KI 3231

Struktur dan KereaktifanReaksi redoks

Redoks

Redoks adalah reaksi reduksi dan oksidasi

Ciri reaksi reduksi: e sebagai pereaksi+ e

reaksi oksidasi: e sebagai produk reaksi + e

Redoks digunakan untuk mengekstrak unsur

Ekstraksi unsur

LOGAM diperoleh dari reaksi reduksi:Al3+ +3e Al (elektrolisis)MgO(s) +C(s) Mg(l) +CO(g) (temp tinggi)

Halogen, belerang diperoleh dari oksidasi:.2Cl- Cl2 +2e (elektrolisis)2H2S + 3O2 2SO2 + 2 H2O2H2S + SO2 3S+2H2O (katalis, 300oC)

Diagram Ellingham

Mengkaitkan DG dengan temperatur

Untuk ekstraksi logamMenentukan •Jenis reduktor dan•Temperatur yang pas

Diagram Ellingham

Petrucci Ch 24

Metalurgi Besi

Petrucci Ch 24

Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(l) + 3 CO2(g)

Reaksi redoks pada AIR

Air mengalami reaksi reduksi:H2O + e

Air mengalami reaksi oksidasi:H2O + e

Lengkapi produk reaksi !

Oksidasi oleh AIR

Logam blok s kecuali Be, Ti, V, Cr, Mn dapat dioksidasi oleh air/asam 1MM(s) +H2O(l) M+(aq)+1/2H2(g)+OH-(aq) M(s) + H+(aq) M+(aq) +1/2H2(g)

Mg dan Al reaksinya lambat karena dipasifkan oleh oksidanya.

Reduksi oleh AIR

Air dalam asam merupakan reduktor yang kurang baik, kecuali bila ada oksidator kuat

Co3+(aq)+2H2O(l)Co2+(aq)+O2(g)+4H+

Karena Eo Co3+| Co2+ =1.92V

Potensial reduksi standar

Besaran termodinamika, untuk mengukurKekuatan oksidator/reduktorReduksi merupakan Setengah reaksi redoks2H+(aq) +2e H2(g) Eo =0 Zn2+ (aq) +2e Zn(s) Eo =-0,76 Cu2+ (aq) +2e Cu(s) Eo =0,34

Standar: larutan 1M, gas 1 atmEo positif artinya mudah tereduksi.

Potensial reduksi dalam asam & basaPetrucci et al

Dalam larutan air

reduksi ion hidronium/air Eo V

H3O+ +e H2O + ½ H2 0 (1M asam)H2O +e OH- + ½ H2 -0.414 (netral)H2O +e OH- + ½ H2 -0.828 (1M basa)

Oksidasi air/ion hidroksidaH2O 2H+ + ½ O2 +2e -1.229 (1M asam)H2O 2H+ + ½ O2 +2e -0.815 (netral)2OH- H2O + ½O2 +2e -0.401 (1M basa)

Contoh

reaksi Fe Fe2+ Eo 0.45V, Fe2+ Fe3+ Eo -0.77V,

Berapa Eo reaksi Fe Fe3+

solusi

Eo tidak bisa dijumlahkan, yang bisa dijumlahkan adalah DG Maka Fe Fe2+ DG =- 0.90F

Fe2+ Fe3+ DG = 0.77FFe Fe3+ DG = -0.13F

Eo =0.13/3 = 0.04V Coba dg Diagram Latimer

Diagram Latimer

Penulisan : Ox RedContoh:

1,2 1,6ClO4

- ClO3- ClO2

- HClO Cl2 Cl-

+7 +5 +3 +1 0 -1artinya ClO4

- + 2H+ +2e ClO3- + H2O Eo = 1.2 V

HClO + 2H+ + 2e Cl2 + 2H2O Eo = 1.6 V

Diagram Latimer dalam asam-basa

Kestabilan bilangan oksidasi

Untuk melihat bilangan oksidasi zat yang stabil dalam air :

•Zat mereduksi hidrogen/ion H+

•Zat mengoksidasi oksigen/ion OH-

•Zat mengalami disproporsionasi

Contoh

Mn2+ +2e Mn Eo=-1.182H+ +2e H2 Eo= 0Mn +2H+ Mn2+ +H2 Eo=1.18Artinya Mn tidak stabil dalam air

Cari spesi lain yang tidak stabilMnO4

-MnO4-2 MnO2 Mn3+Mn2+

Mn

Alasannya: Teroksidasi/tereduksi/disproporsionasi?

Spesi Mangan

Disproporsionasi

Mn3+ +e Mn2+ 1.51 VMnO2+4H+ +e Mn3+ 2H2O 0.95V2Mn3+ + 2H2O Mn2+ +MnO2 +4H+ 0.56V

Potensial reduksi fungsi pH

reaksiMnO4

- +8H+ +5e Mn2+ + 4 H2O Eo = 1.51V Berlaku pers. Nernst:E = Eo - RT/nF LnQ dengan Q = [Mn2+][H2O]4/ [MnO4

-][H+]8

E = Eo - 0.059/5 log[H+]-8 pada pH = 0 [H+] = 1M E = Eo pH = 3 [H+] = 10-3M E = 1,23VpH = 6 E = 0.96VpH = 11 E = 0.51V

