redoks & elektrokimia

REAKSI REDOKS & ELEKTROKIMIA

Bahan Ajar Kimia Kelas XII IPASemester 1 Tahun 2013/2014

OLEH : SUKIR,SPd,MPKim,MSc.

MA DARUL ULUM MUH GALUR2013

2

REAKSI PAROReaksi redoks dpt dikatakan sbg reaksi gabungan antara 2 reaksi paro yaitu reaksi reduksi dan oksidasiReaksi oksidasi dpt mempunyai 3 pengertian :a. Reaksi yg menyebabkan terjadinya kenaikan biloks.

Misalnya : K K+ + e 0 +1

b. Reaksi pengikatan oksigen. Misalnya : C + O2 CO2 0 +4

PRASYARAT PENGETAHUAN

c. Reaksi pelepasan hidrogen. Misalnya : CH4 C + 2H2 -4 0

3

Reaksi reduksi dpt mempunyai 3 pengertian :a. Reaksi yg menyebabkan terjadinya penurunan

biloks. Misalnya : K+ + e K +1 0

b. Reaksi pelepasan oksigen. Misalnya : CO2 C + O2 +4 0

c. Reaksi pengikatan hidrogen. Misalnya : C + 2H2 CH4 0 -4

PRASYARAT PENGETAHUAN

4

Reaksi autoredoks / reaksi disproporsionasi

0 -1 reduksi

Cl2 + 2OH- Cl- + ClO- + H2O oksidasi0 +1

5

adalah muatan suatu atom / unsur dalam suatu molekul / senyawa yang ditentukan karena perbedaan harga elektronegatifitas.

Bilangan oksidasi

PRASYARAT PENGETAHUAN

6

Penentuan Bilangan Oksidasi1. Bilangan oksidasi setiap atom dlm unsur bebas adalah

nol. Misalnya unsur Cl = 0, B = 02. Bilangan oksidasi ion suatu atom sama dengan muatan

ion tersebut. a. Na+ biloks Na adalah +1 b. Fe3+ biloks Fe adalah +3

3. Pada suatu senyawa atau ion, umumnya biloks atom untuk : a. Golongan IA adalah +1 b. Golongan VIIA adalah -1

4. Bilangan oksidasi H dalam senyawa adalah +1, kecuali pada senyawa hidrida ( NaH, LiH, CaH2 ) bilangan oksidasi H = -1.

PRASYARAT PENGETAHUAN

7

5.Bilangan oksidasi O dlm senyawa adalah -2, kecuali pada senyawa peroksidaseperti H2O2 bilangan oksidasi O adalah -1. Dan pd senyawa superoksida seperti KO2, RbO2 biloks O adalah -½. Sementara untuk senyawa OF2 biloks O adalah +2.

6. Jumlah total biloks atom dlm suatu senyawa adalah nol. Dan jumlah total biloks untuk senyawa bermuatan adalah besarnya sama dengan muatannya. a. H2SO4 total biloks sama dengan nol b. CO3

2- total biloks sama dengan -2

PRASYARAT PENGETAHUAN

8

CONTOH SOALTentukan bilangan oksidasi dari unsur – unsur berikut :1. S dalam senyawa HSO4

-

2. Mn dalam senyawa KMnO4

3. Cr dalam senyawa Cr2O72-

1. S dalam senyawa HSO4-

BO H + BO S + 4 . BO O = -1 1 + BO S + 4 . ( -2 ) = -1

BO S – 7 = -1 BO S = +6

2. Mn dalam senyawa KMnO4

BO K + BO Mn + 4 . BO O = 0 1 + BO Mn + 4 . ( -2 ) = 0

BO Mn – 7 = 0 BO Mn = +7

3. Cr dalam senyawa Cr2O72-

2 . BO Cr + 7 . BO O = -2 2 . BO Cr + 7 . ( -2 ) = -2

2 . BO Cr – 14 = -2 2 . BO Cr = +12

Cr = +6

9

Penyetaraan Reaksi redoks

Ada 2 metode yg lebih eksak untuk menyetarakan suatu reaksi redoks, yaitu metode setengah reaksi dan metode bilangan oksidasiAdapun pedoman penyetaraan reaksi redoks sebagai berikut :

a.Dlm suasana asam =>

b.Dlm suasana basa =>

Pihak yg kurang O ditambah H2O sebanyak kekurangannya, kemudian pihak yg lain ditambah H+ sehingga jumlah atom – atom sebelah kiri dan kanan tanda reaksi adalah sama

