Post on 04-May-2018
MODUL PRAKTIKUM
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
ELEKTROLISIS AIR
(ELS)
Koordinator LabTK
Dr. Dianika Lestari / Dr. Pramujo Widiatmoko
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2016
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 2
Kontributor:
Dr. Isdiriayani Nurdin, Dr. Hary Devianto, Dr. Ardiyan Harimawan, Robby Sukma
Dharmawan
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 3
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .............................................................................................................................. 3
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 4
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 5
BAB II TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN................................................................. 6
2.1. Tujuan Percobaan............................................................................................................ 6
2.2. Sasaran Percobaan .......................................................................................................... 6
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 7
3.1. Alat .................................................................................................................................. 7
3.2. Bahan/Zat Kimia ............................................................................................................. 7
3.3. Kondisi Percobaan .......................................................................................................... 7
3.3.2. Variabel yang Divariasikan.......................................................................................... 8
3.3.3. Variabel Terikat ........................................................................................................... 8
3.4. Rangkaian Alat................................................................................................................ 8
BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................... 9
4.1. Persiapan ......................................................................................................................... 9
4.2. Pengukuran Overpotensial Minimum ............................................................................. 9
4.3. Pengukuran Efsiensi Arus dan Konsumsi Energi ........................................................... 9
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 11
LAMPIRAN A TABEL DATA MENTAH ............................................................................. 12
LAMPIRAN B PROSEDUR PERHITUNGAN ...................................................................... 13
LAMPIRAN C SPESIFIKASI LITERATUR ......................................................................... 14
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 4
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Rangkaian Alat ....................................................................................................... 8
Gambar 2. Diagram Alir Percobaan ....................................................................................... 10
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 5
BAB I
PENDAHULUAN
Secara terminologi, elektrolisis merupakan proses pemecahan (lisis) senyawa dengan bantuan
energi listrik. Proses elektrolisis memegang peranan penting dalam industri, salah satunya
dalam produksi hidrogen murni yang berguna dalam industri makanan dan obat-obatan.
Hidrogen murni juga digunakan untuk proses metalurgi khusus dalam jumlah kecil (W, Mo,
Ge) dan mentransformasi minyak menjadi lemak yang dapat dimakan. Hidrogen dapat
diperoleh secara ekonomis melalui elektrolisis air dalam elektrolit asam maupun basa.
Sementara itu, elektrolisis air juga menghasilkan oksigen sebagai produk samping. Konsumsi
oksigen dunia hanya sekitar 1/10 dari jumlah oksigen yang merupakan produk samping
elektrolisis. Oleh karena itu, oksigen elektrolitik dianggap terlalu mahal dibandingkan dengan
oksigen dari distilasi udara cair. Jika oksigen elektrolitik tidak digunakan di tempat, maka
oksigen sering dibuang begitu saja. Namun, karena tingkat kemurniannya yang tinggi (99,6
%), kadang-kadang oksigen elektrolitik dimampatkan dan diangkut untuk penggunaan
khusus.
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 6
BAB II
TUJUAN DAN SASARAN PERCOBAAN
2.1. Tujuan Percobaan
Percobaan ini bertujuan untuk memahami fenomena-fenomena overpotensial evolusi
hidrogen yang terjadi di permukaan elektroda selama berlangsungnya proses elektrolisis air.
2.2. Sasaran Percobaan
Sasaran yang hendak dicapai melalui percobaan ini adalah sebagai berikut.
1. Mengidentifikasi pengaruh jenis elektroda terhadap overpotensial minimum proses
elektrolisis air
2. Mengidentifikasi pengaruh jenis dan konsentrasi elektrolit terhadap overpotensial
minimum proses elektrolisis air
3. Menghitung efisiensi arus dan konsumsi energi proses elektrolisis air.
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 7
BAB III
RANCANGAN PERCOBAAN
3.1. Alat
Peralatan yang digunakan dalam praktikum adalah sebagai berikut.
