Reaksi Redoks dan Elektrokimia
35
Kupas Tuntas
Setengah Reaksi E° V
F
2
g + 2 e
–
U
2 F
–
aq S
2
O
8 2–
aq + 2 e
–
U
2 SO
4 2–
aq PbO
2
s + HSO
4 –
aq + 3 H
+
aq + 2 e
–
U
PbSO
4
s + 2 H
2
O 2 HOClaq + 2 H
+
aq + 2 e
–
U
Cl
2
g + 2 H
2
O MnO
4 –
aq + 8 H
+
aq + 5 e
–
U
Mn
2+
aq + 4 H
2
O PbO
2
s + 4 H
+
aq + 2 e
–
U
Pb
2+
aq + 2 H
2
O BrO
3 –
aq + 6 H
+
aq + 6 e
–
U
Br
–
aq + 3 H
2
O Au
3+
aq + 3 e
–
U
Aus Cl
2
g + 2 e
–
U
2 Cl
–
aq O
2
g + 4 H
+
aq + 4 e
–
U
2 H
2
O Br
2
aq + 2 e
–
U
2 Br
–
aq NO
3 –
aq + 4 H
+
aq + 3 e
–
U
NOg + 2 H
2
O Ag
+
aq + e
–
U
Ags Fe
3+
aq + e
–
U
Fe
2+
aq I
2
s + 2 e
–
U
2 I
–
aq NiO
2
s + 2 H
2
O + 2 e
–
U
NiOH
2
s + 2 OH
–
aq Cu
2+
aq + 2 e
–
U
Cus SO
4 2–
aq + 4 H
+
aq + 2 e
–
U
NiOH
2
s + 2 OH
–
aq AgBrs + e
–
U
Ags + Br
–
aq 2 H
+
aq + 2 e
–
U
H
2
g Sn
2+
aq + 2 e
–
U
Sns Ni
2+
aq + 2 e
–
U
Nis Co
2+
aq + 2 e
–
U
Cos PbSO
4
s + H
+
aq + 2 e
–
U
Pbs + HSO
4 –
aq Cd
2+
aq + 2 e
–
U
Cds Fe
2+
aq + 2 e
–
U
Fes Cr
2+
aq + 3 e
–
U
Crs Zn
2+
aq + 2 e
–
U
Zns 2 H
2
O + 2 e
–
U
H
2
g + 2 OH
–
aq Al
3+
aq + 3 e
–
U
Als Mg
2+
aq + 2 e
–
U
Mgs Na
+
aq + e
–
U
Nas Ca
2+
aq + 2 e
–
U
Cas K
+
aq + e
–
U
Ks Li
+
aq + e
–
U
Lis +2,87
+2,01 +1,69
+1,63 +1,51
+1,46 +1,44
+1,42 +1,36
+1,23 +1,07
+0,96 +0,80
+0,77 +0,54
+0,49 +0,34
+0,17 +0,07
–0,14 –0,25
–0,28 –0,36
–0,40 –0,44
–0,74 –0,76
–0,83 –1,66
–2,37 –2,71
–2,76 –2,92
–3,05
d. Reaksi Sel dan Potensial Sel
Reaksi sel adalah jumlah aljabar dari reaksi-reaksi yang terjadi pada elektrode-elektrode. Misalnya, untuk reaksi dengan diagram sel sebagai
berikut. Zns | Zn
2+
aq || Cu
2+
aq | Cus
Diketahui: Ni
2+
aq + 2 e
–
→ Ni s
E° = –0,25 V Pb
2+
aq + 2 e
–
→ Pb s
E° = –0,13 V Potensial standar sel Volta
yang terdiri atas elektrode Ni dan Pb adalah ....
A . –0,38 V
B . –0,12 V
C . +0,12 V
D. +0,25 V
E. +0,38 V
Pembahasan
o Sel
E =
−
o o
Katode anode
E E
= –0,13 V – –0,25 V = –0,13 V + 0,25 V
= +0,12 V Jadi, potensial standar sel
Volta tersebut adalah C +0,12 V.
UMPTN 1999
Tabel 2.2 Harga Potensial Reduksi Unsur-Unsur
Sumber: Chemistry McMurry, 2001
Berikut ini tabel harga potensial reduksi beberapa unsur.
Di unduh dari: www.bukupaket.com Sumber buku : bse.kemdikbud.go.id
Praktis Belajar Kimia untuk Kelas XII
36
Setengah reaksi dari reaksi selnya sebagai berikut. Anode : Zns
→
Zn
2+
aq + 2 e
–
Katode : Cu
2+
aq + 2 e
–
→
Cus Zns + Cu
2+
aq
→
Zn
2+
aq + Cus reaksi sel
Potensial sel merupakan jumlah aljabar dari potensial oksidasi dan potensial reduksi. Jika yang digunakan adalah elektrode-elektrode standar
maka potensial sel itu ditandai dengan E
o
sel. Potensial standar untuk sel tersebut sebagai berikut.
