Elektrokimia
Elektrokimia: larutan elektrolit vs non-elektrolit, reaksi redoks & penyetaraan, sel volta & elektrolisis, beda sel galvani vs elektrolisis, potensial reduksi standar, aplikasi (baterai, penyepuhan, ekstraksi, korosi).
Tujuan Pembelajaran (7)
- KIM-F.PI8Memahami reaksi oksidasi reduksi dan sel elektrokimia, serta merancang percobaan yang terkait dengan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.
- KIM-F.PI8.1Memetakan larutan elektrolit dibanding non-elektrolit berbasis daya hantar listriknya.
- KIM-F.PI8.2Memilah reaksi reduksi dibanding oksidasi (redoks), sekaligus menyetarakan persamaan reaksi redoks.
- KIM-F.PI8.3Merancang sel elektrokimia (volta beserta elektrolisis) lengkap dengan komponen serta reaksi yang berlangsung.
- KIM-F.PI8.4Memilah karakteristik sel galvani (volta) dibanding sel elektrolisis berbasis arah aliran elektron dan reaksi spontan.
- KIM-F.PI8.5Menyandingkan kereaktifan logam berbasis nilai potensial reduksi standar sekaligus memprediksi reaksi elektrokimia spontan.
- KIM-F.PI8.6Mengkaji aplikasi sel elektrokimia di industri maupun keseharian (baterai, penyepuhan logam, ekstraksi logam, korosi & pencegahannya).
Simulasi
Bilangan Oksidasi
Dua alat yang saling menyambung. Alat pertama menentukan bilangan oksidasi tiap atom pada empat belas zat, mulai air sampai kalium dikromat, dengan cara membuka satu kotak setiap kali disertai alasannya: logam golongan IA dan IIA lebih dulu, lalu hidrogen, lalu oksigen, dan yang tersisa dicari lewat persamaan jumlah biloks. Termasuk di dalamnya dua pengecualian yang paling sering keliru, yaitu hidrogen pada natrium hidrida yang berbiloks negatif dan oksigen pada hidrogen peroksida. Alat kedua memakai hasil itu untuk memutuskan apakah sebuah reaksi termasuk redoks: enam reaksi disediakan, termasuk satu netralisasi yang seluruh biloksnya tetap sehingga bukan redoks, serta dua reaksi autoredoks tempat unsur yang sama teroksidasi sekaligus tereduksi. Oksidator dan reduktor tiap reaksi ditampilkan berikut alasannya.
Deret Volta
Tujuh logam dan enam larutan garam disediakan di atas meja, dan urutan raknya sengaja disusun menurut abjad supaya deret kereaktifannya tidak terbaca dari letaknya. Pilih larutan, celupkan logam, lalu amati sendiri apakah terjadi reaksi: lempeng pencelup terkikis, endapan logam lain menempel, dan warna larutannya berangsur berubah mengikuti ion yang menggantikannya. Setiap percobaan menghasilkan persamaan ion yang sudah disetarakan berikut kedua setengah reaksinya serta alasan berdasarkan perbandingan potensial reduksi standar. Hasil tiap percobaan tercatat pada tabel tujuh kali enam, dan setelah cukup banyak kotak terisi, pola segitiganya memperlihatkan sendiri urutan deret volta. Ditutup dengan percobaan perlindungan katodik: dua paku besi di dalam air, satu di antaranya ditempeli seng.
Elektrolisis
Lima sel elektrolisis yang sengaja dipilih agar saling membandingkan: larutan CuSO₄ dengan elektrode karbon, larutan KI, lelehan NaCl, larutan NaCl, dan penyepuhan sendok besi dengan anode perak. Alirkan arus lalu amati ion bergerak menuju elektrode berlawanan muatan, gelembung gas naik, endapan logam menebal, dan batang anode aktif justru menipis. Tiap sel menampilkan persamaan reaksi di katode dan anode berikut alasan pemilihannya, sementara daftar aturan elektrode menyala pada butir yang sedang berlaku. Pasangan lelehan NaCl dengan larutan NaCl memperlihatkan langsung bahwa kehadiran air mengubah hasil katode dari logam natrium menjadi gas hidrogen. Panel hitungan menampilkan muatan, mol elektron, mol hasil, massa, dan volume gas pada keadaan standar, dilengkapi grafik massa terhadap muatan yang selalu berupa garis lurus melewati titik nol serta latihan hitungan Faraday dengan pembahasan lima langkah.
Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit
Uji daya hantar listrik delapan larutan dengan rangkaian lampu dan sepasang elektrode karbon. Pilih asam klorida, natrium hidroksida, garam dapur, asam cuka, amonia, larutan gula, etanol, atau air suling, lalu atur konsentrasinya dari 0,001 sampai 1 mol/L. Amati nyala lampu, gelembung gas di elektrode, serta gerak ion menuju elektrode yang berlawanan muatan. Panel perhitungan menampilkan derajat ionisasi beserta konsentrasi tiap ion, sehingga elektrolit kuat, elektrolit lemah, dan nonelektrolit dapat dibedakan berdasarkan bukti pengamatan.
Sel Volta
Rangkai sendiri sel volta dari sembilan pilihan elektrode, mulai magnesium yang paling mudah teroksidasi sampai perak yang paling sulit. Simulasi langsung menetapkan mana yang menjadi anode dan mana yang menjadi katode berdasarkan potensial reduksinya, menggambar arah aliran elektron pada kawat luar, serta arah perpindahan ion di dalam jembatan garam. Jarum voltmeter menunjukkan potensial sel yang dihitung dari selisih kedua potensial reduksi standar. Notasi sel dan ketiga persamaan reaksinya disetarakan otomatis lewat kelipatan persekutuan terkecil bilangan elektron, sehingga pasangan seperti aluminium dengan perak langsung tampil dalam perbandingan satu banding tiga. Selama sel bekerja, massa anode berkurang dan massa katode bertambah menurut hukum Faraday, lengkap dengan mol elektron dan muatan yang mengalir. Tersedia pula latihan meramalkan potensial sel dengan pembahasan langkahnya.
Sel Volta
Game Labelled Diagram untuk memetakan komponen Sel Volta dan menghubungkannya dengan redoks serta aliran elektron.