Kimya ve Elektrik Alıştırma Soruları — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi) — Sayfa 2

Soru 21Soru →

$25^\circ\text{C}$ sıcaklıkta $1\text{ L}$ hacmindeki sulu çözeltide $0,1\text{ M } HCl$ ve $0,2\text{ M } Cu(NO_3)_2$ çözünmüş halde bulunmaktadır. Bu çözelti, inert (aktif olmayan) elektrotlar kullanılarak $9,65\text{ A}$ 'lik sabit bir akımla $2000\text{ saniye}$ 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: $Cl^- > OH^- > NO_3^-$ ve $H_2 > Cu$ ; $1\text{ Faraday} = 96500\text{ C/mol } e^-$ )

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 1.68

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 \times t

formülüyle hesaplanır.

Q = 9,65\text{ A} \times 2000\text{ s} = 19300\text{ C}

bulunur.

1\text{ mol } e^- = 96500\text{ C}

olduğundan, devreden geçen elektron mol sayısı

n(e^-) = \frac{19300}{96500} = 0,2\text{ mol}

olur.

2

Çözeltide bulunan anyon ve katyonların mol sayıların�� hesaplayın.

Çözeltide 0,1 mol

Cl^-

, 0,4 mol

NO_3^-

ve 0,2 mol

Cu^{2+}

iyonu vardır.

Molarite ve hacim ilişkisinden (

n = M \times V

) yararlanılarak,

1\text{ L}

çözeltideki

HCl

ve

Cu(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

Cl_2(g)

ve 0,025 mol

O_2(g)

oluşur.

Elektron verme eğilimi en fazla olan

Cl^-

iyonları öncelikle yükseltgenir:

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

.

0,1\text{ mol } Cl^-

iyonunun tamamen yükseltgenmesi için

0,1\text{ mol } e^-

gerekir ve bu esnada

0,05\text{ mol } Cl_2(g)

oluşur. Kalan

0,1\text{ mol } e^-

ile

OH^-

(su) yükseltgenir:

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

. Bu tepkimeye göre

4\text{ mol } e^-

ile

1\text{ mol } O_2(g)

açığa çıktığından, kalan

0,1\text{ mol } e^-

ile

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(\text{toplam}) = n(Cl_2) + n(O_2) = 0,05 + 0,025 = 0,075\text{ mol}

'dür. Normal koşullarda

1\text{ mol}

gaz

22,4\text{ L}

hacim kapladığından,

V = 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.

Soru 22Soru →

İçerisinde $Ag^+$ , $Cu^{2+}$ ve $H^+$ iyonları barındıran sulu bir çözelti elektroliz edilmektedir. Elementlerin aktiflik (elektron verme eğilimi) sıralaması $H_2 > Cu > Ag$ şeklinde olduğuna göre, bu iyonların katotta indirgenerek açığa çıkma sırasını ilk toplanandan son toplanana doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Katotta indirgenme potansiyeli en yüksek olan iyon öncelikle indirgenir. Aktiflik sırası

H_2 > Cu > Ag

olduğundan, indirgenme kolaylığı

Ag^+ > Cu^{2+} > H^+

şeklindedir. Buna göre ilk toplanan gümüş, ardından bakır ve en son hidrojendir.

Katotta indirgenme gerçekleştiği için elektron alma eğilimi (indirgenme potansiyeli) en fazla olan element ilk önce açığa çıkar. Aktiflik sıralaması

H_2 > Cu > Ag

olduğuna göre, elektron alma eğilimleri sırası

Ag^+ > Cu^{2+} > H^+

şeklindedir. Dolayısıyla katotta toplanma sırası öncelikle gümüş metalinin oluşumu, ardından bakır metalinin oluşumu ve en son hidrojen gazının çıkışı şeklindedir.

Adım Adım Çözüm

1

Katotta gerçekleşen tepkime türünü belirlemek.

Elektroliz hücresinde katot elektrotunda indirgenme tepkimeleri gerçekleşir.

Elektroliz sırasında katyonlar katoda giderek indirgenir.

2

İyonların indirgenme eğilimlerini karşılaştırmak.

Elektron verme eğiliminin tersi, elektron alma (indirgenme) eğilimini verir. Aktiflik sırası

H_2 > Cu > Ag

olduğuna göre, indirgenme eğilimleri sırası

Ag^+ > Cu^{2+} > H^+

şeklindedir.

