REDOKS DAN SEL ELEKTROKIMIA. Putri Anjarsari, S.Si., M.Pd

Transkripsi

1 REDOKS DAN SEL ELEKTROKIMIA Putri Anjarsari, S.Si., M.Pd

2 PENYETARAN REAKSI REDOKS Dalam menyetarakan reaksi redoks JUMLAH ATOM dan MUATAN harus sama

3 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 H 2 O * Samakan jumlah H dengan Menambah H + b. Suasana Basa * Samakan O dengan menambah OH - sebanyak 2 x kekurangannya. * Samakan H dengan menambahkan H 2 O 4. Samakan muatnnya dengan menambahkan elektron ( e - )

4 Setarakan reaksi : MnO Fe 2+ Mn 2+ + Fe ½ Red, MnO H e - Mn 2+ ½ Oks, Fe 2+ Fe H 2 O + e x1 x5 ½ Red, MnO H e - Mn H 2 O ½ Oks, 5 Fe 2+ 5 Fe e - MnO Fe H + Mn Fe H 2 O

5 Setarakan reaksi : MnO Fe 2+ MnO 2 + Fe ½ Red, MnO H 2 O + 3 e - MnO 2 ½ Oks, Fe 2+ Fe OH - + e x1 x3 ½ Red, MnO H 2 O + 3 e - MnO OH - ½ Oks, 3 Fe 2+ 3 Fe e - MnO Fe H 2 O MnO Fe OH -

6 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 )

7 Setarakan reaksi : MnO Fe 2+ Mn 2+ + Fe Biloks turun 5 Biloks naik 1 MnO Fe H + Mn Fe H 2 O

8 SEL ELEKTROKIMIA SEL VOLTA / GALVANI SEL ELEKTROLISA MENGHASILKAN LISTRIK MEMERLUKAN LISTRIK

9 Sel Galvani anoda oksidasi katoda reduksi Reaksi redoks spontan 19.2

10 PENULISAN PREAKSI PADA SEL VOLTA Ada 3 cara penulisan 1. Reaksi elektroda : menggambarkan reaksi pada masing-masing elektroda Katoda : Cu e Anoda : Zn Cu Zn e 2. Reaksi Sel: Merupakan penjumlahan dari reaksi elektroda. Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu 3. Notasi Sel: Menggambarkan perubahan pada ion-ionnya. Zn / Zn 2+ // Cu 2+ / Cu

11 Standard Reduction Potentials Standard reduction potential (E 0 ) adalah potensial yang berkaitan dengan reaksi reduksi pada elektroda bila semua zat terlarut berkonsentrasi 1 M dan semua gas pada 1 atm. Reduction Reaction 2e - + 2H + (1 M) H 2 (1 atm) E 0 = 0 V Standard hydrogen electrode (SHE)

12 Potensial Reduksi Standar logam Zn Zn (s) Zn 2+ (1 M) H + (1 M) H 2 (1 atm) Pt (s) Anode (oxidation): Cathode (reduction): 2e - + 2H + (1 M) Zn (s) Zn 2+ (1 M) + 2e - H 2 (1 atm) Zn (s) + 2H + (1 M) Zn 2+ + H 2 (1 atm) 19.3

13 Standard Reduction Potentials Ecell 0 = 0.76 V Standard emf (E 0 ) cell Ecell 0 = E 0 cathode - E0 anode Zn (s) Zn 2+ (1 M) H + (1 M) H 2 (1 atm) Pt (s) Ecell 0 = E 0 H /H - E 0 + Zn 2+ /Zn V = 0 - E0 Zn 2+ /Zn E0 Zn 2+ /Zn = V Zn 2+ (1 M) + 2e - Zn E 0 = V 19.3

14 Standard Reduction Potentials Cu Ecell 0 = 0.34 V Ecell o 0 0 = E cathode - E anode 0 E cell = E 0 Cu 2+ /Cu E 0 H + /H = E Cu 2+ /Cu - 0 o E Cu 2+ /Cu = V Pt (s) H 2 (1 atm) H + (1 M) Cu 2+ (1 M) Cu (s) Anode (oxidation): Cathode (reduction): H 2 (1 atm) 2H + (1 M) + 2e - 2e - + Cu 2+ (1 M) Cu (s) H 2 (1 atm) + Cu 2+ (1 M) Cu (s) + 2H + (1 M)

