ELEKTROKIMA E-MODUL PEMBELAJARAN Modul ini milik : SMA/MA KELAS XII oleh : Anneshya R 126212212040
1 K A T A P E N G A N T A R Kurikulum Merdeka PANCASILA Puji Syukur kehadirat Allah SWT karena atas limpahan rahmat-Nya, sehingga saya dapat menyelesaikan modul eelektrokimia dengan tepat waktu tanpa ada halangan. Modul ajar dibuat sebagai bahan ajar siswa SMA/MA Kelas XI dalam memahami dan menyelesaikan masalah terkait dengan elektrokimia Modul ini juga dilengkapi dengan latihan soal untuk menguji pemahaman siswa terkait dengan materi yang terdapat pada modul. Dalam modul elektrokimia ini akan dibahas tentang sel volta dan sel elektrolisis Saya menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan modul ini, Oleh karena itu, saya sangat mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan dan kesempurnaan modul ini. Saya mengucapkan terima kasih kepeda berbagai pihak yang telah membantu proses penvelesain modul ini, terutama dosen pengampu Mata kuliah Media Pembelajaran Kimia yaitu Bu Hilya yang telah membimbing penyusun dalam pembuatan modul ini. Semoga modul ini dapat bermanfaat bagi kita semua, khususnya bagi para siswa SMA/MA
kata Pengantar Daftar Isi Identitas Modul Petunjuk Modul Peta Konsep Kegiatan 3 Kegiatan Belajar 1 Kegiatan Belajar 2 Catatan Penting GLOSARIUM Evaluasi Daftar Pustaka 1 2 3 5 6 21 22 23 27 DAFTAR ISI PENDAHULUAN 7 11 16 SEL VOLTA SEL ELEKTROLISIS PENUTUP 1 2 3 4 2
3 P E N D A H U L U A N Kurikulum Merdeka MATA PELAJARAN : KIMIA KELAS / FASE : XII / F ALOKASI WAKTU : 3 JP JUDUL MODUL : ELEKTROKIMIA MODEL PEMBELAJARAN : DISCOVERY LEARNING PESERTA DIDIK MAMPU MENGAMATI, MENYELIDIKI DAN MENJELASKAN FENOMENA SEHARI-HARI SESUAI KAIDAH KERJA ILMIAH DALAM MENJELASKAN KONSEP KIMIA DALAM KESEHARIAN; MENERAPKAN OPERASI MATEMATIKA DALAM PERHITUNGAN KIMIA; MEMPELAJARI SIFAT, STRUKTUR DAN INTERAKSI PARTIKEL DALAM MEMBENTUK BERBAGAI SENYAWA TERMASUK PENGOLAHAN DAN PENERAPANNYA DALAM KESEHARIAN; MEMAHAMI DAN MENJELASKAN ASPEK ENERGI, LAJU DAN KESETIMBANGAN REAKSI KIMIA; MENGGUNAKAN KONSEP ASAM-BASA DALAM KESEHARIAN; MENGGUNAKAN TRANSFORMASI ENERGI KIMIA DALAM KESEHARIAN TERMASUK TERMOKIMIA DAN ELEKTROKIMIA; MEMAHAMI KIMIA ORGANIK TERMASUK PENERAPANNYA DALAM KESEHARIAN IDENTITAS MODUL CAPAIAN PEMBELAJARAN
4 P E N D A H U L U A N Kurikulum Merdeka 1.Peserta didik dapat menjelaskan tentang konsep sel elektrokimia Peserta didik dapat membedakan konsep sel volta dan sel elektrolisis 2. Peserta didik dapat menjelaskan kegunaan sel volta serta penerapan sel volta dalam kehidupan sehari-hari 3. 4.Peserta didik dapat menuliskan notasi sel suatu reaksi sel volta Peserta didik dapat menentukan potensial sel berdasarkan data potensial reduksi standar 5. 6.Peserta didik dapat menentukan jenis reaksi pada sel volta Peserta didik dapat menganalisis proses yang terjadi pada sel volta melalui reaksi sel volta 7. Peserta didik dapat menentukan reaksi sel elektrolisis pada katoda dan anoda 8. TUJUAN PEMBELAJARAN
