Penyetaraan reaksi redoks didasarkan pada 2 prinsip, yaitu:

1. jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi harus sama,
2. jumlah muatan sebelum dan sesudah reaksi harus sama.

Untuk melakukan penyetaraan jumlah atom dan jumlah muatan tersebut, dapat dilakukan dengan 2 metode, yakni sebagai berikut.

• Metode Perubahan Bilangan Oksidasi (PBO)

Metode ini didasarkan pada pengertian bahwa jumlah pertambahan bilangan oksidasi dari reduktor sama dengan jumlah penurunan bilangan oksidasi dari oksidator.

• Metode Setengah Reaksi (Ion-electron)

Metode ini didasarkan pada pengertian bahwa jumlah elektron yang dilepaskan pada setengah reaksi oksidasi sama dengan jumlah elektron yang diserap pada setengah reaksi reduksi. Penyetaraan dalam suasana basa berbeda dengan penyetaraan dalam suasana asam.

Jadi, jawaban yang tepat adalah 1 dan 2 (metode perubahan bilangan oksidasi dan metode setengah reaksi).

Berikut adalah kerangka dasar setengah reaksi redoks tersebut.

NO₃^- $\rightarrow$ NH₄⁺

Lalu, tambahkan H₂O untuk menyetarakan jumlah atom O.

NO₃^- $\rightarrow$ NH₄⁺ + 3H₂O

Kemudian, setarakan jumlah atom H dengan menambahkan H⁺.

NO₃^- + 10H⁺ $\rightarrow$ NH₄⁺ + 3H₂O

Terakhir, setarakan muatan dengan menambahkan elektron.

NO₃^- + 10H⁺ + 8e^- $\rightarrow$ NH₄⁺ + 3H₂O

Jadi, jumlah ion H⁺ dan jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi tersebut secara berturut-turut adalah 10 dan 8.

Pisahkan kerangka dasar setengah reaksi reduksi dan setengah reaksi oksidasi.

Reduksi: 2I^- $\rightarrow$ I₂ + 2e^- (penambahan e^- untuk menyetarakan muatan)

Oksidasi: SO₄^2- $\rightarrow$ H₂S

• Samakan jumlah atom O dengan menambahkan H₂O.

SO₄^2- $\rightarrow$ H₂S + 4H₂O

• Samakan jumlah atom H dengan menambahkan H⁺.

SO₄^2- + 10H⁺ $\rightarrow$ H₂S + 4H₂O

• Samakan muatan dengan penambahan elektron.

SO₄^2- + 10H⁺ + 8e^- $\rightarrow$ H₂S + 4H₂O

Pada reaksi reduksi terdapat 2 elektron, sedangkan pada reaksi oksidasi terdapat 8 elektron. Untuk itu, koefisien seluruh spesi pada reaksi reduksi harus dikalikan dengan 4. Kemudian, jumlahkan kedua reaksi tersebut.

Reduksi: 8I^- $\rightarrow$ 4I₂ + 8e^-

Oksidasi: SO₄^2- + 10H⁺ + 8e^- $\rightarrow$ H₂S + 4H₂O

Reaksi total: 8I^- + SO₄^2- + 10H⁺ $\rightarrow$ 4I₂ + H₂S + 4H₂O

Variabel c adalah koefisien I₂, maka jawaban yang tepat adalah 4.

Untuk menyetarakan reaksi, jumlah muatan dan jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi haruslah sama.

Pada ruas kiri

Jumlah atom H $=\left(2\times3\right)+\left(3\times2\right)=12$

Pada ruas kanan

Jumlah atom H (tidak termasuk spesi H⁺) $=4\times2=8$

Ruas kanan kekurangan 4 atom hidrogen, maka perlu ditambahkan 4 ion H⁺. Dengan penambahan 4 atom hidrogen ini pula, muatan kedua ruas menjadi seimbang.

Persamaan reaksi yang setara menjadi

2Cr(OH)₃ + 3H₂O₂ $\rightarrow$ 2CrO₄^2- + 4H₂O + 4H⁺

^

Variabel $\omega$ adalah koefisien H⁺, maka jawaban yang tepat adalah 4.

Penyetaraan reaksi redoks dengan metode perubahan bilangan oksidasi dapat dilaksanakan melalui tahapan-tahapan berikut ini.

