Pendahuluan
Selamat datang di kumpulan soal kimia dan baterai! Artikel ini dirancang untuk membantu Anda memahami lebih dalam konsep-konsep elektrokimia, prinsip kerja baterai, serta reaksi-reaksi kimia yang terlibat di dalamnya. Dengan berbagai tipe soal mulai dari pilihan ganda, isian singkat, uraian, hingga mencocokkan, Anda akan diuji pemahaman Anda secara komprehensif. Mari kita mulai menguji pengetahuan Anda!
Soal Kimia dan Baterai
Pilihan Ganda (20 Soal)
-
Sel elektrokimia yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik disebut…
A. Sel elektrolisis
B. Sel volta
C. Sel bahan bakar
D. Sel galvanis
E. Sel Daniell
-
Pada sel volta, elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi disebut…
A. Katoda
B. Anoda
C. Jembatan garam
D. Elektrolit
E. Terminal positif
-
Reaksi reduksi pada sel volta terjadi di…
A. Anoda
B. Katoda
C. Jembatan garam
D. Elektrolit
E. Kabel penghubung
-
Fungsi jembatan garam pada sel volta adalah…
A. Menghasilkan elektron
B. Mengalirkan arus listrik
C. Menjaga kenetralan muatan listrik
D. Sebagai sumber energi
E. Memisahkan larutan elektrolit
-
Baterai primer adalah baterai yang…
A. Dapat diisi ulang
B. Tidak dapat diisi ulang
C. Menggunakan bahan bakar cair
D. Menghasilkan listrik dari cahaya
E. Hanya digunakan sekali
-
Contoh baterai primer adalah…
A. Baterai lithium-ion
B. Baterai nikel-kadmium
C. Baterai alkaline
D. Baterai timbal-asam
E. Baterai nikel-metal hidrida
-
Pada baterai timbal-asam, elektroda positif terbuat dari…
A. Timbal murni (Pb)
B. Timbal dioksida (PbO₂)
C. Asam sulfat (H₂SO₄)
D. Timbal sulfat (PbSO₄)
E. Grafit
-
Berapakah bilangan oksidasi Mn dalam senyawa MnO₂?
A. +2
B. +3
C. +4
D. +6
E. +7
-
Reaksi yang terjadi pada anoda baterai timbal-asam saat pengosongan adalah…
A. Pb → Pb²⁺ + 2e⁻
B. PbO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Pb²⁺ + 2H₂O
C. PbSO₄ + 2e⁻ → Pb + SO₄²⁻
D. Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2e⁻
E. PbO₂ + SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻ → PbSO₄ + 2H₂O
-
Potensial standar elektroda (E°) Zn²⁺|Zn adalah -0,76 V dan Cu²⁺|Cu adalah +0,34 V. Berapakah potensial sel standar untuk sel volta yang terdiri dari Zn dan Cu?
A. -1,10 V
B. +1,10 V
C. -0,42 V
D. +0,42 V
E. +0,76 V
-
Manakah pernyataan yang benar tentang reaksi redoks?
A. Reduksi adalah peningkatan bilangan oksidasi.
B. Oksidasi adalah penangkapan elektron.
C. Agen pengoksidasi mengalami oksidasi.
D. Agen pereduksi mengalami oksidasi.
E. Oksidasi dan reduksi terjadi secara terpisah.
-
Pada baterai lithium-ion, saat pengosongan, ion lithium bergerak dari…
A. Katoda ke anoda
B. Anoda ke katoda
C. Elektrolit ke anoda
D. Elektrolit ke katoda
E. Luar baterai ke dalam baterai
-
Apa yang terjadi pada massa anoda pada sel volta selama reaksi berlangsung?
