Soal-soal Elektrolisis 2, Hukum Faraday dan Pembahasannya

Pembahasan soal elektrolisis dan Hukum Faraday dengan menggunakan variabel muatan, kuat arus, waktu elektrolisis, massa zat yang mengendap, volume gas yang dihasilkan untuk keadaan STP dan RTP. Bila kurang jelas bisa menyimak penjelasan memalui video yang tersedia pada setiap nomor.

Hukum Faraday: \(w = e \cdot F\)  |  \(e = \dfrac{M_r}{n}\)  |  \(F = \dfrac{i \cdot t}{96{.}500}\)  |  \(n_{e^-} = \dfrac{Q}{96{.}500}\)

Soal #1 Massa Cu dari Elektrolisis CuSO₄ – Pendekatan Massa Ekuivalen

Hitunglah massa tembaga yang diendapkan di katode pada elektrolisis larutan CuSO₄ menggunakan muatan listrik sebesar 0,5 F! Diketahui 1 F = 96.500 C/mol, Ar Cu = 64.

📖 Lihat Pembahasan

Ionisasi

\(\text{CuSO}_4 \rightarrow \text{Cu}^{2+} + \text{SO}_4^{2-}\)

Reaksi Katode (reduksi kation)

\(\text{Cu}^{2+}_{(aq)} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}_{(s)}\)

Perhitungan Hitung massa ekuivalen (e) Cu, lalu gunakan rumus \(w = e \cdot F\).

\(\displaystyle\begin{aligned} e_{\text{Cu}} &= \frac{A_r\,\text{Cu}}{n} = \frac{64}{2} = 32 \text{ g/ekuivalen}\\[10pt] w &= e \times F \\[10pt] &= 32 \text{ g/ekuivalen} \times 0{,}5 \text{ F} \\[10pt] &= 16 \text{ g} \end{aligned}\)

Massa Cu = 16 gram

Video penjelasan Soal #1

Soal #2 Mol Gas H₂ dari Elektrolisis Larutan Asam

Berapakah banyaknya gas hidrogen yang terbentuk dari elektrolisis larutan asam selama 5 menit dengan menggunakan arus listrik sebesar 965 mA? (1 F = 96.500 C/mol)

📖 Lihat Pembahasan

Reaksi Katode

\(2\text{H}^+_{(aq)} + 2e^- \rightarrow \text{H}_{2(g)}\)

Langkah 1 Konversi satuan dan hitung muatan listrik (Q).

\(\displaystyle\begin{aligned} t &= 5 \text{ menit} \times 60 \text{ s/menit} = 300 \text{ s} \\[10pt] i &= 965 \text{ mA} \times \frac{1 \text{ A}}{1000 \text{ mA}} = 0{,}965 \text{ A} \\[10pt] Q &= i \times t = 0{,}965 \times 300 = 289{,}5 \text{ C} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung mol elektron.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{e^-} &= \frac{Q}{96{.}500 \text{ C/mol}} \\[10pt] &= \frac{289{,}5}{96{.}500} \\[10pt] &= 3 \times 10^{-3} \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 3 Hitung mol H₂ berdasarkan perbandingan koefisien.

\(\displaystyle\begin{aligned} \frac{n_{\text{H}_2}}{n_{e^-}} &= \frac{\text{koef. H}_2}{\text{koef. }e^-} = \frac{1}{2} \\[10pt] n_{\text{H}_2} &= \frac{1}{2} \times n_{e^-} \\[10pt] &= \frac{1}{2} \times 3 \times 10^{-3} \\[10pt] &= 1{,}5 \times 10^{-3} \text{ mol} \end{aligned}\)

Mol H₂ = 1,5 × 10⁻³ mol

Video penjelasan Soal #2

Soal #3 Massa Ni dari Elektrolisis NiSO₄

Bila ke dalam larutan NiSO₄ dialirkan listrik sebesar 0,1 F dan Ar Ni = 59, maka di katode akan diperoleh logam Ni berapa gram?

