Pada elektrolisis larutan CuSO4(Ar=63,5)dengan elektroda arus 10 A selama 30 menit endapan Cu di katoda adalah ?

Jawaban 1 :

Berdasarkan soal diatas diketahui bahwa dilakukan proses elektrolisis pada larutan CuSO₄ (Ar = 63,5) dengan arus sebesar 10 A dan dilakukan selama 30 menit.

Elektrolit = CuSO₄

I = 10 A

t = 30 menit = 1800 detik

Ar Cu = 63,5

Adapun yang ditanyakan dalam soal tersebut adalah besarnya endapan Cu yang didapatkan di katoda.

Langkah awal yang harus kalian lakukan adalah menentukan reaksi yang terjadi di katoda untuk mengetahui massa ekuivalen dari logam yang diinginkan. Setelah itu kalian dapat menghitung massa endapan Cu dengan menggunakan hukum Faraday I .

Step-1 (menentukan reaksi yang terjadi)

Elektrolisis dilakukan pada larutan CuSO₄ dengan dianggap elektrode yang digunakan adalah elektrode inert. Pada prosesnya CuSO₄ akan terionisasi menjadi ion Cu²⁺ dan SO₄²⁻ selain itu karena fasenya larutan maka di dalamnya juga terdapat H₂O. Sesuai dengan aturan elektrolisis yang didasarkan pada harga potensial reduksi dari masing-masing zat, yang akan tereduksi di katoda adalah ion Cu²⁺ karena ion ini memiliki potensial reduksi paling besar. reaksi reduksinya dapat dituliskan sebagai berikut

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

Step-2 (menentukan massa endapan Cu)

Setelah diketahui reaksi di katoda yang meghasilkan endapan Cu, kalian dapat menghitung banyaknya endapan Cu yang dihasilkan menggunakan hukum Faraday I. Sebelum memasuki penghitungan massa kalian terlebih dahulu dapat menghitung massa ekuivalen (e) Cu untuk lebah memudahkan penghitungan massa endapan Cu. Bilangan oksidasi Cu berubah dari +2 menjadi 0, maka perubahan bilangan oksidasinya adalah 2. Massa ekuivalen Cu adalah

e = Ar / Perubahan biloks

= 63,5 / 2

= 31,75

Kemudian, gunakan hukum Faraday I untuk menghitung massa Cu

w = (e × i × t) / 96500

= (31,75 × 10 × 1800) / 96500

= 571500 / 96500

= 5,92 gram

Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa massa Cu yang diendapkan di katoda adalah 5.92 gram

Dijawab Oleh :

Arif Kuswandi, S.Pd.I

Jawaban 2 :

Berdasarkan soal diatas diketahui bahwa dilakukan proses elektrolisis pada larutan CuSO₄ (Ar = 63,5) dengan arus sebesar 10 A dan dilakukan selama 30 menit.

Elektrolit = CuSO₄

I = 10 A

t = 30 menit = 1800 detik

Ar Cu = 63,5

Adapun yang ditanyakan dalam soal tersebut adalah besarnya endapan Cu yang didapatkan di katoda.

Step-1 (menentukan reaksi yang terjadi)

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

Step-2 (menentukan massa endapan Cu)

e = Ar / Perubahan biloks

= 63,5 / 2

= 31,75

Kemudian, gunakan hukum Faraday I untuk menghitung massa Cu

w = (e × i × t) / 96500

= (31,75 × 10 × 1800) / 96500

= 571500 / 96500

= 5,92 gram

Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan di atas dapat disimpulkan bahwa massa Cu yang diendapkan di katoda adalah 5.92 gram

Dijawab Oleh :

Aryani, S.Pd

Penjelasan :

Table of Contents

Memahami Dasar-Dasar Elektrolisis dan Hukum Faraday

Elektrolisis adalah proses kimia yang memanfaatkan energi listrik untuk mendorong reaksi redoks non-spontan. Dalam sel elektrolisis, terdapat dua elektroda, yaitu anoda dan katoda, yang tercelup dalam elektrolit (larutan yang mengandung ion-ion). Arus listrik dialirkan melalui elektrolit, menyebabkan ion-ion bergerak menuju elektroda yang berlawanan muatan dan mengalami reaksi kimia.

Di katoda, tempat terjadinya reaksi reduksi, ion positif (kation) akan menerima elektron dan mengendap sebagai logam atau gas. Sebaliknya, di anoda, tempat terjadinya reaksi oksidasi, ion negatif (anion) atau molekul air akan melepaskan elektron. Kuantitas zat yang bereaksi atau terbentuk selama elektrolisis diatur oleh Hukum Faraday, yang menjadi landasan utama perhitungan kita.

Proses Elektrolisis Larutan CuSO4: Reaksi di Katoda dan Anoda

Ketika larutan tembaga(II) sulfat (CuSO4) dielektrolisis, ion-ion yang ada dalam larutan adalah Cu2+ dan SO4^2- dari CuSO4, serta H+ dan OH- dari disosiasi air (H2O). Reaksi yang terjadi di setiap elektroda bergantung pada potensial reduksi standar ion-ion tersebut dan jenis elektroda yang digunakan. Dalam kasus ini, kita mengasumsikan penggunaan elektroda inert, seperti karbon atau platina.

