Contoh Soal dan Pembahasan Reaksi Elektrolisis

Contoh soal dan pembahasan tentang reaksi elektrolisis materi sel elektrokimia SMA kelas 12 IPA. Reaksi yang terjadi di katoda dan di anoda.

Soal No.1
Arus sebesar 965 coulomb dialirkan ke dalam 500 mL larutan AgNO₃. Tentukan:
a) persamaan reaksi elektrolisanya
b) massa perak yang dihasilkan di katoda (Ar Ag = 108)
c) volume gas yang terjadi di anoda
d) pH larutan setelah reaksi berakhir
(elektrolisis - ebtanas 2004)

Pembahasan
Persamaan reaksi elektrolisisnya terbagi menjadi dua, yaitu reaksi di katoda dan reaksi di anoda.

Pada sel elektrolisis berlaku:
Katoda
- terjadi reaksi reduksi (penurunan bilangan oksidasi)
- katoda bermuatan negatif (−), ion yang ditarik ke situ bermuatan positif (+) atau kation.

Selain itu, untuk menentukan kation yang bereaksi di katoda perhatikan dulu ketentuan berikut:
Bentuk LARUTAN
- jika ion-ion yang ada berasal dari logam alkali, alkali tanah, Al dan Mn maka jangan ditulis direaksinya. Sebagai gantinya adalah air yang direduksi.

Bentuk LELEHAN
-jika digunakan elektroda inert maka kation direduksi di katoda dan anion di anoda

Anoda
- terjadi reaksi oksidasi (kenaikan bilangan oksidasi)
- anoda bermuatan positif, ion yang ditarik ke situ bermuatan negatif (−) atau anion.

Untuk menentukan mana yang bereaksi di anoda, perhatikan ketentuan berikut:
-jika anoda tidak dibuat dari logam inert, maka anoda itu akan teroksidasi
- jika menemukan logam inert sebagai elektrodanya (semisal Pt, Au, grafit atau C) jangan ditulis direaksi.
- jika menemukan ion sisa asam oksi semisal SO₄²⁻, NO₃⁻, ClO₃⁻, PO₄³⁻ maka ganti dengan air.
-jika menemukan ion-ion halida semisal Br⁻, Cl⁻, I⁻ maka tulis di reaksinya.

Terapkan di soal di atas,

AgNO₃ (aq) → Ag⁺ (aq) + NO₃⁻ (aq)
Ag⁺ dapat ditulis reaksinya di katoda (bukan alkali atau alkali tanah) sehingga
Reaksi di katoda : Ag⁺ + e → Ag

Berikutnya menentukan reaksi di anoda, ada NO₃⁻ di situ. NO₃⁻ termasuk sisa asam oksi, sehingga jangan ditulis direaksi, sebagai gantinya adalah air (H₂O).
Reaksi di anoda : 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

Jadi:
a) persamaan reaksi elektrolisanya
AgNO₃ (aq) → Ag⁺ (aq) + NO₃⁻ (aq)
Reaksi di katoda : Ag⁺ + e → Ag
Reaksi di anoda : 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

b) massa perak yang dihasilkan di katoda (Ar Ag = 108)
Ag⁺ + e → Ag

Tentukan dulu jumlah mol elektronnya, mol elektron = Q/96500



c) volume gas yang terjadi di anoda



d) pH larutan setelah reaksi berakhir
mol H⁺ = 4/4 × 0,01 = 0,01 mol
[H⁺] = 0,01 mol/0,5 L = 0,02 M = 2 × 10⁻² M
pH = − log [H⁺]
= − log [2 × 10⁻²]
= 2 − log 2

Soal No.2
Pada elektrolisis larutan CaCl₂ dengan elektroda karbon, di ruang katoda terjadi reaksi....
A. 2Cl⁻ (aq) → Cl₂ (g) + 2e
B. 2e + Ca²⁺ (aq) → Ca (s)
C. 2H₂O (l) + 2e → 2OH⁻ (aq) + H₂ (g)
D. 2Ca (s) → Ca²⁺ (aq) + 2e
E. 2H₂O (l) → 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e


Pembahasan
Dari:
CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl⁻
Pada katode terjadi reduksi. Ion Ca²⁺ yang berasal dari logam alkali tanah tidak tereduksi, sebagai gantinya air yang tereduksi.
2H₂O + 2e → 2OH⁻ + H₂

Soal No.3
Pada elektrolisis lelehan MgCl₂ dengan elektroda grafit, di ruang katoda terjadi reaksi....
A. 2Mg⁻ (aq) → Mg₂ (g) + 2e
B. Mg²⁺ (aq) + 2e → Mg (s)
C. 2H₂O (l) + 2e → 2OH⁻ (aq) + H₂ (g)
D. 2Mg (s) → Mg²⁺ (aq) + 2e
E. 2H₂O (l) → 4H⁺ (aq) + O₂ (g) + 4e

Pembahasan
Dari:
MgCl₂ → Mg²⁺ + 2Cl⁻
Pada katode terjadi reduksi. Elektrolisis lelehan dengan elektrode inert, sehingga ion Mg²⁺ akan tereduksi.
Mg²⁺ + 2e → Mg

Soal No.4
Pada elektrolisis larutan NaCl 0,1 M dengan menggunakan elektrode-elektrode Pt...
A. terbentuk ion hidroksida di katode
B. terbentuk logam natrium di katode
C. ion natrium bergerak ke anode
D. terbentuk ion hidrogen di anode
E. terbentuk gas oksigen
(Elelktrolisis - sipenmaru 86)

Pembahasan
Elektrolisis larutan NaCl dengan elektrode inert (Pt):
Na Cl → Na⁺ + Cl⁻

Na⁺ tidak bereaksi di katoda, sebagai gantinya air yang bereaksi,
Cl⁻ dapat bereaksi di anoda,

Reaksi di Katoda : 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻
Reaksi di Anoda : 2Cl⁻ → Cl² + 2e

Terbentuk ion hidroksida di katoda.

Soal No.5
Pada elektrolisis larutan NaOH dengan elektrode Pt, reaksi kimia yang terjadi pada katode adalah....
A. Na⁺ + e → Na
B. 4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e
C. 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻
D. 2H⁺ +2e → H₂
E. 2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e
(Elektrolisis - sip 84)

Pembahasan
Elektrolisis larutan NaOH dengan elektrode inert (Pt):
Na OH → Na⁺ + OH⁻

Reaksi di Katoda : 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻
Reaksi di Anoda : 4OH⁻ → 2H₂O + O₂ + 4e

Soal No. 6
Pernyataan berikut terkait peristiwa larutan natrium sulfat (Na₂SO₄)dielektrolisis dengan menggunakan elektrode platina.
(1) terbentuk gas oksigen di anoda
(2) terbentuk ion hidroksida di anoda
(3) larutan di sekitar katoda bersifat asam
(4) logam natrium terbentuk di katoda

Pernyataan yang benar adalah...
A. 1, 2, 3
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 4
E. 1, 2, 3 dan 4

Pembahasan
Elektrolisis natrium sulfat dengan elektroda inert:
Na₂SO₄ → Na⁺ + SO₄²⁻
Na⁺ termasuk golongan IA sehingga tidak bereaksi di katoda, ganti dengan air.

SO₄²⁻ ion sisa asam oksi, sehingga tidak direaksi di anoda, ganti dengan air.

Katoda : 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻
Anoda : 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

Jadi:
- Terbentuk ion hidroksida di katoda (bersifat basa).
- Terbentuk ion H⁺ di anoda (bersifat asam).
- Terbentuk gas oksigen di anoda.