redoks

Latihan

1. Isotop. Karbon alami adalah campuran dua isotop, 98,90(3)% ¹²C dan 1,10(3)% ¹³C. Hitung massa atom karbon !

 Jawab. Massa atom karbon = 12 x 0,9890 + 13 x 0,0110 = 12,01(1)

2.  Konstanta Avogadro. Intan adalah karbon murni. Hitung jumlah atom karbon dalam 1 karat (0,2 g) intan !

 Jawab. Jumlah atom karbon = [0,2 (g)/12,01 (g mol^-1)] x 6,022 x 10²³(mol^-1) = 1,00 x 10²²

3. Hukum perbandingan berganda. Komposisi tiga oksida nitrogen A, B dan C diuji. Tunjukkan bahwa hasilnya konsisten dengan hukum perbandingan berganda: massa nitrogen yang bereaksi dengan 1 g oksigen dalam tiap oksida: Oksida A: 1,750 g, oksida B: 0,8750 g, oksida C: 0,4375 g.

Jawab. Bila hukum perbandingan berganda berlaku, rasio massa nitrogen yang terikat pada 1 g oksigen harus merupakan bilangan bulat.

Hasilnya cocok dengan hukum perbandingan berganda.

4. Massa atom. Tembaga yang ada di alam dianalisis dengan spektrometer massa. Hasilnya: ⁶³Cu 69,09%， ⁶⁵Cu 30,91%. Hitung massa atom Cu. Massa ⁶³Cu dan ⁶⁵Cu adalah 62,93 dan 64,93 sma.

 Jawab: Massa atom Cu=62,93x (69,09/100) + 64,93x (30,91/100) = 63,55 (sma)

5. Mol. Bila kumbang menyengat korbannya, kumbang akan menyalurkan sekitar 1 mg (1x 10^-6 g) isopentil asetat C₇H₁₄O₂. Senyawa ini adalah komponen fragrant pisang, dan berperan sebagai materi pentransfer informasi untuk memanggil kumbang lain. Berapa banyak molekul dalam 1 mg isopentil asetat?

Jawab. Massa molekular isopentil asetat adalah M = 7 x 12,01 + 14 x 1,008 + 2 x 16,00 = 130.18 (g mol^-1). Jumlah mol: 1,0 x 10^-6(g)/130,18(g mol^-1) = 7,68 x 10^-9(mol) Jumlah molekul 1 mg isopentil asetat: 7,68 x 10^-9(mol) x 6,022 x 10²³ (mol^-1) = 4,6 x10¹⁵

6. Massa molekul hidrogen. Massa atom hidrogen adalah 1,008. Hitung massa molekul hidrogen.

 Jawab. Massa molar hidrogen adalah 2,016 x 10^-3 kg mol^-1. Massa satu molekul hidrogen = [2,016 x 10^-3 (kg mol^-1)]/[6,022 x 10²³(mol^-1) = 3,35 x 10^-27(kg).

Contoh soal 10.1 Konstruksi persamaan reaksi oksidasi-reduksi

Tuliskan reaksi oksidasi asam oksalat (COOH)₂ menghasilkan CO₂ dan air dengan tiga cara; serah terima oksigen, hidrogen dan elektron. Isilah titik-titik dengan rumus kimia dan koefisien yang tepat.

7.      oksigen: (COOH)₂+(O) –> ….+….

Jawab : oksigen: H₂O terbentuk dari dua H dari asam oksalat dan satu O dari oksidan (COOH)₂+(O) –> 2 CO₂ + H₂O

8.      hidrogen: (COOH)₂ –> 2H + ……

jawab: hidrogen: secara formal asam oksalat memberikan dua hidrogen dan CO₂ (COOH)₂ –>2H + 2CO₂

9. elektron: (COOH)₂–> 2e- + …..+ …….

Jawab : elektron: metoda untuk menyusun reaksi jenis ini akan dibahas selanjutnya (COOH)₂–>2e- + 2CO₂ + 2H⁺

Contoh soal 10.2 penentuan bilangan oksidasi

10.

Dalam peleburan timbal dari bijihnya (timbal sulfida) reaksi reduksi oksidasi dua tahap berikut terjadi. Tunjukkan oksidan dan reduktan dalam reaksi ini dan tentukan bilangan oksidasi masingmasing atomnya.