E
o sel
= E
o oksidasi
+ E
o reduksi
Oleh karena setengah reaksi oksidasi memiliki tanda yang berlawanan, persamaan yang sering digunakan sebagai berikut.
E
o sel
= E
o reduksi
– E
o oksidasi
= E
o katode
– E
o anode
= E
o besar
– E
o kecil
jika Cu
2+
aq + 2 e
–
→
Cus E
o
= +0,34 Zn
2+
aq + 2 e
–
→
Zns E
o
= –0,76 maka
E
o sel
= −
2+ 2+
o o
Cu | Cu
Zn | Zn
E E
= +0,34 V – –0,76 V = +1,10 V
e. Prinsip-Prinsip Sel Volta dalam Kehidupan Sehari-hari
Sel Volta dapat dibedakan menjadi sel Volta primer, sekunder, dan sel bahan bakar. Sel primer adalah sel yang dibentuk dari katode dan anode
yang langsung setimbang ketika menghasilkan arus. Sel sekunder adalah sel yang dapat diperbarui dengan cara mengembalikan elektrodenya ke
kondisi awal. Adapun sel bahan bakar adalah sebuah sel yang secara bertahap menghabiskan pereaksi yang disuplai ke elektrode-elektrode dan secara
bertahap pula membuang produk-produknya. Tipe-tipe sel Volta beserta contohnya dijelaskan pada uraian berikut.
1 Sel Volta primer
Sel kering Lechlanche merupakan contoh sel Volta primer. Sel kering atau baterai kering terdiri atas wadah yang terbuat dari seng dan bertindak
sebagai anode serta batang karbon sebagai katode. Elektrolit sel ini adalah campuran MnO
2
, NH
4
Cl, sedikit air, dan kadang-kadang ditambahkan ZnCl
2
dalam bentuk pasta.
Sebuah sel Volta menggunakan elektrode nikel dalam larutan NiSO
4
dan elektrode Ag dalam larutan Ag
2
SO
4
. Tentukan potensial sel yang terjadi jika E
o Ni
–0,25 volt dan E
o Ag
= +0,80 volt. Tunjukkan mana yang bertindak sebagai katode dan anode dalam sel ini.
Jawab Oleh karena E
o Ni
lebih kecil daripada E
o Ag
maka Ni lebih mudah teroksidasi dibandingkan Ag.
E
o sel
= E
o reduksi
– E
o oksidasi
= E
o Ag
– E
o Ni
= +0,80 V – –0,25 V = +1,05 V
Jadi, Ni sebagai anode dan Ag sebagai katode dengan potensial sel +1,05 V.
Contoh
2.12
Kupas Tuntas
Diketahui: Zn
s + Fe
2+
aq → Zn
2+
aq + Fes E
o
= 0,32 volt Fe
s + Cu
2+
aq →
Fe
2+
aq + Cus E
o
= 0,78 volt Potensial standar dari sel:
Zn s + Cu
2+
aq →
Zn
2+
aq + Cus adalah ....
A. –1,10 volt
B. –0,46 volt
C . –0,32 volt
D. +0,46 volt
E. +1,10 volt
Pembahasan Potensial standar dari sel:
Zn
→
Zn
2+
+ 2 e
–
E
o
= 0,32 V Cu
2+
+ 2 e
–
→
Cu E
o
= 0,78 V Zn + Cu
2+
→
Zn
2+
+ Cu E
o
= 1,10 V
atau: E
sel
= −
o o
red oks
E E
E
sel
= 0,78 – –0,32 = 0,78 + 0,32 = 1,10 V
Jadi, potensial standar sel tersebut adalah E +1,10 V.
UN 2004
+
Di unduh dari: www.bukupaket.com Sumber buku : bse.kemdikbud.go.id
Reaksi Redoks dan Elektrokimia
37
Gambar 2.4
Penyusun sel kering
Reaksi yang terjadi pada sel Anode : Zns
→
Zn
2+
aq + 2 e
–
Katode : 2 MnO
2
s + 2 NH
4 +
aq + 2 e
–
→
Mn
2
O
3
s + 2 NH
3
g + H
2
Ol Zns + 2 MnO
2
s + 2 NH
4 +
aq
→
Mn
2
O
3
s + Zn
2+
aq + 2 NH
3
g + H
2
Ol Cara kerja sel kering:
a. Elektrode Zn teroksidasi menjadi ion Zn
2+
Zn
→
Zn
2+
+ 2 e
–
b. Elektron yang dilepaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju
elektrode karbon. c.