Reaksi di Katoda (Reduksi)

Di katoda, ion positif (kation) akan bersaing untuk direduksi. Dalam larutan CuSO4, terdapat ion Cu2+ dan H+. Karena potensial reduksi Cu2+ (Cu2+ + 2e- → Cu, E° = +0.34 V) lebih besar daripada H+ (2H+ + 2e- → H2, E° = 0.00 V), ion Cu2+ akan lebih mudah direduksi. Oleh karena itu, tembaga padat akan mengendap di katoda.

Reaksi Katoda:
Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)

Reaksi di Anoda (Oksidasi)

Di anoda, ion negatif (anion) atau molekul air akan bersaing untuk dioksidasi. Dalam larutan CuSO4, terdapat ion SO4^2- dan molekul H2O (yang menghasilkan OH-). Ion sulfat (SO4^2-) merupakan anion yang sulit dioksidasi. Oleh karena itu, air yang akan teroksidasi di anoda, menghasilkan gas oksigen dan ion hidrogen.

Menghitung Jumlah Muatan Listrik yang Dialirkan

Untuk menghitung massa tembaga yang mengendap, kita perlu menentukan jumlah muatan listrik yang dialirkan. Ini dapat dihitung menggunakan rumus dasar:
Q = I x t
Di mana:

Q adalah muatan listrik dalam Coulomb (C)
I adalah kuat arus dalam Ampere (A)
t adalah waktu dalam detik (s)

Diberikan:

Kuat arus (I) = 10 A
Waktu (t) = 30 menit

Langkah pertama adalah mengubah waktu dari menit ke detik:
t = 30 menit x 60 detik/menit = 1800 detik

Kemudian, hitung muatan listrik (Q):
Q = 10 A x 1800 s = 18000 C

Menentukan Endapan Tembaga di Katoda

Setelah mengetahui jumlah muatan listrik yang dialirkan, kita dapat menggunakan Hukum Faraday untuk menghitung mol elektron, kemudian mol tembaga, dan akhirnya massa tembaga yang mengendap. Hukum Faraday pertama menyatakan bahwa massa zat yang mengendap sebanding dengan jumlah listrik yang dialirkan.

Mengkonversi Muatan Listrik ke Mol Elektron

Satu mol elektron memiliki muatan sekitar 96485 Coulomb, yang dikenal sebagai konstanta Faraday (F).
F = 96485 C/mol e-

Jumlah mol elektron (mol e-) yang dialirkan adalah:
mol e- = Q / F
mol e- = 18000 C / 96485 C/mol e-
mol e- ≈ 0.18656 mol e-

Menghitung Mol Tembaga yang Mengendap

Dari reaksi di katoda: Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)
Persamaan ini menunjukkan bahwa 2 mol elektron dibutuhkan untuk mengendapkan 1 mol tembaga. Oleh karena itu, jumlah mol tembaga (mol Cu) yang mengendap adalah setengah dari jumlah mol elektron yang dialirkan.

mol Cu = mol e- / 2
mol Cu = 0.18656 mol e- / 2
mol Cu ≈ 0.09328 mol Cu

Menghitung Massa Tembaga yang Mengendap

Massa tembaga yang mengendap dapat dihitung dengan mengalikan mol tembaga dengan massa atom relatif (Ar) tembaga.
Diberikan:

Ar Cu = 63.5 g/mol

Massa Cu = mol Cu x Ar Cu
Massa Cu = 0.09328 mol x 63.5 g/mol
Massa Cu ≈ 5.923 gram

Jadi, pada elektrolisis larutan CuSO4 dengan elektroda inert, arus 10 A selama 30 menit akan menghasilkan endapan tembaga sekitar 5.923 gram di katoda.

Implikasi dan Verifikasi: Jika di Katoda Diperoleh Tembaga Sebesar 6,35 Gram

Pertanyaan selanjutnya yang menarik adalah bagaimana jika di katoda diperoleh tembaga sebesar 6,35 gram? Angka 6,35 gram ini adalah nilai yang spesifik, dan mari kita analisis implikasinya.

Analisis Skenario “Jika di Katoda Diperoleh Tembaga Sebesar 6,35 Gram”

Jika kita menginginkan endapan tembaga sebesar 6,35 gram, kita bisa menghitung berapa mol tembaga yang setara dengan massa tersebut:
mol Cu = Massa Cu / Ar Cu
mol Cu = 6.35 g / 63.5 g/mol
mol Cu = 0.1 mol Cu

Dari reaksi katoda (Cu2+ + 2e- → Cu), untuk mengendapkan 0.1 mol Cu, dibutuhkan 2 kali lipat mol elektron:
mol e- = 0.1 mol Cu x 2
mol e- = 0.2 mol e-

Selanjutnya, kita bisa menghitung total muatan listrik (Q) yang diperlukan:
Q = mol e- x F
Q = 0.2 mol e- x 96485 C/mol e-
Q = 19297 C

Perbandingan dengan Hasil Perhitungan Awal

Perhitungan awal kita dengan arus 10 A selama 30 menit menghasilkan muatan 18000 C dan endapan sekitar 5.923 gram tembaga.
Namun, jika di katoda diperoleh tembaga sebesar 6,35 gram, itu berarti muatan listrik yang dialirkan haruslah 19297 C.