Jawab :

Bilangan oksidasi masing-masing atom ditandai di bawah simbol atomnya.

2PbS(s)	+	3O2(g)	–>	2PbO(s)	+	2SO2(g)
+2 -2		0		+2 -2		+4 -2

PbO(s)	+	CO(g)	–>	Pb(s)	+	CO2(g)
+2 -2		+2 -2		0		+4 -2

Tahap pertama reaksi, bilangan oksidasi S berubah dari -2 ke +4, dengan demikian S dioksidasi. Jadi PbS adalah reduktan. Bilangan oksidasi O turun dari 0 ke -2. Jadi oksigen adalah oksidan. Di tahap kedua, bilangan oksidasi C berubah dari +2 ke +4, dan dengan demikian C dioksidasi. Jadi CO adalah reduktan. Bilangan oksidasi Pb turun dari +2 ke 0. Jadi PbO adalah oksidan. Dalam peleburan logam semacam besi, CO sering menjadi reduktan.

Contoh soal 10.4 Konsentrasi hidrogen peroksida

11.

Larutan hidrogen peroksida komersial H₂O₂ diencerkan 150 kali. 25,0 cm³ sampel larutan dititrasi dengan larutan KMnO₄ 0,02 mol dm^-3, dan 26,3 cm³ diperlukan untuk mencapai titik akhir. Hitung konsentrasi molar (mol dm^-3) H₂O₂．

Jawab

Hidrogen peroksida berperan sebagai reduktan dalam reaksi ini, setengah reaksinya adalah

H₂O₂ –> O₂ + 2H⁺ + 2e^-

Ini berarti 5 mol H₂O₂ dan 2 mol KMnO₄ ekivalen satu sama lain. Konsentrasi molar M_R hidrogen peroksida dihitung sebagai berikut.

5 x 0,02 (mol dm^-3) x 26,3 x 10^-3 (dm³)= [2 x M_R (mol dm^-3) x 25,0 x 10^-3 (dm³)]/150

M_R = 7,89 (mol dm^-3)

Latihan

Asam basa konjugat

12.

Tuliskan reaksi disosiasi senyawa berikut, termasuk air yang terlibat, dan tandai pasangan asam basa konjugasinya. (a) asam format HCOOH, (b) asam perkhlorat HClO₄

Jawab

(a) HCOOH + H₂O H₃O⁺ + HCOO^-

asam1 basa2 asam konjugat2 basa konjugat 1

(b) HClO₄ + H₂O H₃O⁺ + ClO₄^-

asam1 basa2 asam konjugat2 basa konjugat 1

Asam basa Lewis

13.

 Nyatakan manakah asam dan basa Lewis dalam reaksi-reaksi berikut.

(a) Cu²⁺ + 4NH₃ Cu(NH₃)₄²⁺

(b) I^- + I₂ I₃^-

(c ) Fe²⁺ + 6H₂O Fe(H₂O)₆³⁺

 Jawab

(a) Cu²⁺ + 4NH₃ Cu(NH₃)₄²⁺, Cu²⁺ : asam Lewis, NH₃: basa Lewis.

(b) I^- + I₂ I₃^-, I^- : asam Lewis, I₂: basa Lewis.

(c ) Fe²⁺ + 6H₂O Fe(H₂O)₆³⁺ Fe²⁺: asam Lewis, H₂O: basa Lewis.

Konsentrasi ion hidrogen dan pH asam kuat

14.

Asam perkhlorat adalah asam kuat, dan disosiasinya dapat dianggap lengkap. Hitung konsentrasi ion hidrogen [H⁺] dan pH 5,0 mol dm^-3 asam ini.

Jawab

[H⁺] = 5,0×10^-3mol dm^-3; pH = -log[H⁺] = 2,30

Konsentrasi ion hidrogen dan pH asam lemah

15. Hitung konsentrasi ion hidrogen dan pH asam asetat 0,001 mol dm^-3, 0,01 mol dm^-3 dan 0,1 mol dm^-3. K_a asam asetat pada 25°C adalah 1,75 x 10^-3 mol dm^-3.

Jawab

Kira-kira [H⁺] = √(c_sK_a). Maka [H⁺] dan pH dinyatakan sebagai berikut.