Pasif olan elementlerin iyonları elektron almaya daha yatkındır, bu yüzden indirgenme potansiyelleri daha yüksektir.

3

Katotta açığa çıkma önceliğini belirleyerek sıralamak.

İlk olarak indirgenme eğilimi en yüksek olan

Ag^+

iyonu

Ag(k)

metaline indirgenir.

Ag^+

iyonları tükendikten sonra

Cu^{2+}

iyonu

Cu(k)

metaline indirgenir. En son ise

H^+

iyonu

H_2(g)

gazına indirgenerek açığa çıkar. Sıralama:

Ag^+ \rightarrow Cu^{2+} \rightarrow H^+

olur.

Katotta indirgenme potansiyeli en büyük olan iyon öncelikli olarak indirgenir.

Anahtar Kavram

Elektroliz hücrelerinde katotta öncelikle indirgenme potansiyeli en yüksek olan (en pasif) katyon indirgenir.

Tahmini Süre:1m 0s

Soru 23Soru →

25 °C sıcaklıkta iki adet gümüş ( $Ag$ ) elektrot ve gümüş nitrat ( $AgNO_3$ ) çözeltileri kullanılarak aşağıdaki derişim hücresi hazırlanıyor.

* I. yarı hücre: $100\text{ mL } 0,1\text{ M } AgNO_3$ çözeltisi ve $Ag$ elektrot
* II. yarı hücre: $100\text{ mL } 0,1\text{ M } AgNO_3$ çözeltisi ve $Ag$ elektrot

Bu pil sisteminin I. yarı hücresine aynı sıcaklıkta $100\text{ mL } 0,3\text{ M } NaCl$ çözeltisi ilave ediliyor. Sabit sıcaklıkta gerçekleşen tepkime sonucunda bir miktar $AgCl$ katısı çöküyor.

Buna göre, yeni dengenin kurulduğu bu sistemin 25 ��C'taki pil potansiyeli kaç volttur?

(25 °C'ta Nernst eşitliğindeki logaritmik terimin katsayısını $\frac{0,06}{n}$ alınız. 25 °C'ta $AgCl$ için $K_{\text{çç}} = 1 \times 10^{-10}$ 'dur. Çöken katının hacmi ihmal edilecektir.)

0,06

0,24

0,48

0,54

-0,48

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 0,48

Cevap

Sistemin 25 °C'taki pil potansiyeli 0,48 volttur.

Çökelme tepkimesi gerçekleştikten sonra I. yarı hücredeki gümüş iyonu derişimi 10^-9 M olarak hesaplanır. II. yarı hücredeki derişim ise 0,1 M (10^-1 M) olarak kalır. Derişimi küçük olan bölme anot olacağından, I. bölme anot ve II. bölme katottur. Nernst eşitliğinde standart potansiyel (E° = 0 V), aktarılan elektron sayısı (n = 1) ve derişimlerin oranı yazıldığında pil potansiyeli 0,48 V olarak bulunur.

Adım Adım Çözüm

1

I. yarı hücreye NaCl çözeltisi eklendiğinde tepkimeye giren iyonların mol sayılar�� hesaplanır.

n(Ag^+) = 0,1\text{ M} \times 0,1\text{ L} = 0,01\text{ mol}

,

n(Cl^-) = 0,3\text{ M} \times 0,1\text{ L} = 0,03\text{ mol}

.

Çökelme tepkimesindeki sınırlayıcı bileşeni ve artan madde miktarını belirlemek amacıyla mol sayıları bulunur.

2

Ag⁺ ve Cl⁻ iyonlarının çökme tepkimesi yazılarak tepkime sonrasında artan Cl⁻ iyonunun derişimi hesaplanır.

Tepkime:

Ag^+(suda) + Cl^-(suda) \rightarrow AgCl(k)

.

0,01\text{ mol } Ag^+

tamamen harcan��r,

0,02\text{ mol } Cl^-

artar. Toplam hacim

200\text{ mL} = 0,2\text{ L}

olduğundan

[Cl^-] = \frac{0,02\text{ mol}}{0,2\text{ L}} = 0,1\text{ M}

olur.

Kçç dengesinde ortak iyon etkisi üzerinden kalan Ag⁺ iyonu derişimini hesaplamak için ortamdaki Cl⁻ derişimi gereklidir.