A. Bertambah
B. Berkurang
C. Tetap
D. Kadang bertambah, kadang berkurang
E. Menjadi nol
-
Logam yang paling mudah mengalami oksidasi adalah logam dengan potensial reduksi standar…
A. Paling positif
B. Paling negatif
C. Nol
D. Mendekati nol
E. Tidak dapat ditentukan
-
Reaksi keseluruhan pada sel Daniell adalah…
A. Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)
B. Cu(s) + Zn²⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + Zn(s)
C. Zn(s) + Cu(s) → Zn²⁺(aq) + Cu²⁺(aq)
D. Zn²⁺(aq) + Cu²⁺(aq) → Zn(s) + Cu(s)
E. Zn(s) + Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn²⁺(aq) + Cu(s) + 2e⁻
-
Berapa jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi Sn²⁺ → Sn⁴⁺?
A. 1
B. 2
C. 3
D. 4
E. 5
-
Baterai sekunder adalah baterai yang…
A. Hanya digunakan sekali
B. Tidak dapat diisi ulang
C. Dapat diisi ulang
D. Menggunakan air sebagai elektrolit
E. Tidak menghasilkan limbah
-
Pada proses elektrolisis larutan NaCl dengan elektroda inert, gas yang terbentuk di anoda adalah…
A. H₂
B. O₂
C. Cl₂
D. Na
E. HCl
-
Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitas baterai meliputi, kecuali…
A. Ukuran elektroda
B. Konsentrasi elektrolit
C. Suhu operasi
D. Warna casing baterai
E. Jenis bahan aktif
-
Manakah di antara berikut yang merupakan keuntungan utama baterai lithium-ion dibandingkan baterai nikel-kadmium?
A. Lebih murah
B. Tidak memiliki efek memori
C. Lebih berat
D. Memiliki siklus hidup yang lebih pendek
E. Rentan terhadap overcharging
Isian Singkat (5 Soal)
-
Peristiwa pelepasan elektron pada suatu reaksi kimia disebut _________.
-
Pada sel elektrolisis, elektroda positif disebut _________.
-
Baterai yang menggunakan reaksi pembakaran bahan bakar secara elektrokimia untuk menghasilkan listrik disebut _________.
-
Baterai nikel-kadmium termasuk jenis baterai _________ (primer/sekunder).
-
Reaksi yang terjadi di katoda pada sel elektrolisis air adalah _________.
Uraian (5 Soal)
-
Jelaskan perbedaan mendasar antara sel volta (galvanis) dan sel elektrolisis!
-
Bagaimana prinsip kerja baterai timbal-asam saat proses pengosongan (discharging) dan pengisian ulang (recharging)? Tuliskan reaksi di anoda dan katoda untuk kedua proses tersebut!
-
Mengapa baterai lithium-ion sangat populer digunakan pada perangkat elektronik portabel? Sebutkan setidaknya tiga alasannya!
-
Jelaskan apa yang dimaksud dengan potensial reduksi standar (E°) dan bagaimana nilai ini digunakan untuk memprediksi spontanitas reaksi redoks?
-
Sebuah baterai mobil timbal-asam 12 V memiliki kapasitas 60 Ah. Berapa lama baterai ini dapat menyuplai arus sebesar 3 A?
Mencocokkan (2 Pasang)
Cocokkan istilah di kolom kiri dengan definisi atau contoh yang tepat di kolom kanan!
-
Sel Volta
Baterai Alkaline
-
Reaksi Reduksi
Anoda
Pilihan Jawaban:
a. Elektroda tempat terjadi oksidasi
b. Penurunan bilangan oksidasi
c. Mengubah energi kimia menjadi listrik secara spontan
d. Contoh baterai primer
Kunci Jawaban
Pilihan Ganda
-
B. Sel volta
Pembahasan: Sel volta atau sel galvanis adalah sel elektrokimia yang mengubah energi kimia dari reaksi redoks spontan menjadi energi listrik.
-
B. Anoda
Pembahasan: Anoda adalah elektroda tempat terjadinya reaksi oksidasi (pelepasan elektron).
-
B. Katoda
Pembahasan: Katoda adalah elektroda tempat terjadinya reaksi reduksi (penangkapan elektron).
