Hukum Faraday:
Hukum dasar
elektrolisis ditulis oleh Michael Faraday. Hukum ini yang menyatakan
hubungan kuantitatif
antara massa zat yang dihasilkan dengan jumlah listrik yang digunakan.
1. Hukum Faraday I
Hukum Faraday I menyatakan bahwa massa zat yang dihasilkan (m)
sebanding dengan jumlah muatan listrik (Q) yang melewati
sel elektrolisis tersebut:
m = Q
Q = i x t
m = i x t
Keterangan : m : massa zat (gram)
Q : jumlah muatan listrik (Coulomb)
i : jumlah arus listrik (Ampera)
t : waktu (detik)
2. Hukum Faraday
II
Hukum Faraday II menyatakan massa zat yang dihasilkan (m)
sebanding dengan massa ekuivalen (e) zat tersebut pada saat
elektrolisis:
w = massa ekuivalen (e)
e = Ar / pbo
Ket : Ar : massa atom relatif
pbo : perubahan bilangan bilangan oksidasi
Hubungan hukum Faraday
I dan hukum Faraday II
1 F = 96500 C = 1
mol
Maka Rumus Faraday :
Mol = (I x t) / 96500
Massa logam yang
diendapkan :
Massa = e x F
Molal = ( e x I x t ) / (96500)
Soal:
1. Seorang
pengrajin perak ingin melapisi nampan dengan perak.
Pelapisan tersebut digunakan dengan mengelektrolisis larutan AgNO3
selama 1.930 detik dengan arus listrik sebesar 10 A. Jika massa jenis
perak 10,5 gcm-3 dan ketebalan lapisan perak yang
diinginkan adalah
0,01 cm, luas permukaan nampan yang telah terlapisi perak adalah….
(Ar Ag = 108 gcm-3)
A.
51,5 cm2
B.
103,0 cm2
C.
206,0 cm2
D.
309,0 cm2
E.
412,0 cm2
Penyelesaian:
AgNO3 (aq) →
Ag+ (aq) + NO3–(aq)
e
= Ar Ag/pbo Ag
= 108/1
= 108
m Ag =
e x i x t / 96.500
= 108 x 10 x 1.930 / 96.500
= 21,6 gram
Volume lapisan perak
yang dihasilkan
V = 21,6
gram/10,5 gcm-3 = 2,06 cm3
Volume lapisan perak =
luas permukaan x tebal
Luas permukaan
= volume/tebal
= 2,06 cm3/0,01 cm
= 206 cm2
Jadi, luas permukaan
nampan yang terlapisi perak adalah 206 cm2
2. Seorang
pengrajin perhiasan ingin menyepuh cincin perak dengan emas
agar lebih menarik. Pernyataan yang benar mengenai penyepuhan
perhiasan tersebut adalah….
A.
cincin perak bertindak sebagai anode
B.
logam emas bertindak sebagai katode
C.
logam emas akan mengendap di katode
D.
permukaan cincin perak lama-kelamaan terkikis
E.
reaksi yang terjadi di katode adalah Ag(s) → Ag+ (aq)
+ e
3. Sebanyak 1
liter larutan BaCl2 0,1 M dialiri arus listrik sebesar 5 A
selama 193 detik. Larutan yang terjadi mempunyai pH….
A.
1
B.
2
C.
10
D.
12
E.
13
Penyelesaian:
BaCl2 (aq) →
Ba2+ (aq) + 2Cl– (aq)
Katode :
2H2O (l) + 2e- → H2 (g)
+ 2OH– (aq)
Anode
: 2Cl–(aq) → Cl2 (aq)
+ 2e
F
= i x t / 96500
= 5 x 193 detik / 96500
= 0,01 Faraday
mol elektron
= F = 0,01 mol
n OH–
= n elektron = 0,01 mol
[ OH–]
= mol OH– / Volume
= 0,01 mol / 1L
= 0,01 M
pOH
= – log [ OH–]
= – log (0,01)
= 2
pH
= 14 – pOH
= 14 – 2
= 12
4. Proses
elektrolisis larutan titanium fluorida (TiFy) dengan elektrode inert
dan arus listrik sebesar 1,2 A selama 20 menit menghasilkan 0,179 gram
logam titanium. Muatan titanium dalam senyawa tersebut adalah….
