Diketahui:

Hg²⁺(aq) + 2e^- $\rightarrow$ Hg(s) E^o = $+$0,79 V

Co²⁺(aq) + 2e^- $\rightarrow$ Co(s) E^o = $-$0,28 V

Ditanya:

E^o_sel?

Dijawab:

Dari kedua nilai potensial reduksi, dapat disimpulkan bahwa Hg akan berperan sebagai katode, sedangkan Co akan berperan sebagai anode. Hal ini terjadi karena nilai E^o Hg > E^o Co, sehingga Hg lebih mudah direduksi dan Co akan lebih mudah teroksidasi.

E^o_sel $=$ E^o_katode $-$ E^o_anode

$=+0,79-\left(-0,28\right)$

$=+0,79+0,28$

$=+1,07\ \text{V}$

Hukum Faraday 1: massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis (G) berbanding lurus dengan jumlah listrik yang digunakan (Q).

G $\approx$ Q , dimana Q = i $\times$ t

Pernyataan (2) adalah benar.

Hukum Faraday 2: massa zat yang dibebaskan pada elektrolisis (G) berbanding lurus dengan massa ekivalen zat tersebut (ME).

G $\approx$ ME, di mana ME = Ar $\div$ biloks

Pernyataan (3) adalah benar.

Penggabungan hukum Faraday 1 dan hukum Faraday 2 menghasilkan persamaan berikut.

G = (i $\times$ t $\times$ Ar) $\div$ (96.500 $\times$ n )

• G = massa zat yang dibebaskan (dalam gram)
• i = kuat arus (dalam ampere)
• t = waktu (dalam detik)
• A_r = massa atom relatif
• n = banyaknya elektron/biloks

Dari persamaan Faraday ini, nilai k adalah 1 $\div$ 96.500, bukan 1 $\div$ 9.650.

Jadi, pernyataan yang benar adalah 2 dan 3.

Dari deret volta, diketahui bahwa semakin ke kanan letak suatu spesi, maka spesi tersebut akan semakin mudah mengalami reduksi (oksidator kuat), sedangkan spesi yang berada di sebelah kiri lebih mudah mengalami oksidasi (reduktor kuat).

Hg⁺ + Li $\ \rightarrow\$ Hg + Li⁺ $\ \Longrightarrow$ reaksi redoks dapat terjadi, karena Li berada di sebelah kiri Hg dalam deret volta, yang artinya Li lebih mudah teroksidasi daripada Hg

Mg²⁺ + Mn $\ \rightarrow\$ Mg + Mn²⁺ $\ \Longrightarrow\$ reaksi tidak dapat terjadi, karena Mg berada di sebelah kiri Mn dalam deret volta sehingga seharusnya spesi Mg yang teroksidasi.

Fe²⁺ + Ag $\ \rightarrow\$ Ag⁺ + Fe $\ \Longrightarrow\$ reaksi tidak dapat terjadi, karena Fe berada di sebelah kiri Ag dalam deret volta sehingga seharusnya spesi Fe yang teroksidasi.

Ba + K⁺ $\ \rightarrow\ \$K + Ba²⁺ $\ \Longrightarrow\$reaksi tidak dapat terjadi, karena K berada di sebelah kiri Ba dalam deret volta, sehingga seharusnya spesi K yang teroksidasi.

Jadi, reaksi redoks yang terjadi secara spontan adalah

Hg⁺ + Li $\ \rightarrow\$ Hg + Li⁺

Diketahui:

Arus listrik $=I\ =\ 95,75\ \text{A}$

Massa zat yang dibebaskan $=G\ =\ 50\ \text{gram}$

Massa atom Fe $=56$

Ditanya:

waktu = $t$ ?