-
C. Menjaga kenetralan muatan listrik
Pembahasan: Jembatan garam memungkinkan aliran ion untuk menyeimbangkan muatan yang terbentuk di kedua setengah sel, sehingga sirkuit tetap tertutup dan reaksi dapat terus berlangsung.
-
B. Tidak dapat diisi ulang
Pembahasan: Baterai primer adalah baterai sekali pakai yang tidak dapat diisi ulang karena reaksi kimianya tidak reversibel.
-
C. Baterai alkaline
Pembahasan: Baterai alkaline adalah contoh umum baterai primer, sedangkan yang lain adalah baterai sekunder (dapat diisi ulang).
-
B. Timbal dioksida (PbO₂)
Pembahasan: Pada baterai timbal-asam, anoda terbuat dari timbal murni (Pb) dan katoda terbuat dari timbal dioksida (PbO₂).
-
C. +4
Pembahasan: Dalam MnO₂, O memiliki bilangan oksidasi -2. Karena ada 2 atom O, total muatan dari O adalah -4. Agar senyawa netral, Mn harus memiliki bilangan oksidasi +4.
-
D. Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2e⁻
Pembahasan: Pada anoda (Pb) saat pengosongan, timbal dioksidasi menjadi timbal sulfat.
-
B. +1,10 V
Pembahasan: E°sel = E°reduksi katoda – E°reduksi anoda. Karena Zn lebih negatif, ia akan teroksidasi (anoda). Jadi, E°sel = E°Cu – E°Zn = (+0,34 V) – (-0,76 V) = +1,10 V.
-
D. Agen pereduksi mengalami oksidasi.
Pembahasan: Agen pereduksi adalah zat yang menyebabkan zat lain tereduksi, dan ia sendiri mengalami oksidasi (kehilangan elektron).
-
B. Anoda ke katoda
Pembahasan: Saat pengosongan, ion lithium (Li⁺) bergerak dari anoda (grafit) menuju katoda (logam oksida) melalui elektrolit.
-
B. Berkurang
Pembahasan: Pada anoda, logam mengalami oksidasi dan larut menjadi ion, sehingga massanya berkurang.
-
B. Paling negatif
Pembahasan: Potensial reduksi standar yang semakin negatif menunjukkan kecenderungan yang lebih besar untuk mengalami oksidasi (menjadi agen pereduksi yang lebih kuat).
-
A. Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)
Pembahasan: Ini adalah reaksi redoks spontan yang terjadi pada sel Daniell, di mana Zn teroksidasi dan Cu²⁺ tereduksi.
-
B. 2
Pembahasan: Perubahan bilangan oksidasi dari +2 menjadi +4 menunjukkan pelepasan 2 elektron.
-
C. Dapat diisi ulang
Pembahasan: Baterai sekunder adalah baterai yang dapat diisi ulang karena reaksi kimianya reversibel.
-
C. Cl₂
Pembahasan: Di anoda (elektroda positif), ion Cl⁻ akan teroksidasi menjadi gas Cl₂ (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻) karena potensial oksidasinya lebih rendah daripada oksidasi H₂O.
-
D. Warna casing baterai
Pembahasan: Warna casing baterai tidak memiliki pengaruh pada kapasitas atau kinerja elektrokimia baterai.
-
B. Tidak memiliki efek memori
Pembahasan: Baterai lithium-ion tidak mengalami efek memori seperti baterai Ni-Cd, yang berarti tidak perlu dikosongkan sepenuhnya sebelum diisi ulang.
Isian Singkat
-
Oksidasi
-
Anoda
-
Sel bahan bakar
-
Sekunder
-
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) atau 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g) (tergantung kondisi pH)
Uraian
-
Perbedaan Sel Volta dan Sel Elektrolisis:
- Sel Volta (Galvanis): Mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Reaksi redoks yang terjadi bersifat spontan (ΔG < 0). Tidak memerlukan sumber energi listrik dari luar. Anoda bermuatan negatif, katoda bermuatan positif.