Pihak yg kelebihan O ditambah H2O sebanyak kelebihannyannya, kemudian pihak yg lain ditambah OH- sehingga jumlah atom – atom sebelah kiri dan kanan tanda reaksi adalah sama

10

1. Metode ½ reaksi atau metode ion elektron

Langkah – langkah penyetaraan reaksi model ½ reaksia. Cara reaksi paro oksidasi dan reaksi paro reduksi. Reaksi

akan lebih mudah jika kita tulis dlm bentuk ion yg mengalami perubahan bilangan oksidasi saja.

b. Setarakan O maupun H menggunakan prinsip diatas, baik dlm suasana asam maupun basa

c. Samakan muatan dg menambahkan elektron masing – masing setengah reaksi redoks

d. Samakan jumlah elektron di sebelah kiri dan kanan tanda reaksi ( jml elektron merupakan kelipatan terkecil dari elektron di kiri dan kanan tanda reaksi).

11

Pisahkan reaksi paro oksidasi dan reduksi Oksidasi : Sn SnO2 ( kiri kurang 2 O )

Reduksi : NO3- NO2 ( kanan kurang 1 O )

a. Setarakan jumlah O dan H Oksidasi : Sn + 2H2O SnO2 + 4 H+ Reduksi : NO3

- + 2 H+ NO2 + H2Ob. Setarakan muatan dgn menambahkan elektron

Oksidasi : Sn + 2H2O SnO2 + 4 H+ + 4e Reduksi : NO3

- + 2 H+ + 1e NO2 + H2Oc. Samakan jumlah elektron di kiri dan kanan

Oksidasi : Sn + 2H2O SnO2 + 4 H+ + 4e ( kali 1 ) Reduksi : NO3

- + 2 H+ + 1e NO2 + H2O ( kali 4 )Hasil yg diperoleh :Oksidasi : Sn + 2H2O SnO2 + 4 H+ + 4e Reduksi : 4NO3

- + 8 H+ + 4e 4 NO2 + 4H2ORedoks : Sn + 4 NO3

- + 4 H+ SnO2 + 4 NO2 + 2H2OAtau : Sn + 4 HNO3 SnO2 + 4 NO2 + 2H2O

Contoh : Setarakan reaksi : Sn + HNO3 SnO2 + NO2

12

LATIHAN SOAL

Setarakan persamaan reaksi berikut :1.Fe2+ + MnO4

- Fe3+ + Mn2+ ( suasana asam )2.Al + NO3

- AlO2- + NH3 ( suasana basa )

3.HNO3 + H2S NO + S + H2O

13

PEMBAHASAN

1. Oksidasi : Fe2+ Fe3+

Reduksi : MnO4- Mn2+

Penyetaraan jumlah atom dan jumlah muatan

MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2O X 1

Fe2+ Fe3+ + e X 5

5 Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5 Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

