Platin (Pt) inert elektrotlar kullanılarak, 0,05\text{ M} AgNO_3 ve 0,1\text{ M} Cu(NO_3)_… — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi)

Platin (Pt) inert elektrotlar kullanılarak, $0,05\text{ M}$ $AgNO_3$ ve $0,1\text{ M}$ $Cu(NO_3)_2$ içeren $2\text{ L}$ sulu çözelti $9,65\text{ A}$ 'lik sabit akımla $2000\text{ saniye}$ boyunca elektroliz edilmektedir.

Buna göre, elektroliz işlemi tamamlandığında katotta toplanan toplam katı kütlesi ve çözeltinin pH değeri aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir?

(Elektron verme eğilimleri: $H_2 > Cu > Ag$ ve $OH^- > NO_3^-$ ; $Ag = 108\text{ g/mol}$ , $Cu = 64\text{ g/mol}$ ; $1\text{ mol } e^- = 96500\text{ C}$ ; elektroliz süresince çözelti hacminin değişmediği ve suyun otoiyonizasyonundan gelen $H^+$ derişiminin ihmal edildiği varsayılacaktır.)

Katı kütlesi: $14,0\text{ g}$ , pH: $1$ Cevap
B
Katı kütlesi: $14,0\text{ g}$ , pH: $13$
C
Katı kütlesi: $6,4\text{ g}$ , pH: $1$
D
Katı kütlesi: $17,2\text{ g}$ , pH: $1$
E
Katı kütlesi: $14,0\text{ g}$ , pH: $7$

Cevap

Katotta toplanan katı kütlesi

14,0\text{ g}

ve çözeltinin pH değeri

1

'dir.

Devreden geçen

0,2\text{ mol}

elektronun öncelikle

0,1\text{ mol}

gümüş iyonunu indirgeyerek

10,8\text{ g } Ag

katısı topladığı, kalan

0,1\text{ mol}

elektronun ise

0,05\text{ mol } Cu^{2+}

iyonunu indirgeyerek

3,2\text{ g } Cu

katısı topladığı hesaplanır. Böylece katotta toplanan toplam kütle

14,0\text{ g}

olur. Anotta gerçekleşen suyun yükseltgenme tepkimesi sonucu oluşan

0,2\text{ mol } H^+

iyonunun

2\text{ L}

çözeltideki derişimi

0,1\text{ M}

olup çözeltinin pH değeri

1

olarak elde edilir. Bu nedenle doğru seçenek katı kütlesinin

14,0\text{ g}

ve pH değerinin

1

olduğunu ifade eden seçenektir.

Adım Adım Çözüm

Devreden geçen elektrik yükü ve elektronun mol sayısını hesaplama

Q = I \cdot t = 9,65\text{ A} \times 2000\text{ s} = 19300\text{ C}

. Devreden geçen elektronun mol sayısı:

n(e^-) = \frac{19300\text{ C}}{96500\text{ C/mol}} = 0,2\text{ mol}

olarak bulunur.

Faraday kanunlarına göre elektrotlarda toplanacak madde miktarlarını belirlemek için devreden geçen toplam elektron mol sayısı hesaplanmalıdır.

Katotta toplanan metallerin sırasını belirleme ve kütlelerini hesaplama

Katotta indirgenme eğilimi yüksek olan metal iyonu öncelikle indirgenir. İndirgenme eğilimleri sırası

Ag^+ > Cu^{2+} > H^+

şeklindedir.

İlk olarak

Ag^+

iyonları indirgenir:

Ag^+(aq) + e^- \rightarrow Ag(s)

Başlangıçtaki

Ag^+

mol sayısı:

n(Ag^+) = 0,05\text{ M} \times 2\text{ L} = 0,1\text{ mol}

0,1\text{ mol } Ag^+

iyonunun tamamen indirgenmesi için

0,1\text{ mol } e^-

harcanır ve

0,1\text{ mol } Ag(s)

toplanır.

m(Ag) = 0,1\text{ mol} \times 108\text{ g/mol} = 10,8\text{ g}

.

Kalan elektron miktarı:

0,2 - 0,1 = 0,1\text{ mol } e^-

.

Sırada

Cu^{2+}

iyonları indirgenir:

Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)

0,1\text{ mol } e^-

ile indirgenebilecek

Cu^{2+}

mol sayısı:

n(Cu) = \frac{0,1}{2} = 0,05\text{ mol}

m(Cu) = 0,05\text{ mol} \times 64\text{ g/mol} = 3,2\text{ g}

.

Katotta toplanan toplam katı kütlesi:

10,8 + 3,2 = 14,0\text{ g}

olarak bulunur.

Çoklu katyon içeren elektroliz kaplarında katot elektrotta öncelikle indirgenme potansiyeli büyük (aktifliği küçük) olan katyonların indirgeneceğini uygulayarak stokiyometrik kütle hesabı yapılır.

Anot tepkimesinden yararlanarak çözeltinin pH değerini hesaplama

Anotta yükseltgenme eğilimi daha fazla olan

OH^-

iyonları (su) yükseltgenir:

2H_2O(l) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-

Denkleme göre, devreden geçen her

4\text{ mol } e^-

için çözeltide

4\text{ mol } H^+

iyonu üretilir. Dolayısıyla üretilen

H^+

iyonunun mol sayısı devreden geçen elektronun mol sayısına eşittir:

n(H^+) = 0,2\text{ mol}

.

Çözelti hacmi

2\text{ L}

olduğuna göre,

H^+

derişimi:

[H^+] = \frac{0,2\text{ mol}}{2\text{ L}} = 0,1\text{ M}

olur.

\text{pH} = -\log[H^+] = -\log(0,1) = 1

olarak hesaplanır.

Elektroliz sürecinde anotta suyun yükseltgenmesi sonucu oluşan serbest hidrojen iyonlarının derişimi belirlenerek çözeltinin son pH değeri saptanır.

Anahtar Kavram

Çoklu iyon içeren elektroliz devrelerinde Faraday kanunları ile katotta indirgenme önceliği ve anotta suyun yükseltgenmesinin çözelti pH değerine etkisi.

Tahmini Süre:2m 30s

Soru

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Konular

Bu konudan daha fazla soru