Examkin

Soru

Zorluk: Çok zorElektroliz ve Faraday Kanunları

25∘C25^\circ\text{C} sıcaklıkta 1 L1\text{ L} hacmindeki sulu çözeltide 0,04 M AgNO30,04\text{ M } AgNO_3 ve 0,03 M Cu(NO3)20,03\text{ M } Cu(NO_3)_2 tuzları tamamen çözünmüş halde bulunmaktadır. Bu çözelti inert elektrotlar kullanılarak 9,65 A9,65\text{ A}'lik sabit bir akımla 2000 saniye2000\text{ saniye} boyunca elektroliz ediliyor.

Buna göre, elektroliz işlemi sonunda gerçekleşen olaylarla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?

(Hacim değişiminin ihmal edildiği ve elektroliz süresince sıcaklığın 25∘C25^\circ\text{C}'de sabit kaldığı varsayılacaktır. Ag=108 g/mol\text{Ag} = 108\text{ g/mol}, Cu=64 g/mol\text{Cu} = 64\text{ g/mol}, 1 Faraday=96500 C/mol e−1\text{ Faraday} = 96500\text{ C/mol } e^-)

Yarı tepkime standart indirgenme potansiyelleri:\text{Yarı tepkime standart indirgenme potansiyelleri:}
Ag+(aq)+e−→Ag(k)E∘=+0,80 VAg^+(aq) + e^- \rightarrow Ag(k) \quad E^\circ = +0,80\text{ V}
Cu2+(aq)+2e−→Cu(k)E∘=+0,34 VCu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(k) \quad E^\circ = +0,34\text{ V}
2H2O(s)+2e−→H2(g)+2OH−(aq)E∘=−0,83 V2H_2O(s) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \quad E^\circ = -0,83\text{ V}
O2(g)+4H+(aq)+4e−→2H2O(s)E∘=+1,23 VO_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^- \rightarrow 2H_2O(s) \quad E^\circ = +1,23\text{ V}
  1. A
    Katotta toplam 6,24 g6,24\text{ g} katı madde toplanır.
  2. B
    Anotta normal koşullarda 1,12 L1,12\text{ L} hacim kaplayan gaz açığa çıkar.
  3. C
    Katotta normal koşullarda 1,12 L1,12\text{ L} hidrojen (H2H_2) gazı açığa çıkar.
  4. D
    Elektroliz sonrasında çözeltinin pH\text{pH} değeri 11 olur.
  5. Elektroliz süresince anotta üretilen H+H^+ iyonlarının mol sayısı, katotta üretilen OH−OH^- iyonlarının mol sayısına eşittir.Cevap

Cevap

Elektroliz süresince anotta üretilen hidrojen iyonlarının mol sayısı (0,20 mol0,20\text{ mol}), katotta üretilen hidroksit iyonlarının mol sayısına (0,10 mol0,10\text{ mol}) eşit değildir.
Elektroliz devresinden geçen toplam elektron mol sayısı 0,20 mol0,20\text{ mol}'dür. Anotta suyun yükseltgenmesi (2H2O→O2+4H++4e−2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-) sonucu devreden geçen 0,20 mol0,20\text{ mol} elektron başına 0,20 mol H+0,20\text{ mol } H^+ iyonu üretilir. Katotta ise devreden geçen elektronların ilk 0,10 mol0,10\text{ mol}'ü metallerin (Ag+Ag^+ ve Cu2+Cu^{2+}) indirgenmesinde harcanır; kalan 0,10 mol0,10\text{ mol} elektron ise suyun indirgenmesi (2H2O+2e−→H2+2OH−2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-) tepkimesinde harcanarak 0,10 mol OH−0,10\text{ mol } OH^- iyonu oluşturur. Bu sebeple anotta üretilen hidrojen iyonlarının mol sayısı ile katotta üretilen hidroksit iyonlarının mol sayısı eşit değildir. Dolayısıyla bu ifade yanlıştır.

