Soal-soal Elektrolisis 2, Hukum Faraday dan Pembahasannya

Materi: kimia
Berikut ini pembahasan soal tentang elektrolisis dan Hukum Faraday dengan menggunakan variabel muatan, kuat arus, waktu elektrolisis, massa zat yang mengendap, volume gas yang dihasilkan untuk keadaan STP dan RTP.

Soal #1
Hitunglah massa tembaga yang diendapkan di katode pada elektrolisis larutan CuSO₄ menggunakan muatan listrik sebesar 0,5 F! Ingat 1 F = 96.500 C/mol, Ar Cu = 64.

Pembahasan Soal #1:
Larutan CuSO₄ terurai menurut persamaan berikut:
CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2–
Katoda (reduksi kation): Cu²⁺ + 2e^– → Cu

Diketahui dari soal bahwa F = 0,5 Faraday

Massa ekuivalen (e) Cu = Ar Cu : muatan Cu = 64 : 2 = 32 g
Jadi massa Cu → w = e.F = 32 × 0,5 = 16 g

---

Soal #2
Berapakah banyaknya gas hidrogen yang terbentuk dari elektrolisis larutan asam selama 5 menit dengan menggunakan arus listrik sebesar 965 mA? (1 F = 96.500 C/mol)

Pembahasan Soal #2:
Larutan asam mengandung kation H⁺
Katoda (reduksi kation): 2H⁺ + 2e^– → H₂

1 F = 96500 C/mol → 1 mol elektron = 96500 C

t = 5 menit × 60 detik/menit = 300 detik
i = 965 mA = 965 mA × 1 A/1000 mA = 0,965 A
q = i × t = 0,965 A × 300 detik = 289,5 C

Jumlah mol e^– = 289,5 C : 96500 C/mol = 3×10^–3 mol

Perbandingan jumlah zat = perbandingan koefisien zat
→ jumlah mol H₂ : jumlah mol e^– = koefisien H₂ : koefisien e^–
→ jumlah mol H₂ : 3×10^–3 mol = 1 : 2
→ jumlah mol H₂ = ½ × 3×10^–3 mol
→ jumlah mol H₂ = 1,5 ×10^–3 mol

---

Soal #3
Bila ke dalam larutan NiSO₄ dialirkan listrik sebesar 0,1 F dan Ar Ni = 59, maka di katode akan diperoleh logam Ni berapa gram?

Pembahasan Soal #3:
Larutan NiSO₄ terurai menurut persamaan berikut:
NiSO₄ → Ni²⁺ + SO₄^2–
Katoda (reduksi kation): Ni²⁺ + 2e^– → Ni

Diketahui dari soal bahwa muatan listrik (F) = 0,1 Faraday
Massa ekuivalen (e) Ni = Ar Ni : muatan Ni = 59 : 2 = 29,5 g
Jadi massa Ni → w = e.F = 29,5 × 0,1 = 2,95 g

---

Soal #4
Dalam elektrolisis larutan Cu(NO₃)₂ dengan elektroda inert, 1,27 gram Cu (Ar Cu 63,5) diendapkan, volume gas yang dihasilkan di anode pada 1 atm, 0 ^oC adalah ....

Pembahasan Soal #4:
Elektolisis larutan Cu(NO₃)₂ :
Katoda  : 2Cu²⁺ + 4e ⟶ 2Cu
Anoda   : 2H₂O ⟶ 4H⁺ + O₂ + 4e
2Cu²⁺ + 2H₂O ⟶ 2Cu + 4H⁺ + O₂
Jumlah Cu yang diendapkan dengan massa 1,27 gram = 1,27 g : 63,5 g/mol = 0,02 mol Cu

Perbandingan koefisien = perbandingan jumlah mol
Koefisien Cu : Koefisien O₂ = jumlah Cu : jumlah O₂
2 : 1 = 0,02 mol : jumlah O₂
Jumlah O₂ = ½ × 0,02 mol = 0,01 mol
Karena volume gas diukur pada keadaan STP maka
volume O₂ = 0,01 mol × 22,4 L/mol = 0,224 L

---

Soal #5
Dalam elektrolisis larutan CuSO₄ dengan elektroda inert, dihasilkan 224 mL gas (STP) di anode, massa endapan yang didapat di katoda adalah ..... (Ar Cu 63,5)

Pembahasan Soal #5:
Elektolisis larutan CuSO₄:
Katoda  : 2Cu²⁺ + 4e ⟶ 2Cu
Anoda   : 2H₂O ⟶ 4H⁺ + O₂ + 4e
2Cu²⁺ + 2H₂O ⟶ 2Cu + 4H⁺ + O₂

Karena gas O₂ yang dihasilkan diukur pada keadaan STP maka
jumlah mol O₂ = 0,224 L : 22,4 L/mol = 0,01 mol

Berdasarkan perbandingan koefisien = perbandingan mol maka
jumlah mol Cu = 2 × jumlah mol O₂
jumlah mol Cu = 2 × 0,01 mol
jumlah mol Cu = 0,02 mol
Jadi massa Cu yang mengendap = 0,02 mol x 63,5 g/mol = 1,27 g

---

Soal #6
Dalam elektrolisis larutan LSO₄ dengan elektrode inert, dihasilkan 448 mL gas di anode (STP), dan 2,56 gram endapan logam L di katoda Ar L adalah .....