(Ar Ti : 48 g mol-1)
A.
+1
B.
+2
C.
+3
D.
+4
E.
+5
Penyelesaian
TiFy (aq) → Tiy+ (aq)
+ yF– (aq)
Katode : Tiy+ (aq) + ye– →
Ti(s)
Anode : 2F– (aq) →
F2 (g) + 2e
e Ti = Ar Ti / pbo Ti
= 40 / y
m = e x i x t
/ 96.500
= 40/y x 1,2 x 1.200 / 96.500
0,179 = 69.120 / 96.500y
y = 4
5. Pada
elektrolisis larutan CdSO4 dengan menggunakan elektrode karbon
terbentuk endapan logam kadmium sebanyak 2,24 gram (Ar Cd = 112).
Volume oksigen yang dihasilkan jika diukur pada keadaan standar
adalah…
A.
0,112 liter
B.
0,224 liter
C.
0,336 liter
D. 0,448 liter
E.
0,56 liter
Jawab :
CdSO4 → Cd2+
+ SO42-
Katoda : Cd2+ +
2e →
Cd
x 2
Anoda : 2H2O →
4H+ + O2 +
4e x 1
Katoda : 2Cd2+
+ 4e → 2Cd
Anoda
: 2H2O → 4H+
+ O2 + 4e
2Cd2+ + 2H2O →
4H+ + O2 + 2Cd
mol Cd = massa / Mr
= 2,24 / 112
= 0,02 mol
mol O2 = ½ x mol Cd
= ½ x 0,02 mol
= 0,01 mol
Volume O2 (STP ) = mol O2 x
22,4
= 0,01 mol x 22, 4 L/mol
= 0,224 L (B)
6. Larutan AgNO3 dan
larutan CuSO4 dielektrolisis bersama-sama dengan
jumlah arus yang sama. Jika massa Ag yang mengendap di katoda
sebanyak
27 gram, massa tembaga yang mengendap adalah…
(Ar Ag:
108 dan Cu ; 64)
A.
2
B.
4
C.
6
D.
8
E.
10
Jawab:
AgNO3 → Ag+
+ NO3–
Katoda : Ag+ +
e → Ag
e = Ar Ag / biloks Ag
= 108 / 1
= 108
CuSO4 → Cu2+
+ SO42-
Katoda : Cu2+ +
2e → Cu
e = Ar Cu / biloks Cu
= 64/ 2
= 32
(massa
Ag / massa Cu) = ( e Ag / e Cu)
(27 gram
/ massa Cu) = (108 / 32)
massa Cu = 8 (D)
7. Arus listrik
sebesar 10 ampere dialirkan selama 16 menit dalam
larutan CuSO4 (Ar Cu: 63,5, S : 32, O= 16) dengan elektrode karbon.
Massa
tembaga yang dapat diendapkan di katoda adalah…
A.
1,58 gram
B.
2,39 gram
C.
3,16 gram
D.
6,32 gram
E.
8,23 gram
Jawab:
CuSO4 → Cu2+
+ SO42-
Katoda : Cu2+ +
2e → Cu
e = Ar Cu / biloks Cu
= 63,5/ 2
= 31,75
16
menit = 960 detik
w = ( e x i x t) / 96500
= ( 31,75 x 10 x 960 ) / 96500
= 3,158
= 3,16 (C)
8. Dalam sebuah
sel elektrolisis, ion perak akan direduksi menjadi perak
pada katode dan tembaga dioksidasi menjadi ion tembaga(II) pada anode.
Bila arus sebesar 13,5 ampere dilewatkan pada sel ini selama 60
menit,
maka berat tembaga (Ar: 63,5) yang terlarut adalah…
A.
63,5 gram
B.
32,0 gram
C.
16,0 gram
D.
0,5 gram
E.