Asam asetat 0,001 mol dm^-3; [H⁺] = 1,32 x 10^-4 mol dm^-3, pH = 3,91. Asam asetat 0,01 mol dm^-3; [H⁺] = 4,18 x 10^-4 mol dm^-3, pH = 3,39. Asam asetat 0,1 mol dm^-3; [H⁺] = 1,32 x 10^-3 mol dm^-3, pH = 2,28.

Perhitungan tetapan disosiasi

16.

 Dalam larutan 0,5 mol dm^-3, disosiasi asam urat C₅H₄N₄O₃ sebesar 1,6 %. Tentukan K_a asam urat.

Jawab

1,6 x 10^-2 = [C₅H₃N₄O₃^-]/0,5 mol dm^-3,

[C₅H₃N₄O₃^-]= [H⁺] = 8,0 x 10^-3 mol dm^-3. Jadi,

K_a = (8,0 x 10^-3)²/0,50 = 1,28 x 10^-4 mol dm^-3.

Titrasi Netralisasi

Suatu detergen mengandung amonia. 25,37 g detergen dilarutkan dalam air untuk menghasilkan 250 cm³ larutan. Diperlukan 37,3 cm³ asam sulfat 0,360 mol dm^-3 ketika 25,0 cm³ larutan ini dititrasi. Hitung persen massa amonia dalam detergen.

Jawab

18,0 %.

Larutan Bufer

17.

(1) Hitung pH bufer yang konsentrasi asam formatnya HCOOH (K_a = 1,8 x10^-4 mol dm^-3) 0,250 mol dm^-3, dan konsentrasi natrium format HCOONa-nya 0,100 mol dm^-3.
(2) Anggap 10 cm³ NaOH 6,00 x 10^-3 mol dm^-3 ditambahkan ke 500 cm³ larutan bufer ini. Hitung pH larutan setelah penambahan NaOH.

Jawab

(1) [H⁺] = 4,5 x 10^-4 mol dm^-3, pH = 3,35. (2) Jumlah mol HCOOH, OH^- dan HCOO^- sebelum dan sesudah penambahan NaOH ditunjukkan dalam tabel berikut.

m mol	HCOOH	OH-	HCOO
Sebelum	125	60	50
sesudah	65	0	110

Perhatikan setelah penambahan volume larutan menjadi 510 cm³. 1,8 x 10^-4 mol dm^-3 = ([H⁺] x 0,216)/(0,128), [H⁺] = 1,06 x 10^-4 mol dm^-3, pH = 3,97 Perubahan pH agak kecil walaupun sejumlah cukup besar basa kuat ditambahkan.

Contoh Soal
18.  
Konfigurasi elektron lawrensium. Konfigurasi elektron ₈₉Ac adalah ₈₆Rn.6d¹7s². Tuliskan konfigurasi elektron lawrensium ₁₀₃Lr.
Jawab:
Lawrensium memiliki 14 elektron lebih banyak dari aktinium. Karena elektron akan mengisi orbital 5f, konfigurasi elektronnya ₁₀₃Lr adalah ₈₆Rn. 5f¹⁴6d¹7s².
Sebagaimana dipaparkan sebelumnhya, hukumMoseley menyatakan bahwa ada hubungan antara panjang gelombang λ sinar-X karakteristik unsur dan muatan listrik intinya Z (yakni, nomor atom): 1/λ = c(Z – s)² (2.11)
Berkat hukum Moseley, unsur-unsur kini dapat disebut dengan menyebut nomor atomnya. Kini kita dapat dengan tepat mengetahui jumlah unsur di alam.
Bilangan oksidasi
19.
Tentukan bilangan oksidasi setiap unsur yang ditandai dengan hurugf tebal dalam senyawa berikut !
(a) HBr (b) LiH (c) CCl4 (d) CO (e) ClO- (f) Cl2O7 (g) H2O2 (h) CrO3 (i) CrO42- (j) Cr2O72-
 Jawab
(a) +1 (b) -1 (c) +4 (d) +2 (e) +1 (f) +7 (g) -1 (h) +6 (i) +6 (j) +6
Reaksi oksidasi reduksi

20.

