Kimya ve Elektrik Alıştırma Soruları — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi)

Soru 1Soru →

Şekildeki derişim hücresinde, I. yarı hücrede $0,01\text{ M } Cu^{2+}$ çözeltisine batırılmış $Cu$ elektrot, II. yarı hücrede ise $1,0\text{ M } Cu^{2+}$ çözeltisine batırılmış $Cu$ elektrot bulunmaktadır. Yarı hücreler bir tuz köprüsü ile birbirine bağlanmıştır.

Buna göre, $25\text{ }^{\circ}\text{C}$ sıcaklıkta çalışan bu hücrenin başlangıç potansiyeli ( $E_{\text{hücre}}$ ) kaç volttur?

(Nernst eşitliğindeki sabiti $0,06$ olarak alınız.)

+0,06

-0,06

+0,12

-0,12

+0,03

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $+0,06$

Cevap

+0,06

volt olan seçenektir.

Derişim hücrelerinde derişimi küçük olan yarı hücre anot, büyük olan ise katottur. I. yarı hücre anot (

0,01\text{ M}

), II. yarı hücre ise katottur (

1,0\text{ M}

). Bakırın yükseltgenme/indirgenme tepkimelerinde aktarılan elektron sayısı

n = 2

'dir. Derişim hücresi olduğu için standart potansiyel

E^0_{\text{hücre}} = 0\text{ V}

kabul edilir. Nernst denkleminde veriler yerine koyulduğunda:

E_{\text{hücre}} = 0 - (0,06 / 2) \times \log(0,01 / 1,0) = -0,03 \times (-2) = +0,06\text{ V}

olarak elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerini belirleyiniz.

Derişim pillerinde derişimi az olan yarı hücre anot, derişimi fazla olan yarı hücre katottur. Dolayısıyla I. yarı hücre anot (

0,01\text{ M } Cu^{2+}

) ve II. yarı hücre katottur (

1,0\text{ M } Cu^{2+}

).

Hücre tepkimesini ve Nernst eşitliğindeki derişim oranını doğru yazabilmek için anot ve katot belirlenmelidir.

2

Net hücre tepkimesini yazıp aktarılan elektron sayısını (

n

) bulunuz.

Hücre tepkimesi:

Cu^{2+}(\text{katot}, 1,0\text{ M}) \rightarrow Cu^{2+}(\text{anot}, 0,01\text{ M})

şeklindedir. Burada

Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-

ve

Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu

tepkimelerinden aktarılan elektron sayısı

n = 2

olarak bulunur.

Nernst eşitliğindeki

n

katsayısını belirlemek için tepkimedeki elektron alışverişi bulunmalıdır.

3

Nernst eşitliğini uygulayarak hücre potansiyelini hesaplayınız.

Derişim hücresi olduğu için

E^0_{\text{hücre}} = 0\text{ V}

'tur.
Nernst eşitliği:

E_{\text{hücre}} = E^0_{\text{hücre}} - \frac{0,06}{n} \log\left(\frac{[Cu^{2+}]_{\text{anot}}}{[Cu^{2+}]_{\text{katot}}}\right)

E_{\text{hücre}} = 0 - \frac{0,06}{2} \log\left(\frac{0,01}{1,0}\right)

E_{\text{hücre}} = -0,03 \log(10^{-2})

E_{\text{hücre}} = -0,03 \times (-2) = +0,06\text{ V}

olarak bulunur.

Hücrenin başlangıç potansiyelini elde etmek için elde edilen tüm değerler Nernst eşitliğinde yerine yazılır.

Anahtar Kavram

Derişim pillerinin çalışma prensibi ve Nernst eşitliği kullanılarak standart olmayan koşullardaki pil potansiyelinin hesaplanması.

Tahmini Süre:1m 30s

Soru 2Soru →

Gümüş ( $Ag$ ) elektrotlar ve farklı derişimlerde $Ag^+(suda)$ çözeltileri kullanılarak hazırlanan bir derişim pilinin şeması aşağıda verilmiştir:

Ag(k) \mid Ag^+(0,001\text{ M}) \parallel Ag^+(0,1\text{ M}) \mid Ag(k)

Buna göre, $25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta hazırlanan bu pilin başlangıç potansiyeli ( $E_{\text{pil}}$ ) kaç volttur?

( $25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta Nernst denklemindeki sabit değeri $0,06$ alınız.)

0,03

0,06

0,12

-0,06

-0,12

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $0,12$

Cevap

Pilin başlangıç potansiyeli

0,12\text{ V}

'tur.

Derişim pillerinde standart pil potansiyeli sıfırdır. Derişimi az olan yarı hücre (

0,001\text{ M}

) anot, derişimi fazla olan yarı hücre (

0,1\text{ M}

) ise katottur.

Ag \rightarrow Ag^+ + e^-

tepkimesine göre alınan-verilen elektron sayısı 1'dir. Nernst eşitliği uygulandığında pil potansiyeli

0,12\text{ V}

olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerinin belirlenmesi

0,001\text{ M } Ag^+

içeren yarı hücre anot,

0,1\text{ M } Ag^+

içeren yarı hücre ise katottur.

Derişim hücrelerinde derişimi küçük olan taraf anot, büyük olan taraf katot görevi görür.

2

Nernst denkleminde verilerin yerine konması

E_{\text{pil}} = E^0_{\text{pil}} - \frac{0,06}{n} \log Q

denkleminde

E^0_{\text{pil}} = 0\text{ V}

,

n = 1

ve

Q = \frac{0,001}{0,1} = 10^{-2}

yazılır.

Derişim pillerinin standart potansiyeli (

E^0_{\text{pil}}

) sıfırdır.

Ag \rightarrow Ag^+ + e^-

yarı tepkimesine göre aktarılan elektron sayısı (

n

) 1'dir.

3

Matematiksel hesaplamanın yapılması

E_{\text{pil}} = 0 - \frac{0,06}{1} \log(10^{-2}) = -0,06 \times (-2) = 0,12\text{ V}

Logaritma tabanında

\log(10^{-2}) = -2

olduğundan, eksi işaretlerinin çarpımı sonucu pozitif bir gerilim elde edilir.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinde başlangıç gerilimi, yarı hücrelerdeki iyon derişimlerinin oranına bağlı olarak Nernst eşitliği yardımıyla hesaplanır. Çalışan bir pilde pil potansiyeli daima sıfırdan büyüktür.

Tahmini Süre:1m 30s

Soru 3Soru →

Şekildeki derişim hücresinde I. yarı hücrede $100\text{ mL}$ $M(NO_3)_2$ çözeltisi, II. yarı hücrede ise $100\text{ mL}$ $0{}1\text{ M } M(NO_3)_2$ çözeltisi bulunmaktadır. Her iki yarı hücrede de $M$ metalinden yapılmış elektrotlar kullanılmaktadır.

Bu pil çalışırken I. yarı hücredeki elektrot kütlesinin zamanla azaldığı gözlenmektedir.

Pilin başlangıç potansiyeli $25\text{ }^\circ\text{C}$ 'de $0{}06\text{ V}$ olduğuna göre, I. yarı hücredeki $M^{2+}$ iyonları derişimi kaç molardır?

(Nernst sabitini $0{}06$ alınız. $M(NO_3)_2$ suda tamamen iyonlaşır.)

