Pembahasan Soal OSP Kimia 2011 - Bagian Essay Nomor 5

Jumat, 15 Maret 2019 edit

Berikut ini pembahasan soal ala urip.info dari Soal Olimpiade Sains Tingkat Provinsi Bidang Kimia Tahun 2011 yang dibahas satu persatu untuk soal essay. Ikuti pembahasan nomor lain pada tulisan berikutnya. Mohon koreksi dari pembaca bila terdapat uraian yang tidak tepat.


Soal 5 – Pelapisan Logam dan Pencegahan Korosi (14 Poin)
Teknik yang umum untuk mencegah terjadinya pengkaratan (korosi) logam adalah dengan cara melapiskan logam lain (elektrodeposisi) di permukaan logam yang rentan korosi tersebut.

Anda mempunyai sebatang pipa logam besi yang berbentuk silinder dengan panjang 0,260 m dan radius 17 mm.  Untuk memperlambat korosi, anda hendak melapiskan logam Ni dengan tebal 300 μm dipermukaan pipa besi silinder tersebut (termasuk ujungnya) dengan cara elektrodeposisi (elektrolisis). urip.info

Sel elektrokimia yang digunakan untuk proses pelapisan ini mengandung 4,20 kg NiSO4.7H2O dan 6,80 L air. Arus yang digunakan untuk proses elektrodeposisi ini adalah 2,1 Ampere.  urip.info

Diketahui densitas air = 1 g cm–3; densitas Ni(s) = 8,9 g cm–3.
Luas lingkaran A = π r2 ;
Volume silinder, V = π r2 h ;
π = 3,142857.  urip.info
  1. Tuliskan persamaan setengah reaksi yang terjadi di elektroda dan reaksi keseluruhan yang terjadi dalam sel elektrolisis ini.  urip.info
  2. Hitunglah persentase massa nikel sulfat dalam larutan elektrolit pada saat awal dan akhir reaksi.  urip.info
  3. Berapa jam waktu yang dibutuhkan untuk melapiskan batang silinder
Pembahasan Soal OSP Kimia 2011 Bagian Essay Nomor 5

5a. Tuliskan persamaan setengah reaksi yang terjadi di elektroda dan reaksi keseluruhan yang terjadi dalam sel elektrolisis ini.

Elektrolisis larutan NiSO4
Spesi yang terdapat dalam larutan NiSO4 adalah Ni2+, SO42, H2O
Di katoda terjadi reaksi reduksi ion Ni2+(aq) menjadi Ni(s). Di anoda terjadi oksidasi H2O menjadi ion larutan H+ dan gas oksigen.  urip.info

Reduksi di katoda:  urip.info
2Ni2+(aq) + 4e→ 2Ni(s)
Oksidasi di anoda:
2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e
Redoks: 2Ni2+(aq) + 2H2O(l)  → 2Ni(s) + 4H+(aq) + O2(g)

Reaksi keseluruhan:  urip.info
2NiSO4(aq) + 2H2O(l) → 2Ni(s) + 2H2SO4(aq) + O2(g)

5b. Hitunglah persentase massa nikel sulfat dalam larutan elektrolit pada saat awal dan akhir reaksi.
Ni dalam larutan akan berkurang karena akan mengendap pada permukaan pipa logam besi.

Perhitungan massa larutan elektrolit dalam larutan:Massa molar NiSO4  = 155 g/mol
Massa molar NiSO4.7H2O = 281 g/mol  urip.info

Sel elektrokimia yang digunakan untuk proses pelapisan ini mengandung 4,20 kg NiSO4.7H2O dan 6,80 L air.  urip.info
Konversi satuan massa NiSO4.7H2O ke satuan mol:
4,20 kg NiSO4.7H2O =  4.200 g NiSO4.7H2O

n NiSO4.7H2O = $\mathsf{\dfrac{4{,}200~g}{281~g/mol}}$

n NiSO4.7H2O = 14,95 mol
 urip.info
Perhitungan massa NiSO4:
NiSO4.7H2O → NiSO4 + 7H2O
n NiSO4 = n NiSO4.7H2O
n NiSO4 = 14,95 mol

Konversi satuan mol ke gram untuk NiSO4:
m NiSO4 = 14,95 mol × 155 g/mol
m NiSO4 = 2.317,25 g

Massa awal larutan elektrolit = m NiSO4.7H2O + m air
Massa awal larutan elektrolit = (4,20 + 6,80) kg
Massa awal larutan elektrolit = 11,00 kg = 11.000 g
 urip.info
Persentase massa awal NiSO4 dalam larutan:
$\mathsf{\dfrac{2317{,}25~g }{11{.}000~g/mol}\times 100\% = 21{,}10\% }$

