Kumpulan Soal Kimia Elektrokimia Pilihan Ganda, Esai, dan Pembahasan Lengkap

Pendahuluan

Selamat datang di kumpulan soal kimia elektrokimia! Elektrokimia adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari hubungan antara energi listrik dan reaksi kimia. Konsep ini sangat penting dalam berbagai aplikasi, mulai dari baterai hingga pencegahan korosi. Kumpulan soal ini dirancang untuk membantu Anda memahami dan menguasai berbagai konsep dasar hingga lanjutan dalam elektrokimia, meliputi sel volta, sel elektrolisis, potensial elektroda standar, hukum Faraday, dan aplikasi lainnya. Mari kita uji pemahaman Anda!

Deskripsi Materi Soal

Kumpulan soal kimia elektrokimia ini mencakup berbagai aspek penting dalam studi elektrokimia. Anda akan menemukan soal-soal yang menguji pemahaman Anda tentang prinsip kerja sel volta (sel galvani), termasuk penentuan anode, katode, arah aliran elektron, dan perhitungan potensial sel standar (E°sel). Selain itu, terdapat juga soal-soal mengenai sel elektrolisis, yang membahas reaksi yang terjadi di elektroda pada proses elektrolisis larutan maupun leburan, serta faktor-faktor yang memengaruhinya. Materi penting lainnya yang diujikan adalah hukum Faraday I dan II, yang berkaitan dengan kuantitas zat yang bereaksi atau terbentuk selama elektrolisis. Tidak ketinggalan, soal-soal tentang potensial reduksi standar, deret volta, notasi sel, serta konsep korosi dan pencegahannya juga disertakan. Dengan beragam jenis soal seperti pilihan ganda, isian singkat, esai, dan mencocokkan, diharapkan Anda dapat menguji dan memperdalam pemahaman Anda secara komprehensif tentang elektrokimia, mempersiapkan diri untuk ujian atau sekadar mengulang materi.

I. Soal Pilihan Ganda

Pilihlah jawaban yang paling tepat!