📖 Lihat Pembahasan

Ionisasi

\(\text{NiSO}_4 \rightarrow \text{Ni}^{2+} + \text{SO}_4^{2-}\)

Reaksi Katode

\(\text{Ni}^{2+}_{(aq)} + 2e^- \rightarrow \text{Ni}_{(s)}\)

Perhitungan

\(\displaystyle\begin{aligned} e_{\text{Ni}} &= \frac{A_r\,\text{Ni}}{n} = \frac{59}{2} = 29{,}5 \text{ g/ekuivalen} \\[8pt] w &= e \times F \\ &= 29{,}5 \times 0{,}1 \\ &= 2{,}95 \text{ g} \end{aligned}\)

Massa Ni = 2,95 gram

Video penjelasan Soal #3

Soal #4 Volume O₂ di Anode dari Elektrolisis Cu(NO₃)₂

Dalam elektrolisis larutan Cu(NO₃)₂ dengan elektroda inert, 1,27 gram Cu (Ar Cu = 63,5) diendapkan. Volume gas yang dihasilkan di anode pada 1 atm, 0 °C adalah ...

📖 Lihat Pembahasan

Reaksi Sel

Katode: \(\quad 2\text{Cu}^{2+} + 4e^- \longrightarrow 2\text{Cu}\)
Anode: \(\quad 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 4\text{H}^+ + \text{O}_2 + 4e^-\)
Netto: \(\quad 2\text{Cu}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{Cu} + 4\text{H}^+ + \text{O}_2\)

Langkah 1 Hitung mol Cu yang mengendap.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{Cu}} &= \frac{m}{M_r} = \frac{1{,}27 \text{ g}}{63{,}5 \text{ g/mol}} = 0{,}02 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung mol O₂ berdasarkan perbandingan koefisien.

\(\displaystyle\begin{aligned} \frac{n_{\text{O}_2}}{n_{\text{Cu}}} &= \frac{1}{2} \\[10pt] n_{\text{O}_2} &= \frac{1}{2} \times 0{,}02 = 0{,}01 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 3 Hitung volume O₂ pada STP (0 °C, 1 atm).

\(\displaystyle\begin{aligned} V_{\text{O}_2} &= n \times 22{,}4 \text{ L/mol} \\[10pt] &= 0{,}01 \times 22{,}4 \\[10pt] &= 0{,}224 \text{ L} \end{aligned}\)

Volume O₂ = 0,224 L

Video penjelasan Soal #4

Soal #5 Massa Cu di Katode dari Volume O₂ di Anode (CuSO₄)

Dalam elektrolisis larutan CuSO₄ dengan elektroda inert, dihasilkan 224 mL gas di anode (STP). Massa endapan yang didapat di katode adalah ... (Ar Cu = 63,5)

📖 Lihat Pembahasan

Reaksi Sel

Katode: \(\quad 2\text{Cu}^{2+} + 4e^- \longrightarrow 2\text{Cu}\)
Anode: \(\quad 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 4\text{H}^+ + \text{O}_2 + 4e^-\)
Netto: \(\quad 2\text{Cu}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{Cu} + 4\text{H}^+ + \text{O}_2\)

Langkah 1 Hitung mol O₂ dari volume STP.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{O}_2} &= \frac{V}{22{,}4 \text{ L/mol}} = \frac{0{,}224 \text{ L}}{22{,}4} = 0{,}01 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung mol Cu berdasarkan perbandingan koefisien.

\(\displaystyle\begin{aligned} \frac{n_{\text{Cu}}}{n_{\text{O}_2}} &= \frac{2}{1} \\[10pt] n_{\text{Cu}} &= 2 \times 0{,}01 = 0{,}02 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 3 Hitung massa Cu.

