red, MnO4- + 2 H2O + 3 e - MnO2
+ + 4 OH-
½ Oks, 3 Fe2+ 3 Fe+3 + 3 e -
x1
x3
+ 4 OH-+ 2 H2O + 3 e -
+ e
Metode Bilangan Oksidasi
1.Tentukan reaksi ½ Reaksi redusi dan ½ Reaksi
oksidasi’
2.Samakan atom-atom yang berubah biloksnya.
3.Tentukan perubahan biloksnya.(dikalikan
dengan jumlah atomnya)
4.Gunakan perubahan biloksnya sebagai
koefisien dengan cara menyilangkan.
5.Setarakan muatanya, dalam suasana basa
dengan OH-, dalam asam dengan H+
(sekaligus menyamakan H dan O )
Setarakan reaksi :
MnO4- + Fe2+ Mn2+ + Fe3+
+7 +2 +3+2
Biloks naik 1
Biloks turun 5
MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O
SEL ELEKTROKIMIA
SEL VOLTA / GALVANI SEL ELEKTROLISA
MENGHASILKAN LISTRIK MEMERLUKAN LISTRIK
Sel Galvani
19.2
Reaksi redoks
spontan
anoda
oksidasi
katoda
reduksi
PENULISAN PREAKSI PADA SEL VOLTA
Ada 3 cara penulisan
1. Reaksi elektroda : menggambarkan reaksi pada masing-masing elektroda
Katoda : Cu2+ + 2 e Cu
Anoda : Zn Zn2+ + 2 e
2. Reaksi Sel: Merupakan penjumlahan dari reaksi elektroda.
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
3. Notasi Sel: Menggambarkan perubahan pada ion-ionnya.
Zn / Zn2+ // Cu2+/ Cu
Standard Reduction Potentials
Standard reduction potential (E0) adalah potensial yang
berkaitan dengan reaksi reduksi pada elektroda bila semua
zat terlarut berkonsentrasi 1 M dan semua gas pada 1 atm.
E0 = 0 V
Standard hydrogen electrode (SHE)
2e- + 2H+ (1 M) H2 (1 atm)
Reduction Reaction
Potensial Reduksi Standar logam Zn
19.3
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)
2e- + 2H+ (1 M) H2 (1 atm)
Zn (s) Zn2+ (1 M) + 2e-Anode (oxidation):
Cathode (reduction):
Zn (s) + 2H+ (1 M) Zn2+ + H2 (1 atm)
19.3
E0 = 0.76 Vcell
Standard emf (E0 )cell
0.76 V = 0 - EZn /Zn 0
2+
EZn /Zn = -0.76 V02+
Zn2+ (1 M) + 2e- Zn E0 = -0.76 V
E0 = EH /H - EZn /Zn cell0 0
+ 2+2
Standard Reduction Potentials
E0 = Ecathode - Eanodecell0 0
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)
Standard Reduction Potentials Cu
Pt (s) | H2 (1 atm) | H+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
2e- + Cu2+ (1 M) Cu (s)
H2 (1 atm) 2H+ (1 M) + 2e-Anode (oxidation):
Cathode (reduction):
H2 (1 atm) + Cu2+ (1 M) Cu (s) + 2H+ (1 M)
Eo = Ecathode - Eanodecell0 0
E0 = 0.34 Vcell
Ecell = ECu /Cu – EH /H 2+ +2
0 0 0
0.34 = ECu /Cu - 00
2+
ECu /Cu = + 0.34 V2+o
Sel Galvani
19.2
Perbedaan potensial listrik
antara katoda dan anoda
disebut:
• cell voltage (potensial sel)
• electromotive force (emf)
(gaya gerak listrik
• cell potential (potensial sel)Notasi Sel
Zn (s) + Cu2+ (aq) Cu (s) + Zn2+ (aq)
[Cu2+] = 1 M & [Zn2+] = 1 M
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
anoda katoda
Berapa E sel yang tersusun atas elektroda Cd dalam
1,0 M Cd(NO3)2 dan elektroda Cr dalam 1,0 M Cr(NO3)3 ?
(Data Eo lihat tabel Hal. 57.)