Pada sel volta, elektroda yang bertindak sebagai anode adalah elektroda tempat terjadinya reaksi…
A. Reduksi dan bermuatan positif
B. Oksidasi dan bermuatan negatif
C. Reduksi dan bermuatan negatif
D. Oksidasi dan bermuatan positif
E. Reduksi dan tidak bermuatan
Diketahui potensial reduksi standar:
Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s) E° = +0,80 V
Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s) E° = -0,76 V
Potensial sel standar (E°sel) untuk reaksi sel volta yang terbentuk adalah…
A. +0,04 V
B. -0,04 V
C. +1,56 V
D. -1,56 V
E. +0,80 V
Sebanyak 0,965 A dialirkan selama 1000 detik ke dalam larutan AgNO₃. Jika Ar Ag = 108, massa perak yang diendapkan di katode adalah… (1 F = 96500 C/mol)
A. 1,08 gram
B. 2,16 gram
C. 0,54 gram
D. 3,24 gram
E. 10,8 gram
Pada elektrolisis larutan CuSO₄ dengan elektroda inert (grafit), reaksi yang terjadi di anode adalah…
A. Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)
B. 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻
C. 4OH⁻(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻
D. 2SO₄²⁻(aq) → S₂O₈²⁻(aq) + 2e⁻
E. 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
Berdasarkan deret volta, logam yang paling mudah mengalami oksidasi adalah…
A. Au
B. Ag
C. Cu
D. Fe
E. K
Notasi sel yang benar untuk reaksi:
Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s) adalah…
A. Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)
B. Cu(s) | Cu²⁺(aq) || Zn²⁺(aq) | Zn(s)
C. Zn²⁺(aq) | Zn(s) || Cu(s) | Cu²⁺(aq)
D. Cu²⁺(aq) | Cu(s) || Zn(s) | Zn²⁺(aq)
E. Zn(s) | Cu²⁺(aq) || Zn²⁺(aq) | Cu(s)
Fungsi jembatan garam dalam sel volta adalah untuk…
A. Menghubungkan kedua elektroda
B. Memindahkan elektron dari anode ke katode
C. Menjaga kenetralan muatan listrik larutan
D. Menyediakan ion-ion untuk reaksi
E. Meningkatkan potensial sel
Salah satu cara pencegahan korosi besi yang melibatkan proteksi katodik adalah…
A. Pengecatan
B. Pelapisan dengan timah
C. Pelapisan dengan krom
D. Mengorbankan logam magnesium
E. Melumuri dengan oli
Pernyataan yang benar tentang sel elektrolisis adalah…
A. Terjadi reaksi spontan
B. Mengubah energi kimia menjadi energi listrik
C. Membutuhkan sumber listrik dari luar
D. Anode bermuatan negatif
E. Katode tempat terjadinya oksidasi
Dalam reaksi redoks 2Fe³⁺(aq) + 2I⁻(aq) → 2Fe²⁺(aq) + I₂(s), zat yang bertindak sebagai reduktor adalah…
A. Fe³⁺
B. I⁻
C. Fe²⁺
D. I₂
E. Fe³⁺ dan I⁻
Proses penyepuhan (electroplating) logam bertujuan untuk…
A. Memurnikan logam
B. Melindungi logam dari korosi dan memperindah tampilan
C. Menghasilkan energi listrik
D. Mengubah energi listrik menjadi energi kimia
E. Menguji daya hantar listrik
Baterai alkali (sel kering) umumnya menggunakan elektroda karbon sebagai katode dan seng sebagai anode. Reaksi yang terjadi pada anode adalah…
A. Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
B. 2MnO₂(s) + 2H₂O(l) + 2e⁻ → 2MnOOH(s) + 2OH⁻(aq)
C. 2NH₄⁺(aq) + 2e⁻ → 2NH₃(aq) + H₂(g)
D. MnO₂(s) + e⁻ → MnO₂⁻(aq)
E. C(s) → C²⁺(aq) + 2e⁻
Diketahui potensial reduksi standar:
Mg²⁺(aq) + 2e⁻ → Mg(s) E° = -2,37 V
Cr³⁺(aq) + 3e⁻ → Cr(s) E° = -0,74 V
Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s) E° = +0,80 V
Urutan kekuatan oksidator dari yang terkuat ke terlemah adalah…
A. Mg²⁺, Cr³⁺, Ag⁺
B. Ag⁺, Cr³⁺, Mg²⁺
C. Cr³⁺, Mg²⁺, Ag⁺
D. Ag⁺, Mg²⁺, Cr³⁺
E. Mg²⁺, Ag⁺, Cr³⁺
Pada elektrolisis larutan H₂SO₄ encer dengan elektroda Pt, jika dihasilkan 0,56 liter gas di anode (pada STP), maka volume gas yang dihasilkan di katode (pada STP) adalah…
A. 0,56 liter
B. 1,12 liter
C. 2,24 liter
D. 3,36 liter
E. 4,48 liter
Reaksi yang terjadi di katode pada elektrolisis leburan NaCl adalah…
A. 2Cl⁻(l) → Cl₂(g) + 2e⁻
B. 2Na⁺(l) + 2e⁻ → 2Na(l)
C. 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
D. 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)
E. Na(s) → Na⁺(l) + e⁻
Jika potensial sel (E°sel) suatu reaksi elektrokimia bernilai positif, maka pernyataan yang benar mengenai reaksi tersebut adalah…
A. Reaksi tidak spontan
B. Energi bebas Gibbs (ΔG) bernilai positif
C. Reaksi eksoterm
D. Reaksi spontan
E. Reaksi endoterm
Faktor-faktor berikut dapat mempercepat korosi besi, kecuali…
A. Keberadaan oksigen
B. Keberadaan air
C. pH rendah (asam)
D. Kontak dengan logam yang lebih mulia (misal, Cu)
E. Pelapisan dengan seng
Elektroda inert adalah elektroda yang…
A. Ikut bereaksi dalam proses elektrokimia
B. Tidak ikut bereaksi dalam proses elektrokimia
C. Berfungsi sebagai jembatan garam
D. Hanya digunakan pada sel volta
E. Hanya digunakan pada sel elektrolisis
Muatan listrik yang dibutuhkan untuk mengendapkan 0,5 mol Cu dari larutan CuSO₄ adalah… (1 F = 96500 C/mol)
A. 0,5 F
B. 1 F
C. 2 F
D. 0,5 C
E. 1 C
Sel bahan bakar adalah sel volta yang mengubah energi kimia dari bahan bakar (misalnya H₂) dan oksidator (misalnya O₂) langsung menjadi…
A. Energi panas
B. Energi cahaya
C. Energi listrik
D. Energi mekanik
E. Energi nuklir

II. Soal Isian Singkat

Sel elektrokimia yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik secara spontan disebut…
Fungsi utama jembatan garam dalam sel volta adalah untuk menjaga… larutan.
Bunyi Hukum Faraday I menyatakan bahwa massa zat yang diendapkan pada suatu elektroda sebanding dengan… yang dialirkan melalui larutan.
Potensial reduksi standar (E°) adalah nilai potensial elektroda suatu setengah reaksi reduksi yang diukur pada kondisi standar, yaitu suhu 25 °C, konsentrasi ion 1 M, dan tekanan gas… atm.
Sebutkan dua cara pencegahan korosi pada besi selain pengecatan dan pelumuran oli!

