Soal Elektrolisis Dihubungkan dengan pH Larutan dan Volume Gas

Materi: kimia
#1. Soal Konsentrasi ion, Volume gas, dan pH setelah elektrolisis

Arus listrik sebesar 0,965 ampere dialirkan melalui larutan 500 mL ZnSO₄ 0,2 M selama 10 menit pada suhu 27 ^oC dan tekanan 1 atm. Anggap volume larutan tidak berubah selama proses elektrolisis. Hitunglah:
a. Konsentrasi Zn²⁺ yang tersisa.
b. Volume gas yang dihasilkan di anoda
c. pH larutan di sekitar anoda

Pembahasan a. [Zn²⁺] yang tersisa?
Pada katoda berlangsung reaksi reduksi: Zn²⁺ + 2e ⟶ Zn
Tiap 1 Faraday akan mengendapkan 1 ME (massa ekuivalen) Zn atau setara dengan ½ mol Zn²⁺
Ingat ME = mM Zn : jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi reduksi itu
Ingat bahwa ⟶ 1 F = 96.500 Coulomb/mol elektron

Hitung jumlah muatan listrik pada reaksi Zn²⁺ + 2e ⟶ Zn
Muatan listrik digunakan = i × t
Muatan listrik digunakan = 0,965 A × 10 menit × 60 detik/1 menit
Muatan listrik digunakan = 579 Coulomb

Hitung jumlah Zn²⁺ setelah 10 menit arus listrik dialirkan.
579 Coulomb setara dengan (579/96.500) F = 0,006 F = 0,006 mol elektron
Jumlah Zn²⁺ = ½ mol elektron
Jumlah Zn²⁺ = ½ × 0,006 mol
Jumlah Zn²⁺ = 0,003 mol

Hitung jumlah sisa [Zn²⁺] setelah 10 menit arus listrik dialirkan.
Jumlah awal Zn²⁺ = 0,2 M × 0,5 L
Jumlah awal Zn²⁺ = 0,1 mol

Sisa jumlah Zn²⁺ = 0,1 mol – 0,003 mol
Sisa jumlah Zn²⁺ = 0,097 mol

Jadi [Zn²⁺] yang tersisa = 0,097 mol : 0,5 L = 0,194 M
(dengan catatan volume larutan tidak berubah setelah dielektrolisis selama 10 menit itu)

Pembahasan b. Volume gas yang dihasilkan di anoda
Anion dari ZnSO₄ adalah SO₄^2– yang tidak mungkin teroksidasi lagi, dan yang teroksidasi adalah H₂O.
Reaksi oksidasi H₂O di anoda: 2H₂O ⟶ 4H⁺ + O₂ + 4e^–

Hitung jumlah muatan listrik pada reaksi 2H₂O ⟶ 4H⁺ + O₂ + 4e^–
Muatan listrik digunakan = i × t
Muatan listrik digunakan = 0,965 A × 10 menit × 60 detik/1 menit
Muatan listrik digunakan = 579 Coulomb

Hitung jumlah O₂ setelah 10 menit arus listrik dialirkan.
579 Coulomb setara dengan 579 C / 96.500 C/F = 0,006 F = 0,006 mol elektron

Berdasarkan perbandingan koefisien O₂ dengan elektron = 1 : 4 maka
Jumlah O₂ = ¼ mol elektron
Jumlah O₂ = ¼ × 0,006 mol
Jumlah O₂ = 0,0015 mol

Hitung volume pada keadaan 27 ^oC (300 K), 1 atm dengan R = 0,08205 L.atm/(mol.K)
V = nRT/P
V = [0,0015 mol × 0,08205 L.atm/(mol.K) × 300 K] / 1 atm
V = 0,0369225 L atau 36,9225 mL

Jadi volume gas (O₂) di sekitar anoda 36,9225 mL

Pembahasan c. pH larutan di sekitar anoda?
Seperti pada pembahasan b diketahui reaksi oksidasi H₂O di
anoda: 2H₂O ⟶ 4H⁺ + O₂ + 4e^–

Pada elektroda dihasilkan ion H⁺ dengan jumlah setara dengan jumlah elektron. Jumlah elektron pada reaksi ini adalah 0,006 mol jadi jumlah H⁺ yang dihasilkan juga 0,006 mol.