14

2. Oksidasi : Al AlO2-

Reduksi : NO3

- NH3Penyetaraan jumlah atom dan jumlah muatanAl + 4OH- AlO2

- + 2H2O + 3e

NO3- + 6H2O + 8e NH3 + 9OH-

Al + 4OH- AlO2- + 2H2O + 3e X 8

NO3- + 6H2O + 8e NH3 + 9OH- X 3

8Al + 3NO3- + 5OH- + 2H2O 8AlO2

- + 3NH3

3. Oksidasi : H2S SReduksi : HNO3 NO

Penyetaraan jumlah atom dan jumlah muatan

HNO3 + 3H+ + 3e NO + 2H2O X 2H2S S + 2H+ + 2e X 3

2HNO3 + 3H2S 2NO + 3S + 4H2O

2. Cara Perubahan Bilangan Oksidasi (PBO)

16

1. Menentukan spesi-spesi yang mengalami PBO.2. Menyetarakan spesi yang mengalami PBO. 3. Menentukan jumlah PBO.4. Menyetarakan PBO.5. Menyetarakan kation, anion hidrogen dan oksigen (KAHO).Untuk reaksi dalam bentuk ion :a) Bila ruas kiri kekurangan muatan positif tambahkan ion H+, dan

pada ruas kanan ditambahkan sejumlah H2O untuk menyetarakan jumlah atom O (dalam suasana asam).

b) Bila ruas kiri kelebihan muatan positif tambahkan ion OH-, dan pada ruas kanan ditambahkan sejumlah H2O untuk menyetarakan jumlah atom O (dalam suasana basa).

Contoh :Setarakan reaksi : Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + NaClO(aq) NaBiO3(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

17

Langkah 1

Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + NaClO(aq) NaBiO3(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

+3 +1 +5 -1

Langkah 2

Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + NaClO(aq) 2NaBiO3(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

18

Langkah 3Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + NaClO(aq) 2NaBiO3(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)

+3 +1 +5 -1 naik 2 x 2e turun 2e

Langkah 4

Bi2O3 (s) + NaOH(aq) + 2NaClO(aq) 2NaBiO3(aq) + 2NaCl(aq) + H2O(l)

Langkah 5Kation, anion, hidrogen dan oksigen disetarakan.

Bi2O3 (s) + 2NaOH(aq) + 2NaClO(aq) 2NaBiO3(aq) + 2NaCl(aq) + H2O(l)

19

LATIHAN 1

Setarakanlah reaksi redoks dibawah ini :

1. Fe3+ + Sn2+ Fe2+ + Sn4+

2. Ag + HNO3 AgNO3 + NO2 + H2O3. MnO4 + H2SO3 SO4

2- + Mn2+

4. HPO32- + OBr- Br- + PO4

3- ( dalam suasana basa )5. C3H3O + CrO3 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + C3H6O + H2O

ELEKTROKIMIA

20

1. Sel Volta atau sel GalvaniReaksi redoks spontan yaitu reaksi redoks yang berlangsung dengan serta merta. Misalnya reaksi logam zink dalam larutan tembaga(II) sulfat, dalam seketika lapisan logam zink akan tertutupi lapisan logam tembaga dan logam zink sedikit demi sedikit larut. Warna biru larutan CuSO4 segera luntur.

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+

(aq) + Cu(s)

21

Dalam sel ini terjadi perpindahan elektron dari logam Zn ke ion Cu2+ sehingga terjadi arus listrik karena tiap elektron membawa muatan listrik sebesar 1,6 x 10-19 Coulomb. Namun untuk mendapatkan energi listrik dan arus listrik yang efektif harus berada dalam rangkaian tertutup, maka reaksi tersebut harus disusun dalam suatu sel yang berada dalam rangkaian tertutup.

SEL VOLTA

22

Anoda : elektrode tempat terjadinya reaksi oksidasi dan katoda : elektrode tempat terjadinya reaksi reduksi. Untuk menyetimbangkan kelebihan muatan positif dan negatif, kedua labu dihubungkan dg Jembatan garam yg berisi larutan garam (NaCl, Na2SO4 atau KNO3) dalam agar-agar. Anion-anion dari jembatan garam akan bergerak ke anoda untuk menetralkan kelebihan ion Zn2+ sedangkan kation-kation dari jembatan garam bergerak ke katoda untuk menetralkan kelebihan ion SO4

2-.

SEL VOLTA

23

Notasi tersebut menyatakan bahwa di anoda terjadi oksidasi Zn menjadi Zn2+ dan di katoda terjadi reduksi Cu2+ menjadi Cu. Tanda || menyatakan jembatan garam.