Pada LKPD kimia berbasis pendekatan saintifik dengan menggunakan model Discovery Learning meliputi enam langakah yaitu stimulasi, identifikasi masalah, data collection, data processing, verification, dan generalisasi. 1. Pada langkah Stimulasi, peserta didik mengamati dengan kegiatan membaca, menyimak dan melihat 2. Pada langkah Identifikasi masalah, peserta didik menuliskan rumusan masalah (dalam bentuk pertanyaan) 3. Pada langkah Mengumpulkan data, peserta didik menggali dan mengumpulkan informasi dengan berbagai cara yaitu eksperimen, mengamati objek/kejadian dan membaca sumber lain untuk membuktikan hipotesis peserta didik 4. Pada langkag Data processing, peserta didik menjawab pertanyaan dan memecahkan masalah serta menemukan konsep dari materi yang dipelajari 5. Pada langkah Verivication, perwakilan dari kelompok diminta mempresentasikan hasil diskusi mereka 6. Pada tahap Generalisasi, peserta didik menuliskan kesimpulan yang peserta didik dapatkan selama proses belajar sesuai dengan tujuan pembelajaran. 7. 5 P E N D A H U L U A N Kurikulum Merdeka PETUNJUK MODUL
6 P E N D A H U L U A N Kurikulum Merdeka PETA KONSEP
perhatikan gambar dibawah ini !!! 7 K E G I A T A N 1 Kurikulum Merdeka STIMULUS gambar 1 gambar 2 Gambar diatas merupakan contoh sel volta dalam kehidupan sehari-hari. Amatilah video 1 dan 2 dibawah ini terkait contoh dan penerapan sel volta dalam kehidupan sehari-hari. video pembuatan baterai video pembuatan aki lengkapi pertanyaan di bawah ini ! 1. Sel elektrokimia ………………………………………………………………………………………………... 2. Sel volta ………………………………………………………………………………………………… 3. Sel elektrolisis ………………………………………………………………………………………………… 4. Kegunaan dan penerapan sel volta dalam kehidupan sehari-hari ………………………………………………………………………………………………… IDENTIFIKASI MASALAH video pembuatan Aki
KEGIATAN 1 SEL VOLTA 8 PENGUMPULAN DATA Kumpulkanlah informasi mengenai materi sel volta dari literatur, bahan ajar, maupun internet! 1. Konsep sel elektokimia ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Perbedaan sel volta dan sel elektrolisis ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Sel primer dan sel sekunder ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Contoh-contoh dari sel primer dan sel sekunder ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Penerapan sel primer dan sel sekunder dalam kehidupan sehari-hari ……………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………
9 KEGIATAN 1 SEL VOLTA PENGELOLAHAN DATA Berdasarkan gambar disamping, Lengkapilah persamaan reaksi dibawah ini! 1. Anoda : Pb(s) + SO4 2-(aq) Katoda : PbO+(s) + 4H (aq) + (l) + Reaksi sel :………………………………………………………………….. 2. Berdasarkan gambar disamping,Lengkapilah pesersamaan reaksi dibawah ini ! Anoda : Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e Katoda : 2NH4+(aq) + 2MnO2(s) + 2e → Mn2O3(s) + 2NH3(aq) + + Reaksi sel :…………………………………………………………………….. 3. Pada tahap stimulasi telah dibahas contoh sel volta dalam kehidupan sehari-hari, contoh sel volta dapat berupa 2 jenis sel disebut sel………………. Dan sel ……………….. 4. Sel yang telah digunakan tetapi tidak bisa digunakan kembali disebut sel ……………… sedangkan sel yang telah digunakan akan tetapi bisa digunakan kembali disebut sel …………………. 5. Sel aki termasuk contoh sel ………………. Sedangkan baterai (sel kering atau sel alkalin) termasuk sel …………………..