\(\displaystyle\begin{aligned} m_{\text{Cu}} &= n \times M_r \\[10pt] &= 0{,}02 \times 63{,}5 \\[10pt] &= 1{,}27 \text{ g} \end{aligned}\)

Massa Cu = 1,27 gram

Video penjelasan Soal #5

Soal #6 Menentukan Ar Logam L dari Data Elektrolisis LSO₄

Dalam elektrolisis larutan LSO₄ dengan elektrode inert, dihasilkan 448 mL gas di anode (STP) dan 2,56 gram endapan logam L di katode. Ar L adalah ...

📖 Lihat Pembahasan

Reaksi Sel Logam L dalam LSO₄ bermuatan +2, sehingga:

Katode: \(\quad 2\text{L}^{2+} + 4e^- \longrightarrow 2\text{L}\)
Anode: \(\quad 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 4\text{H}^+ + \text{O}_2 + 4e^-\)
Netto: \(\quad 2\text{L}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O} \longrightarrow 2\text{L} + 4\text{H}^+ + \text{O}_2\)

Langkah 1 Hitung mol O₂.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{O}_2} &= \frac{0{,}448 \text{ L}}{22{,}4 \text{ L/mol}} = 0{,}02 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung mol L berdasarkan perbandingan koefisien.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{L}} &= 2 \times n_{\text{O}_2} = 2 \times 0{,}02 = 0{,}04 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 3 Hitung massa molar L (= Ar L karena logam).

\(\displaystyle\begin{aligned} M_r(\text{L}) &= \frac{m_{\text{L}}}{n_{\text{L}}} \\[10pt] &= \frac{2{,}56 \text{ g}}{0{,}04 \text{ mol}} \\[10pt] &= 64 \text{ g/mol} \end{aligned}\)

Ar L = 64 (logam tembaga, Cu)

Video penjelasan Soal #6

Soal #7 Waktu Elektrolisis KHF₂ untuk Menghasilkan F₂ Tertentu

Fluorin dapat diperoleh dari elektrolisis leburan KHF₂, sesuai reaksi:
\(\text{HF}_2^- \longrightarrow \text{HF} + \tfrac{1}{2}\text{F}_2 + e^-\)
Waktu yang diperlukan untuk memperoleh 26,88 liter F₂ pada 0 °C, 1 atm dengan arus 10 ampere adalah ... (Ar F = 19)

📖 Lihat Pembahasan

Dari persamaan reaksi: setiap 1 mol e⁻ menghasilkan ½ mol F₂, sehingga 1 mol F₂ membutuhkan 2 mol e⁻.

Langkah 1 Hitung mol F₂.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{F}_2} &= \frac{V}{22{,}4 \text{ L/mol}} = \frac{26{,}88}{22{,}4} = 1{,}2 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung mol elektron yang diperlukan.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{e^-} &= 2 \times n_{\text{F}_2} = 2 \times 1{,}2 = 2{,}4 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 3 Hitung waktu dari \(n_{e^-} = \dfrac{i \cdot t}{96{.}500}\).

\(\displaystyle\begin{aligned} t &= \frac{n_{e^-} \times 96{.}500}{i} \\[10pt] &= \frac{2{,}4 \times 96{.}500}{10} \\[10pt] &= 23{.}160 \text{ detik} \\[10pt] &= 386 \text{ menit} \end{aligned}\)

Waktu = 23.160 detik (386 menit)

Video penjelasan Soal #7

Soal #8 Volume F₂ dari Elektrolisis KHF₂ dengan Arus dan Waktu Diketahui

Fluorin dapat diperoleh dari elektrolisis leburan KHF₂, sesuai persamaan reaksi:
\(\text{HF}_2^- \longrightarrow \text{HF} + \tfrac{1}{2}\text{F}_2 + e^-\)
Jika arus listrik yang digunakan 20 A selama 29 menit, volume gas fluorin yang dihasilkan adalah ... (diukur pada 0 °C, 1 atm; Ar F = 19)

📖 Lihat Pembahasan

Langkah 1 Hitung mol elektron.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{e^-} &= \frac{i \times t}{96{.}500} \\[10pt] &= \frac{20 \times (29 \times 60)}{96{.}500} \\[10pt] &= \frac{20 \times 1{.}740}{96{.}500} \\[10pt] &= \frac{34{.}800}{96{.}500} \\[10pt] &\approx 0{,}36 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung mol F₂.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{F}_2} &= \frac{1}{2} \times n_{e^-} \\[10pt] &= \frac{1}{2} \times 0{,}36 \\[10pt] &= 0{,}18 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 3 Hitung volume F₂ pada STP.