Perbandingan ini jelas menunjukkan bahwa 18000 C tidak cukup untuk menghasilkan 6,35 gram tembaga. Untuk mencapai target jika di katoda diperoleh tembaga sebesar 6,35 gram, kita perlu menyesuaikan salah satu atau kedua parameter elektrolisis: kuat arus atau waktu.

Menentukan Waktu yang Dibutuhkan untuk 6,35 Gram Cu

Apabila kita ingin mendapatkan endapan tembaga sebesar 6,35 gram dengan kuat arus tetap 10 A, kita bisa menghitung berapa waktu yang dibutuhkan:
t = Q / I
t = 19297 C / 10 A
t = 1929.7 detik

Untuk mengkonversi waktu ke menit:
t = 1929.7 detik / 60 detik/menit ≈ 32.16 menit

Ini berarti, untuk mencapai endapan tembaga 6,35 gram, elektrolisis harus dilakukan selama sekitar 32.16 menit, bukan 30 menit. Analisis ini sangat penting dalam pengaturan proses industri di mana jumlah produk yang diinginkan harus sangat presisi.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Efisiensi Elektrolisis

Selain perhitungan teoritis berdasarkan Hukum Faraday, dalam praktiknya, beberapa faktor dapat mempengaruhi efisiensi dan hasil endapan tembaga:

Konsentrasi Elektrolit: Konsentrasi ion Cu2+ yang lebih tinggi umumnya mempercepat laju pengendapan.
Suhu: Kenaikan suhu dapat meningkatkan konduktivitas dan laju difusi ion, namun harus dikontrol agar tidak mempengaruhi stabilitas larutan.
Jenis Elektroda: Penggunaan elektroda aktif (misalnya anoda tembaga) akan menyebabkan anoda ikut teroksidasi, mempengaruhi komposisi larutan dan hasil akhir.
Kehadiran Pengotor: Impuritas dalam larutan dapat bersaing dengan ion Cu2+ untuk direduksi di katoda, mengurangi kemurnian dan jumlah endapan tembaga yang diinginkan.
Kerapatan Arus: Arus yang terlalu tinggi dapat menyebabkan pengendapan tembaga yang kasar atau tidak homogen.

Aplikasi Industri Elektrolisis Tembaga

Prinsip elektrolisis tembaga bukan hanya latihan soal kimia, melainkan fondasi bagi banyak proses industri penting.

Pemurnian Tembaga (Copper Refining): Tembaga mentah (blister copper) yang dihasilkan dari peleburan seringkali mengandung pengotor. Dengan elektrolisis, tembaga dimurnikan hingga kemurnian 99.99%, menjadikannya konduktor listrik yang sangat baik.
Elektroplating (Pelapisan Logam): Proses ini digunakan untuk melapisi permukaan suatu benda dengan lapisan tembaga tipis. Pelapisan tembaga dapat berfungsi sebagai lapisan dekoratif, pelindung korosi, atau sebagai lapisan dasar untuk pelapisan logam lain.
Produksi Papan Sirkuit Tercetak (PCB): Tembaga adalah bahan utama dalam pembuatan PCB karena konduktivitasnya yang tinggi. Proses elektrodeposisi tembaga digunakan untuk membentuk jalur sirkuit pada papan.

Kesimpulan

Elektrolisis larutan CuSO4 adalah contoh klasik penerapan Hukum Faraday yang fundamental dalam kimia elektrokimia. Melalui perhitungan yang cermat, kita menemukan bahwa dengan kuat arus 10 A selama 30 menit, endapan tembaga di katoda adalah sekitar 5.923 gram. Perhitungan ini memberikan pemahaman kuantitatif yang jelas mengenai hubungan antara arus listrik, waktu, dan massa zat yang dihasilkan.

Analisis lebih lanjut mengenai skenario jika di katoda diperoleh tembaga sebesar 6,35 gram menunjukkan bahwa untuk mencapai target tersebut, parameter elektrolisis harus disesuaikan, misalnya dengan memperpanjang waktu elektrolisis menjadi sekitar 32.16 menit. Ketepatan dalam perhitungan dan kontrol proses sangatlah penting, baik dalam eksperimen laboratorium maupun dalam skala industri, untuk memastikan efisiensi dan hasil yang optimal. Pemahaman mendalam tentang elektrolisis tidak hanya memperkaya wawasan ilmiah kita, tetapi juga membuka jalan bagi inovasi teknologi yang berkelanjutan.