Elektron-elektron pada elektrode karbon mereduksi MnO
2
dan NH
4 +
menjadi Mn
2
O
3
dan NH
3
. Sel yang sering digunakan sebagai ganti sel kering Lechlanche adalah
baterai alkalin. Baterai ini terdiri atas anode seng dan katode mangan dioksida serta elektrolit kalium hidroksida. Reaksi yang berlangsung, yaitu:
Anode : Zns + 2 OH
–
aq
→
ZnOH
2
s + 2 e
–
Katode : 2 MnO
2
s + 2 H
2
Ol + 2 e
–
→
2 MnOOHs + 2 OH
–
aq 2 MnO
2
s + 2 H
2
Ol + Zns
→
2 MnOOHs + ZnOH
2
s Baterai alkalin ini dapat menghasilkan energi dua kali energi total
Lechlanche dengan ukuran yang sama. 2
Sel Volta sekunder Sel aki Accumulator merupakan contoh sel Volta sekunder. Sel aki terdiri
atas elektrode Pb anode dan PbO
2
katode. Keduanya dicelupkan dalam larutan H
2
SO
4
30. Cara kerja sel aki:
a. Elektrode Pb teroksidasi menjadi Pb
2+
Pbs
→
Pb
2+
aq + 2 e
–
Pb
2+
yang terbentuk berikatan dengan SO
4 2–
dari larutan. Pb
2+
aq + SO
4 2–
aq
→
PbSO
4
s b.
Elektron yang dibebaskan mengalir melalui kawat penghantar menuju elektrode PbO
2
. c.
Pada elektrode PbO
2
elektron-elektron dari anode Pb akan mereduksi PbO
2
menjadi Pb
2+
yang kemudian berikatan dengan SO
4 2–
dari larutan. PbO
2
s + 4 H
+
aq + 2 e
–
→
Pb
2+
aq + 2 H
2
Ol Pb
2+
aq + SO
4 2–
aq
→
PbSO
4
s Reaksi yang terjadi pada sel aki dapat ditulis sebagai berikut.
Anode : Pbs + SO
4 2–
aq
→
PbSO
4
s + 2 e
–
Katode: PbO
2
s + H
2
SO
4
aq + 2 H
+
+ 2 e
–
→
PbSO
4
s + 2 H
2
Ol Pbs + PbO
2
s + 2 H
2
SO
4
→
2 PbSO
4
s + 2 H
2
O Pada reaksi pemakaian sel aki, molekul-molekul H
2
SO
4
diubah menjadi PbSO
4
dan H
2
O sehingga konsentrasi H
2
SO
4
dalam larutan semakin berkurang. Oleh karena itu, daya listrik dari aki terus berkurang dan perlu
diisi kembali. 3
Sel bahan bakar Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan bakar yang terus-menerus
dapat berfungsi selama bahan-bahan secara tetap dialirkan ke dalamnya. Sel ini digunakan pada pesawat ruang angkasa.
Sel hidrogen-oksigen terdiri atas anode dari lempeng nikel berpori yang dialiri gas hidrogen dan katode dari lempeng nikel oksida berpori yang
dialiri gas oksigen. Elektrolitnya adalah larutan KOH pekat.
+
–
Pasta Batang
karbon katode
Rongga Zn
anode
Anode Pb
H
2
SO
4
aq Katode
PbO
2
e e
e e
Gambar 2.5
Sel aki accumulator
merupakan contoh sel Volta sekunder
Di unduh dari: www.bukupaket.com Sumber buku : bse.kemdikbud.go.id
Praktis Belajar Kimia untuk Kelas XII
38
Cara kerja sel ini adalah a.
Gas hidrogen yang dialirkan pada pelat nikel berpori teroksidasi membentuk H
2
O. 2 H
2
+ 4 OH
–
→
4 H
2
O + 4 e
–
b. Elektron yang dibebaskan bergerak melalui kawat penghantar menuju
elektrode nikel oksida. c.
Pada elektrode nikel oksida elektron mereduksi O
2
menjadi OH
–
. O
2
+ 2 H
2
O + 4 e
–
→
4 OH
–
Reaksi yang terjadi pada sel ini sebagai berikut. Anode : 2 H
2
g + 4 OH
–
aq
→
4 H
2
Ol + 4 e
–
Katode : O
2
g + 2 H
2
Ol + 4 e
–
→
4 OH
–
aq 2 H
2
g + O
2
g
→
2 H
2
Ol Biasanya pada sel ini digunakan platina atau senyawa paladium sebagai
katalis.
Output
Katode Anode
H
2
g O
2
g
H
2
g O
2
g elektrolit
KOHaq
Gambar 2.6
Sel hidrogen-oksigen termasuk jenis sel bahan
bakar.
Siapkan bak kecil yang dasarnya telah dilapisi aluminium foil, kemudian tambahkan detergen dan air hangat. Masukkan cincin atau peralatan perak yang
kotor ke dalam bak tersebut. Setelah beberapa saat, angkat cincin atau peralatan perak tersebut.
Kerjakanlah secara berkelompok dan presentasikan hasil yang diperoleh di depan kelas.
2. Sel Elektrolisis