0,01 gram
Jawab :
Katoda : Ag+ +
e → Ag
Anoda :
Cu → Cu2+
+ 2e
e = Ar Cu / biloks Cu
= 63,5/ 2
= 31,75
60
menit = 3600 detik
w = ( e x i x t) /
96500
= ( 31,75 x 13,5 x 3600 ) / 96500
= 15,99
= 16 (C)
9. Untuk
mengendapkan sebanyak 13 gram Cr (Ar Cr : 52) dari larutan CrCl3
dengan arus 3 ampere (1F : 96500) diperlukan waktu….
A.
67,0 jam
B.
33,5 jam
C.
26,8 jam
D.
13,4 jam
E.
6,7 jam
Jawab :
CrCl3 → Cr3+ + 3Cl–
Katoda : Cr3+ +
3e → Cr
e = Ar Cr / biloks Cr
= 52/ 3
= 17,3
w = ( e x i x t) / 96500
13 = ( 17,3 x 3 x t ) / 96500
t = 24171 detik
= 6,7 jam (E)
10. Bila ion Ag+ memerlukan
1,5 Faraday untuk mengubahnya menjadi logam
yang terendapkan, maka kalau ion Ag+ diganti ion Cu2+ untuk
mengendapkannya diperlukan….
A. 0,5 Faraday
B. 0,75 Faraday
C. 1,5 Faraday
D. 3 Faraday
E. 3,5 Faraday
Jawab:
1
F = 1 mol
1,5 F = 1,5 mol
Cu2+ + 2e → Cu
2e = 2 x 1,5 F
= 3 F (D)
11. Pada
elektrolisis lelehan ZnCl2 menggunakan elektrode platina dan
arus listrik sebesar 0,2 F akan dihasilkan….(Ar Zn : 65, Pt : 165)
A. endapan platina sebanyak 1,95 gram
B. endapan Zn sebanyak 6,5 gram
C. gas Cl2 sebanyak 1,12 L (STP)
D. gas Cl2 pada katode
E. gas H2 pada anode
Jawab:
ZnCl2 → Zn2+ + 2Cl–
Katoda : Zn2+ +
2e → Zn
1 F = 1 mol, jadi mol e adalah 0,2
mol Zn = ½ x mol e
= ½ x 0,2
= 0,1 mol
massa Zn = mol Zn x Ar Zn
=
0,1 mol x 65
=
6,5 gram (B)
12. Elektrolisis
larutan Ni(NO3)2 dan Pb(NO3)2 yang
disusun secara seri
menghasilkan endapan Pb sebanyak 2,07 gram. Jika Ar Ni = 59 dan
Ar Pb = 207, logam Ni yang mengendap sebanyak….gram
A. 0,59
B. 0,87
C. 4,14
D. 6,21
E. 1,17
Jawab:
Ni(NO3)2 → Ni2+
+ 2NO3–
Katoda : Ni2+ +
2e → Ni
e = Ar Ni / biloks Ni
= 59/ 2
= 29,5
Pb(NO3)2 → Pb2+
+ 2NO3–
Katoda : Pb2+ +
2e → Pb
e = Ar Pb / biloks Pb
= 207/ 2
= 103,5
(massa Ni / massa Pb) = ( e Ni / e Pb)
(massa Ni
/ 2,07 gram) = (29,5 / 103,5)
massa Ni = 0,59 gram (A)
13. Dalam
elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektrode inert dihasilkan
224 ml gas (STP) di anode, massa endapan yang didapat di katode
adalah….(Ar Cu: 63,5
A. 6,35 gram
B. 1,27 gram
C. 0,64 gram
D. 0,32 gram
E. 0,127 gram
Jawab:
CuSO4 → Cu2+
+ SO42-
Katoda : Cu2+ +
2e → Cu
x 2
Anoda : 2H2O →
4H+ + 4e + O2
x 1
Katoda : 2Cu2+ +
4e →
2Cu
Anoda : 2H2O →
4H+ + 4e + O2
2Cu2+
+ 2H2O → 2Cu + 4H+
+ O2
mol gas O2 yang dihasilkan pada anoda adalah
mol O2 = V / 22,4 L
= 0,224 L / 22,4 L
= 0,01 mol
mol
Cu = 2/1 x mol O2
= 2 x 0,01 mol
= 0,02 mol
massa Cu = mol x Ar Cu
= 0,02 mol x 63,5
=
1,27 gram (B)
14. Berapakah massa logam perak yang diendapkan jika arus listrik sebesar
5 ampere dialirkan ke dalam larutan AgNO3 selama
2 jam (Ar Ag : 108)…
A. 24,90 gram
B. 29,40 gram
C. 40,29 gram
D. 42,09 gram
E. 49,20 gram
Jawab:
AgNO3 → Ag+ + NO3–
Katoda : Ag+ + e → Ag
e = Ar Ag / biloks Ag
= 108 / 1
= 108
2 jam =
7200 detik
w = ( e x i x t) / 96500
= ( 108 x 5 x 7200 ) / 96500
= 40,29 gram (C)
15. Arus yang sama dialirkan ke dalam larutan AgNO3 dan
larutan CuSO4.
