Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde 1\text{ L} hacminde 0,1\text{ M } CuSO_4 v… — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi)

Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde $1\text{ L}$ hacminde $0,1\text{ M } CuSO_4$ ve $0,2\text{ M } NaCl$ içeren sulu çözelti, ikincisinde ise erimiş $AlCl_3$ tuzu bulunmaktadır. Bu elektroliz sisteminden bir süre elektrik akımı geçirildiğinde, ikinci kabın katodunda $2,7\text{ gram } Al$ katısı toplandığı tespit ediliyor.

Buna göre, birinci kabın anodunda açığa çıkan gaz karışımının $27^\circ\text{C}$ sıcaklık ve $0,82\text{ atm}$ basınç altındaki toplam hacmi kaç litredir?

(Elektron verme eğilimleri: $Na > Al > H_2 > Cu > Cl^- > OH^- > SO_4^{2-}$ ; $Al = 27\text{ g/mol}$ , $R = 0,082\text{ L}\cdot\text{atm}/(\text{mol}\cdot\text{K})$ )

3,75Cevap
B
4,50
C
2,25
D
1,50
E
0,3375

Cevap

Birinci kabın anodunda açığa çıkan gaz karışımının toplam hacmi 3,75 litredir.

İkinci kaptaki alüminyum kütlesinden devreden geçen toplam elektrik yükünün 0,3 mol elektron olduğu belirlenir. Birinci kaptaki klorür iyonlarının tamamı (0,2 mol) yükseltgenerek 0,1 mol klor gazı oluşturur ve bu süreçte 0,2 mol elektron harcanır. Kalan 0,1 mol elektron ile su yükseltgenerek 0,025 mol oksijen gazı üretir. Toplam gaz mol sayısı 0,125 mol olur. 27 santigrat derece sıcaklık 300 Kelvin'e çevrilerek ideal gaz denkleminde yerine yazıldığında toplam hacim 3,75 litre olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

İkinci kabın katodunda toplanan alüminyum metalinin mol sayısını ve devreden geçen toplam yük miktarını hesaplamak.

n(Al) = \frac{2,7\text{ g}}{27\text{ g/mol}} = 0,1\text{ mol}

Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al(k)

tepkimesine göre harcanan elektron miktarı

0,1 \times 3 = 0,3\text{ mol } e^-

(Faraday) olur.

Seri bağlı kaplarda her iki kaptan da eşit miktarda elektrik yükünün geçtiğini belirlemek amacıyla ikinci kabın katot verisi kullanılır.

Birinci kaptaki anyonları belirlemek ve yükseltgenme önceliğine göre sıralamak.

Kaptaki anyonlar

Cl^-

OH^-

SO_4^{2-}

iyonlarıdır. Elektron verme (yükseltgenme) eğilimleri

Cl^- > OH^- > SO_4^{2-}

şeklindedir. Kaptaki

Cl^-

iyonu mol sayısı

0,2\text{ M} \times 1\text{ L} = 0,2\text{ mol}

'dür.

Anotta hangi iyonun öncelikle yükseltgeneceğini ve ne kadar klor gazı oluşacağını belirlemek için yükseltgenme önceliği ve mol miktarı gereklidir.

Anotta öncelikli olarak yükseltgenen klor iyonlarının oluşturduğu klor gazı miktarını ve harcanan yükü bulmak.

2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-

tepkimesine göre

0,2\text{ mol } Cl^-

tamamen yükseltgendiğinde

0,1\text{ mol } Cl_2

gazı oluşur ve

0,2\text{ mol } e^-

yük harcanır.

Klor iyonlarının sınırlı miktarda bulunması nedeniyle tamamının harcanıp harcanmadığını kontrol etmek gerekir.

Kalan elektrik yüküyle bir sonraki anyon olan hidroksit iyonlarının (suyun) yükseltgenmesiyle oluşan oksijen gazı miktarını hesaplamak.

Kalan yük

0,3 - 0,2 = 0,1\text{ mol } e^-

'dir.

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

tepkimesine göre

0,1\text{ mol } e^-

yük ile

\frac{0,1}{4} = 0,025\text{ mol } O_2

gazı oluşur.

Devreden geçen toplam yükün klor iyonlarını aşan kısmı suyun yükseltgenmesine harcanarak oksijen gazı üretir.

Anotta açığa çıkan toplam gaz mol sayısını bulmak.

n_{toplam} = n(Cl_2) + n(O_2) = 0,1 + 0,025 = 0,125\text{ mol}

gaz karışımı oluşur.

Gaz yasası uygulanarak toplam hacmin bulunması için toplam gaz mol sayısı gereklidir.

Sıcaklığı Kelvin cinsine çevirerek ideal gaz yasası formülüyle toplam hacmi hesaplamak.

T = 27 + 273 = 300\text{ K}

P \cdot V = n \cdot R \cdot T \Rightarrow 0,82 \cdot V = 0,125 \cdot 0,082 \cdot 300 \Rightarrow V = 3,75\text{ L}

olarak bulunur.

Gaz karışımının hacmini verilen basınç ve sıcaklık koşullarında doğru bir şekilde bulmak için ideal gaz denklemi uygulanır.

Anahtar Kavram

Seri bağlı elektroliz hücrelerinde Faraday kanunları ve sulu çözeltilerde anyonların anotta yükseltgenme önceliği.

Soru

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Konular

Bu konudan daha fazla soru