- Sel Elektrolisis: Mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Reaksi redoks yang terjadi bersifat tidak spontan (ΔG > 0). Memerlukan sumber energi listrik dari luar (power supply). Anoda bermuatan positif, katoda bermuatan negatif.
-
Prinsip Kerja Baterai Timbal-Asam:
- Pengosongan (Discharging):
Anoda (Pb): Pb(s) + SO₄²⁻(aq) → PbSO₄(s) + 2e⁻ (Oksidasi)
Katoda (PbO₂): PbO₂(s) + SO₄²⁻(aq) + 4H⁺(aq) + 2e⁻ → PbSO₄(s) + 2H₂O(l) (Reduksi)
Selama pengosongan, timbal (Pb) di anoda dan timbal dioksida (PbO₂) di katoda bereaksi dengan asam sulfat (H₂SO₄) membentuk timbal sulfat (PbSO₄) dan air (H₂O). Konsentrasi asam sulfat menurun. - Pengisian Ulang (Recharging):
Anoda (PbSO₄): PbSO₄(s) + 2e⁻ → Pb(s) + SO₄²⁻(aq) (Reduksi)
Katoda (PbSO₄): PbSO₄(s) + 2H₂O(l) → PbO₂(s) + SO₄²⁻(aq) + 4H⁺(aq) + 2e⁻ (Oksidasi)
Saat diisi ulang, reaksi berbalik. Timbal sulfat di anoda diubah kembali menjadi timbal murni, dan timbal sulfat di katoda diubah kembali menjadi timbal dioksida. Konsentrasi asam sulfat meningkat kembali.
- Pengosongan (Discharging):
-
Alasan Popularitas Baterai Lithium-ion:
- Kerapatan Energi Tinggi: Dapat menyimpan energi yang besar dalam volume dan massa yang relatif kecil, ideal untuk perangkat portabel.
- Tidak Ada Efek Memori: Tidak perlu dikosongkan sepenuhnya sebelum diisi ulang, tidak seperti baterai Ni-Cd.
- Self-Discharge Rendah: Kehilangan daya saat tidak digunakan sangat minimal dibandingkan jenis baterai lain.
- Tegangan Sel Tinggi: Satu sel Li-ion dapat menghasilkan tegangan sekitar 3.7 V, lebih tinggi dari sel Ni-Cd atau Ni-MH (1.2 V).
-
Potensial Reduksi Standar (E°):
Potensial reduksi standar (E°) adalah ukuran kecenderungan suatu zat untuk mengalami reduksi (menerima elektron) di bawah kondisi standar (25 °C, 1 atm, konsentrasi 1 M). Nilainya diukur relatif terhadap elektroda hidrogen standar (SHE), yang potensialnya ditetapkan sebagai 0 V.
Penggunaan untuk Memprediksi Spontanitas Reaksi Redoks:
Untuk memprediksi spontanitas, kita menghitung potensial sel standar (E°sel) dengan rumus: E°sel = E°reduksi katoda – E°reduksi anoda. Jika nilai E°sel positif (> 0), maka reaksi redoks tersebut bersifat spontan. Sebaliknya, jika E°sel negatif (< 0), reaksi tersebut tidak spontan dan memerlukan energi dari luar untuk berlangsung.
-
Perhitungan Durasi Baterai:
Kapasitas baterai (Q) = 60 Ah (Ampere-hour)
Arus (I) = 3 A (Ampere)
Waktu (t) = Q / I
t = 60 Ah / 3 A = 20 jam
Jadi, baterai dapat menyuplai arus sebesar 3 A selama 20 jam.
Mencocokkan
-
Sel Volta → c. Mengubah energi kimia menjadi listrik secara spontan
Baterai Alkaline → d. Contoh baterai primer
-
Reaksi Reduksi → b. Penurunan bilangan oksidasi
Anoda → a. Elektroda tempat terjadi oksidasi