Presentasikan jawaban pertanyaan dari hasil diskusi kelompokmu, lalu berikan tanggapan terhadap jawaban hasil diskusi kelompok lain! 10 K E G I A T A N 1 Kurikulum Merdeka VERIFIKASI DATA KESIMPULAN
perhatikan gambar dibawah ini !!! Jawablah pertanyaan dibawah ini,kemudian tulis di buku tulis anda ! Bagaimanakah menuliskan suatu notasi sel pada reaksi sel volta? 1. Bagaimanakah menentukan potensial sel standar suatu reaksi sel volta? 2. 3.Bagaimanakah menentukan suatu reaksi sel volta? Bagaimanakah proses terjadinya sel volta berdasarkan video diatas ? 4. 11 K E G I A T A N 2 Kurikulum Merdeka STIMULUS Rangkaian sel volta video sel volta IDENTIFIKASI MASALAH
1. Langkah atau tahap penulisan notasi sel volta ………………………………………………………………………………………………… 2. Contoh penulisan notasi sel volta ………………………………………………………………………………………………… 3. Potensial sel standar ………………………………………………………………………………………………… 4. Rumus yang digunakan untuk menghitung potensial sel standar ………………………………………………………………………………………………… 5. Langkah-langkah menentukan potensial sel standar ………………………………………………………………………………………………… 6. Potensial reduksi standar ………………………………………………………………………………………………… 7. Kespontanan suatu reaksi berdasarkan nilai potensial sel standar ………………………………………………………………………………………………… 12 KEGIATAN 2 SEL VOLTA PENGUMPULAN DATA amatilah video dibawah ini ! Kumpulkanlah informasi mengenai materi sel volta dari literatur, bahan ajar, maupun internet ! 1. Komponen-komponen pada sel volta beserta fungsinya …………………..…………………..…………………..…………………..……… 2. Proses reaksi yang terjadi pada sel volta …………………..…………………..…………………..…………………..………
1. Berdasarkan Gambar disamping unsur yang menjadi katoda adalah ……….. unsur yang menjadi anoda adalah ………… 2. Tuliskanlah persamaan setengah reaksi dari Katoda :………………………. Anoda :………………………. 3. Tuliskan reaksi sel atau reaksi keseluruhan dari reaksi redoks diatas Reaksi sel :……………………………………………………………….. 4. Berdasarkan Gambar 1 buatlah notasi sel dari proses sel volta tersebut! ………………………………………………………………………………. 5. Berdasarkan tabel potensial reduksi standar diatas, tuliskanlah masing-masing Eº dari masing-masing elektroda! Katoda :……………………….............Eº = ………. V Anoda :………………………..............Eº = ………. V 6. Tentukanlah nilai potensial sel standar (Eºsel) yang dihasilkan dari kedua elektroda tersebut? Katoda :……………………….............Eº = ………. V Anoda :………………………..............Eº = ………. V + Reaksi sel :……………………………………………. Eºsel = …….... V 7. Apabila nilai Eºsel > 0 maka reaksi sel ………………………(spontan/ tidak) Apabila nilai Eºsel < 0 maka reaksi sel ……………………….(spontan/ tidak) 13 KEGIATAN 2 SEL VOLTA PENGELOLAHAN DATA Gambar 1
1. Reaksi apakah yang terjadi pada logam Zn? alasan ? …………………..…………………..…………………..…………………..……… 2. Tuliskanlah persamaan reaksi yang terjadi pada logam Zn …………………………………………………………………………………… 3. Reaksi apakah yang terjadi pada logam Cu? Alasan? …………………………………………………………………………………… 4. Tuliskan persamaan reaksi yang terjadi pada logam Cu …………………………………………………………………………………… 5. Buatlah reaksi sel atau reaksi keseluruhan dari sel volta diatas: Katoda : …..(aq) + ….. → …..(s) Anoda : …..(s) → …..(aq) + ….. Reaksi Sel : …..(aq) + …..(s) → …..(s) + …..(aq) 6. Pada Video 1 atau gambar diatas, elektron mengalir dari ……………………. Menuju ………………….. 7. Elektroda dibagi menjadi 2 yaitu anoda dan katoda. Berdasarkan Video 1 logam Zn bertindak sebagai …………… sedangkan logam Cu bertindak sebagai ……………… dan di katoda terjadi reaksi ……………….. sedangkan di anoda terjadi reaksi ………………. 8. Buatlah notasi sel berdasarkan reaksi yang terjadi pada video animasi diatas! Salt Bridge (Jembatan Garam) Gambar 1 14 KEGIATAN 2 SEL VOLTA PENGELOLAHAN DATA
Presentasikan jawaban pertanyaan dari hasil diskusi kelompokmu, lalu berikan tanggapan terhadap jawaban hasil diskusi kelompok lain! 15 K E G I A T A N 2 Kurikulum Merdeka VERIFIKASI DATA KESIMPULAN
perhatikan gambar dibawah ini !!! 16 K E G I A T A N 3 Kurikulum Merdeka STIMULUS gambar a gambar b Berdasarkan gambar di atas, masalah apakah yang kalian temukan? Tulislah dalam bentuk pertanyaan yang memuat masalah tersebut! IDENTIFIKASI MASALAH Gambar (a) Elektrolisis Lelehan NaCl dengan Elektrode C, (b) Elektolisis Larutan NaCl dengan Elektrode C
17 KEGIATAN 3 SEL ELEKTROLISIS PENGUMPULAN DATA Seorang ahli dari Inggris bernama Michael Faraday mengalirkan arus listrik ke dalam larutan elektrolit dan ternyata terjadi suatu reaksi kimia. Proses penggunaan arus listrik untuk menghasilkan reaksi kimia disebut sel elektrolisis. Arus listrik ini bisa berasal dari sel volta. Ada tiga macam reaksi elektrolisis, yaitu : A. Sel Elektrolisis Bentuk Lelehan/Cairan/Liquid Sel bentuk ini hanya berlaku untuk senyawa ionik dengan tidak ada zat pelarut (tidak ada H2 O). Hanya ada kation dan anion. B. Sel Bentuk Larutan dengan Elektrode Tidak Bereaksi (Inert/Tidak Aktif) Dalam sel bentuk ini tidak ada pengaruh elektrode, hanya di samping kation dan anion diperhitungkan juga adanya zat pelarut (adanya air). Elektrode yang digunakan adalah platina (Pt) dan karbon (C). C. Sel Bentuk Larutan dengan Elektrode Bereaksi (Elektrode Aktif) Elektrode yang bereaksi adalah elektrode bukan platina atau bukan karbon. Termasuk elektrode ini adalah tembaga (Cu), perak (Ag), nikel (Ni), besi (Fe), dan lainnya. Hukum Faraday I: Banyaknya zat yang dihasilkan dari reaksi elektrolisis sebanding dengan banyaknya arus listrik yang dialirkan ke dalam larutan. Hukum Faraday II: Arus listrik mengalir disusun secara seri dan ternyata banyaknya zatzat yang dihasilkan setiap larutan dapat dinyatakan dengan rumusan: W 18. Kegunaan sel elektrolisis adalah untuk penyepuhan/pelapisan logam dan pemurnian logam kotor
18 KEGIATAN 3 SEL ELEKTROLISIS PENGELOLAHAN DATA 1. Sel elektrolisis merupakan salah satu sel elektrokimia yang memanfaatkan energi ..................... untuk menghasilkan suatu ............................ 2. Sebagaimana sel Volta, sel elektrolisis juga terdiri dari elektrode-elektrode. Pada sel elektrolisis katode merupakan kutub .......................... dan anode adalah kutub ............................Pada katode terjadi reaksi ..................... dan pada anoda terjadi reaksi ....................... .Elektron mengalir dari .......................menuju ......................... 3. Perhatikan elektrolisis lelehan NaCl dengan electrode C Pada elektrolisis lelehan NaCl terdapat ion ….. dan ion …..sehingga jika terdapat arus DC makan ion …. akan tertarik ke …… yang merupakan kutub ……….. lalu mengalami ……….. menjadi logam Na padat. Sementara ion ……. akan tertarik ke arah kutub ………. sehingga mengalami ……… menjadi gas Cl2. Adapun reaksinya adalah : Reaksi ionisasi NaCl : ……………………………………………… Reaksi di Katode : ……………………………………………… Reaksi di anode : ……………………………………………… + Reaksi total : ………………………………………………
19 KEGIATAN 3 SEL ELEKTROLISIS PENGELOLAHAN DATA 4. Perhatikan elektrolisis larutan NaCl dengan electrode C pada gambar di bawah ini. Perhatikan informasi berikut untuk melengkapi kalimat di bawah Perlu Diingat Jika zat elektrolit merupakan larutan, maka spesi yang ada selain itu dari zat tersebut adalah air. Pada elektrolisis larutan NaCl dengan electrode C terdapat ion ….. , ion ….. dan molekul …… . Pada reaksi di katode, terdapat persaingan antara …… dan ion …… . berdasarkan harga potensial reduksi (E0red) dalam Deret Volta, …… memiliki E0red yang lebih …… daripada ion …… sehingga yang tereduksi di katode adalah …… Pada reaksi di anode terdapat persaingan antara …… dan ion ……. Karena ion …… tidak mengandung oksigen, maka ion …… yang teroksidassi. Adapun reaksinya adalah : Reaksi ionisasi NaCl : ……………………………………………… Reaksi di Katode : ……………………………………………… Reaksi di anode : ……………………………………………… + Reaksi total : ………………………………………………
20 KEGIATAN 3 SEL ELEKTROLISIS PENGELOLAHAN DATA 5. Tuliskan reaksi elektrolisis larutan FeSO4 dengan electrode Pt Perlu Dipahami Jika di anode terdapat air dan yaitu anion yang mengandung O, seperti SO4-2, NO3-, ClO4- maka yang dioksidasi adalah H2O. Ini disebabkan karena anion tersebut sukar dioksidasi. Berarti anion ini sudah maksimum mengikat atom O sehingga tidak bisa lagi dioksidasi. Biloks S, N, dan Cl pada SO4-2, NO3-, ClO4- sudah merupakan biloks terbesar,sehingga tidak dapat biloksnya bertambah (tidak dapat melakukan oksidasi). Reaksi ionisasi FeSO4 : ……………………………………………… Reaksi di Katode : ……………………………………………… Reaksi di anode : ……………………………………………… Reaksi total : ……………………………………………… Bagaimana reaksinya jika Kedua contoh diatas menggunakan electrode adalah elektrolisis yang tidak inert ????????? menggunakan electrode inert (cPt, C, Au)sehingga tidak bereaksi di anode. 6. Elektrolisis larutan AgBr dengan electrode Zn. Pada elektrolisis larutan Ag2SO4 dengan electrode Zn terdapat ion ….. , ion ….. dan molekul …… . Pada reaksi di katode, terdapat persaingan antara …… dan ion …… . berdasarkan harga potensial reduksi (E0red) dalam Deret Volta, …… memiliki E0red yang lebih …… daripada ion …… sehingga yang tereduksi di katode adalah …… Pada reaksi di anode terdapat persaingan antara …… dan ion ……. Tetapi karena elektrodenya adalah Zn (electrode tak inert selain Pt, C, Au) maka electrode dioksidasi langsung menjadi larutannya. Anion tidak perlu diperhatikan, baik yang tidak mengandung oksigen maupun yang mengandung oksigen. Sedangkan di katode, electrode ini tidak mempengaruhi ion-ion yang terjadi di katode. Sehingga di anode yang teroksidasi adalah …… Reaksi ionisasi NaCl : ……………………………………………… Reaksi di Katode : ……………………………………………… Reaksi di anode : ……………………………………………… Reaksi total : ………………………………………………
21 Energi yang dilepaskan dari reaksi redoks dapat diubah menjadi energi listrik dan ini digambarkan dalam sel volta atau sel galvani. 1. Jika energi listrik dialirkan dalam larutan elektrolit, maka akan terjadi reaksi redoks dan ini digambarkan dalam sel elektrolisis. 2. 3.Dalam sel volta ada dua elektrode, yaitu: a. Katode : - Elektrode di mana terjadi reaksi reduksi, berarti logam Cu. - Dalam sel volta disebut sebagai elektrode positif. b. Anode : - Elektrode di mana terjadi reaksi oksidasi, berarti logam Zn. - Dalam sel volta disebut sebagai elektrode negatif. 4.Fungsi jembatan garam dalam sel volta adalah menyetarakan kation dan anion dalam larutan. 5. Potensial elektrode hidrogen standar diberi harga 0 volt (E° = 0 volt). 6. Besarnya potensial sel dari suatu reaksi redoks dalam sel volta merupakan total dari potensial elektrode unsur-unsur sesuai dengan reaksinya. Hasil perhitungan potensial sel bisa positif atau bisa negatif. Jika potensial sel bertanda positif berarti reaksi dapat berlangsung, sedangkan jika potensial sel bertanda negatif berarti reaksi tidak dapat berlangsung. Potensial sel dihitung dengan menggunakan persamaan: 7. Kegunaan sel volta, antara lain digunakan sebagai sel baterai dan sel aki. 8. Proses perkaratan termasuk proses elektrokimia, di mana logam Fe yang teroksidasi bertindak sebagai anode dan oksigen yang terlarut dalam air yang ada pada permukaan besi bertindak sebagai katode 9. Ada tiga macam reaksi elektrolisis, yaitu: a. Sel elektrolisis bentuk lelehan/cairan/liquid. b. Sel elektrolisis dengan elektrode tidak ikut bereaksi (inert), yaitu karbon/platina. c. Sel elektrolisis dengan elektrode ikut bereaksi. 10. Hukum Faraday I: Banyaknya zat yang dihasilkan dari reaksi elektrolisis sebanding dengan banyaknya arus listrik yang dialirkan ke dalam larutan 11. Hukum Faraday II: Arus listrik mengalir disusun secara seri dan ternyata banyaknya zat-zat yang dihasilkan setiap larutan CATATAN PENTING
22 Sel volta : Sel elektrokimia dimana energi kimia dari reaksi redoks spontan diubah menjadi energi listrik Katoda : Elektroda di mana reaksi oksidasi terjadi Anoda : Elektroda di mana reaksi reduksi terjadi Jembatan garam : suatu peralatan laboratorium yang digunakan untuk menghubungkan setengah-sel reduksi dan oksidasi dari suatu sel galvani (sel volta) Elektrolit : Suatu zat yang larut atau terurai ke dalam bentuk ion-ion dan selanjutnya larutan menjadi konduktor elektrik Potensial elektroda standar : Potensial elektroda yang dibandingkan dengan elektroda hidrogen yang diukur pada suhu 25 oC dan tekanan 1 atm Deret Volta : Dikenal juga sebagai deret keaktifan logam yaitu unsur-unsur yang disusun berdasarkan urutan potensial elektroda standar Sel baterai : Disebut juga sel kering mangan, terdiri dari 3 komponen utama yaitu bungkus dalam zink (Zn) sebagai elektroda negatif (anoda), batang karbon (C) sebagai elektroda positif (katoda) dan pasta MnO2 dan NH4Cl yang berperan sebagai elektrolit Sel aki : Sel Volta yang banyak digunakan dalam kendaraan bermotor, disusun dari lempeng timbal (Pb) dan timbal oksida (PbO2) yang dicelupkan dalam larutan asam sulfat (H2SO4) Elektrolisis : sel elektrokimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Elektroda inert : elektroda dari bahan pengantar listrik yang tidak terlibat dalam reaksi. Elektroda aktif : elektroda dari bahan pengantar listrik yang terlibat dalam reaksi karena reaktif atau mudah teroksidasi. Sel Downs : sel elektrolisis untuk menghasilkan logam Natrium dalam proses industri. Hukum Faraday I : hukum yang menyatakan bahwa massa zat yang diendapkan dalam proses elektrolisis sebanding dengan kuat arus dan waktu reaksinya. Hukum Faraday II : hukum yang menyatakan bahwa massa zat yang diendapkan dalam proses elektrolisis sebanding dengan kuat arus dan waktu reaksinya. GLOSARIUM
23 EVALUASI
24 EVALUASI
25 EVALUASI
26 EVALUASI
27 DAFTAR PUSTAKA FLOWERS,P.dkk.(2019):Chemistry2e,Texas:Open Stax Utami,Budi.dkk(2009):Kimia 3 : Untuk SMA/MA Kelas XII Program Ilmu Alam.Jakarta:Departemen Pendidikan Nasional. Tro, Nivaldo J.(2012) .Introductory chemistry. United States of America: Pearson Prentice Hall Zumdahl,S.S.dkk.(2018)Chemistry, Tenth Edition.USA