Untuk tiap reaksi berikut, tentukan bilangan oksidasi atom berhuruf tebal. Tentukan oksidan dan reduktan dan tentukan perubahan bilangan oksidasinya.

(a) PbO2 + 4H+ + Sn2+ –> Pb2+ + Sn4+ + 2H2O

(b) 5As2O3 + 4MnO4- + 12H+ –> 5As2O5 + 4Mn2+ + 6H2O

Jawab

(a) Pb: +4 –> +2 direduksi． Sn: +2 –> +4 dioksidasi

(b) As: +3 –> +5 dioksidasi． Mn: +7 –> +2 direduksi

Titrasi oksidasi reduksi
21.
0,2756 g kawat besi dilarutkan dalam asam sedemikian sehingga Fe3+ direduksi menjadi Fe2+. Larutan kemudian dititrasi dengan K2Cr2O7 0,0200 mol.dm-3 dan diperlukan 40,8 cm3 larutan oksidan untuk mencapai titik akhir. Tentukan kemurnian (%) besinya.
Jawab
99,5 %
Potensial sel
22.
Tentukan potensial sel (pada 25°C) yang reaksi totalnya diberikan dalam persamaan berikut. Manakah yang akan merupakan sel yang efektif?
1. Mg + 2H+ –> Mg2+ + H2
2. Cu2+ + 2Ag –> Cu + 2Ag+
3. 2Zn2+ + 4OH-–> 2Zn + O2 + 2H2O
 Jawab
1. Mg –> Mg2+ +2e-, +2,37 V． 2H+ + 2e-–> H2, 0,00 V; potensial sel: +2,37 V，efektif．
2. Cu2+ + 2e-–> Cu, 0,337 V． Ag–> Ag+ + e-, -0,799 V, potensial sel: -0,46 V，tidak efektif．
3. Zn2+ + 2e-–> Zn, -0,763 V． 4OH-–> 4e- + O2 + 2H2O, -0.401 V potensial sel: -1,16 V， tidak efektif．
Persamaan Nernst
23.
Hitung potensial sel (pada 25°C) yang reaksi selnya diberikan di bawah ini.
Cd + Pb2+ –> Cd2+ + Pb
[Cd2+] = 0,010 mol dm-3; [Pb2+] = 0,100 mol dm-3
10.5 Jawab
0,30 V