III. Soal Esai/Uraian

Diketahui setengah reaksi:
Cr³⁺(aq) + 3e⁻ → Cr(s) E° = -0,74 V
Fe²⁺(aq) + 2e⁻ → Fe(s) E° = -0,44 V
Tentukan E°sel dan tuliskan reaksi sel yang spontan!
Arus listrik sebesar 5 A dialirkan melalui larutan NiCl₂ selama 9650 detik. Hitunglah massa nikel (Ar Ni = 59) yang diendapkan di katode! (1 F = 96500 C/mol)
Jelaskan perbedaan mendasar antara sel volta dan sel elektrolisis dari segi sumber energi, spontanitas reaksi, dan tanda kutub elektroda!
Bagaimana cara kerja penyepuhan perak (Ag) pada sendok besi (Fe) secara elektrokimia? Tuliskan reaksi yang terjadi di anode dan katode!
Tuliskan reaksi yang terjadi di anode dan katode pada elektrolisis larutan KI dengan elektroda inert (Pt)!

IV. Soal Mencocokkan

Cocokkan istilah di kolom kiri dengan deskripsi di kolom kanan!

1. Sel Galvani
2. Katode Sel Elektrolisis

A. Tempat terjadinya reaksi reduksi
B. Reaksi redoks berlangsung spontan

Kunci Jawaban dan Pembahasan

I. Kunci Jawaban Soal Pilihan Ganda

B. Oksidasi dan bermuatan negatif
Pembahasan: Pada sel volta, anode adalah elektroda tempat terjadinya oksidasi dan bermuatan negatif karena melepaskan elektron.
C. +1,56 V
Pembahasan: Untuk reaksi spontan, E°sel = E°reduksi(katode) – E°reduksi(anode). Ag memiliki E° lebih besar, jadi Ag⁺ direduksi (katode). Zn memiliki E° lebih kecil, jadi Zn dioksidasi (anode). E°sel = (+0,80 V) – (-0,76 V) = +1,56 V.
A. 1,08 gram
Pembahasan:
Muatan (Q) = I × t = 0,965 A × 1000 s = 965 C
Mol elektron (nₑ) = Q / F = 965 C / 96500 C/mol = 0,01 mol
Reaksi di katode: Ag⁺ + e⁻ → Ag
Mol Ag = mol e⁻ = 0,01 mol
Massa Ag = mol × Ar = 0,01 mol × 108 g/mol = 1,08 gram.
B. 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻
Pembahasan: Pada elektrolisis larutan CuSO₄ dengan elektroda inert, di anode akan terjadi oksidasi air karena ion SO₄²⁻ sulit dioksidasi dan elektroda inert.
E. K
Pembahasan: Semakin ke kiri dalam deret volta, logam semakin mudah mengalami oksidasi (semakin kuat reduktornya). K (Kalium) berada paling kiri di antara pilihan yang ada.
A. Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)
Pembahasan: Notasi sel ditulis sebagai Anode | Ion Anode || Ion Katode | Katode. Anode adalah tempat oksidasi (Zn → Zn²⁺), Katode adalah tempat reduksi (Cu²⁺ → Cu).
C. Menjaga kenetralan muatan listrik larutan
Pembahasan: Jembatan garam berfungsi untuk menyeimbangkan kelebihan muatan positif di anode dan kelebihan muatan negatif di katode, sehingga aliran elektron dapat terus berlangsung.
D. Mengorbankan logam magnesium
Pembahasan: Proteksi katodik adalah metode pencegahan korosi dengan menghubungkan besi ke logam lain yang lebih mudah teroksidasi (potensial reduksi lebih kecil), seperti magnesium, sehingga magnesium yang berkorban.
C. Membutuhkan sumber listrik dari luar
Pembahasan: Sel elektrolisis adalah sel elektrokimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia (reaksi tidak spontan) dan memerlukan sumber listrik eksternal.
B. I⁻
Pembahasan: Reduktor adalah zat yang mengalami oksidasi. Dalam reaksi ini, bilangan oksidasi I berubah dari -1 (dalam I⁻) menjadi 0 (dalam I₂), yang berarti I⁻ mengalami oksidasi.
