Examkin

Soru

Zorluk: Çok zorElektroliz ve Faraday Kanunları

25∘C25^\circ\text{C} sıcaklıkta 1 L1\text{ L} hacmindeki sulu çözeltide 0,1 M HCl0,1\text{ M } HCl ve 0,2 M Cu(NO3)20,2\text{ M } Cu(NO_3)_2 çözünmüş halde bulunmaktadır. Bu çözelti, inert (aktif olmayan) elektrotlar kullanılarak 9,65 A9,65\text{ A}'lik sabit bir akımla 2000 saniye2000\text{ saniye} boyunca elektroliz ediliyor.

Elektroliz süresince çözelti hacminin de��işmediği varsayıldığına göre, işlem sonunda anotta toplanan gaz karışımının normal koşullardaki (NK) toplam hacmi kaç litredir?

(Elektron verme eğilimleri: Cl−>OH−>NO3−Cl^- > OH^- > NO_3^- ve H2>CuH_2 > Cu; 1 Faraday=96500 C/mol e−1\text{ Faraday} = 96500\text{ C/mol } e^-)

Cevap: 1.68 L

Cevap

Anotta toplanan gaz karışımının normal koşullardaki toplam hacmi 1,68 litredir.
Devreden geçen toplam 0,2 mol elektronun ilk 0,1 molü ile çözeltideki 0,1 mol klorür iyonları tamamen yükseltgenerek 0,05 mol klor gazına dönüşür. Kalan 0,1 mol elektron ise suyun yükseltgenmesinde kullanılır ve 4'e 1 oranında 0,025 mol oksijen gazı oluşturur. Toplam 0,075 mol gaz normal koşullarda 1,68 L hacim kaplar.

Adım Adım Çözüm

1
Devreden geçen elektrik yükünü ve elektronun mol sayısını hesaplayın.
Devreden 0,2 mol elektron geçmiştir.
Faraday kanunlarına göre devreden geçen yük miktarı Q=I×tQ = I \times t formülüyle hesaplanır. Q=9,65 A×2000 s=19300 CQ = 9,65\text{ A} \times 2000\text{ s} = 19300\text{ C} bulunur. 1 mol e−=96500 C1\text{ mol } e^- = 96500\text{ C} olduğundan, devreden geçen elektron mol sayısı n(e−)=1930096500=0,2 moln(e^-) = \frac{19300}{96500} = 0,2\text{ mol} olur.
2
Çözeltide bulunan anyon ve katyonların mol sayıların�� hesaplayın.
Çözeltide 0,1 mol Cl−Cl^-, 0,4 mol NO3−NO_3^- ve 0,2 mol Cu2+Cu^{2+} iyonu vardır.
Molarite ve hacim ilişkisinden (n=M×Vn = M \times V) yararlanılarak, 1 L1\text{ L} çözeltideki HClHCl ve Cu(NO3)2Cu(NO_3)_2 tuzlarının tamamen iyonlaştığı düşünülerek iyon mol sayıları bulunur.
3
Anotta gerçekleşen yükseltgenme tepkimelerini sırasıyla belirleyin ve oluşan gazların mol sayılarını hesaplayın.
Anotta 0,05 mol Cl2(g)Cl_2(g) ve 0,025 mol O2(g)O_2(g) oluşur.
Elektron verme eğilimi en fazla olan Cl−Cl^- iyonları öncelikle yükseltgenir: 2Cl−(aq)→Cl2(g)+2e−2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-. 0,1 mol Cl−0,1\text{ mol } Cl^- iyonunun tamamen yükseltgenmesi için 0,1 mol e−0,1\text{ mol } e^- gerekir ve bu esnada 0,05 mol Cl2(g)0,05\text{ mol } Cl_2(g) oluşur. Kalan 0,1 mol e−0,1\text{ mol } e^- ile OH−OH^- (su) yükseltgenir: 2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e−2H_2O(l) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-. Bu tepkimeye göre 4 mol e−4\text{ mol } e^- ile 1 mol O2(g)1\text{ mol } O_2(g) açığa çıktığından, kalan 0,1 mol e−0,1\text{ mol } e^- ile 0,025 mol O2(g)0,025\text{ mol } O_2(g) üretilir.
4
Anotta toplanan gaz karışımının normal koşullardaki (NK) toplam hacmini hesaplayın.
Toplam gaz hacmi 1,68 litredir.
Anotta toplanan toplam gaz mol sayısı n(toplam)=n(Cl2)+n(O2)=0,05+0,025=0,075 moln(\text{toplam}) = n(Cl_2) + n(O_2) = 0,05 + 0,025 = 0,075\text{ mol}'dür. Normal koşullarda 1 mol1\text{ mol} gaz 22,4 L22,4\text{ L} hacim kapladığından, V=0,075 mol×22,4 L/mol=1,68 LV = 0,075\text{ mol} \times 22,4\text{ L/mol} = 1,68\text{ L} olarak bulunur.

Anahtar Kavram

Elektroliz hücresinde Faraday kanunları ve karışımlarda öncelikli yükseltgenme/indirgenme kurallarını uygulayarak elektrotlarda toplanan madde miktarlarını hesaplama.
Bu soruyu puanla

Konular

Elektroliz ve Faraday Kanunları

Bu konudan daha fazla soru