Adım Adım Çözüm

1
Devreden geçen toplam elektrik yükü miktarını ve elektronun mol sayısını hesaplayınız.
Q=I×t=9,65×2000=19300 CoulombQ = I \times t = 9,65 \times 2000 = 19300\text{ Coulomb}
n(e−)=1930096500=0,20 mol elektronn(e^-) = \frac{19300}{96500} = 0,20\text{ mol elektron}
Faraday yasalarına göre devreden geçen yük miktarı akım ile sürenin çarpımına eşittir ve 1 mol elektronun yükü 96500 C'dur.
2
Katotta indirgenme eğilimi fazla olan katyonlardan başlayarak indirgenen madde miktarlarını ve harcanan elektronları hesaplayınız.
Önce gümüş iyonları indirgenir: Ag+(aq)+e−→Ag(k)Ag^+(aq) + e^- \rightarrow Ag(k)
0,04 mol Ag+0,04\text{ mol } Ag^+ için 0,04 mol e−0,04\text{ mol } e^- harcanır ve 0,04 mol Ag0,04\text{ mol } Ag (4,32 g4,32\text{ g}) toplanır. Kalan elektron: 0,16 mol0,16\text{ mol}.
Sonra bakır iyonları indirgenir: Cu2+(aq)+2e−→Cu(k)Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(k)
0,03 mol Cu2+0,03\text{ mol } Cu^{2+} için 0,06 mol e−0,06\text{ mol } e^- harcanır ve 0,03 mol Cu0,03\text{ mol } Cu (1,92 g1,92\text{ g}) toplanır. Kalan elektron: 0,10 mol0,10\text{ mol}.
Katotta toplanan toplam katı kütlesi: 4,32+1,92=6,24 g4,32 + 1,92 = 6,24\text{ g} olur.
Katotta indirgenme potansiyeli büyük olan metal katyonları öncelikle indirgenir.
3
Katotta geriye kalan elektronların suyun indirgenmesinde kullanılmasını ve açığa çıkan hidrojen gazının hacmini hesaplayınız.
Kalan 0,10 mol e−0,10\text{ mol } e^- suyun indirgenmesinde harcanır:
2H2O(s)+2e−→H2(g)+2OH−(aq)2H_2O(s) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)
0,10 mol e−0,10\text{ mol } e^- geçişiyle 0,05 mol H2(g)0,05\text{ mol } H_2(g) ve 0,10 mol OH−0,10\text{ mol } OH^- iyonu oluşur.
H2H_2 gazının normal koşullardaki hacmi: 0,05×22,4=1,12 L0,05 \times 22,4 = 1,12\text{ L} olur.
Çözeltideki tüm metal katyonları tükendikten sonra katotta su indirgenerek hidrojen gazı ve hidroksit iyonları oluşturur.
4
Anotta gerçekleşen yükseltgenme tepkimesini yazarak açığa çıkan oksijen gazının hacmini ve üretilen hidrojen iyonlarının mol sayısını hesaplayınız.
Anotta nitrat iyonları yükseltgenemeyeceği için su yükseltgenir:
2H2O(s)→O2(g)+4H+(aq)+4e−2H_2O(s) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-
Devreden geçen 0,20 mol e−0,20\text{ mol } e^- için 0,05 mol O2(g)0,05\text{ mol } O_2(g) ve 0,20 mol H+(aq)0,20\text{ mol } H^+(aq) oluşur.
O2O_2 gazının normal koşullardaki hacmi: 0,05×22,4=1,12 L0,05 \times 22,4 = 1,12\text{ L} olur.
Anotta yükseltgenme potansiyeli daha büyük olan su molekülleri yükseltgenerek oksijen gazı ve hidrojen iyonlarını oluşturur.
5
Çözeltideki net asitlik miktarını ve son durumdaki pH değerini hesaplayınız.
Anotta oluşan 0,20 mol H+0,20\text{ mol } H^+ ile katotta oluşan 0,10 mol OH−0,10\text{ mol } OH^- nötralleşir:
H++OH−→H2OH^+ + OH^- \rightarrow H_2O
Kalan H+H^+ iyonu mol sayısı: 0,20−0,10=0,10 mol0,20 - 0,10 = 0,10\text{ mol}.
Çözelti hacmi 1 L1\text{ L} olduğundan [H+]=0,10 mol1 L=0,10 M[H^+] = \frac{0,10\text{ mol}}{1\text{ L}} = 0,10\text{ M} olur.
Buradan pH=−log⁡(0,10)=1\text{pH} = -\log(0,10) = 1 olarak bulunur.
Asidik ve bazik iyonların nötralleşmesi sonrasında kalan serbest hidrojen iyonlarının derişimi çözeltinin son pH değerini belirler.

Anahtar Kavram

Elektrolizde çoklu katyon içeren çözeltilerde elektrotlarda öncelikli toplanma sırası, Faraday kanunları stoichiometry hesaplamaları ve suyun elektrolizi sonucu pH değişimi.
Tahmini Süre:3m 0s
Bu soruyu puanla

Konular

Elektroliz ve Faraday Kanunları

Bu konudan daha fazla soru