B. Melindungi logam dari korosi dan memperindah tampilan
Pembahasan: Penyepuhan adalah pelapisan suatu logam dengan lapisan tipis logam lain melalui proses elektrolisis, tujuannya untuk mencegah korosi dan meningkatkan estetika.
A. Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
Pembahasan: Pada baterai alkali, seng (Zn) bertindak sebagai anode dan mengalami oksidasi.
B. Ag⁺, Cr³⁺, Mg²⁺
Pembahasan: Kekuatan oksidator berbanding lurus dengan nilai potensial reduksi standar (E°). Semakin positif E°, semakin kuat oksidatornya. Jadi, Ag⁺ (+0,80 V) > Cr³⁺ (-0,74 V) > Mg²⁺ (-2,37 V).
B. 1,12 liter
Pembahasan: Pada elektrolisis larutan H₂SO₄ encer dengan elektroda Pt:
Katode (-): 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
Anode (+): 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻
Dari reaksi, perbandingan mol H₂ : mol O₂ = 2 : 1. Jika volume O₂ di anode adalah 0,56 liter, maka volume H₂ di katode adalah 2 × 0,56 liter = 1,12 liter.
B. 2Na⁺(l) + 2e⁻ → 2Na(l)
Pembahasan: Pada elektrolisis leburan (cairan) NaCl, tidak ada air. Ion Na⁺ akan direduksi di katode dan ion Cl⁻ akan dioksidasi di anode.
D. Reaksi spontan
Pembahasan: Untuk reaksi elektrokimia, jika E°sel > 0, maka reaksi berlangsung spontan. Hubungannya dengan energi bebas Gibbs adalah ΔG = -nFE°sel. Jika E°sel positif, maka ΔG negatif, yang menunjukkan reaksi spontan.
E. Pelapisan dengan seng
Pembahasan: Pelapisan dengan seng (galvanisasi) adalah metode pencegahan korosi. Seng lebih mudah teroksidasi daripada besi, sehingga seng akan ‘berkorban’ terlebih dahulu. Faktor lain (oksigen, air, pH rendah, kontak dengan logam mulia) justru mempercepat korosi.
B. Tidak ikut bereaksi dalam proses elektrokimia
Pembahasan: Elektroda inert adalah elektroda yang hanya berfungsi sebagai penghantar elektron dan tidak ikut serta dalam reaksi kimia di elektroda tersebut. Contohnya adalah Pt dan grafit.
B. 1 F
Pembahasan: Reaksi reduksi Cu²⁺ adalah Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Untuk mengendapkan 1 mol Cu, dibutuhkan 2 mol elektron. Jadi, untuk 0,5 mol Cu, dibutuhkan 0,5 × 2 = 1 mol elektron. 1 mol elektron = 1 Faraday (F).
C. Energi listrik
Pembahasan: Sel bahan bakar adalah jenis sel volta yang dirancang untuk menghasilkan energi listrik secara terus-menerus selama bahan bakar dan oksidator disuplai.

II. Kunci Jawaban Soal Isian Singkat

Sel volta (atau sel galvani)
Kenetralan muatan
Jumlah listrik (atau muatan listrik)
1
Proteksi katodik (misalnya dengan logam Mg atau Zn), galvanisasi (pelapisan dengan seng), dan paduan logam (misalnya stainless steel).

III. Kunci Jawaban Soal Esai/Uraian

Untuk reaksi spontan, E°sel harus positif. Kita pilih setengah reaksi dengan E° yang lebih kecil untuk oksidasi (anode) dan yang lebih besar untuk reduksi (katode).
Cr³⁺(aq) + 3e⁻ → Cr(s) E° = -0,74 V (potensial lebih kecil, jadi Cr akan dioksidasi)
Fe²⁺(aq) + 2e⁻ → Fe(s) E° = -0,44 V (potensial lebih besar, jadi Fe²⁺ akan direduksi)
Reaksi oksidasi (anode): Cr(s) → Cr³⁺(aq) + 3e⁻
Reaksi reduksi (katode): Fe²⁺(aq) + 2e⁻ → Fe(s)

