Contoh Soal dan Pembahasan Potensial Elektrode Standar
Pendahuluan
Potensial elektrode standar merupakan konsep penting dalam kimia elektrokimia yang menggambarkan kemampuan suatu elektrode untuk menarik elektron. Konsep ini digunakan dalam perhitungan sel elektrokimia, serta dalam penentuan kecenderungan reaksi redoks. Potensial elektrode standar (E°) diukur dalam kondisi standar, yaitu pada konsentrasi 1 M, tekanan 1 atm, dan suhu 25°C (298 K). Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal potensial elektrode standar beserta pembahasannya secara mendalam.
Konsep Dasar Potensial Elektrode Standar
Potensial elektrode standar, yang dilambangkan sebagai E°, menggambarkan kecenderungan suatu spesies kimia untuk tereduksi (menerima elektron). Semakin positif nilai E°, semakin besar kecenderungan spesies tersebut untuk tereduksi. Sebaliknya, semakin negatif nilai E°, semakin besar kecenderungan spesies tersebut untuk teroksidasi (melepaskan elektron).
Tabel potensial elektrode standar menyediakan nilai E° untuk berbagai reaksi redoks, dan nilai-nilai ini digunakan untuk menghitung potensial sel elektrokimia.
Contoh Soal 1
Soal:
Diberikan dua setengah reaksi berikut beserta potensial elektrodenya:
– Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s), E° = +0.80 V
– Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s), E° = +0.34 V
Tentukan potensial sel (E°_sel) untuk sel galvanik yang dibentuk oleh kedua setengah reaksi tersebut.
Pembahasan:
Untuk menentukan potensial sel, kita perlu mengidentifikasi anoda dan katoda. Pada sel galvanik, yang memiliki potensial elektrode standar lebih positif bertindak sebagai katoda (tempat reduksi) dan yang lebih negatif sebagai anoda (tempat oksidasi).
1. Identifikasi Anoda dan Katoda:
– Ag⁺ + e⁻ → Ag, E° = +0.80 V (lebih positif, jadi katoda)
– Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = +0.34 V (lebih negatif, jadi anoda)
2. Menentukan Reaksi Oksidasi dan Reduksi:
– Katoda (reduksi): Ag⁺ + e⁻ → Ag, E°_katoda = +0.80 V
– Anoda (oksidasi): Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, E°_anoda = -0.34 V (dibalik arah reaksi dan tanda potensial)
3. Menghitung E°_sel:
\[
E°_{sel} = E°_{katoda} – E°_{anoda}
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} – (-0.34\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} + 0.34\, \text{V} = 1.14\, \text{V}
\]
Jadi, potensial sel (E°_sel) adalah +1.14 V.
Contoh Soal 2
Soal:
Diketahui reaksi di bawah dengan potensial elektrodenya:
– Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq), E° = +0.77 V
– Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s), E° = -0.76 V
Tentukan potensial sel (E°_sel) untuk sel galvanik yang menggunakan kedua setengah reaksi tersebut, dan tuliskan reaksi sel lengkap.
Pembahasan:
Seperti sebelumnya, kita harus mengidentifikasi anoda dan katoda terlebih dahulu.
1. Identifikasi Anoda dan Katoda:
– Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E° = +0.77 V (lebih positif, jadi katoda)
– Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, E° = -0.76 V (lebih negatif, jadi anoda)
2. Menentukan Reaksi Oksidasi dan Reduksi:
– Katoda (reduksi): Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E°_katoda = +0.77 V
– Anoda (oksidasi): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E°_anoda = -0.76 V (dibalik arah reaksi dan tanda potensial)
3. Menyeimbangkan Elektron:
Reaksi total harus menyeimbangkan jumlah elektron:
\[
2(\text{Fe}^{3+} + e⁻ → \text{Fe}^{2+})
\]
\[
\text{Zn} → \text{Zn}^{2+} + 2e⁻
\]
Maka reaksi sel lengkap adalah:
\[
2\text{Fe}^{3+} + \text{Zn} → 2\text{Fe}^{2+} + \text{Zn}^{2+}
\]
4. Menghitung E°_sel:
\[
E°_{sel} = E°_{katoda} – E°_{anoda}
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} – (-0.76\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} + 0.76\, \text{V} = 1.53\, \text{V}
\]
Jadi, potensial sel (E°_sel) adalah +1.53 V.
Contoh Soal 3
Soal:
Berikan potensial sel dan reaksi sel lengkap untuk sel galvanik yang menggunakan reaksi berikut:
– MnO₂(s) + 4H⁺(aq) + 2e⁻ → Mn²⁺(aq) + 2H₂O(l), E° = +1.23 V
– Cr³⁺(aq) + e⁻ → Cr²⁺(aq), E° = -0.50 V
Pembahasan:
1. Identifikasi Anoda dan Katoda:
– MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E° = +1.23 V (lebih positif, jadi katoda)
– Cr³⁺ + e⁻ → Cr²⁺, E° = -0.50 V (lebih negatif, jadi anoda)
2. Menentukan Reaksi Oksidasi dan Reduksi:
– Katoda (reduksi): MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E°_katoda = +1.23 V
– Anoda (oksidasi): Cr²⁺ → Cr³⁺ + e⁻, E°_anoda = +0.50 V (dibalik arah reaksi dan tanda potensial)
3. Menyeimbangkan Elektron:
Reaksi total harus menyeimbangkan jumlah elektron:
\[
2(\text{Cr}^{3+} + e⁻ → \text{Cr}^{2+})
\]
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2e⁻ → \text{Mn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
Maka reaksi sel lengkap adalah:
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2\text{Cr}^{3+} → \text{Mn}^{2+} + 2\text{Cr}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
4. Menghitung E°_sel:
\[
E°_{sel} = E°_{katoda} – E°_{anoda}
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} – (-0.50\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} + 0.50\, \text{V} = 1.73\, \text{V}
\]
Jadi, potensial sel (E°_sel) adalah +1.73 V.
Kesimpulan
Pemahaman tentang potensial elektrode standar sangat penting dalam bidang elektrokimia untuk menentukan kecenderungan reaksi redoks dan potensial sel elektrokimia. Dengan langkah-langkah yang telah dibahas di atas, kita dapat dengan mudah menghitung potensial sel dari reaksi redoks yang diberikan. Potensial elektrode standar digunakan untuk menentukan anoda dan katoda dalam sel galvanik, serta untuk menghitung potensial sel total yang menunjukkan efisiensi dan arah dari reaksi redoks tersebut.