\(\displaystyle\begin{aligned} V_{\text{F}_2} &= n \times 22{,}4 \text{ L/mol} \\[10pt] &= 0{,}18 \times 22{,}4 \\[10pt] &= 4{,}032 \text{ L} \end{aligned}\)

Volume F₂ ≈ 4,03 L

Video penjelasan Soal #8

Soal #9 Muatan Listrik untuk Menghasilkan Volume F₂ Tertentu

Fluorin dapat diperoleh dari elektrolisis leburan KHF₂, sesuai persamaan reaksi:
\(\text{HF}_2^- \longrightarrow \text{HF} + \tfrac{1}{2}\text{F}_2 + e^-\)
Untuk menghasilkan gas fluorin sebanyak 2,24 liter (STP), muatan listrik yang diperlukan adalah ... (1 F = 96.500 C)

📖 Lihat Pembahasan

Langkah 1 Hitung mol F₂.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{F}_2} &= \frac{2{,}24 \text{ L}}{22{,}4 \text{ L/mol}} = 0{,}1 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung mol elektron yang diperlukan.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{e^-} &= 2 \times n_{\text{F}_2} = 2 \times 0{,}1 = 0{,}2 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 3 Hitung muatan listrik total (Q).

\(\displaystyle\begin{aligned} Q &= n_{e^-} \times 96{.}500 \text{ C/mol} \\[10pt] &= 0{,}2 \times 96{.}500 \\[10pt] &= 19{.}300 \text{ C} \end{aligned}\)

Muatan listrik Q = 19.300 C

Video penjelasan Soal #9

Soal #10 Volume H₂ dari H₂SO₄ Encer dengan Muatan Listrik Sama seperti Elektrolisis Cu²⁺

Dalam elektrolisis, sejumlah 3,18 gram Cu (Ar Cu = 63,5) diendapkan di katode dari larutan Cu²⁺(aq) dengan elektroda inert. Jika jumlah listrik yang digunakan sama, volume gas H₂ yang dihasilkan dari elektrolisis larutan H₂SO₄ encer pada 27 °C, 760 mmHg adalah ... (R = 0,08 L·atm/mol·K)

📖 Lihat Pembahasan

Reaksi Katode

Elektrolisis Cu²⁺:  \(\text{Cu}^{2+} + 2e^- \longrightarrow \text{Cu}\)
Elektrolisis H₂SO₄:  \(2\text{H}^+ + 2e^- \longrightarrow \text{H}_2\)

Kedua reaksi membutuhkan 2 elektron per mol produk, sehingga dengan jumlah muatan yang sama, mol H₂ = mol Cu.

Langkah 1 Hitung mol Cu (= mol H₂).

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{Cu}} &= \frac{m}{M_r} = \frac{3{,}18}{63{,}5} = 0{,}050 \text{ mol} \\[6pt] n_{\text{H}_2} &= n_{\text{Cu}} = 0{,}050 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung volume H₂ pada 27 °C dan 760 mmHg (= 1 atm) dengan hukum gas ideal.

\(\displaystyle\begin{aligned} T &= 27 + 273 = 300 \text{ K} \\ P &= 760 \text{ mmHg} = 1 \text{ atm} \\[8pt] V &= \frac{nRT}{P} \\ &= \frac{0{,}050 \times 0{,}08 \times 300}{1} \\ &= \frac{1{,}2}{1} \\ &= 1{,}2 \text{ L} \end{aligned}\)

Volume H₂ = 1,2 L

Video penjelasan Soal #10