Kemapuan oksidasi pada berbagai pH

Pada reaksi:I2 +2e 2I- Eo = 0.54 VBr2 +2e 2Br- Eo = 1.07 VCl2 + 2e 2 Cl- Eo = 1.36 V

pH = 0 MnO4- mengoksidasi Cl- Br- I-

pH = 3 yang teroksidasi ion I- dan Br-

pH = 6 yang teroksidasi hanya ion I- pH = 11 semua ion halida tersebut

tidak teroksidasi

Tutorial 1

Permanganat digunakan sebagaiPenitrasi pada reaksi redoks,Mana yang bisa dioksidasi oleh MnO4

-

Fe2+ Cl-, Ce3+ dalam suasana asam? Bolehkah digunakan HCl pada Titrasi permanganimetri?Eo

MnO4-|Mn2+ = 1,51 VEo

Fe3+|Fe2+ = 0,77 VEo

Cl2|Cl- = 1,36 VEo

Ce4+|Ce3+ = 1,72 V

Tutorial 2

Dikromat juga dapat digunakan sebagaiPenitrasi pada Titrasi redoksApakah dikromat dapat digunakan untukPenentuan kadar besi(II)?Bagaimana efek HCl pada reaksi tsb?

Elektrokimia

Sel Galvani:

Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s) EO2/OH- = 1.103 V

Sel Elektrolisis:

Zn2+(aq) + Cu(s) → Zn(s) + Cu2+(aq) EO2/OH- = -1.103 V

Reaksi tidak spontan, bisa terjadi karena elektrolisis

Reaksi spontan, menghasilkan energi listrik

batere

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-

2 MnO2(s) + H2O(l) + 2 e- → Mn2O3(s) + 2 OH-

NH4+ + OH- → NH3(g) + H2O(l)

NH3 + Zn2+(aq) + Cl- → [Zn(NH3)2]Cl2(s)

Batere alkali

Zn2+(aq) + 2 OH- → Zn (OH)2(s)

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e-Oksidasi:

2 MnO2(s) + H2O(l) + 2 e- → Mn2O3(s) + 2 OH-Reduksi:

Zn (s) + 2 OH- → Zn (OH)2(s) + 2 e-

Accu

PbO2(s) + 3 H+(aq) + HSO4-(aq) + 2 e- → PbSO4(s) + 2 H2O(l)

Pb (s) + HSO4-(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2 e-

PbO2(s) + Pb(s) + 2 H+(aq) + HSO4-(aq) → 2 PbSO4(s) + 2 H2O(l)

E°cell = E°PbO2/PbSO4 - E°PbSO4/Pb = 1.74 V – (-0.28 V) = 2.02 V

Batere kancing

Zn(s),ZnO(s)|KOH(jenuh)|Ag2O(s),Ag(s)

Zn(s) + Ag2O(s) → ZnO(s) + 2 Ag(s) Ecell = 1.8 V

Sel bahan bakar

O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e- → 4 OH-(aq)

2{H2(g) + 2 OH-(aq) → 2 H2O(l) + 2 e-}

2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)

E°cell = E°O2/OH- - E°H2O/H2

= 0.401 V – (-0.828 V) = 1.229 V

Sel bahan bakar lainnyaBerdasarkan pada reaksi

CO(g) + 1/2 O2(g) → CO2(g)

Elektrolitnya asam fosfat pekat, elektrodanya Pt

Temperatur kerja 100-200oC

• Gas alam direaksikan dengan uap air

membentuk hidrogen dan gas CO atau CO2,

Ini sebagai sel bahan bakar temp tinggi 750oC,

Elektrolitnya leburan alkali karbonat.

Esel fungsi konsentrasi

ΔG = ΔG° -RT ln Q

-nFEsel = -nFEsell° -RT ln Q

Esel = Esel° - ln QnF

RT

Ecell = Ecell° - log Qn

0.0592 VPersamaan Nernst :

pH meter = sel konsentrasi

Ecell = Ecell° - logn

0.0592 V x2

12

Ecell = 0 - log2

0.0592 V x2

1

Ecell = - 0.0592 V log x

Ecell = (0.0592 V) pH

2 H+(1 M) → 2 H+(x M)Ecell = Ecell° - log Qn

0.0592 V

Elektrolisis

1 mol e- = 96485 C

Muatan (C) = arus (C/s) x waktu (det)

ne- = I x t

F

Industri alkali-klor

Elektrolisis air

Katoda 2H+(aq) + 2 e - → H2(g)

Anoda H2O(l) → 1/2O2(g) +2H+ + 2 e -

reaksi H2O(l) → 1/2O2(g) + H2(g)

Eanoda = E°O2/H2O – (0,0592/2)log1/(pO2)1/2[H+]2

= 1,229 V – (-0,0592/2) log 1/(10-7)2 = 0,815 V

E = Ekatoda - Eanoda = -0,4141V – (0,815 V) = -1,229 V~ 1,3 V

Ekatoda = E°H+|H2 – (0,0592/2) logpH2/[H+]2

=0 –0,0592/2 log 1/(10-7)2 = - 0,414 V

Elektrolisis larutan NaCl 0,1M

Katoda 2H+(10-7M) + 2 e - → H2(g) Na+(10-1M) + e - → Na(s)

Anoda H2O → 1/2O2(g) +2H+(10-7M) + 2 e –

Cl-(0,1M) → 1/2Cl2(g) + e –

Mana yang mungkin terjadi?

Tutorial 3

Bahas reaksi elektrolisis larutan NaI 0,1M

diketahui E°I2|I- = 0,535V

Tutorial 4

Larutan Nikel(II) klorida dielektrolisis pada 1 atm

Tentukan produk yang terbentuk di anoda dan katoda pada pH = 7 dan pH = 0

Tentukan pula potensial dekomposisinya.