Bila massa perak yang di endapkan adalah 1,08 gram, maka
massa tembaga yang mengendap adalah….
(Ar Ag : 108 ; Cu : 63,5)
A. 0,3175 gram
B. 1,08 gram
C. 2,16 gram
D. 3,175 gram
E. 6,35 gram
Jawab:
AgNO3 →
Ag+ + NO3–
Katoda : Ag+ + e →
Ag
e = Ar Ag / biloks Ag
= 108 / 1
= 108
CuSO4 →
Cu2+ + SO42-
Katoda : Cu2+ +
2e → Cu
e = Ar Cu / biloks Cu
= 63,5/ 2
= 31,75
(massa
Ag / massa Cu) = ( e Ag / e Cu)
(1,08
gram / massa Cu) = (108 / 31,75)
massa Cu = 0,3175 gram (A)
16. Untuk mengendapkan 3,175 g Cu dari larutan CuSO4 2 M
(Ar Cu: 63,5 ;
S: 32, O: 16) dengan cara elektrolisis, diperlukan elektron
sejumlah….
A. 0,05 mol
B. 0,10 mol
C. 1,20 mol
D. 1,00 mol
E. 2,00 mol
Jawab:
CuSO4 →
Cu2+ + SO42-
Katoda : Cu2+ +
2e → Cu
mol
Cu = massa Cu / Ar
= 3,175 / 63,5
= 0,05 mol
mol e = 2/1 x mol Cu
= 2 x 0,05 mol
= 0,1 mol (B)
ESAY
1. Hitunglah
massa perak yang dapat dibebaskan oleh arus 10 ampere
yang dialirkan selama 5 menit ke dalam larutan AgNO3 (Ar
Ag = 108)
Jawab :
AgNO3 → Ag+ +
NO3–
Katoda : Ag + + e– →
Ag
e
= (Ar Ag/ elektron)
= (108 / 1)
= 108
waktu (t) = 5 menit x 60 = 300 s
m
= (e i t )/96500
= ( 108 . 10 A . 600 s) / 96500
= 3,35 gram
2. Aluminium
diperoleh dari elektrolisis lelehan Al2O3. Berapa
aluminium
yang dapat diperoleh setiap jam jika digunakan 100 ampere? (Ar Al = 27)
Jawab :
Al2O3 →
2 Al3+ + 3 O2-
Katoda : Al3+ +
3e Al
e = (Ar
Al / elektron)
= (27 / 3)
= 9
waktu
(t) = 1 jam = 3600 s
m
= (e i t )/96500
= ( 9 . 100 A . 3600 s) / 96500
= 33,57 gram
3. Sejumlah arus
dapat mengendapkan 1,08 gram perak dari larutan
perak nitrat (AgNO3). Jika arus yang sama di alirkan ke dalam
larutan
nikel sulfat (NiS04), berapa garam nikel dapat diendapkan ?
