Langkau ke kandungan
Kimia · Tingkatan 6 (STPM Chemistry) · Electrochemistry

13.2 Standard reduction potential

Unit ini menerangkan elektrod hidrogen piawai (standard hydrogen electrode), cara menentukan keupayaan penurunan piawai E° dan menggunakan nilai E° untuk mengira E°sel, membandingkan kekuatan agen dan meramal kespontanan.

  • STPM
  • 5 SP
  • 15 latihan
  • Percuma
Belajar & latih secara interaktifSemua unit Kimia STPM

SP 13.2.1Describe the standard hydrogen electrode;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Describe (Memerihalkan)

Calon perlu memerihalkan binaan dan keadaan piawai elektrod hidrogen piawai (standard hydrogen electrode, SHE) serta nilai E° yang ditetapkan baginya.

  1. IsiBinaan SHE
    Huraian

    Gas H₂ 1 atm dialirkan ke atas kepingan platinum bersalut platinum hitam yang dicelup dalam larutan H⁺ 1.0 mol dm⁻³ pada 298 K.

    Contoh

    Larutan HCl 1.0 mol dm⁻³ dalam bikar, tiub kaca mengelilingi elektrod Pt, gelembung H₂ keluar di bahagian bawah.

  2. IsiTindak balas dan nilai rujukan
    Huraian

    Keseimbangan 2H⁺(aq) + 2e⁻ ⇌ H₂(g) berlaku pada permukaan Pt; E° ditetapkan 0.00 V sebagai rujukan semua keupayaan penurunan.

    Contoh

    Platinum hitam dipilih kerana lengai, mengalirkan elektrik dan luas permukaannya besar.

Poin utamaElektrod hidrogen piawai (SHE)

  • Gas H₂ pada tekanan 1 atm (101 kPa) dialirkan ke atas elektrod platinum bersalut platinum hitam (platinised platinum).
  • Elektrod dicelup dalam larutan ion H⁺ 1.0 mol dm⁻³ (cth HCl 1.0 mol dm⁻³) pada 298 K.
  • Setengah tindak balas: 2H⁺(aq) + 2e⁻ ⇌ H₂(g); E° ditetapkan sebagai 0.00 V.
  • Platinum hitam bersifat lengai, mengalirkan elektrik dan mempunyai luas permukaan besar untuk mencapai keseimbangan dengan cepat.
SP 13.2.1

SP 13.2.2Determine the standard reduction potential, Eº, using the standard hydrogen electrode;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Determine (Menentukan)

Calon perlu menentukan nilai E° suatu setengah sel dengan menyambungkannya kepada SHE pada keadaan piawai dan mentafsir bacaan serta kekutuban voltmeter.

  1. IsiProsedur
    Huraian

    Setengah sel piawai (ion 1.0 mol dm⁻³, 298 K, gas 1 atm) disambung dengan SHE melalui titian garam dan voltmeter berintangan tinggi.

    Contoh

    Cu | Cu²⁺(1.0 mol dm⁻³) disambung dengan SHE: voltmeter membaca 0.34 V.

  2. IsiMenentukan tanda E°
    Huraian

    Jika elektrod ujian menjadi terminal positif berbanding SHE, E° positif; jika terminal negatif, E° negatif.

    Contoh

    Cu terminal positif: E° = +0.34 V; Zn terminal negatif dengan bacaan 0.76 V: E° = −0.76 V.

Peta alirMenentukan E° Cu²⁺/Cu menggunakan SHE

  1. Sediakan setengah sel Cu dalam Cu²⁺(aq) 1.0 mol dm⁻³ pada 298 K (keadaan piawai).
  2. Sambungkan dengan SHE melalui titian garam dan voltmeter berintangan tinggi.
  3. Baca voltan: 0.34 V; elektrod Cu ialah terminal positif.
  4. Oleh kerana Cu bertindak sebagai katod berbanding SHE, E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34 V. Jika logam menjadi terminal negatif (cth Zn), tanda E° negatif: E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V.
SP 13.2.2

SP 13.2.3Calculate the standard cell potential;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Calculate (Mengira)

Calon perlu mengira keupayaan sel piawai E°sel (juga ditulis e.m.f.) daripada nilai E° dua setengah sel.

  1. IsiRumus
    Huraian

    E°sel = E°katod − E°anod; katod ialah setengah sel dengan E° lebih positif. Singkatan e.m.f. boleh digunakan bagi E°sel.

    Contoh

    Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu: E°sel = (+0.34) − (−0.76) = +1.10 V.