0,001

0,01

0,1

1

10

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 0,001

Cevap

I. yarı hücredeki M^{2+} iyonları derişimi 0,001 M olmalıdır.

I. yarı hücrede elektrot kütlesi azaldığı için bu hücre anottur. Derişim hücresinde standart potansiyel sıfırdır ve aktarılan elektron sayısı

M^{2+}

iyonu nedeniyle 2'dir. Nernst eşitliği kullanılarak anot derişimi

0{}001\text{ M}

olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerinin belirlenmesi

I. yarı hücre anot, II. yarı hücre katottur.

Pil çalışırken I. yarı hücredeki elektrot kütlesinin azalması, bu bölmede yükseltgenmenin (anot tepkimesinin) gerçekleştiğini gösterir.

2

Nernst eşitliği ve değişkenlerin yazılması

E_pil = E°_pil - (0,06 / n) * log(Q) denkleminde E°_pil = 0 V (derişim pili olduğu için), n = 2 (M^{2+} iyonu nedeniyle) ve Q = [M^{2+}]_I / 0,1'dir.

Derişim pillerinde standart pil potansiyeli sıfırdır, alınan/verilen elektron sayısı ise metal iyonunun değerliğine eşittir.

3

Verilen değerlerin yerine yazılarak anot derişiminin hesaplanması

0,06 = 0 - (0,06 / 2) * log([M^{2+}]_I / 0,1) işleminden log([M^{2+}]_I / 0,1) = -2 elde edilir. Buradan [M^{2+}]_I / 0,1 = 10^{-2} ve [M^{2+}]_I = 0,001 M bulunur.

Logaritmik ifade çözülerek bilinmeyen derişim değeri yalnız bırakılır.

Anahtar Kavram

Derişim pillerinin çalışma prensibi ve Nernst eşitliği uygulamaları

Soru 4Soru →

Elektrotları ve çözeltilerindeki katyon türleri aynı, fakat katyon derişimleri farklı olan bir derişim hücresinde, seyreltik olan yarı hücreye aynı sıcaklıkta saf su eklendiğinde hücre potansiyeli ( $E_{\text{pil}}$ ) artar.

Doğru

Yanlış

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

Derişim hücrelerinde seyreltik bölmeye saf su eklenmesi hücre potansiyelini artırır.

Verilen ifade doğrudur çünkü derişim pillerinde seyreltik olan yarı hücre anottur ve anot bölmesine su ilavesi anot derişimini azaltarak iki bölme arasındaki derişim farkını büyütür, bu da hücre potansiyelini artırır.

Adım Adım Çözüm

1

Derişim hücresinin anot ve katot yarı hücrelerini belirleyin.

Derişimi küçük olan yarı hücre anot, derişimi büyük olan yarı hücre katottur.

Derişim pillerinde net hücre tepkimesi derişimler eşitlenene kadar istemli olarak gerçekleşir; bu nedenle derişimi az olan tarafta yükseltgenme (anot), fazla olan tarafta indirgenme (katot) olur.

2

Seyreltik yarı hücreye saf su eklenmesinin derişime etkisini analiz edin.

Seyreltik (anot) yarı hücreye saf su eklenmesi, bu bölmedeki katyon derişimini daha da azaltır.

Hacim arttığı için çözünen iyonların molar derişimi (

M = \frac{n}{V}

) azalır.

3

Nernst eşitliğini kullanarak hücre potansiyelindeki değişimi yorumlayın.

Katyon derişiminin azalması iki yarı hücre arasındaki derişim farkını artırır ve

E_{\text{pil}}

değeri yükselir.

Nernst eşitliği olan

E_{\text{pil}} = - \frac{0,0592}{n} \log \frac{[\text{Anot}]}{[\text{Katot}]}

bağıntısında

[\text{Anot}]

derişimi azaldıkça logaritmik terim küçülür (daha negatif olur), bu da önündeki negatif işaret ile birlikte pil potansiyelini artırır.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinde anot ve katot tayini ile derişim değişiminin pil potansiyeline etkisi

Soru 5Soru →

Aynı metal elektrotlar ve bu metalin iyonlarını içeren farklı derişimlerdeki elektrolit çözeltileri kullanılarak hazırlanan bir derişim hücresinde, başlangıçta iyon derişimi daha az olan yarı hücre anot olarak davranır.

Doğru

Yanlış

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

Verilen ifade doğrudur.

Derişim pilleri derişim farkını azaltacak yönde çalışır. Derişimi az olan bölmede yükseltgenme gerçekleşerek katyon derişimi artırılır, bu yüzden bu bölme anot görevi üstlenir.

Adım Adım Çözüm

1

Derişim hücresinin temel çalışma ilkesini belirlemek.

Derişim pilleri, iki yarı hücredeki iyon derişimlerini eşitlemek üzere çalışır. Bu süreçte derişimi küçük olan hücrede derişim artarken, derişimi büyük olan hücrede derişim azalır.

Sistem, derişim farkından kaynaklanan potansiyeli sıfırlayarak kimyasal dengeye ulaşmak ister.

2

Derişimi az olan bölmedeki tepkime türünü tespit etmek.

Derişimi az olan yarı hücrede iyon derişiminin artması gerektiğinden, burada metalik elektrot yükseltgenerek çözeltiye iyon vermelidir (

M(k) \rightarrow M^{n+}(suda) + ne^-

).

Yükseltgenme tepkimeleri ortamdaki katyon derişimini artırır.

3

Yükseltgenmenin olduğu elektrot türünü belirlemek.

Elektrokimyasal pillerde yükseltgenmenin gerçekleştiği elektrot anot elektrottur. Dolayısıyla derişimi az olan bölme anottur.

Anotta yükseltgenme, katotta indirgenme gerçekleşir kuralı gereğidir.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinde iyon derişimi düşük olan yarı hücre anot, iyon derişimi yüksek olan yarı hücre ise katottur.

Tahmini Süre:1m 0s

Soru 6Soru →

25 °C sıcaklıkta hazırlanan bir gümüş derişim pilinde;

* 1. yarı hücrede: $100\text{ mL } 0,1\text{ M } AgNO_3$ çözeltisi ve gümüş ( $Ag$ ) elektrot,
* 2. yarı hücrede: $100\text{ mL } 0,001\text{ M } AgNO_3$ çözeltisi ve gümüş ( $Ag$ ) elektrot

bulunmaktadır.

Aynı sıcaklıkta, bu pil sisteminin 1. yarı hücresine $100\text{ mL } 0,3\text{ M } NaCl$ çözeltisi ekleniyor ve bir çökelme tepkimesi gerçekleştikten sonra sistemin yeniden dengeye ulaşması sağlanıyor.

Buna göre, son durumda oluşan yeni hücrenin pil potansiyeli ( $E_{\text{hücre}}$ ) kaç Volt olur?

(25 °C'de $AgCl$ için $K_{\text{çç}} = 1,0 \times 10^{-10}$ 'dur. Nernst eşitliğindeki sabit değeri $0,06$ olarak alınız. Katı eklenmesiyle hacim değişiminin ihmal edildiği ve oluşan $AgCl$ katısının elektrot yüzeyini kaplayarak tepkimeyi engellemediği varsayılacaktır.)