Dijawab:

Penggabungan hukum Faraday 1 dan hukum Faraday 2 menghasilkan persamaan :

$G\ =\ \frac{Q\ \times A_r}{96.500\ \times\ n}\$ $=\ \frac{I\ \times\ t\ \times A_r}{96.500\ \times\ n}$

• G = massa zat yang dibebaskan (dalam gram)
• $Q$ = muatan listrik (coulomb)
• $I$ = kuat arus (dalam ampere)
• t = waktu (dalam detik)
• A_r = massa atom relatif
• n = banyaknya elektron

Reaksi di katode : Fe²⁺ + 2e^- $\rightarrow$ Fe

sehingga diperoleh n = 2

Menentukan waktu elektrolisis

$G=\frac{I\ \times t\ \times A_r}{96.500\ \times n}$

$t\ =\frac{G\times96.500\ \times n}{I\times A_r}$

$=\frac{50\ \times96.500\ \times2}{95,75\times56}$

$=1.800\ \text{detik}$

$=30\ \text{menit}$

Jadi, waktu yang dibutuhkan untuk proses elektrolisis adalah 30 menit.

Pada gambar, terlihat bahwa PbO₂ berfungsi sebagai katode, logam timbal sebagai anode, dan adanya larutan H₂SO₄. Komponen-komponen ini terdapat pada sel aki. Aki adalah jenis baterai yang banyak digunakan pada kendaraan bermotor. Aki menjadi pilihan yang praktis karena dapat menghasilkan jumlah listrik yang cukup besar serta dapat diisi kembali.

Aki dapat diisi kembali karena hasil reaksi pengosongan aki tetap melekat pada kedua elektrode. Anode Pb mengirim elektron pada katode. Sebaliknya, pada reaksi pengisian aki, elektrode Pb dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus, sehingga PbSO₄ yang terdapat pada elektrode Pb itu direduksi. Sementara, PbSO₄ yang terdapat pada elektrode PbO₂ teroksidasi membentuk PbO₂.

Reaksi pengosongan aki:

Katode : PbO₂(s) + HSO₄^-(aq) + 3H⁺(aq) + 2e^- $\ \rightarrow$ PbSO₄(s) + 2H₂O(l) + 2e^-

Anode : Pb(s) + HSO₄^-(aq) $\ \rightarrow$ PbSO₄(s) + H⁺(aq) + 2e^-

Reaksi pengisian aki:

Katode : PbSO₄(s) + H⁺(aq) + 2e^- $\ \rightarrow$ Pb(s) + HSO₄^-(aq)

Anode : PbSO₄(s) + 2H₂O(l) $\ \rightarrow\$PbO₂(s) + HSO₄^-(aq) + 3H⁺(aq) + 2e^-

Elektrolisis larutan NaCl dengan elektrode grafit (elektrode karbon).

NaCl(aq) $\rightarrow$ Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

Reaksi katode: bergantung pada jenis kation. Dalam hal ini, kationnya adalah Na⁺, yaitu kation logam aktif (sulit direduksi), sehingga reaksi pada katode adalah reduksi air. Jika digunakan kation yang mudah direduksi, maka kation tersebut akan tereduksi.

• 2H₂O(l) + 2e^- $\rightarrow$ 2OH^-(aq) + H₂(g)

Reaksi anode: bergantung pada jenis anode dan anion. Ketika digunakan elektrode inert (Pt, Au, C), maka reaksi pada anode bergantung pada jenis anionnya. Anion klorida (Cl^-) tergolong anion yang mudah teroksidasi, sehingga akan terjadi oksidasi anion Cl^- menjadi Cl₂. Jika digunakan anion yang sulit dioksidasi (anion sisa asam oksi, seperti SO₄^2-, PO₄^3-, NO₃^-), maka air yang akan teroksidasi.

• 2Cl^-(aq) $\rightarrow$ Cl₂(g) + 2e^-

Jadi, reaksi yang akan terjadi pada katode adalah reduksi air.

Pada elektrolisis lelehan senyawa ion dengan elektroda inert (Pt, Au, C), maka kation direduksi di katode dan anion akan teroksidasi di anode.

Al₂O₃(l) $\rightarrow$ 2Al³⁺(l) + 3O^2-(l)

Katoda: Al³⁺(l) + 3e^- $\rightarrow$ Al(s)

Anoda: 2O^2-(l) $\rightarrow$ O₂(g) + 4e^-

Jadi, reaksi yang terjadi pada anode adalah oksidasi anion O^2- membentuk gas oksigen.

