Contoh Soal dan Pembahasan Sel Elektrolisis
Sel elektrolisis adalah perangkat yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi reaksi kimia yang tidak spontan, berbeda dengan sel volta atau sel galvani yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Dalam sel elektrolisis, arus listrik digunakan untuk memaksa reaksi kimia yang seharusnya tidak berlangsung tanpa adanya energi listrik tambahan. Konsep ini sangat penting dalam berbagai aplikasi industri seperti produksi logam murni, elektrolisis air untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen, serta banyak lagi.
Artikel ini akan membahas beberapa contoh soal elektrolisis beserta pembahasannya yang dapat membantu para siswa dalam memahami konsep sel elektrolisis lebih mendalam.
Contoh Soal 1: Elektrolisis Larutan NaCl
Pertanyaan
Larutan natrium klorida (NaCl) dielektrolisis menggunakan elektroda inert. Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anoda serta produk yang dihasilkan di masing-masing elektroda.
Pembahasan
Dalam sel elektrolisis, terdapat dua elektroda yaitu katoda (elektroda negatif) dan anoda (elektroda positif). Proses elektrolisis larutan NaCl terjadi dalam dua tahap, yaitu reaksi di katoda dan anoda.
1. Reaksi di Katoda:
Pada katoda, ion-ion yang terlibat adalah ion Na^+ dan ion H_2O. Namun, ion H_2O lebih mudah direduksi dibandingkan dengan ion Na^+ karena potensial reduksi yang lebih tinggi.
Reaksi yang terjadi pada katoda adalah:
“`
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (Potensial reduksi = -0.83 V)
“`
Produk yang dihasilkan di katoda adalah gas hidrogen (H₂).
2. Reaksi di Anoda:
Pada anoda, ion-ion yang terlibat adalah ion Cl⁻ dan ion H_2O. Ion Cl⁻ lebih mudah teroksidasi dibandingkan dengan ion H_2O karena potensial oksidasi yang lebih rendah.
Reaksi yang terjadi pada anoda adalah:
“`
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (Potensial oksidasi = -1.36 V)
“`
Produk yang dihasilkan di anoda adalah gas klorin (Cl₂).
Jadi, pada elektrolisis larutan NaCl, produk yang dihasilkan di katoda adalah gas hidrogen (H₂) dan di anoda adalah gas klorin (Cl₂).
Contoh Soal 2: Elektrolisis Larutan CuSO₄ dengan Elektroda Tembaga
Pertanyaan
Elektrolisis larutan tembaga(II) sulfat (CuSO₄) dilakukan dengan menggunakan elektroda tembaga. Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anoda serta produk yang dihasilkan di masing-masing elektroda.
Pembahasan
Dalam kasus ini elektrodanya tidak inert, melainkan elektroda tembaga, sehingga elektroda akan ikut bereaksi.
1. Reaksi di Katoda:
Pada katoda, ion Cu²⁺ di anoda akan tereduksi.
“`
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (Potensial reduksi = +0.34 V)
“`
Produk yang dihasilkan di katoda adalah tembaga padat (Cu) yang terendapkan pada elektroda.
2. Reaksi di Anoda:
Pada anoda, elektroda tembaganya sendiri akan teroksidasi.
“`
Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (Potensial oksidasi = -0.34 V)
“`
Produk yang dihasilkan di anoda adalah ion Cu²⁺.
Karena eletrodanya tembaga, ion Cu²⁺ yang terelektrolisis pada larutan terkompensasi oleh pelarutan tembaga pada elektroda anoda.
Contoh Soal 3: Massa Logam yang Terdeposit
Pertanyaan
Dalam sel elektrolisis, 0.2 mol elektron mengalir melalui larutan CuSO₄. Berapa gram tembaga yang terdeposit di katoda?
Pembahasan
Jumlah mol elektron (F) yang mengalir dapat digunakan untuk menentukan jumlah mol logam yang terdeposit. Persamaan Faraday untuk deposisi logam adalah:
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]
di mana:
– Q = jumlah muatan (dalam Coulomb)
– F = konstanta Faraday (96500 C/mol)
– z = jumlah elektron per mole reaksi.
Dalam kasus ini, Cu²⁺ menyerap dua elektron untuk menjadi Cu, jadi z = 2.
Jumlah mol tembaga yang terdeposit adalah:
\[ n = \frac{0.2 \text{ mol elektron}}{2} = 0.1 \text{ mol Cu} \]
Berat tembaga yang terdeposit:
\[ \text{massa Cu} = n \times \text{Mr} \]
dengan Mr adalah massa molar Cu (63.5 g/mol)
Jadi:
\[ \text{massa Cu} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \text{ gram} \]
Jadi, 6.35 gram tembaga akan terdeposit di katoda.
Contoh Soal 4: Elektrolisis Larutan KI
Pertanyaan
Elektrolisis larutan KI dilakukan menggunakan elektroda inert. Tuliskan reaksi yang terjadi di katoda dan anoda serta produk yang dihasilkan di masing-masing elektroda.
Pembahasan
1. Reaksi di Katoda:
Pada katoda, ion-ion yang terlibat adalah ion K⁺ dan H_2O. H_2O lebih mudah direduksi dibandingkan dengan ion K⁺.
“`
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
“`
Produk yang dihasilkan di katoda adalah gas hidrogen (H₂).
2. Reaksi di Anoda:
Pada anoda, ion-ion yang terlibat adalah ion I⁻ dan H_2O. Ion I⁻ lebih mudah teroksidasi dibandingkan dengan ion H_2O.
“`
2I⁻(aq) → I₂(s) + 2e⁻
“`
Produk yang dihasilkan di anoda adalah iodin (I₂).
Jadi, pada elektrolisis larutan KI, produk yang dihasilkan di katoda adalah gas hidrogen (H₂) dan di anoda adalah iodin (I₂).
Penutup
Pemahaman yang baik tentang prinsip dan aplikasi sel elektrolisis sangat penting bagi siswa kimia dan profesional di berbagai bidang seperti metalurgi, produksi kimia, dan industri energi. Melalui artikel ini, beberapa contoh soal elektrolisis dan pembahasannya telah disajikan untuk membantu memperkuat pemahaman tersebut. Harapannya, penguasaan konsep dasar ini dapat membantu memecahkan berbagai masalah praktis dan teoritis yang mungkin dihadapi di dunia nyata.