0,36

-0,36

0,18

0,42

0,10

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 0,36

Cevap

Çökelme sonrasında 1. yarı hücredeki gümüş iyonu derişimi 10^-9 M değerine düşer. Bu durumda derişimi daha az olan 1. yarı hücre anot, 2. yarı hücre ise katot olur. Nernst eşitliği uygulandığında pil potansiyeli 0,36 V olarak hesaplanır.

Çökelme tepkimesi gerçekleştikten sonra 1. yarı hücredeki gümüş iyonlarının derişimi ortak iyon dengesiyle 10^-9 M değerine düşer. 2. yarı hücredeki derişim ise 10^-3 M'dır. Derişimi küçük olan hücre anot olacağından 1. yarı hücre anot, 2. yarı hücre ise katot olur. E = E° - (0,06/n)*log(Anot/Katot) formülünde değerler yerine yazıldığında, E = 0 - 0,06*log(10^-9 / 10^-3) = 0,36 V bulunur.

Adım Adım Çözüm

1

1. yarı hücreye NaCl eklendiğinde gerçekleşen çökelme tepkimesinin mol hesaplamalarını yapmak.

1. yarı hücrede başlangıçta 0,01 mol Ag+ iyonu vardır. Eklenen NaCl çözeltisinden 0,03 mol Cl- iyonu gelir. Bire bir oranda gerçekleşen çökelme tepkimesi sonucu Ag+ iyonlarının tamamına yakını tükenirken ortamda 0,02 mol Cl- iyonu artar.

Klorür iyonlarının gümüş iyonlarını çöktürme miktarını ve ortamda kalan aşırı klorür miktarını belirlemek.

2

Çökelme sonrasında 1. yarı hücredeki aşırı klorür iyonu ([Cl-]) derişimini hesaplamak.

Toplam hacim 200 mL (0,2 L) olduğundan, [Cl-] = 0,02 mol / 0,2 L = 0,1 M olur.

Kçç dengesinde kullanılacak ortak iyon derişimini bulmak.

3

Çözünürlük çarpımı (Kçç) bağıntısını kullanarak 1. yarı hücredeki yeni [Ag+] derişimini hesaplamak.

[Ag+]_1 * [Cl-] = Kçç => [Ag+]_1 * 0,1 = 1,0 * 10^-10 => [Ag+]_1 = 1,0 * 10^-9 M bulunur.

Çökelme dengesi kurulduktan sonra çözeltide kalan gümüş iyonlarının derişimini bulmak.

4

İki yarı hücredeki [Ag+] derişimlerini karşılaştırarak anot ve katot yarı hücrelerini belirlemek.

[Ag+]_1 = 10^-9 M (1. yarı hücre) ve [Ag+]_2 = 10^-3 M (2. yarı hücre) olduğundan, derişimi küçük olan 1. yarı hücre anot, 2. yarı hücre ise katot olur.

Nernst denkleminde anot ve katot derişimlerinin doğru yerleştirilmesi ve pil potansiyelinin doğru hesaplanması.

5

Nernst denklemini uygulayarak yeni pil potansiyelini (E_hücre) hesaplamak.

E_hücre = 0 - (0,06 / 1) * log(10^-9 / 10^-3) = -0,06 * log(10^-6) = 0,36 V bulunur.

Derişim farkından kaynaklanan nihai pil potansiyelini bulmak.

Anahtar Kavram

Çözünürlük dengesi içeren derişim pillerinde Nernst eşitliği uygulamaları ve anot/katot değişimi.

Tahmini Süre:3m 0s

Soru 7Soru →

Aşağıda şeması verilen derişim hücresinde sabit sıcaklıkta anot yarı hücresindeki çözeltinin hacmi, saf su eklenerek 10 katına çıkarılmaktadır.

Buna göre, yeni durumda hücre potansiyeli $0,0888\text{ V}$ olur.
(Nernst eşitliğindeki sabiti $0,0592$ alınız.)

Doğru

Yanlış

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

Sabit sıcaklıkta anot yarı hücresindeki çözeltinin hacmi saf su eklenerek 10 katına çıkarıldığında hücre potansiyeli

0,0888\text{ V}

olur.

Derişim hücresinde seyreltik olan I. yarı hücre anottur. Saf su eklenerek hacmi 10 katına çıkarıldığında derişimi

0,001\text{ M}

olur. Nernst eşitliğinde

n=2

değeri yerine yazılarak hesaplama yapıldığında pil potansiyeli

0,0888\text{ V}

olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1

Derişim hücresindeki anot ve katot yarı hücrelerini belirleme.

I. yarı hücre seyreltik (

0,01\text{ M}

) olduğundan anot, II. yarı hücre derişik (

1,0\text{ M}

) olduğundan katottur.

Derişim hücrelerinde derişimi küçük olan yarı hücre anot, büyük olan ise katottur.

2

Anot yarı hücresindeki yeni derişimi hesaplama.

Anot hücresinin hacmi 10 katına çıkarıldığında

Zn^{2+}

iyon derişimi

0,01\text{ M}

'dan

0,001\text{ M}

(

10^{-3}\text{ M}

)'a düşer.

Molarite ve hacim ters orantılıdır (

M_1 \cdot V_1 = M_2 \cdot V_2

).

3

Nernst eşitliğini uygulayarak pil potansiyelini hesaplama.

E_{pil} = 0 - \frac{0,0592}{2} \log\left(\frac{10^{-3}}{1,0}\right) = -0,0296 \times (-3) = 0,0888\text{ V}

.

Çinko iyonunun yükseltgenme/indirgenme tepkimesinde aktarılan elektron sayısı (

n

) 2'dir.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinde anot/katot tayini ve Nernst eşitliği kullanılarak pil potansiyelinin hesaplanması.

Tahmini Süre:2m 0s

Soru 8Soru →

Şekildeki galvanik hücrede, $25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta sol yarı hücrede $0,1\text{ M } Al^{3+}$ çözeltisine daldırılmış $Al$ elektrot, sağ yarı hücrede ise $0,01\text{ M } Cu^{2+}$ çözeltisine daldırılmış $Cu$ elektrot bulunmaktadır.

Hücreyi oluşturan yarı tepkimelerin standart indirgenme potansiyelleri:

Al^{3+}(\text{suda}) + 3\text{e}^- \rightarrow Al(\text{k}) \quad E^\circ = -1,66\text{ V}

Cu^{2+}(\text{suda}) + 2\text{e}^- \rightarrow Cu(\text{k}) \quad E^\circ = +0,34\text{ V}

şeklindedir.

Buna göre, hazırlanan bu hücrenin $25\text{ }^\circ\text{C}$ 'deki başlangıç potansiyeli kaç volttur?
(Nernst eşitliğindeki sabiti $0,06$ alınız.)

1,88

1,92

1,96

1,99

2,04

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 1,96

Cevap

Hazırlanan hücrenin 25 °C'deki başlangıç potansiyeli 1,96 volttur.

