Soal-soal Elektrolisis 1 dan Pembahasannya

Soal #1 Bilangan Oksidasi dan Identifikasi Elektrolit

Suatu percobaan elektrolisis, 0,01 mol krom telah diendapkan pada katode ketika 0,06 mol elektron dilewatkan suatu larutan elektrolit yang mengandung krom. Apakah elektrolit yang digunakan dalam percobaan tersebut?

• A. CrCl₃
• B. CrF₄
• C. CrF₅
• D. Na₂Cr₂O₇ ✓
• E. Cr₂O₃

📖 Lihat Pembahasan

Langkah 1 Tentukan jumlah elektron yang dibutuhkan per mol Cr yang diendapkan.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{e^-} \text{ per mol Cr} &= \frac{0{,}06 \text{ mol } e^-}{0{,}01 \text{ mol Cr}} \\ &= 6 \text{ mol } e^- / \text{mol Cr} \end{aligned}\)

Langkah 2 Reaksi di katode (reduksi) yang membutuhkan 6 elektron per atom Cr:

\(\text{Cr}^{6+}_{(aq)} + 6e^- \rightarrow \text{Cr}_{(s)}\)

Langkah 3 Periksa bilangan oksidasi Cr pada setiap pilihan:

Senyawa	Bilangan Oksidasi Cr
CrCl3	+3
CrF4	+4
CrF5	+5
Na2Cr2O7	+6 ✓
Cr2O3	+3

Pada Na₂Cr₂O₇: biloks Cr dihitung dari \(2(+1) + 2x + 7(-2) = 0 \Rightarrow x = +6\).

Jawaban: D. Na₂Cr₂O₇

Soal #2 Elektrolisis Leburan Al₂O₃ – Volume Gas di STP

Dalam elektrolisis leburan Al₂O₃ menggunakan elektrode inert, berapakah volume gas yang dibebaskan (diukur pada keadaan s.t.p) ketika arus sebesar 8 ampere dialirkan melalui elektrolit tersebut selama 100 menit?

• A. 2,8 L ✓
• B. 8,4 L
• C. 11,2 L
• D. 22,4 L
• E. 33,6 L

📖 Lihat Pembahasan

Langkah 1 Hitung muatan listrik total (Q) yang mengalir.

\(\displaystyle\begin{aligned} Q &= I \times t \\ &= 8 \text{ A} \times (100 \times 60) \text{ s} \\ &= 8 \times 6000 \\ &= 48{.}000 \text{ C} \end{aligned}\)

Langkah 2 Konversi coulomb ke Faraday.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{F} &= \frac{Q}{96{.}500 \text{ C/F}} \\ &= \frac{48{.}000}{96{.}500} \\ &\approx 0{,}5 \text{ Faraday} \end{aligned}\)

Langkah 3 Reaksi di anode (oksidasi anion O²⁻):

\(2\text{O}^{2-}_{(l)} \rightarrow \text{O}_{2(g)} + 4e^-\)

Artinya: 4 Faraday menghasilkan 1 mol O₂.

Langkah 4 Hitung mol O₂ yang dihasilkan.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{O}_2} &= \frac{n_F}{4} \\ &= \frac{0{,}5}{4} \\ &= 0{,}125 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 5 Hitung volume O₂ pada s.t.p (1 mol = 22,4 L).

\(\displaystyle\begin{aligned} V_{\text{O}_2} &= n \times 22{,}4 \text{ L/mol} \\ &= 0{,}125 \times 22{,}4 \\ &= 2{,}8 \text{ L} \end{aligned}\)

Jawaban: A. 2,8 L

Soal #3 Elektrolisis H₂SO₄ Encer – Volume O₂ di RTP

Larutan asam sulfat encer dielektrolisis. Berapakah volume oksigen yang dibentuk ketika 2 mol elektron dialirkan dari satu elektrode ke elektrode yang lain? Volume oksigen diukur pada keadaan r.t.p di mana setiap 1 mol gas setara dengan 24 L.

• A. 3 L
• B. 6 L
• C. 12 L ✓
• D. 24 L
• E. 36 L

📖 Lihat Pembahasan

Reaksi Anode Pada larutan H₂SO₄ encer, yang teroksidasi di anode adalah H₂O:

\(2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 4\text{H}^+_{(aq)} + \text{O}_{2(g)} + 4e^-\)

Perbandingan koefisien: 4 mol e⁻ menghasilkan 1 mol O₂.

Perhitungan Hitung mol O₂ dari 2 mol elektron.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{O}_2} &= \frac{1}{4} \times n_{e^-} \\ &= \frac{1}{4} \times 2 \text{ mol} \\ &= 0{,}5 \text{ mol} \end{aligned}\)

\(\displaystyle\begin{aligned} V_{\text{O}_2} &= n \times 24 \text{ L/mol} \\ &= 0{,}5 \times 24 \\ &= 12 \text{ L} \end{aligned}\)

Jawaban: C. 12 L

Soal #4 Elektrolisis AgNO₃ – Jumlah Elektron (Bilangan Avogadro)

Larutan perak nitrat dielektrolisis. Berapakah elektron yang dibutuhkan untuk mengendapkan 1,08 g perak pada katode? Diketahui Ar Ag = 108 dan L = tetapan Avogadro.