Hitung [H⁺]
Ketika volume larutan dianggap tidak berubah ( 0,5 L) maka dapat dihitung
[H⁺] = 0,006 mol / 0,5 L
[H⁺] = 0,012 M

Hitung pH di sekitar anoda
pH = – log [H⁺]
pH = – log 0,012
pH = 1,92

Jadi pH di sekitar anoda sebesar 1,92

---

#2 Soal tentang pH dan volume total gas setelah elektrolisis

Arus sebesar 1 ampere dialirkan melalui 1 liter larutan HCl 1 M selama 24 jam. Dari reaksi elektrolisis ini dihasilkan gas. Hitunglah total pH larutan dan volume gas bila elektrolisis tersebut berlangsung pada suhu 0 ^oC dan tekanan 1 atm.

Pembahasan

Reaksi yang terjadi:
Katoda: 2H⁺ + 2e^– ⟶ H₂ (menghasilkan gas H₂)
Anoda: 2Cl^– ⟶ Cl₂ + 2e^– (menghasilkan gas Cl₂)

Muatan listrik yang digunakan:
Q = i × t
Q = 1 A × 24 jam × 3600 detik/jam
Q = 86.400 Coulomb

Konversi Coulomb ke Faraday
86.400 Coulomb = 86.400 C : 96500 C/F
86.400 Coulomb = 0,895 F

Perhitungan jumlah H⁺
0,895 F ini setara dengan 0,895 mol elektron untuk reaksi di atas.
Karena perbandingan koefisien H⁺ + elektron = 1 : 1 maka
Jumlah H⁺ bereaksi selama elektrolisis = jumlah elektron
Jumlah H⁺ bereaksi selama elektrolisis = 0,895 mol

Jumlah H⁺ mol yang tersisa = jumlah H⁺ mula-mula dikurangi jumlah H⁺ yang digunakan untuk reaksi elektrolisis.
Jumlah H⁺ mula-mula = [HCl] × volume HCl
Jumlah H⁺ mula-mula = 1 M × 1 L
Jumlah H⁺ mula-mula = 1 mol

Jumlah H⁺ mol yang tersisa = 1 mol – 0,895 mol
Jumlah H⁺ mol yang tersisa = 0,105 mol

Perhitungan [H⁺]
[H⁺] setelah elektrolisis = 0,105 mol : 1 L
[H⁺] setelah elektrolisis = 0,105 M

Perhitungan pH
pH larutan = – log [H⁺]
pH larutan = – log 0,105
pH larutan = 0,979

Volume total gas
Di katoda: dihasilkan 2 elektron = 0,895 mol
⟶ karena koefisien H₂ adalah 1 maka jumlah H₂ = ½ 0,895 mol
Di anoda: dihasilkan 2 elektron = 0,895 mol
⟶ karena koefisien Cl₂ adalah 1 maka jumlah Cl₂ = ½ 0,895 mol

Jadi total mol gas = jumlah H₂ + jumlah Cl₂
Jadi total mol gas = ½ 0,895 mol + ½ 0,895 mol
Jadi total mol gas = 0,895 mol

Reaksi elektrolisis berlangsung pada keadaan STP (suhu 0 ^oC dan tekanan 1 atm) maka
volume total = 0,895 mol × 22,4 L/mol
volume total = 20,048 L

---

#3 Soal tentang pH larutan setelah elektrolisis

Ke dalam 100 mL larutan KCl dialirkan arus listrik sebesar 193 Coulomb. Tentukan pH setelah elektrolisis berakhir.

Pembahasan:
Elektrolisis larutan KCl:
Katoda: 2H₂O + 2e^– ⟶ H₂ + 2OH^– (OH^– ini penentu pH)
Anoda: 2Cl^– ⟶ Cl₂ + 2e^–

193 Coulomb = 193 C : 96500 C/F
193 Coulomb = 0,002 F

0,002 F ini untuk reaksi yang melibatkan transfer 2 elektron,
jadi 0,002 F ini setara dengan 0,002 mol.

Karena koefisien OH^– sama dengan koefisien e^– yang ditransfer maka jumlah OH^– juga setara dengan 0,002 mol.

[OH^–] = 0,002 mol : 0,1 L
[OH^–] = 0,02 M

pOH = – log [OH^–]
pOH = – log 0,02
pOH = 1,70

pH = 14 – 1,70
pH = 12,30

---

#4. Air murni setelah dielektrolisis selama 24 jam dengan arus sebesar 10 ampere, bagaimanakah suasana larutannya? Netral, asam atau basa? Silahkan jawab sendiri yah :)

---