Pembahasan Soal #6:
Elektolisis larutan LSO₄ :
Katoda  : 2L²⁺ + 4e ⟶ 2L
Anoda   : 2H₂O ⟶ 4H⁺ + O₂ + 4e
2L²⁺ + 2H₂O ⟶ 2L + 4H⁺ + O₂
Karena gas O₂ yang dihasilkan diukur pada keadaan STP maka
jumlah mol gas O₂ yang dihasilkan = 0,448 L : 22,4 L/mol = 0,02 mol
Berdasarkan perbandingan koefisien = perbandingan mol maka
jumlah mol L = 2 × jumlah mol O₂
jumlah mol L = 2 × 0,02 mol
jumlah mol L = 0,04 mol
Massa molar L = massa endapan L : mol L = 2,56 g : 0,04 mol = 64 g/mol
Jadi Ar L = 64.

---

Soal #7
Fluorin dapat diperoleh dari elektrolisis leburan KHF₂, sesuai dengan reaksi,
HF₂^– ⟶ HF + ½ F₂ + e. Waktu yang diperlukan untuk memperoleh 23,2 liter F₂ (pada 0^oC, 1 atm) dengan arus 10 ampere adalah .... (Ar F = 19)

Pembahasan Soal #7:
Karena gas F₂ yang dihasilkan diukur pada keadaan STP maka
Jumlah mol F₂ = 23,2 L : 22,4 L/mol = 1,036 mol

Jumlah mol elektron = 2 × mol F₂
Jumlah mol elektron = 2 × 1,036 mol = 2,072 mol

Jumlah mol elektron = (i × t) : 96500
2,072 mol = (10 ampere × t) : 96500
t = (2,072 × 96.500) : 10
t = 19994,8 detik = 333,25 menit ≈ 333 menit

---

Soal #8
Fluorin dapat diperoleh dari elektrolisis leburan KHF₂, sesuai persamaan reaksi,
HF₂^– ⟶ HF + ½ F₂ + e. Jika arus listrik yang digunakan 20 A selama 30 menit, volume gas fluorin yang dihasilkan adalah .... (diukur pada 0^oC, 1 atm) Ar F = 19.

Pembahasan Soal #8:
Jumlah mol elektron = (20 × 30 × 60) : 96500
Jumlah mol elektron = 0,373 mol

Karena gas F₂ yang dihasilkan diukur pada keadaan STP maka
Jumlah mol F₂ = ½ × jumlah mol elektron
Jumlah mol F₂ = ½ × 0,373 mol = 0,1865 mol
Volume F₂ = 0,1865 mol × 22,4 L/mol = 4,18 L

---

Soal #9
Fluorin dapat diperoleh dari elektrolisis leburan KHF₂, sesuai persamaan reaksi,
HF₂^– ⟶ HF + ½ F₂ + e. Untuk menghasilkan gas fluorin sebanyak 2,24 liter (STP), muatan listrik yang diperlukan adalah .... (1F = 96500C)

Pembahasan Soal #9:
Karena gas F₂ yang dihasilkan diukur pada keadaan STP maka
jumlah mol F₂ = 2,24 L : 22,4 L = 0,1 mol

Jumlah mol elektron = 2 × mol F₂
Jumlah mol elektron = 2 × 0,1 mol = 0,2 mol

Muatan listrik = 0,2 mol × 96500 C/mol = 19.300 C

---

Soal #10
Dalam elektrolisis, sejumlah 3,28 gram Cu (Ar Cu = 63,5) diendapkan di katoda yang tersusun atas larutan Cu²⁺ (aq) dengan elektroda inert. Jika jumlah listrik yang digunakan sama, volume gas H₂ yang dihasilkan dari elektrolisis larutan H₂SO₄ encer pada 27 ^oC, 760 mmHg adalah .... (R = 0,08)

Pembahasan Soal #10:
Elektrolisis larutan Cu²⁺
Katoda  : Cu²⁺ + 2e ⟶ Cu

Elektrolisis larutan H₂SO₄
Katoda  : 2H⁺ + 2e ⟶ H₂

Jumlah mol Cu yang diendapkan = 3,28 g : 63,5 g/mol = 0,05165 mol

Karena jumlah listrik yang digunakan sama dan elektron yang ditangkap juga sebanding maka jumlah mol gas H₂ sama dengan jumlah mol Cu yaitu sebesar 0,05165 mol.

V = (nRT):P
V = (0,05165 × 0,08 × 300) : 1
V = 1,24 L