Cd2+ (aq) + 2e- Cd (s) E0 = -0.40 V
Cr3+ (aq) + 3e- Cr (s) E0 = -0.74 V
Cd is the stronger oxidizer
Cd will oxidize Cr
2e- + Cd2+ (1 M) Cd (s)
Cr (s) Cr3+ (1 M) + 3e-Anode (oxidation):
Cathode (reduction):
2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)
x 2
x 3
E0 = Ecathode - Eanodecell0 0
E0 = -0.40 – (-0.74) cell
E0 = 0.34 V cell
19.3
PERSMAAN NERNST
Untuk kondisi larutan yang tidak standar (konsentrasi tidak 1 M ) maka Potensial sel ditentukan dengan persamaan Nernst.
Esel = Eosel - log K 0,0592
n
EOsel pada keadaan standar (dicari dulu)
n = Jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi
K = Tetapan kesetimbangan
REAKSI AKAN BERLANGSUNG SPONTAN JIKA MEMILIKI HARGA
EOSEL ( + )
REAKSI TIDAK AKAN BERLANGSUNG JIKA MEMILIKI
HARGA EOSEL ( - )
Kespontanan reaksi Redoks
DG = -nFEcell
DG0 = -nFEcell0
n = jumlah elektron yang diserah terimakan
F = 96,500J
V • mol = 96,500 C/mol
DG0 = -RT ln K = -nFEcell0
Ecell0 =
RT
nFln K
(8.314 J/K•mol)(298 K)
n (96,500 J/V•mol)ln K=
=0.0257 V
nln KEcell
0
=0.0592 V
nlog KEcell
0
SEL KOMERSIAL
Batteries
Leclanché cell
Dry cell
Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e-Anode:
Cathode: 2NH4 (aq) + 2MnO2 (s) + 2e- Mn2O3 (s) + 2NH3 (aq) + H2O (l)+
Zn (s) + 2NH4 (aq) + 2MnO2 (s) Zn2+ (aq) + 2NH3 (aq) + H2O (l) + Mn2O3 (s)
Batteries
Zn(Hg) + 2OH- (aq) ZnO (s) + H2O (l) + 2e-Anode:
Cathode: HgO (s) + H2O (l) + 2e- Hg (l) + 2OH- (aq)
Zn(Hg) + HgO (s) ZnO (s) + Hg (l)
Mercury Battery
Batteries
Solid State Lithium Battery
Batteries
Anode:
Cathode:
Lead storage
battery
PbO2 (s) + 4H+ (aq) + SO2- (aq) + 2e- PbSO4 (s) + 2H2O (l)4
Pb (s) + SO2- (aq) PbSO4 (s) + 2e-4
Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2SO2- (aq) 2PbSO4 (s) + 2H2O (l)4
Batteries
A fuel cell is an
electrochemical cell
that requires a
continuous supply of
reactants to keep
functioning
Anode:
Cathode: O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- 4OH- (aq)
2H2 (g) + 4OH- (aq) 4H2O (l) + 4e-
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)
SEL ELEKTROLISIS
Kutub + Kutub -
Larutan H2SO4
SO42-
SO42-
H+
H+
H+
H2OH2O H2O
H2O
Terjadi persaingan untuk mengalami
Oksidasi. Siapa yang menang ?
Terjadi persaingan untuk mengalami
Reduksi. Siapa yang menang ?
REAKSI PADA ELEKTRODA
Reaksi Pada Katoda ( - ) tergantung pada jenis kationnya (ion positif)
* ion logam aktif (Gol I A, II A, Al dan Mn ) tidak direduksi yang direduksi air.
2H2O + 2 e H2 (g) + 2 OH-
* Kation lain akan direduksi.
Mx+ + x e M
REAKSI PADA ANODA
Dipengaruhi oleh jenis anoda yang digunakan dan jenis anionnya.