SEL VOLTA

Potensial sel

24

Potensial reduksi standar, Eo dapat diukur menggunakan elektroda hidrogen pada 1 atm dan 25oC dalam larutan yang mengandung ion H+ sebesar 1,0 M. Reaksi :2H+(aq) + 2e →H2 (g) Eo = 0 Volt

Logam yang lebih mudah mengalami reaksi reduksi dibanding ion hidrogen memiliki nilai Eo positif, sebaliknya logam yang lebih sukar mengalami reaksi reduksi memiliki nilai Eo negatif.

Data potensial elektroda

25

Reaksi reduksi logam Eo (Volt) Reaksi reduksi logam Eo (Volt)K+ + e → K -2,92 Co2+ + 2e → Co -0,28Ba2+ + 2e → Ba -2,90 Ni2+ + 2e → Ni -0,25Ca2+ + 2e → Ca -2,87 Sn2+ + 2e → Sn -0,14Na+ + e → Na -2,71 Pb2+ + 2e → Pb -0,13Mg2+ + 2e → Mg -2,37 H+ + e → H2 0,00Al3+ + 3e → Al -1,66 Sb3+ + 3e → Sb +0,10Mn2+ + 2e → Mn -1,05 Bi3+ + 3e → Bi +0,302H2O + 2e → H2 + 2OH- -0,83 Cu2+ + 2e → Cu +0,34Zn2+ + 2e → Zn -0,76 Hg2+ + 2e → Hg +0,62Cr3+ + 3e → Cr -0,71 Ag+ + e → Ag +0,80Fe2+ + 2e → Fe -0,44 Pt2+ + 2e → Pt +1,50Cd2+ + 2e → Cd -0,40 Au3+ + 3e → Au +1,70

Perhitungan potensial sel

26

E°sel = E° (katode) - E°(anode) = E°(reduksi) - E°(oksidasi)

Atau dengan cara menjumlahkan secara aljabar dari total reaksi redoksnya.

Contoh :

Pembahasan

27

b. Fe sebagai katoda dan Mg sebagai

anoda, menggunakan larutan FeSO4 dan MgSO4

28

Pembahasan

Latihan 2

29

Deret Volta

30

Berdasarkan deret volta, kespontanan reaksi dapat diramalkan.

Contoh

31

Latihan 3

32

Sel Volta dalam kehidupan

33

Sel Volta dalam kehidupan sehari-hari didasarkan atas kespontan reaksi. Sel volta dibedakan atas :

34

1. Baterai Kering

35

2. Baterai Alkali

36

3. Baterai Perak Oksida

37

3. Baterai Nikel Kadmium

Baterai ini menggunakan kadmium sebagai anoda dan nikel sebagai katoda. Baterei merupakan sel sekunder, dapat diisi ulang.

38

3. Baterai Litium

Baterei ini tersusun atas karbon sebagai anoda dan litium kobalt dioksida sebagai katoda dengan elektrolit garam litium. Potensial yang dihasilkan 3,5 V. Biasanya digunakan untuk telepon genggam dan laptop. Dapat di isi ulang.

39

Aki Tersusun atas Pb sebagai anoda dan PbO2 sebagai katoda. Digunakan asam sulfat sebagai elektrolit. Karena hasil reaksi di anoda dan katoda adalah sama maka tidak diperlukan jembatan garam.

40

Aki

41

KorosiKorosi merupakan peristiwa teroksidasinya suatu logam di udara dalam media yang mengandung molekul air.Misalnya korosi pada besi, logam besi sebagai anoda dan mengalami reaksi :

Fe2+ + 2e Fe E˚ = +0,44 Volt

Elektron yang dibebaskan dialirkan pada bagian lain besi tersebut dan mereduksi oksigen yang berada dalam media air : O2(s) + H2O(l) + 4e OH- E˚ = +0,40 Volt

Ion besi(II) yang terbentuk di anoda selanjutnya teroksidasi lebih lanjut menjadi ion besi(III) yang selanjutnya membentuk oksida terhidrasi, Fe2O3.xH2O, suatu endapan berwarna coklat kemerahan yang disebut karat.