• A. L/200
• B. L/100 ✓
• C. L/50
• D. L/10
• E. L

📖 Lihat Pembahasan

Reaksi Katode

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

Perbandingan 1:1, sehingga mol e⁻ = mol Ag.

Langkah 1 Hitung mol Ag yang mengendap.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{Ag}} &= \frac{m_{\text{Ag}}}{M_{\text{Ag}}} \\ &= \frac{1{,}08 \text{ g}}{108 \text{ g/mol}} \\ &= 0{,}01 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung jumlah elektron (partikel).

\(\displaystyle\begin{aligned} N_{e^-} &= n_{e^-} \times L \\ &= 0{,}01 \times L \\ &= \frac{L}{100} \end{aligned}\)

Jawaban: B. L/100

Soal #5 Identifikasi Logam dari Data Coulomb dan Mol Endapan

Ketika 193 Coulomb arus listrik dialirkan melalui leburan senyawa suatu logam, 1 × 10⁻³ mol atom logam mengendap di katode. Manakah logam yang dimaksud?

• A. Cu dan Pb ✓
• B. Ag dan Cu
• C. Ag dan Al
• D. Al dan Pb
• E. Na dan Mg

📖 Lihat Pembahasan

Langkah 1 Konversi coulomb ke Faraday.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_F &= \frac{193 \text{ C}}{96{.}500 \text{ C/F}} \\ &= 2 \times 10^{-3} \text{ Faraday} \end{aligned}\)

Langkah 2 Tentukan muatan ion logam (n).

\(\displaystyle\begin{aligned} n &= \frac{n_F}{n_{\text{logam}}} \\ &= \frac{2 \times 10^{-3} \text{ F}}{1 \times 10^{-3} \text{ mol}} \\ &= 2 \end{aligned}\)

Jadi logam yang dicari adalah yang membentuk ion bermuatan +2.

Langkah 3 Identifikasi dari pilihan:

\(\text{Ag}^+ + e^- \rightarrow \text{Ag} \quad (n=1)\)
\(\text{Al}^{3+} + 3e^- \rightarrow \text{Al} \quad (n=3)\)
\(\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu} \quad (n=2)\ \checkmark\)
\(\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb} \quad (n=2)\ \checkmark\)
\(\text{Na}^{+} + e^- \rightarrow \text{Na} \quad (n=1)\)
\(\text{Mg}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Mg} \quad (n=2)\)

Pasangan dengan n = 2 dari opsi yang tersedia: Cu dan Pb.

Jawaban: A. Cu dan Pb

Soal #6 Elektrolisis K₂Cr₂O₇ – Massa Cr yang Diproduksi

Berapakah massa logam krom yang dapat diproduksi dari elektrolisis K₂Cr₂O₇ selama 2 jam dengan arus sebesar 15,0 A? Diketahui Ar Cr = 52.

📖 Lihat Pembahasan

Langkah 1 Konversi waktu ke detik.

\(\displaystyle\begin{aligned} t &= 2 \text{ jam} \times 60 \frac{\text{menit}}{\text{jam}} \times 60 \frac{\text{detik}}{\text{menit}} \\ &= 7{.}200 \text{ detik} \end{aligned}\)

Langkah 2 Hitung muatan listrik total (Q).

\(\displaystyle\begin{aligned} Q &= I \times t \\ &= 15{,}0 \text{ A} \times 7{.}200 \text{ s} \\ &= 108{.}000 \text{ C} \end{aligned}\)

Langkah 3 Konversi ke Faraday.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_F &= \frac{108{.}000 \text{ C}}{96{.}500 \text{ C/F}} \\ &\approx 1{,}119 \text{ Faraday} \end{aligned}\)

Langkah 4 Tentukan bilangan oksidasi Cr dalam K₂Cr₂O₇:

\(\displaystyle\begin{aligned} 2(+1) + 2x + 7(-2) &= 0 \\ 2 + 2x - 14 &= 0 \\ x &= +6 \end{aligned}\)

Reaksi di katode:  \(\text{Cr}^{6+} + 6e^- \rightarrow \text{Cr}\)

Setiap 1 mol Cr membutuhkan 6 Faraday.

Langkah 5 Hitung mol Cr yang diendapkan.

\(\displaystyle\begin{aligned} n_{\text{Cr}} &= \frac{n_F}{6} \\ &= \frac{1{,}119}{6} \\ &= 0{,}1865 \text{ mol} \end{aligned}\)

Langkah 6 Hitung massa Cr.

\(\displaystyle\begin{aligned} m_{\text{Cr}} &= n_{\text{Cr}} \times M_{\text{Cr}} \\ &= 0{,}1865 \text{ mol} \times 52 \text{ g/mol} \\ &\approx 9{,}70 \text{ g} \end{aligned}\)

Massa Cr = 9,70 gram