Anoda
Inert, C, Pt, Au Anion
Sisa asam Oksi tidak dioksidasi yang dioksidasi air (SO4
2- NO3- )
2H2O 4H+ + 2 O2 + 4e
Sisa asam lain dan OH-
dioksidasi
2 X- X2 (g) +2e
Anoda tidak inert akan teroksidasi
M Mx+ + x e
Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anoda pada lektrolisis:
a. Larutan KCl elektroda grafit.
b. Larutan K2SO4 elektroda grafit.
c. Larutan Cu(NO3)2 elektroda Cu
d. Lelehan MgCl2 eletroda platina
e. Larutan NaOH elektroda grafit
A.Katoda (-) Reduksi 2H2O + 2 e --------- H2 + 2OH-
Anoda (+) Anoda 2 Cl- -------- Cl2 + 2 e
B. Katoda (-) Reduksi 2H2O + 2 e --------- H2 + 2OH-Anoda (+) Anoda 2 H2O -------- O2 + 4 H+ 4 e
C. Katoda (-) Reduksi Cu2+ + 2 e ------- CuAnoda (+) Anoda Cu ----------- Cu+2 + 2e
D. Katoda (-) Reduksi Mg2+ + 2 e ------- MgAnoda (+) Anoda 2 Cl- -------- Cl2 + 2 e
Jawab
HUKUM FARADAYHukum Faraday I :
Massa zat yang dibebaskan pada elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik ( Q ) yang digunakan.
G ≈ Q Q = i. t
G = i. t
Hukum Faraday II :
Massa zat yang dibebaskan pada elektroda berbanding lurus dengan massa ekivalen zat itu.
G ≈ ME G = k . i. t . E
k = G = 1
96500 C
i. t . E
96500 C
Kuat ArusWaktu (detik)
ME =
Ar
Biloks
Hubungan kwantitatif jumlah arus,
mol e-, pH dan volum gas
F = i. t
96500 C
F =
Mol e- =i. t
96500 C
Mol e-
Mol H+ / OH-
C
96500 C
F = mol e-
Mol e- =C
96500 C
Dengan konsep Stoikiometri kita dapat mengubah mol e-
Mol Zat
pH
Massa / Volume
Kerjakan soal-soal latihan yang ada pada buku ! No 45 s/d 50
Soal:
Jika kuat arus sebesar 5 Amper dilewatkan kedalam 1 liter larutan CuSO4 selama 5 menit dengan menggunakan elektroda Pt. Maka tentukanlah :
a. Reaksi elektrodanya
b. Massa endapan yang terbentuk. Ar Cu 63,5
c. Volume gas yang terbentuk. Diukur pada suhu
27 oC tekanan 1 atm.
d. pH larutan setelah elektrolisis. (volume larutan dianggap idak berubah).
Menurut Hukum Faraday II.
Massa zat yang dihasilkan dalam elektrolisis berbanding lurus dengan Massa Ekivalen zat.
Untuk beberapa sel yang disusun seri berlaku :
G1 : G2 = E1 : E2
2 Cl- Cl2(g) + 2 e-2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH-
ELEKTROLISIS NaCl DENGAN SEL DIAFRAGMA
Pada Ruang katoda dihasilkan larutan NaOH yang tercampur dengan NaCl
Purification of Metals
Distillation
Ni (s) + 4CO (g) NiCO4 (g)70 0C
NiCO4 (g) Ni (s) + 4CO (g)200 0C
Electrolysis
Cu (s) (impure) Cu2+ (aq) + 2e-
Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) (pure)
Zone refining
20.2
Prinsp :
logam yang akan dimurnikan harus dipasang sebagai ANODA
Sebagai katoda harus logam murni.
ELEKTROLISIS NaCl DENGAN SEL MERCURI
Hg bertindak sebagai katoda
Anoda
Sebagai hasil sampingan adalah Campuran NaOH
dan NaCl. Bagaimana memisahkannya ?
Industrial Electrolysis Processes
Corrosion
RUSAKNYA PERMUKAAN LOGAM AKIBAT REAKSI DENGAN UDARA ( O2 dibantu air)
PERLINDUNGAN KATODA / PENGORBANAN ANODA
Prinsip : Logam yang lebih reaktif (Eo kecil) akan lebih dahulu berkarat.
Syarat : Logam yang akan digunakan untuk melindungi harus lebih reaktif
Anoda dikorbankan untuk melindungi Katoda