  2. IsiE° tidak didarab
    Huraian

    E° ialah sifat intensif, jadi tidak berubah walaupun setengah persamaan didarab untuk mengimbangi elektron.

    Contoh

    Cu | Cu²⁺ || Ag⁺ | Ag: E°sel = 0.80 − 0.34 = +0.46 V walaupun Ag⁺ + e⁻ → Ag didarab 2.

NotaKeupayaan sel piawai (standard cell potential)

E°sel = E°katod − E°anod (kedua-duanya keupayaan penurunan). Katod ialah setengah sel yang E°nya lebih positif. Nilai E° tidak didarab apabila setengah persamaan didarab kerana E° ialah sifat intensif.

SP 13.2.3

Peta alirContoh: E°sel bagi Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu

  1. E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34 V (katod); E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V (anod)
  2. E°sel = E°katod − E°anod = (+0.34 V) − (−0.76 V)
  3. E°sel = +1.10 V
SP 13.2.3

SP 13.2.4Compare the strength of oxidising and reducing agents from Eº values;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Compare (Membandingkan)

Calon perlu membandingkan kekuatan agen pengoksidaan dan agen penurunan berdasarkan nilai E° dalam siri keupayaan penurunan piawai.

  1. IsiAgen pengoksidaan
    Huraian

    Spesies di sebelah kiri setengah persamaan dengan E° lebih positif lebih mudah diturunkan, jadi agen pengoksidaan lebih kuat.

    Contoh

    F₂ (+2.87 V) > Cl₂ (+1.36 V) > Ag⁺ (+0.80 V) > Cu²⁺ (+0.34 V).

  2. IsiAgen penurunan
    Huraian

    Spesies di sebelah kanan dengan E° lebih negatif lebih mudah dioksidakan, jadi agen penurunan lebih kuat.

    Contoh

    Mg (−2.37 V) penurun lebih kuat daripada Zn (−0.76 V); Ag ialah penurun lemah.

Peta buih bergandaAgen pengoksidaan kuat lawan agen penurunan kuat

Agen pengoksidaan kuatSpesies di sebelah kiri setengah persamaan dengan E° sangat positifMudah diturunkan (menerima elektron)Contoh: F₂ (E° = +2.87 V)
PersamaanDibandingkan menggunakan siri E°Terlibat dalam tindak balas redoks
Agen penurunan kuatSpesies di sebelah kanan setengah persamaan dengan E° sangat negatifMudah dioksidakan (melepaskan elektron)Contoh: Li (E° = −3.04 V)
SP 13.2.4

JadualBeberapa nilai E° pada 298 K dan kespontanan

Setengah persamaanE° / V
F₂ + 2e⁻ ⇌ 2F⁻+2.87
Cl₂ + 2e⁻ ⇌ 2Cl⁻+1.36
Ag⁺ + e⁻ ⇌ Ag+0.80
Cu²⁺ + 2e⁻ ⇌ Cu+0.34
2H⁺ + 2e⁻ ⇌ H₂0.00
Zn²⁺ + 2e⁻ ⇌ Zn−0.76
Mg²⁺ + 2e⁻ ⇌ Mg−2.37
SP 13.2.4SP 13.2.5

SP 13.2.5Predict the spontaneity of a reaction from E°cell value.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Predict (Meramalkan)

Calon perlu meramalkan sama ada tindak balas redoks yang ditulis berlaku secara spontan pada keadaan piawai berdasarkan tanda E°sel.

  1. IsiPeraturan tanda
    Huraian

    Kira E°sel bagi tindak balas seperti yang ditulis: positif bermaksud spontan (ΔG° = −nFE°sel negatif); negatif bermaksud tidak spontan, tindak balas songsang pula spontan.

    Contoh

    Cl₂ + 2Ag → 2Cl⁻ + 2Ag⁺: E°sel = 1.36 − 0.80 = +0.56 V, spontan.

  2. IsiHad ramalan
    Huraian

    Ramalan bersifat termodinamik: tidak memberi kadar tindak balas dan boleh berubah pada keadaan bukan piawai.

    Contoh

    Cu + Zn²⁺ → Cu²⁺ + Zn: E°sel = −0.76 − 0.34 = −1.10 V, tidak spontan; kuprum tidak menyesarkan zink.