Hücre tepkimesi denkleştirildiğinde toplam aktarılan elektron sayısı 6'dır. Derişimler Nernst denklemindeki logaritmik terimde katsayıları üs olarak alınarak oranlandığında denge kesri 10 bin (

10^4

) bulunur. Bu değerlerin formülde yerine konmasıyla pil potansiyeli 1,96 V olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1

Standart pil potansiyelinin (

E^\circ_{\text{pil}}

) hesaplanması

E^\circ_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{katot}} - E^\circ_{\text{anot}} = 0,34 - (-1,66) = 2,00\text{ V}

Bakırın indirgenme potansiyeli daha yüksek olduğu için bakır elektrot katot, alüminyum elektrot ise anot görevi görür.

2

Net pil tepkimesinin yazılması ve alınan-verilen elektron sayısının (

n

) bulunması

2Al(\text{k}) + 3Cu^{2+}(\text{suda}) \rightleftharpoons 2Al^{3+}(\text{suda}) + 3Cu(\text{k})

tepkimesi için

n = 6

olur.

Alınan ve verilen elektron sayılarını eşitlemek için anot yarı tepkimesi 2 ile, katot yarı tepkimesi ise 3 ile çarpılarak toplanır.

3

Denge kesrinin (

Q

) hesaplanması

Q = \frac{[Al^{3+}]^2}{[Cu^{2+}]^3} = \frac{(0,1)^2}{(0,01)^3} = \frac{10^{-2}}{10^{-6}} = 10^4

Denge kesri ifadesinde ürünlerde yer alan anot iyonu paya, girenlerde yer alan katot iyonu paydaya katsayıları üs olacak şekilde yazılır.

4

Nernst denklemi ile pil potansiyelinin hesaplanması

E_{\text{pil}} = 2,00 - \frac{0,06}{6} \log(10^4) = 2,00 - 0,01 \times 4 = 1,96\text{ V}

Elde edilen tüm değerler Nernst eşitliğinde yerine konarak standart olmayan hücre potansiyeli elde edilir.

Anahtar Kavram

Nernst Eşitliği kullanılarak standart olmayan koşullardaki elektrokimyasal hücre potansiyellerinin hesaplanması.

Soru 9Soru →

Gümüş ( $Ag$ ) elektrotlar kullanılarak hazırlanan bir derişim hücresinin şematik gösterimi aşağıda verilmiştir:

Ag(k) \mid Ag^+(suda, 0,01\text{ M}) \parallel Ag^+(suda, 1,0\text{ M}) \mid Ag(k)

Buna göre, bu derişim hücresinin 25 °C'deki pil potansiyeli kaç volttur?
(Nernst eşitliğindeki sabit değeri $0,06$ olarak alınız.)

0,06

0,12

-0,12

0,00

-0,06

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $0,12$

Cevap

Derişim hücresinin pil potansiyeli

0,12\text{ V}

'tur.

Derişim hücresinde seyreltik yarı hücre anot (

0,01\text{ M}

), derişik yarı hücre ise katottur (

1,0\text{ M}

). Gümüş pillerinde aktarılan elektron sayısı

n = 1

'dir. Nernst eşitliği

E_{\text{pil}} = 0 - \frac{0,06}{1} \log\left(\frac{0,01}{1,0}\right)

şeklinde uygulandığında pil potansiyeli

+0,12\text{ V}

bulunur.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerini belirleyiniz.

Seyreltik olan

0,01\text{ M } Ag^+

ç��zeltisinin bulunduğu yarı hücre anot, derişik olan

1,0\text{ M } Ag^+

çözeltisinin bulunduğu yarı hücre katottur.

Derişim pillerinde seyreltik olan yarı hücre anot, derişik olan yarı hücre katot olarak davranır.

2

Aktarılan elektron sayısını (

n

) ve derişim oranını (

Q

) belirleyiniz.

n = 1

ve

Q = \frac{[Ag^+]_{\text{anot}}}{[Ag^+]_{\text{katot}}} = \frac{0,01}{1,0} = 10^{-2}

Gümüş iyonu indirgenirken veya yükseltgenirken 1 elektron aktarılır (

Ag^+ + e^- \rightleftharpoons Ag

).

3

Nernst eşitliğini uygulayarak hücre potansiyelini hesaplayınız.

E_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{pil}} - \frac{0,06}{n} \log Q \Rightarrow E_{\text{pil}} = 0 - \frac{0,06}{1} \log(10^{-2}) \Rightarrow E_{\text{pil}} = -0,06 \times (-2) = 0,12\text{ V}

Derişim pillerinde standart pil potansiyeli (

E^\circ_{\text{pil}}

) sıfırdır ve hücre potansiyeli Nernst eşitliği ile hesaplanır.

Anahtar Kavram

Derişim pillerinde pil potansiyeli, Nernst eşitliği yardımıyla anot ve katot yarı hücrelerindeki iyon derişimleri oranına göre hesaplanır.

Tahmini Süre:1m 30s

Soru 10Soru →

25 °C'ta çinko elektrotlarla hazırlanan bir derişim hücresinin I. yarı hücresinde doygun $ZnC_2O_4(suda)$ çözeltisi, II. yarı hücresinde ise $0,1\text{ M } Zn(NO_3)_2(suda)$ çözeltisi bulunmaktadır. Aynı sıcaklıkta I. yarı hücreye katı $Na_2C_2O_4$ tuzu eklenip tamamen çözündüğünde pil potansiyeli ( $E_{\text{pil}}$ ) artar.

Doğru

Yanlış

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

Verilen ifade doğrudur. Doygun çinko oksalat çözeltisi içeren I. yarı hücre anot olup, bu hücreye sodyum oksalat eklenmesi çinko iyonları derişimini ortak iyon etkisiyle azaltır ve Nernst eşitliği uyarınca pil potansiyelini yükseltir.

Doygun çinko oksalat hücresi anot olup, ortak iyon etkisiyle anot bölmesindeki çinko derişiminin azaltılması anot/katot derişim oranını küçülterek Nernst eşitliği gereği pil potansiyelini artırır.

Adım Adım Çözüm

1

Yarı hücrelerin anot ve katot olarak belirlenmesi

I. yarı hücre anot, II. yarı hücre katottur.

ZnC_2O_4

az çözünen bir tuz olduğu için doygun çözeltisindeki

[Zn^{2+}]

derişimi, II. yarı hücredeki

0,1\text{ M}

derişimden çok daha küçüktür. Derişim pillerinde derişimi küçük olan bölme anot işlevi görür.

2

Ortak iyon etkisinin anot derişimine etkisinin incelenmesi

I. yarı hücredeki

[Zn^{2+}]

derişimi azalır.

I. yarı hücreye eklenen

Na_2C_2O_4

tuzu ortama ortak iyon olan

C_2O_4^{2-}

iyonlarını verir. Dengedeki

ZnC_2O_4(k) \rightleftharpoons Zn^{2+}(suda) + C_2O_4^{2-}(suda)

çözünme tepkimesi Le Chatelier ilkesine göre sola kayar ve

[Zn^{2+}]

derişimi azalır.

3

Nernst eşitliği kullanılarak pil potansiyelindeki değişimin yorumlanması

H��cre potansiyeli (

E_{\text{pil}}

) artar.

Nernst eşitliği

E_{\text{pil}} = E^{\circ}_{\text{pil}} - \frac{0,0592}{2} \log \left( \frac{[Zn^{2+}]_{\text{anot}}}{[Zn^{2+}]_{\text{katot}}} \right)

şeklindedir.

