Menganalisis Reaksi Kimia Dalam Sel Volta + Soal & Pembahasan

Tujuan Pembelajaran :

Dengan mencermati reaksi yang terjadi pada sel Volta, peserta dapat menganalisis reaksi kimia dalam sel Volta.

Uraian Materi :

SEL VOLTA

Ada dua macam sel yang bekerja berdasarkan prinsip Galvani dan prinsip Volta. Pada tahun 1797 Luigi Galvani menemukan bahwa listrik dapat dihasilkan oleh reaksi kimia, dan pada tahun 1800 Allesandro Volta membuat sel praktis pertama menghasilkan listrik berdasarkan reaksi kimia.

a. Sel Primer, setelah salah satu komponen habis terpakai, tidak dapat mengubah kembali hasil reaksi menjadi pereaksi, contohnya baterai kering, terdiri dari Zn, MnO₂, NH₄Cl, ZnCl₂ (pasta), dan C (grafit). Reaksi yang terjadi di anoda dan katoda:

Anoda : Zn (s) ⟶ Zn²⁺ (aq) + 2e⁻

Katoda : 2 MnO₂ (s) + 2 NH₄⁺ (aq) + 2e ⟶ Mn₂O₃ (s) + 2 NH₃ (aq) + H₂O (l)        

Zn (s) + 2 NH₄⁺ (aq) + 2 MnO₂ (s) ⟶ Zn²⁺ (aq) + Mn₂O₃ (s)+ 2 NH₃ (aq) + H₂O (l)

b. Sel Sekunder, sel ini disebut “sel penyimpan”. Reaksi sel adalah reaksi reversibel. Contohnya Aki. Baterai bertimbal (aki) yang umum digunakan di mobil dan motor terdiri atas enam sel identik yang tersusun secara seri. Setiap sel mempunyai anoda timbal dan katoda timbal oksida yang dikemas pada sebuah pelat logam. Baik katoda maupun anoda dicelupkan dalam larutan asam sulfat yang berfungsi sebagai elektrolit. Reaksi sel yang terjadi adalah:

Anoda : Pb (s) + HSO₄⁻ (aq) ⟶ PbSO₄ (s) + H⁺ (aq) + 2e⁻

Katoda : PbO₂ (s) + HSO₄⁻ (aq) + 3 H⁺ (aq) + 2e⁻ ⟶ PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)     

Pb (s) + PbO₂ (s) + 2 HSO₄⁻ (aq) + 2 H⁺ (aq) ⟶ 2 PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)

Pada kondisi kerja normal setiap sel menghasilkan 2 volt, jadi total dari keenam sel adalah 12 volt. Aki dapat diisi ulang (rechargeable). Pengisian ulang berarti membalik reaksi elektrokimia normal dengan menerapkan voltase eksternal pada katoda dan anoda. Reaksi pengisiannya adalah:

PbSO₄ (s) + 2e⁻ ⟶ Pb (s) + SO₄²⁻ (aq)

PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l) ⟶ PbO₂ (s) + 4 H⁺ (aq) + SO₄²⁻ (aq) + 2e⁻               

2 PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l) ⟶ Pb (s) + PbO₂ (s) + 4 H⁺ (aq) + 2 SO₄²⁻ (aq)

Reaksi keseluruhan pada pengisian berlawanan dengan reaksi sel normal.

Soal dan Pembahasan :

Soal + Pembahasan No. 1

Aki mempunyai elektroda Pb dan PbO₂. Selama aki bekerja, akan terjadi perubahan ...

A. Pb menjadi PbSO₂ dan PbO₂ tetap

B. Pb menjadi PbO dan PbO₂ menjadi Pb₃O₄

C. Pb dan PbO₂ berubah menjadi PbSO₄

D. Pb dan PbO₂ berubah menjadi Pb₃O₄

E. Pb menjadi PbO₂ lalu berubah menjadi PbSO₄

Pembahasan :

Diketahui:

Sel aki terdiri dari anoda timbal (Pb) dan katoda timbal dioksida (PbO₂). Keduanya merupakan zat padat yang dicelupkan dalam larutan asam sulfat. Kedua elektroda dan hasil reaksinya tidak larut dalam asam sulfat, sehingga tidak perlu memisahkan anoda dan katoda, yang berarti tidak diperlukan jembatan garam. Jika kedua elektroda dihubungkan akan dihasilkan perbedaan potensial kira-kira 2 volt. Reaksi kimia yang terjadi pada sel aki terjadi pada elektroda Pb dan PbO₂. Katoda berperan sebagai kutub positif, sedangkan anoda berperan sebagai kutub negatif. Pada katoda terjadi reaksi reduksi, sedangkan pada anoda terjadi reaksi oksidasi.