Perhitungan luas permukaan pipa besi:
Volume silinder sebelum dilapisi Ni
ro = 17 mm = 1,7 cm
ho = 0,260 m = 26 cm
 urip.info
Vo = πo ro2 ho
Vo = 3,142857 × (1,7 cm)2 × 26 cm
Vo = 236,15 cm3

Volume silinder setelah dilapisi Ni:
Ketebalan Ni = 300 μm = 0,03 cm
r1 =  ro + ketebalan Ni
r1 =  1,7 cm + 0,03 cm
r1 =  1,73 cm

h1 =  ho + ketebalan Ni ujung 1 dan ujung 2
h1 =  26 cm + 2×0,3 cm
h1 =  26,06 cm

V1 = π1 r12 h1
V1 = 3,142857 × (1,73 cm)2 × 26,06 cm
V1 = 245,13 cm3
 urip.info
Perhitungan volume lapisan logan Ni (VNi):
VNi = V1 – V0
VNi = (245,13  – 236,15) cm3
VNi = 8,98 cm3

Massa Ni yang digunakan untuk pelapisan (mNi):
(m Ni) = densitas Ni × VNi
(m Ni) = 8,9 g cm–3× 8,98 cm3
(m Ni) = 79,92 g
 urip.info
Konversi satuan gram Ni ke satuan mol Ni:

n Ni = $\mathsf{\dfrac{m_{Ni}}{massa~molar_{Ni}}}$

n Ni = $\mathsf{\dfrac{79{,}92~g}{58{,}7~g/mol}}$

n Ni = 1,36 mol  urip.info

Berdasarkan persamaan reaksi setara:
2NiSO4(aq) + 2H2O(l) → 2Ni(s) + 2H2SO4(aq) + O2(g)
Dapat dihitung gas oksigen yang menguap selama elektrolisis:
n O2 = ½ n Ni = ½ 1,36 mol = 0,68 mol

Massa gas oksigen yang menguap:
m O2 = n O2 × massa molar O2
m O2 = 0,68 mol × 32 g/mol
m O2 = 21,76 g  urip.info

Total pengurangan masaa larutan = massa Ni yang menjadi pelapis + massa oksigen yang menguap = 79,92 g + 21,76 g = 101,68 g

Massa akhir larutan = massa larutan awal – pengurangan massa larutan
Massa akhir larutan = 11.000 g – 101,68 g
Massa akhir larutan = 10.898,32 g
 urip.info
n NiSO4 untuk pelapisan logam = n Ni untuk pelapisan = 1,36 mol

n NiSO4 akhir = n NiSO4 awal – n NiSO4 untuk pelapisan
n NiSO4 akhir = 14,95 mol – 1,36 mol
n NiSO4 akhir = 13,59 mol
 urip.info
m NiSO4 akhir = n NiSO4 akhir × massa molar NiSO4
m NiSO4 akhir = 13,59 mol × 155 g/mol
m NiSO4 akhir = 13,59 mol × 155 g/mol
m NiSO4 akhir = 2.106,45 g
 urip.info
Persentase massa nikel sulfat dalam larutan elektrolit pada saat awal dan akhir reaksi (% Ni)

% Ni = $\mathsf{\dfrac{m~NiSO_4~akhir}{ Massa~akhir~larutan}\times 100\%}$

% Ni = $\mathsf{\dfrac{2{.}106{,}45~g}{10{.}898{,}32 g } times 100\%}$

% Ni = 19,33 %  urip.info

5c. Berapa jam waktu yang dibutuhkan untuk melapiskan batang silinder
Reduksi di katoda:
Ni2+(aq) + 2e→ 2Ni(s)
Dari proses hitung diketahui massa Ni yang digunakan untuk pelapisan (m Ni = 79,92 g).
massa molar Ni = 58,7 g/mol; I = 2,1 Ampere; jumlah elektron untuk reduksi Ni = 2.

Perhitungan massa ekuivalen Ni:
e = $\mathsf{\dfrac{massa~molar~Ni}{jumlah~elektron}}$
e = $\mathsf{\dfrac{58,7}{2}}$
e = 29,35  urip.info

Perhitungan waktu elektrolisis:
m = $\mathsf{\dfrac{e\times i \times t} {96{.}500}}$

t = $\mathsf{\dfrac{m\times 96{.}500}{e\times i}}$

t = $\mathsf{\dfrac{79{,}92 \times 96{.}500}{29{,}35 \times 2{,1}}}$

t = 125.128,26 detik
t = 125.128,26 detik × 1 jam/3.600 detik
t = 34,76 jam  urip.info

CMIIW
Urip Rukim.

 urip.info
Pembahasan soal OSP Kimia 2011:
Bagikan di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

 
Copyright © 2015-2019 Urip dot Info | Disain Template oleh Herdiansyah Dimodivikasi Urip.Info