E^{\circ}_{\text{pil}} = 0\text{ V}

olup, anottaki

[Zn^{2+}]

derişimi azaldığında logaritma içerisindeki oran küçülür, bu da terimin değerini küçülterek önündeki eksi işaretiyle birlikte pil potansiyelini artırır.

Anahtar Kavram

Derişim pillerinin çalışma prensibi, ortak iyon etkisinin çözünürlüğe ve dolayısıyla Nernst eşitliği üzerinden pil potansiyeline etkisi

Soru 11Soru →

Erimiş $NaCl$ tuzu $9{}65$ amperlik bir akımla $1000$ saniye boyunca elektroliz edilmektedir.

Buna göre, elektroliz hücresinin katodunda toplanan sodyum ( $Na$ ) metali kaç gramdır?

( $Na = 23\text{ g/mol}$ , $1\text{ Faraday} = 96500\text{ C}$ )

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2.3

Cevap

Elektroliz hücresinin katodunda toplanan sodyum (

Na

) metali

2{}3

gramdır.

Devreden geçen elektrik yükü

Q = I \times t

formülü ile

Q = 9{}65 \times 1000 = 9650\text{ C}

olarak hesaplanır. Bu yük miktarı,

9650 / 96500 = 0{}1\text{ mol}

elektrona karşılık gelir. Katot bölmesinde gerçekleşen

Na^+ + e^- \rightarrow Na(k)

tepkimesine göre,

1\text{ mol}

elektron geçtiğinde

1\text{ mol}

Na

metali biriktiği için

0{}1\text{ mol}

elektron geçtiğinde

0{}1\text{ mol}

Na

metali birikir. Sodyumun mol kütlesi

23\text{ g/mol}

olduğundan, toplanan

Na

kütlesi

0{}1 \times 23 = 2{}3\text{ gram}

olur.

Adım Adım Çözüm

1

Devreden geçen elektrik yükü miktarını hesaplamak.

Q = 9{}65\text{ A} \times 1000\text{ s} = 9650\text{ C}

Faraday kanunlarında devreden geçen yük miktarını bulmak için akım (

I

) ve zaman (

t

, saniye cinsinden) çarpılır.

2

Devreden geçen elektronun mol sayısını hesaplamak.

n_{e^-} = \frac{9650\text{ C}}{96500\text{ C/mol}} = 0{}1\text{ mol}

1\text{ mol}

elektronun yükü

96500\text{ C}

(

1\text{ Faraday}

) olduğundan, toplam yük bu sabite bölünür.

3

Katot indirgenme tepkimesine göre toplanan

Na

kütlesini hesaplamak.

Katot yarı tepkimesi:

Na^+ + e^- \rightarrow Na(k)

şeklindedir. Devreden

0{}1\text{ mol}

elektron geçtiğinde

0{}1\text{ mol}

Na

katısı birikir. Kütlesi ise

m = 0{}1\text{ mol} \times 23\text{ g/mol} = 2{}3\text{ g}

olarak bulunur.

Katyonlar katotta indirgenir. Tepkime katsayılarına göre

1\text{ mol}

elektron başına

1\text{ mol}

sodyum metali toplanır.

Anahtar Kavram

Faraday Elektroliz Kanunları yardımıyla elektrik yükü ve elektron mol sayısı hesaplanarak elektrotta biriken madde miktarının bulunması.

Alternatif Yöntem

Elektrot kütlesi hesabı için doğrudan

m = \frac{I \times t \times M_A}{n \times 96500}

formülü de kullanılabilir. Burada

n

alınan/verilen elektron sayısıdır. Değerler yerine konulduğunda:

m = \frac{9{}65 \times 1000 \times 23}{1 \times 96500} = 2{}3\text{ g}

elde edilir.

Tahmini Süre:1m 30s

Soru 12Soru →

25 °C'de hazırlanan bir nikel derişim hücresinin yarı hücrelerine ait bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir:

Yarı Hücre	Elektrot	Çözelti ve Derişim
I. Yarı Hücre	$Ni(k)$	$0,1\text{ M } Ni(NO_3)_2$
II. Yarı Hücre	$Ni(k)$	$0,001\text{ M } Ni(NO_3)_2$

Buna göre, bu derişim hücresiyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?
(25 °C'de Nernst eşitliğindeki sabit değeri $0,06$ olarak alınız.)

Hücrenin başlangıç potansiyeli

-0,06\text{ V}

'dur.

Dış devrede elektronlar I. yarı hücreden II. yarı hücreye doğru akar.

Hücrenin başlangıç potansiyeli

+0,06\text{ V}

'tur.

II. yarı hücreye saf su eklendiğinde hücre potansiyeli azalır.

Hücrenin başlangıç potansiyeli

+0,12\text{ V}

'tur.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Hücrenin başlangıç potansiyeli $+0,06\text{ V}$ 'tur.

Cevap

Hücrenin başlangıç potansiyelinin +0,06 V olduğunu belirten seçenek doğrudur.

Seyreltik olan II. yarı hücre anot (

0,001\text{ M}

), derişik olan I. yarı hücre ise katottur (

0,1\text{ M}

). Nikel iyonunun indirgenme/yükseltgenme reaksiyonlarında

n = 2

elektron aktarımı gerçekleşir. Nernst eşitliği uygulandığında hücre başlangıç potansiyeli

+0,06\text{ V}

olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerini belirleyiniz.

Derişimi daha küçük olan II. yarı hücre (

0,001\text{ M}

) anot, derişimi daha büyük olan I. yarı hücre (

0,1\text{ M}

) ise katot olarak belirlenir.

Derişim hücrelerinde seyreltik olan bölme anot, derişik olan bölme ise katot görevi görür.

2

Net tepkimeyi yazıp alınan/verilen elektron sayısını (n) ve tepkime oranını (Q) bulunuz.

Nikel iyonunun yükseltgenme/indirgenme tepkimesi

Ni \rightleftharpoons Ni^{2+} + 2e^-

şeklinde olduğundan

n = 2

'dir. Tepkime oranı ise

Q = \frac{[Ni^{2+}]_{\text{anot}}}{[Ni^{2+}]_{\text{katot}}} = \frac{0,001}{0,1} = 10^{-2}

olarak hesaplanır.

Derişim hücrelerinde net iyon geçişi katottan anoda doğrudur ve logaritma terimindeki oran anot derişiminin katot derişimine oranıdır.

3

Nernst denklemini uygulayarak başlangıç potansiyelini hesaplayınız.

Derişim hücresi için

E^\circ_{\text{hücre}} = 0\text{ V}

'tur. Formül:

E_{\text{hücre}} = E^\circ_{\text{hücre}} - \frac{0,06}{n} \log Q \Rightarrow E_{\text{hücre}} = 0 - \frac{0,06}{2} \log(10^{-2}) = -0,03 \times (-2) = +0,06\text{ V}

bulunur.

Derişim pillerinin potansiyeli Nernst eşitliği ile hesaplanır.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinde standart hücre potansiyeli sıfırdır ve hücre potansiyeli Nernst eşitliği kullanılarak hesaplanır. Hücre çalıştıkça bölmeler arasındaki derişim farkı azalır ve hücre potansiyeli sıfıra yaklaşır.