• (4) Tentukan atom-atom yang mengalami perubahan bilangan oksidasi.
• (1) Setarakan atom-atom yang berubah bilangan oksidasinya.
• (2) Tentukan jumlah kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi.
• (5) Setarakan jumlah kenaikan dan penurunan bilangan oksidasi.
• (3) Setarakan muatan dengan menambahkan ion H⁺ pada suasana asam dan ion OH^- pada suasana basa.
• (6) Setarakan atom hidrogen dengan menambahkan molekul H₂O.

Jadi, jawaban yang tepat adalah 4 - 1 - 2 - 5 - 3 - 6.

Samakan koefisien atom yang mengalami perubahan biloks, yaitu atom P.

• 4PO₄^3- $\rightarrow$ P₄

Samakan jumlah atom O dengan penambahan H₂O.

• 4PO₄^3- $\rightarrow$ P₄ + 16H₂O

Samakan jumlah atom H dengan penambahan H⁺.

• 4PO₄^3- + 32H⁺ $\rightarrow$ P₄ + 16H₂O

Pada suasana basa, hilangkan ion H⁺ dengan penambahan ion OH^- dengan jumlah yang sama dengan H+ pada kedua ruas. Kemudian ion H⁺ dan OH^- akan saling berikatan membentuk molekul air.

• 4PO₄^3- + 32H₂O $\rightarrow$ P₄ + 16H₂O + 32OH^-

Kurangkan molekul air yang ada di ruas kanan dan kiri, sehingga hanya ada satu ruas yang memiliki molekul air. Karena ruas kiri memiliki 32 molekul air dan ruas kanan memiliki 16 molekul air, maka hanya tersisa 32 - 16 = 16 molekul air di ruas kiri.

• 4PO₄^3- + 16H₂O $\rightarrow$ P₄ + 32OH^-

Jadi, koefisien spesi OH^- adalah 32.

Reaksi yang setara ditandai dengan:

• jumlah atom sebelum dan sesudah reaksi adalah sama,
• serta jumlah muatan sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.

MnO(s) + PbO₂(s) $\rightarrow$ MnO₄^-(aq) + Pb²⁺ $\Longrightarrow$ jumlah muatan dan atom tidak sama.

I^-(aq) + SO₄^2-(aq) $\rightarrow$ H₂S(g) + I₂(g) $\Longrightarrow$ jumlah muatan dan atom tidak sama.

Cl₂(g) + IO₃^-(aq) $\rightarrow$ Cl^-(aq) + IO₄^-(aq) $\Longrightarrow$ jumlah muatan dan atom tidak sama.

Cl₂(g) + 6OH^-(aq) $\rightarrow$ Cl^-(aq) + ClO₃^-(aq) + 3H₂O(l) $\Longrightarrow$ jumlah muatan tidak sama.

5I^-(aq) + IO₃^-(aq) + 6H⁺(aq) $\rightarrow$ 3I₂(g) + 3H₂O(l) $\Longrightarrow$ jumlah muatan dan atom sama (sudah setara).

Reaksi redoks pada soal adalah reaksi yang setara. Ini dibuktikan dengan jumlah atom dan jumlah muatan sebelum dan sesudah reaksi berjumlah sama.

• Spesi Zn memiliki biloks = 0 karena merupakan atom bebas.
• Spesi ZnO₂^2-. Biloks atom O adalah -2 sehingga biloks atom Zn adalah +2 $\rightarrow$ 2 + (-2 $\times$ 2) = -2
• Spesi NO₃^-. Biloks atom O adalah -2 sehingga biloks atom N adalah +5 $\rightarrow$ 5 + (-2 $\times$ 3) = -1
• Spesi NH₃. Biloks atom H adalah +1 sehingga biloks atom N adalah -3 $\rightarrow$ -3 + (1 $\times$ 3) = 0
• Atom Zn mengalami kenaikan bilangan oksidasi dari 0 menjadi +2, sehingga Zn (s) disebut sebagai reduktor (spesi yang mengalami oksidasi).
• Atom N mengalami penurunan bilangan oksidasi dari +5 menjadi -3, sehingga NH₃ disebut sebagai oksidator (spesi yang mengalami reduksi).