3

I. yarı hücredeki ��özünürlük dengesinden Ag⁺ iyonu derişimi bulunur.

K_{\text{çç}} = [Ag^+][Cl^-] \Rightarrow 1 \times 10^{-10} = [Ag^+] \times 0,1 \Rightarrow [Ag^+]_{\text{I}} = 10^{-9}\text{ M}

.

Çökelme sonrasında I. yarı hücrede kalan gümüş iyonlarının dengedeki net derişimini belirlemek için çözünürlük çarpımı formülü uygulanır.

4

Derişimi az olan I. yarı hücre anot (

10^{-9}\text{ M}

), derişimi fazla olan II. yarı hücre katot (

0,1\text{ M}

) seçilerek Nernst eşitliği ile pil potansiyeli hesaplanır.

E_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{pil}} - \frac{0,06}{n} \log \frac{[Ag^+]_{\text{anot}}}{[Ag^+]_{\text{katot}}} \Rightarrow E_{\text{pil}} = 0 - \frac{0,06}{1} \log \frac{10^{-9}}{10^{-1}} = -0,06 \log(10^{-8}) = 0,48\text{ V}

bulunur.

Derişim hücresinin net pil potansiyelini bulmak için standart pil potansiyeli (

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

), aktarılan elektron sayısı (

n=1

) ve derişim değerleri Nernst denklemine yerleştirilir.

Anahtar Kavram

Derişim pillerinde Nernst eşitliği yardımıyla pil potansiyelinin hesaplanması ve ortak iyon etkisiyle derişim değişimi.

Tahmini Süre:2m 30s

Soru 24Soru →

İçerisinde $Au^{3+}$ , $Ag^+$ , $Cu^{2+}$ ve $Na^+$ katyonlarını barındıran sulu bir çözelti inert elektrotlar kullanılarak elektroliz edilmektedir. Katyonların standart indirgenme potansiyelleri ( $E^\circ$ ) arasındaki ilişki:

E^\circ(Au^{3+}/Au) > E^\circ(Ag^+/Ag) > E^\circ(Cu^{2+}/Cu) > E^\circ(H^+/H_2) > E^\circ(Na^+/Na)

şeklindedir. Buna göre, elektroliz işlemi süresince katotta maddelerin öncelikle indirgenerek açığa çıkma sırasını ilk açığa çıkandan son açığa çıkana doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Katotta ilk olarak indirgenme potansiyeli en yüksek olan altın (

Au

) metali, ardından sırasıyla gümüş (

Ag

) metali, bakır (

Cu

) metali ve son olarak hidrojen (

H_2

) gazı açığa çıkar. Sodyum iyonlarının indirgenme potansiyeli sudan küçük olduğu için sulu çözeltide indirgenmezler.

Katotta indirgenme gerçekleşir. İndirgenme potansiyeli en büyük olan tanecik en önce indirgenir. Verilen potansiyel sıralamasına göre en kolay indirgenen

Au^{3+}

olup ilk olarak altın metali birikir. Ardından sırasıyla

Ag^+

ve

Cu^{2+}

iyonları indirgenir. Aktif bir metal olan sodyumun indirgenme potansiyeli hidrojeninkinden küçük olduğu için sulu çözeltide sodyum yerine sudan gelen hidrojen iyonları indirgenerek hidrojen gazı oluşturur.

Adım Adım Çözüm

1

Çözeltide bulunan katyonların ve suyun indirgenme eğilimlerinin karşılaştırılması.

İndirgenme potansiyelleri sırası:

Au^{3+} > Ag^+ > Cu^{2+} > H^+ > Na^+

şeklindedir.

Katotta indirgenme gerçekleşir ve indirgenme potansiyeli en yüksek olan katyon öncelikli olarak indirgenir.

2

Katotta sırasıyla indirgenecek maddelerin tespiti.

Sırasıyla önce

Au^{3+}

iyonları

Au(k)

formuna, ardından

Ag^+

iyonları

Ag(k)

formuna, daha sonra

Cu^{2+}

iyonları

Cu(k)

formuna ve en son su molekülleri indirgenerek

H_2(g)

gazına dönüşür.

İndirgenme potansiyellerinin büyüklük sırasına göre elektrotta toplanma sırası belirlenir.

3

Sodyum iyonunun durumunun değerlendirilmesi.

Na^+

iyonu çözeltide kalır ve indirgenmez.

Sodyumun indirgenme potansiyeli suyun indirgenme potansiyelinden çok daha düşük olduğundan, sulu çözeltinin elektrolizinde sodyum metali elde edilemez.