15 Perbedaan potensial listrik antara katoda dan anoda disebut: cell voltage (potensial sel) electromotive force (emf) (gaya gerak listrik Sel Galvani cell potential (potensial sel) Zn (s) + Cu 2+ (aq) Notasi Sel Cu (s) + Zn 2+ (aq) [Cu 2+ ] = 1 M & [Zn 2+ ] = 1 M Zn (s) Zn 2+ (1 M) Cu 2+ (1 M) Cu (s) anoda katoda 19.2

16 Berapa E sel yang tersusun atas elektroda Cd dalam 1,0 M Cd(NO 3 ) 2 dan elektroda Cr dalam 1,0 M Cr(NO 3 ) 3? (Data E o lihat tabel Hal. 57.) Cd 2+ (aq) + 2e - Cd (s) E 0 = V Cr 3+ (aq) + 3e - Cr (s) E 0 = V Anode (oxidation): Cathode (reduction): 2e - + Cd 2+ (1 M) Cd is the stronger oxidizer Cd will oxidize Cr Cr (s) Cr 3+ (1 M) + 3e - Cd (s) x 3 2Cr (s) + 3Cd 2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr 3+ (1 M) x 2 Ecell 0 = E 0 cathode - E 0 anode E 0 = (-0.74) cell Ecell 0 = 0.34 V 19.3

17 PERSMAAN NERNST Untuk kondisi larutan yang tidak standar (konsentrasi tidak 1 M ) maka Potensial sel ditentukan dengan persamaan Nernst. E sel = E o sel - 0,0592 n log K E O sel pada keadaan standar (dicari dulu) n = Jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi K = Tetapan kesetimbangan

18 REAKSI AKAN BERLANGSUNG SPONTAN JIKA MEMILIKI HARGA E O SEL ( + ) REAKSI TIDAK AKAN BERLANGSUNG JIKA MEMILIKI HARGA E O SEL ( - )

19 Kespontanan reaksi Redoks DG = -nfe cell DG 0 = -nfe 0 cell n = jumlah elektron yang diserah terimakan F = 96,500 J V mol = 96,500 C/mol DG 0 = -RT ln K = -nfe 0 cell E 0 cell = RT nf (8.314 J/K mol)(298 K) ln K = n (96,500 J/V mol) ln K E 0 cell E 0 cell = V n = V n ln K log K

20 SEL KOMERSIAL Batteries Dry cell Leclanché cell Anode: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e - + Cathode: 2NH 4 (aq) + 2MnO 2 (s) + 2e - Mn 2 O 3 (s) + 2NH 3 (aq) + H 2 O (l) Zn (s) + 2NH 4 (aq) + 2MnO 2 (s) Zn 2+ (aq) + 2NH 3 (aq) + H 2 O (l) + Mn 2 O 3 (s)

21 Batteries Mercury Battery Anode: Zn(Hg) + 2OH - (aq) ZnO (s) + H 2 O (l) + 2e - Cathode: HgO (s) + H 2 O (l) + 2e - Hg (l) + 2OH - (aq) Zn(Hg) + HgO (s) ZnO (s) + Hg (l)

22 Batteries Solid State Lithium Battery

23 Batteries Lead storage battery Anode: Pb (s) + SO 2- (aq) PbSO 4 (s) + 2e - 4 Cathode: PbO 2 (s) + 4H + (aq) + SO 2- (aq) + 2e - 4 PbSO 4 (s) + 2H 2 O (l) Pb (s) + PbO 2 (s) + 4H + (aq) + 2SO 2- (aq) 4 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O (l)

24 Batteries A fuel cell is an electrochemical cell that requires a continuous supply of reactants to keep functioning Anode: 2H 2 (g) + 4OH - (aq) 4H 2 O (l) + 4e - Cathode: O 2 (g) + 2H 2 O (l) + 4e - 4OH - (aq) 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (l)

25 SEL ELEKTROLISIS Kutub + Kutub - Terjadi persaingan untuk mengalami Oksidasi. Siapa yang menang? H 2 O H 2 O SO 4 2- SO 4 2- H 2 O H 2 O H + H + H + Terjadi persaingan untuk mengalami Reduksi. Siapa yang menang? Larutan H 2 SO 4