Dari seluruh penjelasan di atas, maka jawaban yang tepat adalah atom N mengalami penurunan bilangan oksidasi.

Diketahui :

CrO₄^2-(aq) + Fe(OH)₂(s) + H⁺(aq) + H₂O(l) $\rightarrow$ Fe(OH)₃(s) + Cr₂O₃(s)

mol Fe(OH)₂ = 1 mol

Ditanya :

mol ion CrO₄^2-?

Dijawab :

Reaksi yang ada pada soal belum setara, sehingga harus dilakukan penyetaraan reaksi. Pada pembahasan ini, digunakan metode setengah reaksi.

• Pisahkan kerangka dasar reaksi, kemudian setarakan.

Reduksi: 2CrO₄^2- $\rightarrow$ Cr₂O₃ $\Longrightarrow$ Tambahkan H₂O untuk menyetarakan jumlah atom O.

2CrO₄^2- $\rightarrow$ Cr₂O₃ + 5H₂O $\Longrightarrow$ Tambahkan H⁺ untuk menyetarakan jumlah atom H.

2CrO₄^2- + 10H⁺ $\rightarrow$ Cr₂O₃ + 5H₂O $\Longrightarrow$ Tambahkan e^- untuk menyeimbangkan muatan.

2CrO₄^2- + 10H⁺ + 6e^- $\rightarrow$ Cr₂O₃ + 5H₂O

Oksidasi: Fe(OH)₂ $\ \rightarrow\$ Fe(OH)₃ $\Longrightarrow$ Tambahkan H₂O untuk menyetarakan jumlah atom O.

Fe(OH)₂ + H₂O $\ \rightarrow\$ Fe(OH)₃ $\Longrightarrow$ Tambahkan H⁺ untuk menyetarakan jumlah atom H.

Fe(OH)₂ + H₂O $\ \rightarrow\$ Fe(OH)₃ + H⁺ $\Longrightarrow$ Tambahkan e- untuk menyeimbangkan muatan.

Fe(OH)₂ + H₂O $\ \rightarrow\$ Fe(OH)₃ + H⁺ + e^-

Jumlah elektron pada kedua setengah reaksi harus sama. Pada reaksi reduksi terdapat satu elektron, sedangkan pada reaksi oksidasi terdapat enam elektron, sehingga seluruh spesi pada reaksi oksidasi perlu dikalikan dengan 6.

Didapatkan $\Longrightarrow$ Oksidasi: 6Fe(OH)₂ + 6H₂O $\rightarrow$ 6Fe(OH)₃ + 6H⁺ + 6e^-

• Jumlahkan kedua buah setengah reaksi tersebut (bila pada kedua ruas terdapat spesi yang sama, carilah selisih dari koefisien spesi tersebut, kemudian tuliskan hasilnya pada ruas dengan spesi yang berlebih).

2CrO₄^2- + 6Fe(OH)₂ + 4H⁺ + H₂O $\rightarrow$ 6Fe(OH)₃ + Cr₂O₃ (reaksi setara)

Perlu diingat bahwa perbandingan mol = perbandingan koefisien.

mol Fe(OH)₂ : mol CrO₄^2- $=$ 6 : 2

mol CrO₄^2- $=\frac{2}{6}\times1\ \text{mol}\ =\ 0,33\ \text{mol}$

Jadi, ion CrO₄^2- yang diperlukan untuk mengoksidasi Fe(OH)₂ adalah 0,33 mol.

Berikut tahapan-tahapan dalam penyetaraan reaksi redoks dengan metode setengah reaksi (suasana asam).

1) Menulis kerangka dasar setengah reaksi reduksi dan setengah reaksi oksidasi.

2) Menyetarakan masing-masing setengah reaksi.

• Setarakan jumlah atom yang mengalami perubahan biloks.
• Setarakan jumlah atom O dengan penambahan H₂O.
• Setarakan jumlah atom H dengan penambahan ion H⁺.
• Setarakan jumlah muatan dengan penambahan elektron (e^-).

3) Menyamakan jumlah elektron yang diserap pada setengah reaksi reduksi dengan jumlah elektron yang dilepaskan pada setengah reaksi oksidasi, kemudian jumlahkan.

Jadi, penyetaraan muatan dilakukan dengan penambahan elektron (e^-).