Soru 13Soru →

$25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta hazırlanan bir kurşun derişim hücresinin şematik gösterimi aşağıda verilmiştir:

Pb(k) \mid Pb^{2+}(suda, x\text{ M}) \parallel Pb^{2+}(suda, 0,1\text{ M}) \mid Pb(k)

Bu hücrenin başlangıç potansiyeli $0,06\text{ V}$ olduğuna göre, anot yarı hücresindeki $Pb^{2+}$ iyonlarının derişimini ifade eden $x$ değeri kaç $\text{M}$ 'dir?

(Nernst eşitliğindeki sabiti $\frac{0,06}{n}$ olarak alınız.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 0.001

Cevap

Kurşun derişim hücresinin anot yarı hücresindeki

Pb^{2+}

iyonları derişimi

0,001\text{ M}

'dir.

Pil şemasından sol tarafın anot, sağ tarafın katot olduğu belirlenir.

Pb^{2+}

iyonlarının indirgenme/yükseltgenme tepkimelerinde alınan-verilen elektron sayısı (

n

) 2'dir. Derişim pillerinde

E^\circ_{\text{pil}} = 0\text{ V}

'tur. Nernst eşitliğinde (

E_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{pil}} - \frac{0,06}{n} \log \frac{[\text{Anot}]}{[\text{Katot}]}

) tüm değerler yerine yazılıp (

0,06 = 0 - \frac{0,06}{2} \log \frac{x}{0,1}

) çözüldüğünde anot derişimi

x = 0,001\text{ M}

olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerini belirlemek.

Sol taraf anot yarı hücresi (

[Pb^{2+}]_{\text{anot}} = x\text{ M}

), sağ taraf katot yarı hücresi (

[Pb^{2+}]_{\text{katot}} = 0,1\text{ M}

)'dir.

Şematik pil gösteriminde sol taraf yükseltgenmenin gerçekleştiği anot yarı hücresini, sağ taraf ise indirgenmenin gerçekleştiği katot yarı hücresini temsil eder.

2

Standart pil potansiyeli (

E^\circ_{\text{pil}}

) ve alınan-verilen elektron sayısını (

n

) tespit etmek.

E^\circ_{\text{pil}} = 0\text{ V}

ve

n = 2

(çünkü kurşun iyonları

Pb^{2+}

yükseltgenme basamağındadır).

Derişim hücrelerinde elektrotlar ve çözeltideki katyonlar aynı olduğu için standart pil potansiyeli sıfırdır.

Pb/Pb^{2+}

yarı tepkimesinde 2 elektron aktarılır.

3

Nernst eşitliğini kurmak ve değerleri yerine yazmak.

0,06 = 0 - \frac{0,06}{2} \log \frac{x}{0,1}

denklemi elde edilir.

Derişim hücrelerinin başlangıç potansiyeli Nernst eşitliği kullanılarak hesaplanır.

4

Logaritmik denklemi çözerek

x

değerini hesaplamak.

-2 = \log \frac{x}{0,1} \implies \frac{x}{0,1} = 10^{-2} \implies x = 0,001\text{ M}

Matematiksel işlemleri tamamlayarak bilinmeyen anot derişimini bulmak için logaritma özellikleri uygulanır.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinde pil potansiyeli Nernst eşitliği ile hesaplanır. Derişim hücresinin çalışabilmesi için yarı hücrelerdeki iyon derişimlerinin farklı olması gerekir ve derişimi az olan yarı hücre anot görevi görür.

Tahmini Süre:2m 0s

Soru 14Soru →

$Zn(k) + CuSO_4(suda) \rightarrow ZnSO_4(suda) + Cu(k)$

Denklemi verilen kimyasal tepkimeyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Zn(k)

yükseltgen özellik gösterir.

Cu^{2+}

iyonları indirgenmiştir.

Cu(k)

elektron almıştır.

Zn(k)

atomu indirgenmiştir.

Tepkimede indirgenen madde

Zn(k)

'dir.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $Cu^{2+}$ iyonları indirgenmiştir.

Cevap

Bakır (

Cu^{2+}

) iyonları indirgenmiştir ifadesi doğrudur.

Bakır (

Cu^{2+}

) iyonları, çinkodan gelen elektronları alarak yükseltgenme basamağını

+2

'den

0

'a düşürmüş ve indirgenmiştir. Bu nedenle bakır (

Cu^{2+}

) iyonlarının indirgendiğini belirten ifade doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimeye giren ve çıkan maddelerdeki elementlerin yükseltgenme basamaklarını belirleme.

Girenlerdeki çinko (

Zn

) elementel halde olduğundan yükseltgenme basamağı

0

'dır. Bakır sülfattaki (

CuSO_4

) bakır iyonu

Cu^{2+}

şeklindedir ve yükseltgenme basamağı

+2

'dir. Ürünlerdeki çinko sülfattaki (

ZnSO_4

) çinko iyonu

Zn^{2+}

şeklindedir ve yükseltgenme basamağı

+2

'dir. Bakır (

Cu

) elementel halde olduğundan yükseltgenme basamağı

0

'dır.

Redoks tepkimesinde elektron alışverişini ve hangi türlerin yükseltgenip indirgendiğini anlamak için yükseltgenme basamaklarının bulunması gerekir.

2

Elektron alışverişini ve yükseltgenme/indirgenme olaylarını belirleme.

Çinko (

Zn

) atomu

2

elektron vererek

Zn^{2+}

iyonuna yükseltgenmiştir (

Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-

). Bakır (

Cu^{2+}

) iyonu ise bu

2

elektronu alarak

Cu

katısına indirgenmiştir (

Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu

).

Elektron veren madde yükseltgenir (indirgen özellik gösterir), elektron alan madde ise indirgenir (yükseltgen özellik gösterir).

Anahtar Kavram

Redoks tepkimelerinde elektron veren tür yükseltgenir (ve indirgendir), elektron alan tür ise indirgenir (ve yükseltgendir).

Soru 15Soru →

Erimiş alüminyum klorür ( $AlCl_3$ ) bileşiği bir süre elektroliz edilmektedir. Elektroliz süresince katotta $5,4\text{ g}$ alüminyum ( $Al$ ) metali toplandığı anda devreden geçen net elektrik yükü kaç Faraday'dır?
( $Al = 27\text{ g/mol}$ )

0,2

0,3

0,4

0,6

1,8

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $0,6$

Cevap

Elektroliz işlemi sırasında devreden geçen net elektrik yükü

0,6\text{ Faraday}

'dır.

Katotta indirgenme tepkimesi gerçekleşir ve alüminyumun indirgenme denklemi

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

şeklindedir.

5,4\text{ g}

alüminyum metali

\frac{5,4}{27} = 0,2\text{ mol}

eder. Tepkimeye göre

1\text{ mol } Al

katısı toplamak için devreden

3\text{ mol } e^-

(3 Faraday) geçmesi gerektiğinden,

0,2\text{ mol } Al

birikmesi için devreden

0,2 \times 3 = 0,6\text{ Faraday}

elektrik yükü geçmelidir.

Adım Adım Çözüm

1

Katotta toplanan alüminyum metalinin mol sayısının hesaplanması

n(Al) = \frac{5,4\text{ g}}{27\text{ g/mol}} = 0,2\text{ mol}

Biriken alüminyumun mol miktarını bulmak için kütle mol kütlesine bölünür.