26 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. 2H 2 O + 2 e H 2 (g) + 2 OH - * Kation lain akan direduksi. M x+ + x e M

27 REAKSI PADA ANODA Dipengaruhi oleh jenis anoda yang digunakan dan jenis anionnya. Inert, C, Pt, Au Anion Sisa asam Oksi tidak dioksidasi yang dioksidasi air (SO 4 2- NO 3- ) 2H 2 O 4H O 2 + 4e Anoda Sisa asam lain dan OH - dioksidasi 2 X - X 2 (g) +2e Anoda tidak inert akan teroksidasi M M x+ + x e

28 Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anoda pada lektrolisis: a. Larutan KCl elektroda grafit. b. Larutan K 2 SO 4 elektroda grafit. c. Larutan Cu(NO 3 ) 2 elektroda Cu d. Lelehan MgCl 2 eletroda platina e. Larutan NaOH elektroda grafit

29 Jawab A. Katoda (-) Reduksi 2H 2 O + 2 e H 2 + 2OH - Anoda (+) Anoda 2 Cl Cl e B. Katoda (-) Reduksi 2H 2 O + 2 e H 2 + 2OH- Anoda (+) Anoda 2 H 2 O O H + 4 e C. Katoda (-) Reduksi Cu e Cu Anoda (+) Anoda Cu Cu e D. Katoda (-) Reduksi Mg e Mg Anoda (+) Anoda 2 Cl Cl e

30 Hukum Faraday I : HUKUM FARADAY Massa zat yang dibebaskan pada elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik ( Q ) yang digunakan. G Q G = i. t Hukum Faraday II : Q = i. t Massa zat yang dibebaskan pada elektroda berbanding lurus dengan massa ekivalen zat itu. G ME Kuat Arus G = k. i. t. E Waktu (detik) ME = Ar Biloks 1 k = G = C i. t. E C

31 Hubungan kwantitatif jumlah arus, mol e -, ph dan volum gas F = F = i. t C Mol e- = C C F = mol e - Mol e- = i. t C C C Dengan konsep Stoikiometri kita dapat mengubah mol e - Mol e - Mol Zat Massa / Volume Mol H + / OH - ph

32 Soal: Jika kuat arus sebesar 5 Amper dilewatkan kedalam 1 liter larutan CuSO 4 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 o C tekanan 1 atm. d. ph larutan setelah elektrolisis. (volume larutan dianggap idak berubah). Kerjakan soal-soal latihan yang ada pada buku! No 45 s/d 50

33 Menurut Hukum Faraday II. Massa zat yang dihasilkan dalam elektrolisis berbanding lurus dengan Massa Ekivalen zat. Untuk beberapa sel yang disusun seri berlaku : G 1 : G 2 = E 1 : E 2

34 ELEKTROLISIS NaCl DENGAN SEL DIAFRAGMA 2 Cl - Cl 2(g) + 2 e - 2 H 2 O + 2 e - H OH - Pada Ruang katoda dihasilkan larutan NaOH yang tercampur dengan NaCl

35 Purification of Metals Distillation Ni (s) + 4CO (g) NiCO 4 (g) Electrolysis C 70 0 C NiCO 4 (g) Ni (s) + 4CO (g) Cu (s) (impure) Cu 2+ (aq) + 2e - Cu 2+ (aq) + 2e - Zone refining Prinsp : Cu (s) (pure) logam yang akan dimurnikan harus dipasang sebagai ANODA Sebagai katoda harus logam murni. 20.2

36 ELEKTROLISIS NaCl DENGAN SEL MERCURI Anoda Hg bertindak sebagai katoda Sebagai hasil sampingan adalah Campuran NaOH dan NaCl. Bagaimana memisahkannya?

37 Industrial Electrolysis Processes

38 Corrosion RUSAKNYA PERMUKAAN LOGAM AKIBAT REAKSI DENGAN UDARA ( O 2 dibantu air)

39 PERLINDUNGAN KATODA / PENGORBANAN ANODA Prinsip : Logam yang lebih reaktif (E o kecil) akan lebih dahulu berkarat. Syarat : Logam yang akan digunakan untuk melindungi harus lebih reaktif

40 Anoda dikorbankan untuk melindungi Katoda