NotaMeramal kespontanan

Jika E°sel positif, tindak balas seperti yang ditulis adalah spontan (ΔG° = −nFE°sel negatif). Jika E°sel negatif, tindak balas tidak spontan; tindak balas songsang pula spontan. Ramalan ini bersifat termodinamik sahaja: kadar tindak balas mungkin terlalu perlahan, dan keadaan bukan piawai boleh mengubah keputusan.

SP 13.2.5

Ingat: mnemonik & kad imbas

Mnemonik

SHE
Standard Hydrogen Electrode: H₂ 1 atm, H⁺ 1.0 mol dm⁻³, 298 K, Pt hitam, E° = 0.00 V.

Kad imbas

E° SHE
0.00 V (ditetapkan)
Rumus E°sel
E°sel = E°katod − E°anod
E° lebih positif bermaksud
Spesies kiri agen pengoksidaan lebih kuat
E°sel positif bermaksud
Tindak balas spontan pada keadaan piawai
Mengapa voltmeter berintangan tinggi?
Supaya hampir tiada arus mengalir dan beza keupayaan maksimum diukur

Semak kefahaman

  1. Nyatakan tiga keadaan piawai elektrod hidrogen piawai (SHE). (SP 13.2.1)

    Lihat jawapan

    Gas H₂ pada 1 atm, larutan H⁺ 1.0 mol dm⁻³ dan suhu 298 K.

  2. Nyatakan keadaan setengah sel ujian semasa menentukan E°. (SP 13.2.2)

    Lihat jawapan

    Kepekatan ion 1.0 mol dm⁻³, suhu 298 K dan gas (jika ada) pada 1 atm.

  3. Hitung E°sel bagi Mg | Mg²⁺ || Cu²⁺ | Cu (E°: Mg²⁺/Mg = −2.37 V, Cu²⁺/Cu = +0.34 V). (SP 13.2.3)

    Lihat jawapan

    E°sel = 0.34 − (−2.37) = +2.71 V.

  4. Susun F₂, Cl₂ dan Cu²⁺ mengikut kekuatan agen pengoksidaan menurun (E°: +2.87, +1.36, +0.34 V). (SP 13.2.4)

    Lihat jawapan

    F₂ > Cl₂ > Cu²⁺.

  5. Ramalkan sama ada Fe boleh menurunkan Cu²⁺ pada keadaan piawai (E°: Fe²⁺/Fe = −0.44 V, Cu²⁺/Cu = +0.34 V). (SP 13.2.5)

    Lihat jawapan

    E°sel = 0.34 − (−0.44) = +0.78 V; positif, maka tindak balas spontan.

15 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.

Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
  1. Mengingat

    Aktiviti: Murid melabel elektrod hidrogen piawai dan menyebut keadaan piawai (1 atm, 298 K, 1 mol dm-3) pada kad.

    Bukti hasil kerja: Lembaran kerja atau kuiz ringkas: ketepatan ingatan istilah dan fakta tentang keupayaan penurunan piawai.

    SP disasar: 13.2.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat
  2. Memahami

    Aktiviti: Berpasangan, murid menerangkan cara menentukan E° suatu separa sel menggunakan elektrod hidrogen piawai dengan lakaran.

    Bukti hasil kerja: Penerangan lisan dan lukisan murid tentang keupayaan penurunan piawai; semak ketepatan hubungan sebab dan akibat.

    SP disasar: 13.2.2 · Latihan sepadan: aras Memahami
  3. Mengaplikasi

    Aktiviti: Murid mengira E°sel dan meramal kespontanan tindak balas daripada data E° yang diberi.

    Bukti hasil kerja: Jawapan lembaran kerja atau hasil pengiraan tentang keupayaan penurunan piawai; semak kaedah dan ketepatan jawapan.

    SP disasar: 13.2.3, 13.2.5 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi
  4. Menganalisis

    Aktiviti: Dalam kumpulan, murid membandingkan kekuatan agen pengoksidaan dan penurunan daripada siri E° dan menganalisis sama ada tindak balas halogen dengan halida spontan.

    Bukti hasil kerja: Jadual atau peta pemikiran analisis keupayaan penurunan piawai; semak ketepatan kesimpulan berasaskan data atau bukti.

    SP disasar: 13.2.4, 13.2.5 · Latihan sepadan: aras Menganalisis

Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan

Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 65 unit Kimia STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.

Belajar & latih secara interaktifSemua unit Kimia STPM

Unit lain dalam Electrochemistry

  1. 13.1 Half-cell and redox equations
  2. 13.2 Standard reduction potential
  3. 13.3 Non-standard cell potentials
  4. 13.4 Electrolysis
  5. 13.5 Application of electrochemistry