Anahtar Kavram

Sulu çözeltilerin elektrolizinde katotta indirgenme önceliği, katyonların indirgenme potansiyellerinin büyüklüğüne göre belirlenir. İndirgenme potansiyeli en büyük olan iyon ilk önce indirgenir.

Soru 25Soru →

$25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta iki adet kobalt ( $Co$ ) elektrot ve kobalt(II) nitrat ( $Co(NO_3)_2$ ) çözeltileri kullanılarak hazırlanan bir derişim hücresinin şematik gösterimi aşağıda verilmiştir:

Co(k) \mid Co^{2+}(suda, 0,001\text{ M}) \parallel Co^{2+}(suda, 0,1\text{ M}) \mid Co(k)

Buna göre, hazırlanan bu derişim hücresinin $25\text{ }^\circ\text{C}$ 'deki pil potansiyeli kaç volttur?
( $25\text{ }^\circ\text{C}$ 'de Nernst eşitliğindeki sabit değeri $0,06$ alınız.)

+0,06

+0,03

+0,12

-0,06

-0,12

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: +0,06

Cevap

Hazırlanan derişim hücresinin pil potansiyeli +0,06 volttur.

Derişim hücresinde pil potansiyeli hesaplanırken Nernst eşitliği kullanılır. Standart hücre potansiyeli (

E^\circ_{\text{pil}}

) derişim hücrelerinde sıfırdır. Kobalt elektrotlar için aktarılan elektron sayısı (

n

) 2'dir. Derişimi az olan yarı hücre (

0,001\text{ M}

) anot, fazla olan yarı hücre (

0,1\text{ M}

) ise katottur. Nernst eşitliğinde anot derişiminin katot derişimine oranı logaritma teriminde yerine yazıldığında pil potansiyeli +0,06 V olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerini belirleme.

Derişimi

0,001\text{ M}

olan yarı hücre anot,

0,1\text{ M}

olan yarı hücre ise katottur.

Derişim hücrelerinde derişimi küçük olan yarı hücrede yükseltgenme (anot), derişimi büyük olan yarı hücrede ise indirgenme (katot) gerçekleşir.

2

Net hücre tepkimesini yazma ve aktarılan elektron sayısını (

n

) belirleme.

Co^{2+}(suda, 0,1\text{ M}) \rightleftharpoons Co^{2+}(suda, 0,001\text{ M})

tepkimesi gerçekleşir ve aktarılan elektron sayısı

n = 2

'dir.

Kobalt (

Co

) metali yükseltgendiğinde

Co^{2+}

iyonu oluşturur, bu yüzden tepkimede 2 elektron aktarılır.

3

Nernst eşitliğini kullanarak pil potansiyelini (

E_{\text{pil}}

) hesaplama.

E_{\text{pil}} = 0 - \frac{0,06}{2} \log\left(\frac{0,001}{0,1}\right) = -0,03 \log(10^{-2}) = -0,03 \times (-2) = +0,06\text{ V}

bulunur.

Derişim hücresinin standart pil potansiyeli

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

'dur ve Nernst eşitliği

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

şeklindedir.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinde pil potansiyeli, Nernst eşitliği yardımıyla anot ve katot bölmelerindeki iyon derişimleri oranı kullanılarak hesaplanır.

Tahmini Süre:2m 0s

Soru 26Soru →

Magnezyum metalinin sulu hidroklorik asit çözeltisiyle gerçekleştirdiği tepkimenin denklemi aşağıda verilmiştir:

Mg(k) + 2HCl(suda) \rightarrow MgCl_2(suda) + H_2(g)

Buna göre, bu tepkimeyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Mg(k)

tepkimede indirgenmiştir.

Mg(k)

yükseltgen özellik gösterir.

HCl

bileşiğindeki

H^+

iyonu yükseltgenmiştir.

Mg(k)

indirgen özellik gösterir.

HCl

bileşiği indirgen olarak davranmıştır.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $Mg(k)$ indirgen özellik gösterir.

Cevap

Magnezyum metali elektron vererek yükseltgendiği için indirgen özellik gösterir.

Tepkimede magnezyum metali elektron vererek yükseltgenmiştir (

Mg^0 \rightarrow Mg^{2+}

). Yükseltgenen maddeler kimyasal tepkimelerde elektron vererek karşıdaki maddenin indirgenmesini sağladığı için indirgen özellik gösterir. Bu nedenle magnezyum metalinin indirgen özellik gösterdiğini belirten ifade doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimedeki elementlerin yükseltgenme basamaklarını belirleyin.