2

Katot indirgenme tepkimesinin yazılması ve elektron katsayısının belirlenmesi

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

tepkimesine göre

1\text{ mol } Al(k)

birikmesi için devreden

3\text{ mol } e^-

geçmelidir.

Alüminyum iyonunun katotta elementel halde indirgenmesi için gerekli elektron miktarı tespit edilir.

3

Devreden geçen elektronların mol sayısı ile Faraday birimi arasındaki ilişkinin kurulması

0,2\text{ mol } Al \times 3 = 0,6\text{ mol } e^- = 0,6\text{ Faraday}

1\text{ mol}

elektron yükü

1\text{ Faraday}

'a eşit olduğundan elde edilen elektron mol sayısı doğrudan Faraday cinsinden yükü verir.

Anahtar Kavram

Faraday'ın elektroliz kanunları çerçevesinde katotta toplanan madde miktarı ile devreden geçen elektrik yükü (Faraday) arasındaki stokiyometrik ilişki.

Tahmini Süre:1m 0s

Soru 16Soru →

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

3,75

4,50

2,25

1,50

0,3375

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 3,75

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

1

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.

2

Birinci kaptaki anyonları belirlemek ve yükseltgenme önceliğine göre sıralamak.

Kaptaki anyonlar

Cl^-

,

OH^-

ve

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.

3

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.

4

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.

5

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.

6

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 17Soru →

25 °C sıcaklıkta hazırlanan bir elektrokimyasal hücrenin şematik gösterimi aşağıda verilmiştir:

\text{Pt}(k) \mid \text{H}_2(g, 1\text{ atm}) \mid \text{H}^+(suda, x\text{ M}) \parallel \text{Cu}^{2+}(suda, 0,01\text{ M}) \mid \text{Cu}(k)

Bu hücrenin 25 °C'taki başlangıç potansiyeli $0,458\text{ V}$ olarak ölçülmüştür.

Buna göre, anot yarı hücresindeki sulu çözeltinin başlangıç pH değeri kaçtır?

(25 °C'ta $\text{Cu}^{2+}(suda) + 2e^- \rightarrow \text{Cu}(k) \quad E^\circ = +0,34\text{ V}$ ; $2\text{H}^+(suda) + 2e^- \rightarrow \text{H}_2(g) \quad E^\circ = 0,00\text{ V}$ 'tur. Nernst eşitliğindeki sabit değeri $\frac{0,059}{n}$ olarak alınız.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 3

Cevap

Anot yarı hücresindeki sulu çözeltinin başlangıç pH değeri 3'tür.

Pil tepkimesi yazılıp Nernst eşitliği uygulandığında, hidrojen iyon derişimi

10^{-3}\text{ M}

olarak bulunur. Bu derişimin eksi logaritması alındığında pH = 3 elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı tepkimelerini belirleyip net pil denklemini yazın.

Anot (Yükseltgenme):

\text{H}_2(g) \rightarrow 2\text{H}^+(suda) + 2e^-

Katot (İndirgenme):

\text{Cu}^{2+}(suda) + 2e^- \rightarrow \text{Cu}(k)

Net Tepkime:

\text{H}_2(g) + \text{Cu}^{2+}(suda) \rightleftharpoons 2\text{H}^+(suda) + \text{Cu}(k)

Transfer edilen elektron sayısı:

n = 2

Nernst denkleminde reaksiyon kesri (Q) ve transfer edilen elektron sayısı (n) net tepkimeye göre belirlenir.

2

Standart pil potansiyelini (

E^\circ_{\text{pil}}

) hesaplayın.

E^\circ_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{katot}} - E^\circ_{\text{anot}} = 0,34\text{ V} - 0,00\text{ V} = 0,34\text{ V}

Hücrenin standart potansiyeli, elektrotların standart indirgenme potansiyelleri farkı ile bulunur.

3

Nernst eşitliğini kurarak hidrojen iyon derişimini (

[\text{H}^+]

) hesaplayın.

E_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{pil}} - \frac{0,059}{n} \log Q

0,458 = 0,34 - \frac{0,059}{2} \log \frac{[\text{H}^+]^2}{P_{\text{H}_2} \cdot [\text{Cu}^{2+}]}

0,118 = -0,0295 \log \frac{[\text{H}^+]^2}{1 \cdot 10^{-2}}

-4 = \log \frac{[\text{H}^+]^2}{10^{-2}} \implies 10^{-4} = \frac{[\text{H}^+]^2}{10^{-2}} \implies [\text{H}^+]^2 = 10^{-6} \implies [\text{H}^+] = 10^{-3}\text{ M}

Nernst eşitliği standart olmayan derişimlerdeki pil potansiyelini hesaplamayı sağlar.

4

Hidrojen iyon derişimini kullanarak pH değerini bulun.

\text{pH} = -\log[\text{H}^+] = -\log(10^{-3}) = 3

pH değeri, hidrojen iyonu molar derişiminin eksi logaritması olarak tanımlanır.

Anahtar Kavram

Nernst eşitliği kullanılarak standart dışı koşullardaki pil potansiyelinden yararlanıp iyon derişimi ve asitlik (pH) hesabı yapılması.

Tahmini Süre:2m 30s

Soru 18Soru →

Cadmiyum ( $Cd$ ) elektrotlar kullanılarak $25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta hazırlanan bir derişim hücresinde, anot yarı hücresindeki $Cd^{2+}$ derişimi $0,01\text{ M}$ , katot yarı hücresindeki $Cd^{2+}$ derişimi ise $1,0\text{ M}$ 'dır. Anot yarı hücresine aynı sıcaklıkta, çözelti hacmi 10 katına çıkacak kadar saf su eklendiğinde hücrenin başlangıç potansiyeli $0,0296\text{ V}$ artar. ( $25\text{ }^\circ\text{C}$ 'de Nernst sabitini $0,0592$ alınız.)

Doğru

Yanlış

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

Anot yarı hücresine saf su eklenerek derişimi azaltıldığında, anot ve katot arasındaki derişim farkı artar ve Nernst eşitliğine göre hücre potansiyeli

0,0296\text{ V}

artarak

0,0888\text{ V}

değerine ulaşır. Bu nedenle verilen ifade doğrudur.

Başlangıçta anot derişimi

0,01\text{ M}

ve katot derişimi

1,0\text{ M}

olan hücrenin potansiyeli Nernst eşitliğinden

0,0592\text{ V}

olarak bulunur. Anot yarı hücresine saf su eklenerek hacim 10 katına çıkarıldığında anot derişimi

0,001\text{ M}

'a düşer ve yeni hücre potansiyeli

0,0888\text{ V}

olur. Bu durumda hücre potansiyeli

0,0296\text{ V}

artmış olur ve ifade doğru kabul edilir.

Adım Adım Çözüm

1

Hücrenin başlangıç potansiyelini Nernst eşitliğini kullanarak hesaplayınız.

E_{pil, 1} = 0,0592\text{ V}

İlk durumdaki hücre potansiyelini belirlemek için anot (

0,01\text{ M}

) ve katot (

1,0\text{ M}

) derişimleri Nernst eşitliğinde yerine yazılır:

E_{pil} = 0 - \frac{0,0592}{2} \log\left(\frac{0,01}{1,0}\right) = 0,0592\text{ V}

.

