Examkin

Soru

Zorluk: ZorElektroliz ve Faraday Kanunları

Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde CuSO4CuSO_4 sulu çözeltisi, ikincisinde ise NaClNaCl sulu çözeltisi bulunmaktadır. Bu sistem, devreden belirli bir miktar elektrik yükü geçirilerek elektroliz edildiğinde birinci kabın katodunda 12,8 g12,8\text{ g} bakır (CuCu) metali toplanmaktadır.

Buna göre, bu elektroliz işlemi süresince;

I. İkinci kabın katodunda normal koşullarda 4,48 L4,48\text{ L} hacim kaplayan H2H_2 gazı açığa çıkar.
II. Birinci kabın anodunda açığa çıkan gazın mol sayısı, ikinci kabın anodunda açığa çıkan gazın mol sayısının yarısı kadardır.
III. İkinci kaptaki çözeltinin pHpH değeri zamanla artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

(Elektron verme eğilimleri: Na>H>Cu>Cl−>OH−>SO42−Na > H > Cu > Cl^- > OH^- > SO_4^{2-}; Cu=64 g/molCu = 64\text{ g/mol})

  1. A
    Yalnız I
  2. B
    I ve II
  3. C
    I ve III
  4. D
    II ve III
  5. I, II ve IIICevap

Cevap

Her üç öncülün de doğru olduğunu belirten seçenek doğrudur.
Her üç yargı da doğrudur. Birinci kabın katodundaki bakır birikiminden (0,2 mol0,2\text{ mol}) devreden geçen yükün 0,4 mol0,4\text{ mol} elektron olduğu belirlenir. Bu yük ile ikinci kabın katodunda su indirgenerek normal koşullarda 4,48 L4,48\text{ L} H2H_2 gazı açığa çıkar ve çözeltide OH−OH^- oluştuğu için pH artar. Anotlarda ise sırasıyla 0,1 mol0,1\text{ mol} O2O_2 ve 0,2 mol0,2\text{ mol} Cl2Cl_2 gazları açığa çıkar, bu da yarı yarıya bir mol oranına karşılık gelir.

Adım Adım Çözüm

1
Birinci kabın katodunda biriken bakır metalinin mol sayısını ve devreden geçen toplam elektronun mol sayısını bulma.
n(Cu)=12,8 g64 g/mol=0,2 moln(Cu) = \frac{12,8\text{ g}}{64\text{ g/mol}} = 0,2\text{ mol}. Katotta gerçekleşen indirgenme tepkimesi: Cu2+(aq)+2e−→Cu(s)Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s) şeklindedir. 0,2 mol0,2\text{ mol} bakır metalinin birikmesi için devreden geçen elektronun mol sayısı n(e−)=0,2×2=0,4 moln(e^-) = 0,2 \times 2 = 0,4\text{ mol} olarak bulunur. Seri bağlı kaplarda her iki devreden de aynı miktarda (0,4 mol0,4\text{ mol}) elektron geçer.
Toplanan madde miktarından yola çıkarak devreden geçen net yük miktarını (elektron mol sayısını) hesaplamak gerekir.
2
İkinci kabın katodunda toplanan maddeyi belirleme ve hacmini hesaplama.
İkinci kapta katyon olarak Na+Na^+ ve sudan gelen H+H^+ iyonları bulunur. Elektron verme eğilimi (aktiflik) sırasına göre Na>HNa > H olduğundan, indirgenme potansiyeli daha yüksek (pasif) olan H+H^+ iyonları (H2OH_2O molekülleri) katotta öncelikle indirgenir: 2H2O(l)+2e−→H2(g)+2OH−(aq)2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq). Devreden 0,4 mol0,4\text{ mol} elektron geçtiğine göre açığa çıkan H2H_2 gazının mol sayısı n(H2)=0,42=0,2 moln(H_2) = \frac{0,4}{2} = 0,2\text{ mol} olur. Bu gazın normal koşullardaki hacmi ise V=0,2×22,4=4,48 LV = 0,2 \times 22,4 = 4,48\text{ L} olarak hesaplanır. Dolayısıyla I. öncül doğrudur.
Sulu çözeltilerin elektrolizinde katotta hangi maddenin önce indirgeneceğini aktiflik sırasına göre belirlemek gerekir.
3
Kapların anotlarında açığa çıkan gazların türlerini belirleme ve mol sayılarını karşılaştırma.
Birinci kabın anodunda SO42−SO_4^{2-} ve OH−OH^- iyonları bulunur. Yükseltgenme eğilimi OH−>SO42−OH^- > SO_4^{2-} olduğundan su molekülleri yükseltgenerek O2O_2 gazı oluşturur: 2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e−2H_2O(l) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-. Açığa çıkan oksijen gazının mol sayısı n(O2)=0,44=0,1 moln(O_2) = \frac{0,4}{4} = 0,1\text{ mol} olur. İkinci kabın anodunda ise Cl−Cl^- ve OH−OH^- iyonları bulunur. Yükseltgenme eğilimi Cl−>OH−Cl^- > OH^- olduğundan klor iyonları yükseltgenerek Cl2Cl_2 gazı oluşturur: 2Cl−(aq)→Cl2(g)+2e−2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-. Açığa çıkan klor gazının mol sayısı n(Cl2)=0,42=0,2 moln(Cl_2) = \frac{0,4}{2} = 0,2\text{ mol} olur. Birinci kabın anodunda açığa çıkan gazın mol sayısı (0,1 mol0,1\text{ mol}), ikinci kabın anodunda açığa çıkan gazın mol sayısının (0,2 mol0,2\text{ mol}) yarısı kadardır. Dolayısıyla II. öncül doğrudur.
Anotta hangi anyonun önce yükseltgenerek gaz oluşturacağını elektron verme eğilimlerine göre belirlemek ve katsayı ilişkisini kurmak gerekir.
4
İkinci kaptaki çözeltinin zamanla pH değişimini yorumlama.
İkinci kabın katodunda suyun indirgenmesi gerçekleşirken ortamda hidroksit (OH−OH^-) iyonları oluşmaktadır (2H2O(l)+2e−→H2(g)+2OH−(aq)2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)). Çözeltide hidroksit iyonu derişiminin ([OH−][OH^-]) artması çözeltiyi daha bazik hale getirir. Baziklik arttıkça pOHpOH değeri azalır, dolayısıyla pHpH değeri zamanla artar. Bu nedenle III. öncül doğrudur.
Elektrot tepkimeleri sonucunda çözeltide biriken veya harcanan iyonların asitlik-bazlık dengesine ve dolayısıyla pH değerine etkisini incelemek gerekir.

Anahtar Kavram

Seri bağlı elektroliz kaplarında Faraday kanunlarının uygulanması, katot ve anotlarda öncelikli açığa çıkan maddelerin aktiflik sırasına göre belirlenmesi ve sulu çözelti elektrolizinde pH değişimi.
Bu soruyu puanla

Konular

Elektroliz ve Faraday Kanunları

Bu konudan daha fazla soru