Reaksi pada Anoda (Pb)

Pb (s) ⟶ Pb²⁺ (aq) + 2e⁻ (reaksi oksidasi)

Ion Pb²⁺ ini akan bereaksi dengan ion SO₄²⁻ yang ada dalam larutan, sehinggaterbentuk PbSO4 yang reaksinya dapat ditulis :

Pb²⁺ (aq) + SO₄²⁻ (aq) ⟶ PbSO₄ (s)

Reaksi pada Katoda (PbO₂)

PbO₂ (s) + 4 H⁺ (aq) + 2e- ⟶ Pb²⁺ (aq) + 2 H₂O (l) (reaksi reduksi)

Selain itu ion Pb²⁺ bereaksi dengan SO₄²⁻ menghasilkan endapan PbSO₄ yang reaksinya dapat ditulis sebagai berikut:

Pb²⁺ (aq) + SO₄²⁻ (aq) ⟶ PbSO₄ (s)

Dengan berubahnya kedua elektroda menjadi endapan PbSO₄, maka daya aki makin berkurang. Secara ringkas kedua reaksi tersebut dapat dituliskan:

Anoda : Pb (s) + HSO₄⁻ (aq) ⟶ PbSO₄ (s) + H⁺ (aq) + 2e

Katoda : PbO₂ (s) + HSO₄- (aq) + 3 H⁺ (aq) + 3e⁻ ⟶ PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)

Pb (s) + PbO₂ (s) + 2 HSO₄- (aq) + 2 H⁺ (aq) + 3e⁻ ⟶ PbSO₄ (s) + 2 H₂O (l)

JAWABAN : C

Soal + Pembahasan No. 2

Diketahui data potensial elektrode standar (E°) dari logam A dan logam B sebagai berikut:

A²⁺ (aq) + 2e⁻ ⟶ A (s)	E° = + 0,30 volt
B²⁺ (aq) + 2e⁻ ⟶ B (s)	E° = - 0,40 volt

Jika logam A dan B disusun pada suatu sel volta dengan A dan B sebagai elektrode, maka pernyataan yang tidak benar adalah ...

A. A sebagai katoda

B. B sebagai anoda

C. potensial selnya adalah 0,70 volt

D. reaksinya: B²⁺ + A ⟶ B + A²⁺

E. notasi selnya: B|B²⁺ || A²⁺|A

Pembahasan :

Elektroda. A memiliki nilai E° yang lebih besar dibanding E°B. Katoda adalah elektroda dengan E° lebih besar, sehingga A sebagai katoda dan B sebagai anoda.

E° sel	= E° katoda - E° anoda
	= + 0,30 - (- 0,40) volt = + 0,70 volt

Reaksi. Logam yang mengalami reaksi reduksi adalah logam A dan yang mengalami reaksi oksidasi adalah logam B, sehingga reaksinya: B + A²⁺ ⟶ B²⁺ + A

Notasi Sel. Anoda|Ion Anoda || Ion Katoda|Katoda, sehingga notasinya:

B|B²⁺ || A²⁺|A

Jadi, pernyataan yang tidak benar adalah pernyataan D.

JAWABAN : D

Soal + Pembahasan No. 3

Suatu sel volta terdiri dari elektroda Ag yang dicelupkan di dalam larutan AgNO₃ 1 M dan elektroda Zn yang dicelupkan ke dalam larutan ZnSO₄ 1 M. Jika diketahui:

Ag⁺ (aq) + e⁻ ⟶ Ag (s)	E° = + 0,80 V
Zn²⁺ (s) + 2e⁻ ⟶ Zn (s)	E° = - 0,76 V

Pernyataan berikut ini benar, kecuali ...

A. elektroda Ag sebagai katoda

B. elektroda Zn sebagai anoda

C. potensial selnya adalah 2,56 V

D. logam Ag mengendap pada elektroda Ag

E. reaksi sel: 2 Ag⁺ (aq) + Zn (s) ⟶ 2 Ag (s) + Zn²⁺ (aq)

Pembahasan :

Elektroda. Ag memiliki nilai E° yang lebih besar dibanding E° Zn. Katoda adalah elektroda dengan E° lebih besar, sehingga Ag sebagai katoda dan Zn sebagai anoda.

Potensial sel. Potensial sel dapat ditentukan menggunakan rumusan berikut:

E° sel	= E° katoda - E° anoda
	= + 0,80 - (- 0,76) V = 1,56 V

Reaksi. Elektroda yang mengalami reaksi reduksi adalah logam Ag dan yang mengalami reaksi oksidasi adalah logam Zn. Reaksinya:

2 Ag⁺ (aq) + Zn (s) ⟶ 2 Ag (s) + Zn²⁺ (aq)

Pengendapan: logam Ag mengendap pada elektoda Ag dan elektroda Zn larut.

Jadi, semua pernyataan benar, kecuali pernyataan C.

JAWABAN : C

Sumber pustaka :

Supriano. 2019. Bahan Ajar Kimia. Jakarta : Kemdikbud