Hukum Faraday
24.
Bismut dihasilkan dengan elektrolisis bijih sesuai dengan persamaan berikut. 5,60 A arus listrik dialirkan selama 28,3 menit dalam larutan yang mengandung BiO+. Hitung massa bismut yang didapatkan.
BiO+ + 2H+ + 3e- –> Bi + H2O
Jawab
6,86 g
Berikut ini adalah beberapa contoh soal aspek kuantitatif sel elektrolisis :
25.
Pada elektrolisis larutan AgNO₃ dengan elektroda inert dihasilkan gas oksigen sebanyak 5,6 L pada STP. Berapakah jumlah listrik dalam Coulomb yang dialirkan pada proses tersebut?
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis larutan AgNO₃ dengan elektroda inert adalah sebagai berikut :
Katoda (-) : Ag⁺ + e^- ——> Ag
Anoda (+) : 2 H₂O_(l) ——> O_2(g) + 4 H⁺_(aq) + 4 e^-
Gas O₂ terbentuk di anoda. Mol gas O₂ yang terbentuk sama dengan 5,6 L / 22,4 L = ¼ mol O₂
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan ¼ mol gas O₂, maka jumlah mol elektron yang terlibat adalah sebesar 4 x ¼ = 1 mol elektron.
1 mol elektron = 1 Faraday = 96500 C
Jadi, jumlah listrik yang terlibat adalah sebesar 96500 C
26.
Unsur Fluor dapat diperoleh dengan cara elektrolisis lelehan NaF. Berapakah waktu yang diperlukan untuk mendapatkan 15 L gas fluorin ( 1 mol gas mengandung 25 L gas) dengan arus sebesar 10 Ampere?
Penyeleasian :
Reaksi elektrolisis lelehan NaF adalah sebagai berikut :
K (-) : Na⁺_(l) + e^- ——> Na_(s)
A (-) : 2 F^-_(l) ——> F_2(g) + 2 e^-
Gas F₂ terbentuk di anoda. Mol gas F₂ yang terbentuk adalah sebesar 15 L / 25 L = 0,6 mol F₂
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, untuk menghasilkan 0,6 mol gas F₂, akan melibatkan mol elektron sebanyak 2 x 0,6 = 1,2 mol elektron
1,2 mol elektron = 1,2 Faraday
Waktu yang diperlukan dapat dihitung melalui persamaan berikut :
Faraday = (Ampere x Detik) / 96500
1,2 = (10 x t) / 96500
t = 11850 detik = 3,22 jam
Jadi, diperlukan waktu selama 3,22 jam untuk menghasilkan 15 L gas fluorin
27.
Arus sebesar 0,452 A dilewatkan pada sel elektrolisis yang mengandung lelehan CaCl₂ selama 1,5 jam. Berapakah jumlah produk yang dihasilkan pada masing-masing elektroda?
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis lelehan CaCl₂ adalah sebagai berikut :
K (-) : Ca²⁺_(l) + 2 e^- ——> Ca_(s)
A (+) : 2 Cl^-_(l) ——> Cl_2(g) + 2 e^-
Mol elektron yang terlibat dalam reaksi ini dapat dihitung dengan persamaan berikut :
Faraday = (Ampere x Detik) / 96500
Faraday = (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 mol elektron
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol Ca yang dihasilkan adalah setengah dari mol elektron yang terlibat. Dengan demikian, massa Ca yang dihasilkan adalah :
Massa Ca = mol Ca x Ar Ca
Massa Ca = ½ x (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 x 40 = 0,506 gram Ca
Berdasarkan persamaan reaksi di anoda, mol gas Cl₂ yang dihasilkan adalah setengah dari mol elektron yang terlibat. Dengan demikian, volume gas Cl₂ (STP) yang dihasilkan adalah :
Volume gas Cl₂ = mol Cl₂ x 22,4 L
Volume gas Cl₂ = ½ x (0,452 x 1,5 x 3600) / 96500 x 22.4 L = 0,283 L gas Cl₂
Jadi, produk yang dihasilkan di katoda adalah 0,506 gram endapan Ca dan produk yang dihasilkan di anoda adalah 0,283 L gas Cl₂ (STP)
28.
Dalam sebuah percobaan elektrolisis, digunakan dua sel yang dirangkaikan secara seri. Masing-masing sel menerima arus listrik yang sama. Sel pertama berisi larutan AgNO₃, sedangkan sel kedua berisi larutan XCl₃. Jika setelah elektrolisis selesai, diperoleh 1,44 gram logam Ag pada sel pertama dan 0,12 gram logam X pada sel kedua, tentukanlah massa molar (Ar) logam X tersebut!
Penyelesaian :
Reaksi elektrolisis larutan AgNO₃ :
K (-) : Ag⁺_(aq) + e^- ——> Ag_(s)
A (+) : 2 H₂O_(l) ——> O_2(g) + 4 H⁺_(aq) + 4 e^-
Logam Ag yang dihasilkan sebanyak 1,44 gram; dengan demikian, mol logam Ag yang dihasilkan sebesar 1,44 / 108 mol Ag
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol elektron yang dibutuhkan untuk menghasilkan logam Ag sama dengan mol logam Ag (koefisien reaksinya sama)
Sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini adalah sebesar 1,44 / 108 mol elektron
Reaksi elektrolisis larutan XCl₃ :
K (-) : X³⁺_(aq) + 3 e^- ——> X_(s)
A (+) : 2 Cl^-_(l) ——> Cl_2(g) + 2 e^-
Arus yang sama dialirkan pada sel kedua, sehingga, mol elektron yang digunakan dalam proses elektrolisis ini sama seperti sebelumya, yaitu sebesar 1,44 / 108 mol elektron
Berdasarkan persamaan reaksi di katoda, mol logam X yang dihasilkan sama dengan 1 / 3 kali mol elektron, yaitu sebesar 1 / 3 x 1,44 / 108 mol X
Massa logam X = 0,12 gram; dengan demikian, massa molar (Ar) logam X adalah sebagai berikut:
mol = massa / Ar            Ar = massa / mol
Ar = 0,12 / (1 / 3 x 1,44 / 108) = 27
Jadi, Ar dari logam X adalah 27