42

Kerugian yang ditimbulkan akibat karat antara lain logam menjadi keropos dan bersifat racun.

Pencegahan yang dilakukan anatara lain :•Mencegah kontak langsung dengan oksigen dan air. Biasanya logam dicat atau diolesi minyak atau dilapisi dengan logam lain yang kurang aktif. •Memberi perlindungan katoda atau pengorbanan anoda. Logam (besi) dihubungkan dengan logam lain yang lebih aktif (E˚ lebih negatif) sebagai anoda yang akan dikorbankan, sedangkan logam besi sebagai katoda sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen.

43

Sel ElektrolisisElektrolisis adalah peristiwa suatu elektrolit oleh arus listrik. Pada elektrolisis diperlukan energi listrik, maka reaksi redoks yang terjadi tidak spontan.

Berdasarkan fasa elektrolit yang digunakan, sel elektrolisis dibedakan atas :Elektrolisis lelehan elektrolitPada elektrolisis lelehan elektrolit, kation direduksi di katoda dan anion direduksi di anoda. Pada sel elektrolisis, katoda bermuatan (+) dan anoda bermuatan (-).

Elektrolisis larutan elektrolit. Pada elektrolisis larutan elektrolit, terjadi persaingan spesi dalam larutan.Ketentuan reaksi di katoda bergantung pada jenis kation.Kation dari logam aktif (golongan IA, IIA, Al dan Mn) tidak direduksi. Yang direduksi adalah air. Reaksi : 2H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH-

(aq)

Adapun kation lain akan direduksi. Reaksi :2H+

(aq) + 2e H2(g)

Lx+(aq) + xe L(s)

Sel Elektrolisis

45

Ketentuan reaksi di anoda bergantung pada jenis anoda dan anion.

Anoda inert (Pt, Au, C) :Anion dari asam-asam oksi (mengandung O) tidak dioksidasi. Yang teroksidasi adalah air. Reaksi : 2H2O(l) 4H+

(aq) + O2(g) + 4e

•Sedangkan sisa asam lain atau OH- akan tereduksi. Reaksi 2X-

(aq) X2(g) + 2e 2H2O(l) + O2(g) + 4e 4OH-

(aq)

Anoda tak inert : anoda teroksidasi. Reaksi :

L(s) Lx+(aq) + xe

Contoh Soal :Tuliskan reaksi elektrolisis :Larutan NaCl dengan elektroda karbon.

NaCl(aq) Na+(aq) + Cl-

(aq)

Na+ kation dari logam aktif (gol. IA), yang direduksi air.Reaksi :

Katoda : 2H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH-(aq)

Anoda : 2Cl-(aq) Cl2(g)

2H2O(l) + 2Cl-(aq) Cl2(g) + H2(g) + 2OH-

(aq)

Reaksi :

+ 2e

47

Contoh Soal :Tuliskan reaksi elektrolisis :Lelehan NaCl dengan elektroda karbon.

Contoh Soal :Tuliskan reaksi elektrolisis :Larutan NaCl dengan katoda platina dan anoda besi.

NaCl(aq) Na+(aq) + Cl-

(aq)

Na+ kation dari logam aktif (gol. IA), yang direduksi air.Reaksi :

Katoda : 2H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH-(aq)

Anoda : Fe(s) Fe3+ (aq)

6H2O(l) + 2Fe(s) 2 Fe3+ (aq) + 3H2(g) + 6OH-

(aq)

+ 3e (x 2)

(x 3)

49

LATIHAN

Tuliskan reaksi elektrolisis :1. Larutan Natrium Sulfat dengan

elektroda karbon.2. Larutan Kalium Yodida dengan

elektroda platina.3. Larutan emas(III)klorida dengan

katoda dari besi dan anoda dari emas.

50

Hubungan Kuantitatif dalam Sel Elektrolisis

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72