(Ar Ni = 59, Ag = 108)
Jawab :
AgNO3 → Ag+
+ NO3–
Katoda : Ag+ + e →
Ag
e
Ag = (Ar Ag/elektron)
= (108 / 1)
= 108
NiSO4 → Ni2+
+ SO42-
Katoda : Ni2+ + 2e →
Ni
e
Ni = (Ar Ni/elektron)
= (59 / 2)
= 29,5
(massa Ag / massa Ni) = (e Ag / e Ni)
(1,08/ massa Ni) = (108/63,5)
massa Ni
= 0,295 gram
4. Pada
elektrolisis larutan CuSO4 dihasilkan 25,4 gram endapan Cu
pada katode. Hitunglah volume gas H2 (0C, 1
atm) yang dibebaskan
pada elektrolisis larutan H2SO4 encer dengan
jumlah arus yang sama.
(Ar Cu = 63,5 ; O = 16)
Jawab :
1
F = 1 mol
CuSO4 → Cu2+
+ SO42-
mol Cu = massa Cu / Ar Cu
= 25,4 / 63,5
= 0,4 mol
Katode : Cu2+ + 2e →
Cu
maka mol e = 0,8 mol
H2SO4 →
2H+ + SO42-
Katode : 2H+ +
2e → H2
maka mol H2 = 0,4 mol
Jadi Volume H2 = mol H2 x V (STP)
= 0,4 mol x 22,4 L/mol
= 8,96 L
5. Arus sebesar
i ampere dapat mengendapkan 2,16 gram perak dari
larutan perak nitrat dalam 1 jam. Berap liter gas oksigen yang dapat
dihasilkan jika arus yang sama dialirkan ke dalam larutan asam sulfat
selama 2 jam? (Ar Ag = 108)
Jawab :
AgNO3 → Ag+
+ NO3–
Katoda : Ag+ +
e → Ag
mol Ag = massa Ag / Ar Ag
= (2,16 / 108 )
= 0,02 mol
waktu = 1 jam = 3600 s
maka mol e = 0,02 mol
mol e = ( i . t) / 96.500
0,02 = ( i . 3600) / 96.500
i = 0,536 A
H2SO4 →
2H+ + SO42-
Katode : 2H+ + 2e →
H2
Anode : 2H2O →
4H+ + 4e + O2
mol e = ( 0,536 A . 7200 s) / 96.500
= 0,04 mol
mol
O2 = 0,01 mol
Jadi Volume O2 (STP) = mol O2 x 22,4
= 0,01 mol x 22,4 L/mol
= 0,224 L
6. H2S
dapat dioksidasi oleh KMnO4 menghasilkan senyawa K2SO4
dan MnO2. Dalam reaksi tersebut setiap mol H2S
melepaskan
berapa elektron?
Jawab :
H2S
+ KMnO4 → K2SO4
+ MnO2
H2S
+ 4H2O → K2SO4 + 10H+ +
10e
Jadi elektron yang dihasilkan 1 mol H2S adalah 10
elektron
7. Arus listrik
sebesar 5 ampere dialirkan ke dalam 500 mL larutan
Cu(NO3)2 selama 2 jam. Hitunglah massa tembaga
yang diendapkan
dan pH larutan setelah percobaan!
Jawab :
Cu(NO3)2 → Cu2+
+ 2 NO3–
K : Cu2+ + 2e →
Cu
x 2
A : 2H2O → 4e + 4H+ +
O2 x
1
Hasilnya :
K : 2Cu2+ +
4e →
2Cu
A : 2H2O → 4e + 4H+ +
O2
: 2H2O + 2Cu2+ →
4H+ + 2Cu + O2
e Cu = Ar Cu/ elektron
= 63,5 /2
= 31,75
massa Cu = (e i t) / 96.500
= (31,75 x 5 A x 7200) /
96.500
= 11, 84 gram
mol Cu = massa Cu / Ar Cu
= 11,84 / 63,5
= 0,18 mol
mol H+ = 0,36 mol
[H+] = mol / volume
= 0,36 mol / 0,5 M
= 7,2 x 10-1
pH = – log [H+]
= – log 7,2 x 10-1
= 1 – log 7,2
= 1,8
No comments:
Post a Comment