Sel elektrolisis banyak dimanfaatkan dalam industri, salah satunya untuk pemurnian logam seperti gambar berikut.

Sel elektrolisis tersebut bertujuan untuk menghilangkan zat pengotor dari kabel tembaga. Adanya pengotor pada kabel tembaga dapat mengurangi konduktivitasnya. Tembaga kotor dijadikan sebagai anode, sedangkan tembaga murni dijadikan sebagai katode, serta digunakan CuSO₄ sebagai elektrolit.

Pada elektrolisis, tembaga tidak murni yang ada di anode akan mengalami oksidasi dan melarut sebagai ion Cu²⁺. Selanjutnya, ion Cu²⁺ tersebut akan bergerak menuju katode dan tereduksi menjadi endapan Cu yang murni.

Katode : Cu²⁺(aq) + 2e^- $\rightarrow$ Cu(s)

Anode : Cu(s) $\rightarrow$ Cu²⁺(aq) + 2e^-

Reaksi total : Cu(s) $\rightarrow$ Cu(s)

Jadi, jawaban yang tepat adalah pemurnian logam.

• Proses Hall-Heroult

Proses ini menjelaskan cara ekstraksi aluminium dari lelehan bijih bauksit (Al₂O₃). Pada proses Hall-Heroult, lelehan bauksit dicampur dengan kriolit (Na₃AlF₆) dan dielektrolisis dengan menggunakan elektrode grafit.

• Sel diafragma

Sel elektrolisis ini adalah metode untuk menghasikan gas klor dan NaOH. Ini dilakukan dengan elektrolisis NaCl pekat.

• Verkrom

Verkrom merupakan salah satu metode penyepuhan kursi besi dengan logam kromium melalui elektrolisis Cr₂(SO₄)₃ dengan anode kromium dan katode logam yang akan dilapisi dengan kromium.

• Tin plating

Kaleng-kaleng kemasan terbuat dari besi yang dilapisi timah, di mana pelapisan dilakukan dengan metode elektrolisis. Besi yang dilapisi timah akan terhindar dari korosi karena tidak mengalami kontak dengan air ataupun udara.

Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia di mana energi listrik digunakan untuk menjalankan reaksi redoks tidak spontan. Ini berbeda dengan sel volta yang reaksinya dapat menghasilkan energi listrik, bukan membutuhkan energi listrik. Pada reaksi elektrolisis, ada 2 hal yang harus diperhatikan, yakni sebagai berikut.

• Ion-ion di sekitar elektrode

Ion-ion yang mempunyai nilai potensial reduksi standar lebih positif akan mengalami reaksi terlebih dahulu. Jika di sekitar elektrode inert hanya terdapat satu jenis zat atau ion, maka zat atau ion tersebut yang akan mengalami reduksi atau oksidasi.

• Bahan elektrode

(1) Jika digunakan elektrode inert, maka elektrode tidak akan bereaksi. Jadi, yang bereaksi adalah spesi yang ada di sekitar elektrode.

(2) Jika elektrode (terutama anode) berasal dari logam aktif, maka anode tersebut akan teroksidasi.

Jadi, jawaban yang tepat adalah semua jawaban benar.

Penyetaraan reaksi redoks dengan metode perubahan bilangan oksidasi (PBO) dilakukan dalam tahapan-tahapan berikut ini.

1. Tuliskan kerangka dasar reaksi, yaitu reduktor dan hasil oksidasinya beserta oksidator dan hasil reduksinya.
2. Setarakan unsur yang mengalami perubahan biloks dengan memberi koefisien yang sesuai (biasanya adalah unsur selain hidrogen dan oksigen).
3. Tentukan hasil kali antara jumlah atom yang terlibat dengan perubahan bilangan oksidasinya.
4. Samakan jumlah perubahan biloks dengan koefisien yang sesuai.
5. Setarakan muatan dengan menambahkan ion H⁺ (dalam suasana asam) atau ion OH^- (dalam suasana basa).
6. Setarakan atom H dengan menambahkan H₂O.

Jadi, penyetaraan atom H dapat dilakukan dengan menambahkan molekul H₂O.