2

Anot bölmesine su eklendikten sonraki yeni derişimi ve yeni hücre potansiyelini hesaplayınız.

[Cd^{2+}]_{anot, yeni} = 0,001\text{ M}

ve

E_{pil, 2} = 0,0888\text{ V}

Hacim 10 katına çıktığında anot derişimi 10 kat azalarak

0,001\text{ M}

olur. Yeni potansiyel Nernst eşitliğinden:

E_{pil, yeni} = 0 - \frac{0,0592}{2} \log\left(\frac{0,001}{1,0}\right) = 0,0888\text{ V}

.

3

Hücre potansiyelindeki değişimi bulmak için iki potansiyel arasındaki farkı hesaplayınız.

Hücre potansiyeli

0,0296\text{ V}

artar.

Son potansiyelden ilk potansiyel çıkarılır:

0,0888 - 0,0592 = 0,0296\text{ V}

artış gözlenir.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinin çalışma prensibi ve Nernst eşitliği yardımıyla hücre potansiyeli değişiminin hesaplanması

Tahmini Süre:2m 0s

Soru 19Soru →

Erimiş kalsiyum klorür ( $CaCl_2$ ) tuzu belirli bir süre elektroliz ediliyor. Bu işlem sırasında elektroliz hücresinin anodunda normal koşullarda (NK) $4{}48\text{ L}$ klor ( $Cl_2$ ) gazı toplandığı tespit ediliyor.

Buna göre, elektroliz devresinden geçen toplam elektrik yükü kaç Faraday'dır?

0{}1

0{}2

0{}36

0{}4

0{}8

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $0{}4$

Cevap

Elektroliz devresinden geçen toplam elektrik yükü 0,4 Faraday'dır.

Elektroliz düzeneğinde anotta klor iyonları yükseltgenerek klor gazını oluşturur. Yarı tepkime denklemi

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

şeklindedir. Normal koşullarda

4{}48\text{ L}

klor gazı

0{}2\text{ mol}

yapar. Denklem stokiyometrisine göre

1\text{ mol } Cl_2

gazı açığa çıktığında devreden

2\text{ mol}

elektron (

2\text{ Faraday}

) geçeceğinden,

0{}2\text{ mol } Cl_2

gazı açığa çıktığında devreden geçen toplam elektrik yükü

0{}4\text{ Faraday}

olur.

Adım Adım Çözüm

1

Açığa çıkan klor (

Cl_2

) gazının normal koşullardaki (NK) mol sayısını hesaplamak.

n(Cl_2) = \frac{4{}48\text{ L}}{22{}4\text{ L/mol}} = 0{}2\text{ mol}

Normal koşullar altında (0 °C ve 1 atm) 1 mol ideal gaz 22,4 litre hacim kaplar.

2

Anotta gerçekleşen yükseltgenme yarı tepkimesini yazarak devreden geçen elektronun mol sayısını ve Faraday yükünü belirlemek.

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

tepkimesine göre, açığa çıkan her 1 mol

Cl_2

gazı için devreden 2 mol elektron geçmelidir. Bu durumda

0{}2\text{ mol} \times 2 = 0{}4\text{ mol}

elektron geçmiştir. 1 mol elektronun yükü 1 Faraday olduğundan, devreden geçen toplam yük

0{}4\text{ Faraday}

'dır.

Elektroliz devrelerinde devreden geçen elektronların mol sayısı, devreden geçen Faraday cinsinden yük miktarına eşittir.

Anahtar Kavram

Elektrolizde elektrotlarda biriken ya da açığa çıkan madde miktarı, devreden geçen toplam yük miktarı ve yarı tepkime stokiyometrisi ile hesaplanır.

Soru 20Soru →

Magnezyum ( $Mg$ ) elektrotlar kullanılarak $25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta hazırlanan bir derişim hücresinin yarı hücrelerindeki çözelti derişimleri aşağıda verilmiştir:

* I. yarı hücre: $Mg(k) \mid Mg^{2+}(\text{suda}, 0,01\text{ M})$
* II. yarı hücre: $Mg(k) \mid Mg^{2+}(\text{suda}, C\text{ M})$

Bu hücre çalışırken zamanla I. yarı hücredeki $Mg^{2+}$ iyonları derişiminin arttığı gözlenmektedir.

Hücrenin başlangıç potansiyeli $25\text{ }^\circ\text{C}$ 'de $0,0592\text{ V}$ olduğuna göre, II. yarı hücredeki $Mg^{2+}$ iyonlarının başlangıç derişimi ( $C$ ) kaç $\text{M}$ 'dir?

(Derişim hücrelerinde standart hücre potansiyeli $E^\circ_{\text{h��cre}} = 0\text{ V}$ alınır. $25\text{ }^\circ\text{C}$ 'de Nernst eşitliğindeki sabit değeri $0,0592$ olarak alınız.)

1 \times 10^{-4}

1 \times 10^{-3}

1 \times 10^{-1}

1

10

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $1$

Cevap

1\text{ M}

derişim

Doğru seçenekte belirtilen

1\text{ M}

değeri, magnezyum iyonlarının aktarılan elektron sayısının 2 alınması ve I. yarı hücrenin anot olarak belirlenip Nernst denklemine doğru şekilde yerleştirilmesiyle elde edilen matematiksel sonuçdur.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerini belirleme

I. yarı hücre anot, II. yarı hücre ise katottur.

Hücre çalışırken I. yarı hücrede

Mg^{2+}

iyonları derişiminin arttığı belirtilmiştir. Yükseltgenmenin gerçekleştiği ve iyon derişiminin arttığı yarı hücre anot, indirgenmenin gerçekleştiği yarı hücre ise katottur.

2

Nernst eşitliğini yazma ve değerleri yerine koyma

0,0592 = 0 - \frac{0,0592}{2} \log\left(\frac{0,01}{C}\right)

Magnezyumun yükseltgenme/indirgenme tepkimesinde aktarılan elektron sayısı

n = 2

'dir. Derişim hücresi olduğu için

E^\circ_{\text{hücre}} = 0\text{ V}

alınır. Nernst eşitliği

E_{\text{hücre}} = E^\circ_{\text{hücre}} - \frac{0,0592}{n} \log Q

şeklinde uygulanır. Burada

Q = \frac{[Mg^{2+}]_{\text{anot}}}{[Mg^{2+}]_{\text{katot}}} = \frac{0,01}{C}

olur.

3

Logaritmik ifadeyi ve bilinmeyeni çözme

C = 1\text{ M}

Eşitlik düzenlendiğinde:

0,0592 = -0,0296 \log\left(\frac{0,01}{C}\right) \Rightarrow -2 = \log\left(\frac{0,01}{C}\right) \Rightarrow 10^{-2} = \frac{0,01}{C} \Rightarrow 0,01 = \frac{0,01}{C} \Rightarrow C = 1\text{ M}

bulunur.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinde pil potansiyeli Nernst eşitliği ile hesaplanır. İyon derişimi az olan yarı hücre anot, fazla olan yarı hücre ise katottur. Hücre çalışırken anottaki derişim artarken katottaki derişim azalır.

Kimya ve Elektrik

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Alternatif Yöntem

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm