ELEKTROLISIS AIR (ELS) - labtkitb.files.wordpress.com Konsumsi Energi per Satuan Volume H ......

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


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


ELS 4

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Rangkaian Alat ....................................................................................................... 8

Gambar 2. Diagram Alir Percobaan ....................................................................................... 10


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.


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.


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)


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


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


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


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.


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)


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

∫

∫


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.)


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)!

ELEKTROLISIS AIR (ELS) - labtkitb.files.wordpress.com Konsumsi Energi per Satuan Volume H ......

Documents

Transcript of ELEKTROLISIS AIR (ELS) - labtkitb.files.wordpress.com Konsumsi Energi per Satuan Volume H ......