a. Gelas kimia 500 mL
b. Gelas kimia 1000 mL
c. Buret 25 mL
d. Corong
e. Elektroda Pt-Ir (Anoda)
f. Pipet volume 25 mL
g. Labu takar 1000 mL
h. Kabel listrik
i. Multimeter
j. Laptop
k. Batang pengaduk
l. Filler
m. Termometer
n. Sumber listrik DC
o. Elektroda
p. Botol semprot
q. Statif dan klep
3.2. Bahan/Zat Kimia
Daftar bahan yang digunakan dalam percobaan adalah sebagai berikut.
a. Aqua dm
b. H2SO4 18 M
c. Padatabn KOH/NaOH
d. Isolator tape
e. Kertas abrasif
3.3. Kondisi Percobaan
Kondisi percobaan terdiri dari variabel percobaan yang dibuat tetap dan variabel percobaan
yang diubah.
3.3.1. Variabel yang Dibuat Tetap
a. Tekanan udara ruang (660 – 700 mmHg)
b. Temperatur ruang (23 – 28 oC)
c. Jenis anoda (kawat Pt-Ir)
d. Volume elektrolit (250 mL)
e. Jarak antar elektroda (1 cm)
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 8
f. Luas permukaan elektroda
3.3.2. Variabel yang Divariasikan
a. Jenis katoda
b. Jenis elektrolit (KOH/NaOH atau H2SO4)
c. Konsentrasi elektrolit (larutan H2SO4 dan larutan NaOH dengan berbagai macam
variasi konsentrasi)
3.3.3. Variabel Terikat
a. Overpotensial minimum
b. Jumlah gas hidrogen yang dihasilkan
c. Temperatur larutan
3.4. Rangkaian Alat
Rangkaian alat yang digunakan dalam percobaan dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Rangkaian Alat
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 9
BAB IV
PROSEDUR KERJA
Percobaan modul elektrolisis air ini terdiri dari tiga bagian utama, yaitu bagian persiapan,
penentuan overpotensial minimum dan penentuan efisiensi arus serta konsumsi energi
elektrolisis air.
4.1. Persiapan
Beberapa persiapan yang harus dilakukan adalah sebagai berikut.
1. Persiapan elektrolit
Larutan elektrolit yang digunakan adalah larutan kalium hidroksida atau asam sulfat
yang diencerkan. Konsentrasi elektrolit yang dipakai disesuaikan dengan variasi pada
penugasan. Volume larutan elektrolit untuk setiap percobaan sama yaitu 300 mL.
2. Persiapan elektroda
Anoda yang dipakai untuk percobaan ini adalah kawat Pt – Ir berdiameter 0,5 mm dan
panjang 22 cm. Sedangkan katoda yang digunakan disesuaikan dengan variasi pada
penugasan. Elektroda dibersihkan dengan menggunakan kertas abrasif di bawah aliran
air.
3. Perangkaian Alat
Alat dirangkai sedemikian sehingga sesuai dengan rangkaian alat pada Gambar 1.
4.2. Pengukuran Overpotensial Minimum
1. Sumber listrik dinyalakan pada tegangan minimum
2. Variasikan arus dengan memutar potensiometer pada sumber arus DC
3. Lakukan pembacaan terhadap amperemeter dan voltmeter setiap kenaikan 0,1 mA.
Overpotensial diperoleh ketika pembacaan tegangan bernilai sama 4 kali berturut-
turut.
4.3. Pengukuran Efsiensi Arus dan Konsumsi Energi
Setelah melakukan percobaan menentukan overpotensial minimum sehingga mendapatkan
kondisi yang menghasilkan overpotensial minimum paling kecil, elektrolisis air kemudian
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 10
dilakukan pada kondisi yang bersangkutan dengan variasi potensial sel di atas potensial
minimum tersebut. Pada percobaan ini, data yang harus dicatat adalah:
1. Kondisi operasi, disesuaikan dengan kondisi yang menghasilkan overpotensial
minimum paling kecil.
2. Potensial sel, divariasikan 300 mV, 600 mV dan 900 mV di atas overpotensial
minimum.
3. Rapat arus, dicatat setiap detik dalam satu run elektrolisis menggunakan bantuan
software.
4. Elektrolisis dilakukan selama 3600 detik karena dianggap selama waktu tersebut rapat
arus sudah relatif stabil.
5. Jumlah gas hidrogen yang dihasilkan.
Diagram alir percobaan diperlihatkan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Diagram Alir Percobaan
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 11
DAFTAR PUSTAKA
Jean Besson et Jacques Guitton. 1972. Manipulations d’electrochimie, introduction a vla
theorie et a la pratique de la cinetique electrochimique. Paris: MASSON & CIE.
Pletcher, D. and Walsh, Frank C. 1993. Industrial Electrochemistry. Glasgow: Blackie
Academic & Professional.
Prentice, G. 1991. Electrochemical Engineering Principles, Prentice-Hall International, Inc.
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 12
LAMPIRAN A
TABEL DATA MENTAH
A.1. Penentuan Overpotensial Minimum
Run ke- :
Katoda :
Jenis elektrolit :
Konsentrasi :
Temperatur :
Tekanan :
No I (mA) V (volt)
1
2
3
A.2. Penentuan Efisiensi Arus dan Konsumsi Energi
Run ke- :
Katoda :
Jenis elektrolit :
Konsentrasi :
Temperatur :
Tekanan :
H2 yang dihasilkan :
Waktu (menit) I (mA) V (volt)
0
1
2
...
60
*gunakan bantuan software untuk mencatat data persatuan detik selama 1 jam (sekali run)
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 13
LAMPIRAN B
PROSEDUR PERHITUNGAN
B.1. Perhitungan Volume H2SO4
Gunakan persamaan pengenceran untuk menghitung jumlah volume H2SO4 pekat yang
dibutuhkan untuk mencapai konsentrasi H2SO4 sesuai dengan penugasan.
V1 = V2 x M2 / M1
B.2. Perhitungan Muatan Listrik
Muatan listrik merupakan perkalian antara arus (A) dengan waktu (detik). Nilainya dihitung
dengan pendekatan grafik, yaitu menghitung luas di bawah kurva arus dan waktu. Metode
yang digunakan adalah metode trapesium.
∑
B.3. Perhitungan Efisiensi Arus
Untuk menghitung efisiesi arus, gunakan persamaan berikut.
∫
B.4. Perhitungan Konsumsi Energi per Satuan Volume H2
∫
∫
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 14
LAMPIRAN C
SPESIFIKASI LITERATUR
C.1. Tetapan Faraday
F = 96.485,3 (C/ekivalen)
Sumber : bird, B. Byron. Transport Phenomena 2nd
Ed. 2002. New York : John Wiley and
Sons, Inc.)
C.2. Tabel Potensial Standar
Reaksi ½ sel Potensial standar (V)
Au3+
+ 3e- Au +1,420
O2 + 4H+ + 4e
- 2H2O +1,229
Pt2+
+ 2e- Pt +1,2
Ag+ + e
- Ag +0,800
Fe3+
+ e- Fe
2+ +0,771
O2 + 2H2O + 4e- 4(OH
-) +0,401
Cu2+
+ 2e- Cu +0,340
2H+ + 2e
- H2 0,000
Pb2+
+ 2e- Pb -0,126
Sn2+
+ 2e- Sn -0,136
Ni2+
+ 2e- Ni -0,250
Co2+
+ 2e- Co -0,277
Cd2+
+ 2e- Cd -0,403
Fe2+
+ 2e- Fe -0,440
Cr3+
+ 3e- Cr -0,744
Zn2+
+ 2e- Zn -0,763
2H2O + 2e- H2 + 2(OH
-) -0,828
Al3+
+ 3e- Al -1,662
Mg2+
+ 2e- Mg -2,363
Na+ + e
- Na -2,714
K+ + e
- K -2,924
Sumber : Callister, William D. Materials Science and Engineering : An Introduction 7th
Ed.
2002. New York : John Wiley and Sons, Inc.)
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Elektrolisis Air - 2016
ELS 15
C.3. Tetapan Gas Ideal
R = 82,0578 cm3.atm/mol/K
Sumber : bird, B. Byron. Transport Phenomena 2nd
Ed. 2002. New York : John Wiley and
Sons, Inc.)
C.4. Konduktivitas Listrik
Temukan konduktivitas listrik logam yang digunakan sebagai elektroda (sesuai dengan
penugasan)!