Untuk menyamakan jumlah elektron, kalikan reaksi oksidasi dengan 2 dan reaksi reduksi dengan 3:
2Cr(s) → 2Cr³⁺(aq) + 6e⁻
3Fe²⁺(aq) + 6e⁻ → 3Fe(s)

Reaksi sel spontan: 2Cr(s) + 3Fe²⁺(aq) → 2Cr³⁺(aq) + 3Fe(s)
E°sel = E°reduksi(Fe²⁺) – E°reduksi(Cr³⁺) = (-0,44 V) – (-0,74 V) = +0,30 V.
Karena E°sel positif (+0,30 V), reaksi ini spontan.
Diketahui:
I = 5 A
t = 9650 detik
Ar Ni = 59
1 F = 96500 C/mol
Langkah 1: Hitung muatan listrik (Q)
Q = I × t = 5 A × 9650 s = 48250 C

Langkah 2: Hitung mol elektron (nₑ)
nₑ = Q / F = 48250 C / 96500 C/mol = 0,5 mol elektron

Langkah 3: Tulis reaksi di katode dan tentukan perbandingan mol
Pada larutan NiCl₂, ion Ni²⁺ akan direduksi di katode:
Ni²⁺(aq) + 2e⁻ → Ni(s)
Dari reaksi, 2 mol elektron menghasilkan 1 mol Ni. Jadi, mol Ni = 1/2 × mol elektron.
Mol Ni = 1/2 × 0,5 mol = 0,25 mol

Langkah 4: Hitung massa nikel
Massa Ni = mol Ni × Ar Ni = 0,25 mol × 59 g/mol = 14,75 gram.
Perbedaan Sel Volta dan Sel Elektrolisis:
- Sumber Energi:
  – Sel Volta: Mengubah energi kimia dari reaksi redoks spontan menjadi energi listrik. Tidak memerlukan sumber listrik dari luar.
  – Sel Elektrolisis: Mengubah energi listrik menjadi energi kimia untuk menjalankan reaksi redoks tidak spontan. Memerlukan sumber listrik (arus searah) dari luar.
- Spontanitas Reaksi:
  – Sel Volta: Reaksi redoks berlangsung secara spontan (ΔG < 0, E°sel > 0).
  – Sel Elektrolisis: Reaksi redoks berlangsung secara tidak spontan (ΔG > 0, E°sel < 0).
- Tanda Kutub Elektroda:
  – Sel Volta: Anode bermuatan negatif (tempat oksidasi), Katode bermuatan positif (tempat reduksi).
  – Sel Elektrolisis: Anode bermuatan positif (terhubung ke kutub positif sumber listrik, tempat oksidasi), Katode bermuatan negatif (terhubung ke kutub negatif sumber listrik, tempat reduksi).
Cara Kerja Penyepuhan Perak pada Sendok Besi:

Penyepuhan perak dilakukan dengan menjadikan sendok besi sebagai katode dan perak murni sebagai anode dalam larutan elektrolit yang mengandung ion perak (misalnya AgNO₃). Sumber listrik (arus searah) dihubungkan sehingga elektron mengalir dari anode (perak) ke katode (sendok besi).
- Di Anode (elektroda perak murni, kutub positif):
  Logam perak akan teroksidasi, melepaskan elektron dan membentuk ion perak yang larut ke dalam elektrolit.
  Reaksi: Ag(s) → Ag⁺(aq) + e⁻
- Di Katode (sendok besi, kutub negatif):
  Ion perak (Ag⁺) dari larutan akan menerima elektron dari sumber listrik dan tereduksi menjadi logam perak, yang kemudian menempel melapisi sendok besi.
  Reaksi: Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s)
Dengan demikian, seiring waktu, lapisan tipis perak akan terbentuk secara merata di permukaan sendok besi.
Pada elektrolisis larutan KI dengan elektroda inert (Pt):
- Di Katode (kutub negatif):
  Karena ion K⁺ berasal dari logam golongan IA, yang lebih reaktif daripada air, maka air yang akan direduksi di katode.
  Reaksi: 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
- Di Anode (kutub positif):
  Ion I⁻ adalah ion halida yang dapat dioksidasi. Oleh karena itu, I⁻ akan dioksidasi di anode.
  Reaksi: 2I⁻(aq) → I₂(s) + 2e⁻

IV. Kunci Jawaban Soal Mencocokkan

1. Sel Galvani – B. Reaksi redoks berlangsung spontan
2. Katode Sel Elektrolisis – A. Tempat terjadinya reaksi reduksi