Tujuan Percobaan
Siswa dapat mempelajari reaksi yang terjadi pada katoda dan anoda dalam sel elektrolisis larutan Na2SO4 1M dan larutan KI 1M dengan elektroda karbon/C (inert) serta elektrolisis larutan CuSO4 1M dengan anoda Cu dan katoda Fe
Dasar Teori
1. Elektrolisis
Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Komponen yang terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektroda dan elektrolit.Elektroda yang digunakan dalam proses elektolisis dapat digolongkan menjadi dua, yaitu:
a. Elektroda inert, seperti kalsium (Ca), potasium, grafit (C), Platina (Pt), dan emas (Au).
b. Elektroda aktif, seperti seng (Zn), tembaga (Cu), dan perak (Ag)
Elektrolitnya dapat berupa larutan berupa asam, basa, atau garam, dapat pula leburan garam halida atau leburan oksida. Kombinasi antara elektrolit dan elektroda menghasilkan tiga kategori penting elektrolisis, yaitu:
a. Elektrolisis larutan dengan elektroda inert
b. Elektrolisis larutan dengan elektroda aktif
c. Elektrolisis leburan dengan elektroda inert
Pada elektrolisis, katoda merupakan kutub negatif dan anoda merupakan kutub positif. Pada katoda akan terjadi reaksi reduksi dan pada anoda terjadi reaksi oksidasi.
2. Sel elektrolisis
Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yang menimbulkan terjadinya reaksi redoks yang tidak spontan dengan adanya energi listrik dari luar. Contohnya adalah elektrolisis lelehan NaCl dengan elektroda platina. Contoh lainnya adalah pada sel Daniell jika diterapkan beda potensial listrik dari luar yang besarnya melebihi potensial sel Daniell.
3. Faktor yang Mempengaruhi Proses Elektrolisis
a. Jenis elektroda yang digunakan
b. Kedudukan ion dalam siri elektrokimia
c. Kepekatan ion
4. Perbedaan Antara Sel Elektrolisis / Sel Kimia
Sel Elektrolisis dialirkan melalui elektrolit, ion-ion akan terurai dan bergerak ke masing-masing anoda dan katoda. Penguraian elektrolit dilakukan oleh arus elektrik.Anion bergerak menuju ke elektroda anoda manakala Kation bergerak menuju ke elektroda katoda.
Sel Kimia Sel kimia ialah sel yang menghasilkan tenaga elektrik melalui tindakbalas kimia. Sel kimia dibina daripada dua logam (elektrod) yang berlainan dicelupkan kedalam suatu larutan masing- masing elektrolit. Elektroda Zn dicelupkan ke dalam larutan ZnSO4, Elektroda Cu dicelupkan ke dalam larutan CuSO4 dan dihubungkan oleh satu jembatan garam. Arus yang terhasil ialah sebanyak 1.10A.
5. Contoh Elektrolisis
a. Proses penyepuhan
Yaitu proses perubahan Energi listrik menjadi Energi kimia. Proses ini melibatkan Elektroda (logam-logam yang dihubungkan dengan sumber listrik) dan Elektrolit (cairan tempat logam-logam tadi dicelupkan). Penyepuhan berguna untuk melapisi logam untuk perhiasan, atau juga untuk pencegahan karat/korosi, seperti pada pipa atau besi, yang dilapisi oleh campuran besi (Fe) dan Seng (Zn), yang disebut proses galvanisasi. Elektrolisis ini adalah kebalikan dari proses yang terjadi pada baterei atau aki, dimana pada sumber listrik itu terjadi proses perubahan dari energi kimia menjadi energi Listrik.
b. Elektrolisis Leburan Kalium Bromida
Ion kalium bergerak ke katoda/ ion bromida bergerak ke anoda.
- Anoda:
Ion bromida menyahcas secara membebaskan elektron kepada anoda.
2Br- + 2e Br2
Dua atom bromin akan membentuk satu molekul dwiatom bromin. Gas bromin berwarna perang terbebas pada anode.
- Katoda:
Ion kalium menyahcas secara menerima elektron daripada katode.
K+ + e K
Logam kalium berkilau terbentuk pada katoda
c. Elektrolisis aluminium oksida lebur.
Ion-ion Al3+ dan O2- dibebaskan apabila aluminium oksida dileburkan. Ion Al3+ tertarik ke katod dan ion O2- tertarik ke anoda semasa elektrolisis.
Pemerhatian:
- Di anoda. Gas oksigen terhasil apabila ion-ion O2- membuang elektron seperti berikut;
2O2- O2 + 4e
- Di katoda. Logam aluminium berkilat terhasil apabila ion-ion Al3+ menerima elektron.
Al3+ + 3e Al
Alat dan Bahan
Alat :
1. Elektrode karbon : 2 buah
2. Tabung U : 2 buah
3. Sumber arus 9 volt : 1 buah
4. Penjepit buaya dan kabel : 2 set
5. Statif dan klem : 1 buah
6. Tabung reaksi : 4 buah
7. Pipet tetes : 1 buah
8. Rak tabung reaksi : 1 buah
Bahan:
1. Larutan CuSO4 1M :70 ml
2. Larutan KI 1M : 70 ml
3. Fenolftalin : secukupnya
4. Larutan amilum/kanji : secukupnya
5. Lakmus merah : 1 lembar
6. Lakmus biru : 1 lembar
Prosedur Kerja
KEGIATAN 1 : Elektrolisis larutan Na2SO4 dengan elektroda karbon
1. Masukkan larutan Na2SO4 1M kedalam tabung U 1cm dari mulut tabung
2. Celupkan kedua elektroda pada masing-masing mulut tabung dan hubungkan dengan sumber arus, elektrolisis selama 3 menit dan amati
3. Keluarkan elektroda dari larutan. Kemudian ujilah dengan kertas lakmus dengan cara mencelupkan kertas lakmus merah dan lakmus biru (secara bergantian) pada bagian anoda demikian pula pada bagian katoda
4. Amati perubahan yang terjadi dan masukkan data pengamatan kedalam table
KEGIATAN 2 : Elektrolisis larutan KI 1M dengan elektroda karbon
1. Masukkan larutan KI 1M kedalam tabung U 1cm dari mulut tabung
2. Celupkan kedua elektroda pada masing-masing mulut tabung dan hubungkan dengan sumber arus, elektrolisis selama 3 menit dan amati
3. Siapkan 4 tabung reaksi. Kemudian isi 2 tabung reaksi dengan 2cm larutan amilum dan isi juga 2 tabung reaksi lainnya dengan 2cm fenolftalin
4. Setelah 3 menit hentikan elektrolisis (matikan power supply), keluarkan electroda dari larutan. Kemudian ambil larutan pada anoda dan katoda dengan pipet tetes.
5. Teteskan larutan yang telah diambil dari anoda dan katoda (10 tetes) ke dalam tabung reaksi. (10 tetes larutan dari anoda ke dalam larutan kanji dan 10 tetes anoda ke dalam fenolftalin, lakukan juga pada larutan di katoda)
KEGIATAN 3 : Elektrolisis larutan CuSO4 1M dengan anode Cu dan katode Fe
1. Masukkan larutan CuSO4 1M kedalam tabung U 1cm dari mulut tabung
2. Celupkan kedua elektroda pada masing-masing mulut tabung dan hubungkan dengan sumber arus, elektrolisis selama 5 menit dan amati
3. Keluarkan electrode dari larutan
4. Amati perubahan yang terjadi dan masukkan data pengamatan ke dalam table.
Data Pengamatan
Larutan yang dielektrolisis
Perubahan yang terjadi
Katode/kutub (-)
Anode/kutub (+)
Na2SO4 1M
Sekitar electrode C terjadi perubahan yaitu muncul gelembung tapi sedikit
Lakmus merah : berubah menjadi biru
Lakmus biru : tidak berubah warna, tetap biru
Sekitar electrode C terjadi perubahan yaitu muncul gelembung yang banyak, lebih banyak dari pada di katoda
Lakmus merah : tidak berubah warna, tetap merah
Lakmus merah : tidak berubah warna yaitu tetap merah
KI 1M
Sekitar electrode C terjadi perubahan yaitu muncul gelembung dan berubah warna sedikit menjadi hitam keunguan
Tabung reaksi berisikan amilum tidak berubah warna saat ditambahkan larutan dari katoda
Tabung reaksi berisikan fenolftalin berubah warna menjadi ungu saat ditambahkan larutan dari katoda
Sekitar electrode C terjadi perubahan yaitu berubah warna menjadi merah kecoklatan dan berbau seperti betadine.
Tabung reaksi berisikan amilum berubah warna menjadi biru keunguan saat ditambahkan larutan dari anoda
Tabung reaksi berisikan fenolftalin tidak berubah warna saat ditambahkan larutan dari anoda
CuSo4 1M
Sekitar electrode C larutan mengalami perubahan menjadi lebih jernih dari sebelumnya
Kondisi katode (Fe) :
Fe yang tercelup dalam larutan berubah warna menjadi hitam pekat
Sekitar electrode C larutan mengalami perubahan menjadi lebih keruh dari sebelumnya
Kondisi anode (Cu):
Cu yang tercelup dalam larutan berubah warna menjadi lebih muda dari awal
Pembahasan
1. Elektrolisis KI
Hasil pengamatan menunjukkan perubahan warna pada larutan. Katoda (–) berwarna hitam keunguan kami menyadari kesalahan/kekeliruan yang kami lakukan sehingga warna pada katoda berwarna hitam, lalu anoda (+) berwarna merah kecoklatan. Hal ini menunjukkan reaksi menghasilkan larutan yang sifatnya basa (reduksi H2O pada katoda). Sementara, pada elektroda, katoda dan anoda memiliki gelembung. Hal ini menunjukkan ada gas yang dihasilkan oleh katoda ataupun anoda. Katoda menghasilkan gas hydrogen (reduksi H2O) dan anoda menghasilkan gas Iodin (Oksidasi 2I-).
Sebagaimana reaksinya :
Katode(-) : 2H2O + 2e 2OH - + H2
Anode(+) : 2I I2 + 2e
Reaksi keseluruhan : 2H2O + 2I 2OH - + I2
Terjadi juga perubahan pada tabung reaksi berisikan fenolftalin, yaitu berubah warna menjadi ungu saat ditambahkan larutan dari katoda dan tabung reaksi berisikan amilum tidak berubah warna saat ditambahkan larutan dari katoda. Juga tabung reaksi berisikan amilum berubah warna menjadi biru keunguan saat ditambahkan larutan dari anoda dan tabung reaksi berisikan fenolftalin tidak berubah warna saat ditambahkan larutan dari anoda.
2. Elektrolisis CuSO4
Hasil pengamatan menunjukkan perubahan warna pada elektrode besi dan tembaga. Elektrode Fe pada katoda (-) berubah warna menjadi hitam dan electrode Cu pada anoda (+) berubah menjadi lebih cerah. Sementara, pada elektroda, katoda terdapat endapan dan anoda tidak terdapat endapan. Hal tersebut menunjukkan, pada katoda terjadi reduksi Cu2+ yang menghasilkan endapan Cu dan pada anoda terjadi oksidasi H2O yang menghasilkan gas oksigen (O2).
Sebagaimana reaksinya :
Katode(-) : 2Cu2+ + 4e 2Cu
Anode(+) : 2H2O 4H+ + O2 + 4e
Reaksi keseluruhan : 2Cu2++ 2H2O 2Cu + 4H+ + O2
3. Elektrolisis Na2SO4
Hasil pengamatan menunjukkan perubahan gelembung pada larutan. Pada katoda (-), menghasilkan gelembung dalam jumlah yang sedikit dan pada anoda(+)menghasilkan gelembung dalam jumlah yang lebih banyak. Pada katoda lakmus merah mengalami perubahan warna menjadi warna biru sedangkan pada lakmus biru tidak mengalami perubahan warna (tetap biru). Dan pada anoda lakmus merah tidak mengalami perubahan warna (tetap merah) sedangkan pada kertas lakmus biru mengalami perubahan menjadi warna merah.
Sebagaimana reaksinya :
Katode(-) : 4H2O + 4e 4OH - + 2H2
Anode(+) : 2H2O 4H+ + O2 + 4e
Reaksi Keseluruhan : 2H2O 2H2 + O2
Kesimpulan
Kelompok kami telah melakukan percobaan elektrolisis dengan menggunakan 3 larutan, yaitu larutan Na2SO4, KI, CuSO4. Dari hasil yang kami peroleh masing-masing larutan memiliki perbedaan setelah di elektrolisis. Perubahan-perubahan yang terjadi yaitu perubahan warna larutan, perubahan pH larutan, perubahan kondisi elektroda seperti yang terjadi pada elektroda Cu dan Fe. Dari percobaan elektrolisis larutan Na2SO4 larutan pada ruang anoda bersifat asam, sedangkan pada katoda basa, pada elektrolisis larutan KI , electrode C pada anoda memiliki perubahan warna dari jernih menjadi merah kecoklatan sedangkan pada katoda warna larutan tetap (tidak mengalami perubahan warna), pada elektrolisis larutan CuSO4 kondisi electrode Fe pada katoda mengalami perubahan warna semula berwarna berkarat dan kemudian berubah menjadi warna hitam sedangkan electrode Cu pada anoda tidak terjadi perubahan warna namun Cu tersebut lebih mengkilap dari sebelumnya.
Jadi, kesimpulan kami adalah:
1. Elektrolisis adalah proses peruraian zat eletrolit dalam bentuk larutan atau lelehan oleh arus listrik searah.
2. Reaksi elektrolisis terdiri dari reaksi katoda (reduksi) dan reaksi anoda (oksidasi).Selain itu, sel elektrolisis terbagi menjadi dua yaitu, elektrolisis larutan elektrolit dan elektrolisis leburan elektrolisis.
3. Reaksi elektrolisis KI pada ruang katoda terjadi reduksi/pelepasan elektron dari 2H2O + 2e menjadi H2 + 2OH-, sedangkan pada ruang anoda terjadi oksidasi/penambahan elektron dari 2I- menjadi I2 + 2e. Hasil akhir dari reaksi elektrolisis KI adalah 2KI + 2H2O 2KOH + H2 + I2.