Girenlerdeki magnezyum elementi serbest halde olduğundan yükseltgenme basamağı

0

'dır:

Mg^0

. Hidroklorik asitteki hidrojen

+1

:

H^+

, klor

-1

:

Cl^-

'dir. Ürünlerdeki magnezyum klorür bileşiğinde magnezyum

+2

:

Mg^{2+}

, klor

-1

:

Cl^-

'dir. Hidrojen gazı serbest halde olduğundan

0

'dır:

H_2^0

.

Redoks tepkimesinde hangi maddelerin elektron alıp verdiğini bulmak için yükseltgenme basamaklarının değişimi incelenmelidir.

2

Yükseltgenen ve indirgenen türleri tespit edin.

Magnezyum yükseltgenme basamağını

0

'dan

+2

'ye çıkararak elektron vermiştir ve yükseltgenmiştir:

Mg^0 \rightarrow Mg^{2+} + 2e^-

. Hidrojen ise yükseltgenme basamağını

+1

'den

0

'a düşürerek elektron almış ve indirgenmiştir:

2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0

.

Elektron veren tür yükseltgenir, elektron alan tür ise indirgenir.

3

Yükseltgen ve indirgen özellik gösteren maddeleri belirleyin.

Magnezyum metali elektron verip yükseltgendiği için karşıdaki türü indirger, yani indirgen özellik gösterir (indirgendir). Hidrojen iyonları ise elektron alıp indirgendiği için karşıdaki türü yükseltger, yani yükseltgen özellik gösterir (yükseltgendir). Dolayısıyla magnezyum metalinin indirgen özellik gösterdiği ifadesi doğrudur.

Redoks tepkimelerinde yükseltgenen madde indirgen özellik gösterirken, indirgenen madde yükseltgen özellik gösterir.

Anahtar Kavram

Redoks tepkimelerinde yükseltgenen madde elektron vererek karşı tarafı indirgediği için indirgen özellik gösterir; indirgenen madde ise elektron alarak karşı tarafı yükseltgediği için yükseltgen özellik gösterir.

Soru 27Soru →

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

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

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

\text{Yarı tepkime standart indirgenme potansiyelleri:}

Ag^+(aq) + e^- \rightarrow Ag(k) \quad E^\circ = +0,80\text{ V}

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

2H_2O(s) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq) \quad E^\circ = -0,83\text{ V}

O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^- \rightarrow 2H_2O(s) \quad E^\circ = +1,23\text{ V}

Katotta toplam

6,24\text{ g}

katı madde toplanır.

Anotta normal koşullarda

1,12\text{ L}

hacim kaplayan gaz açığa çıkar.

Katotta normal koşullarda

1,12\text{ L}

hidrojen (

H_2

) gazı açığa çıkar.

Elektroliz sonrasında çözeltinin

\text{pH}

değeri

1

olur.

Elektroliz süresince anotta üretilen

H^+

iyonlarının mol sayısı, katotta üretilen

OH^-

iyonlarının mol sayısına eşittir.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Elektroliz süresince anotta üretilen $H^+$ iyonlarının mol sayısı, katotta üretilen $OH^-$ iyonlarının mol sayısına eşittir.

Cevap

Elektroliz süresince anotta üretilen hidrojen iyonlarının mol sayısı (

0,20\text{ mol}

), katotta üretilen hidroksit iyonlarının mol sayısına (

0,10\text{ mol}

) eşit değildir.

Elektroliz devresinden geçen toplam elektron mol sayısı

0,20\text{ mol}

'dür. Anotta suyun yükseltgenmesi (

2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-

) sonucu devreden geçen

0,20\text{ mol}

elektron başına

0,20\text{ mol } H^+

iyonu üretilir. Katotta ise devreden geçen elektronların ilk

0,10\text{ mol}

'ü metallerin (

Ag^+

ve

Cu^{2+}

) indirgenmesinde harcanır; kalan

0,10\text{ mol}

elektron ise suyun indirgenmesi (

2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-

) tepkimesinde harcanarak

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 \times t = 9,65 \times 2000 = 19300\text{ Coulomb}

n(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^- \rightarrow Ag(k)

0,04\text{ mol } Ag^+

için

0,04\text{ mol } e^-

harcanır ve

0,04\text{ mol } Ag

(

4,32\text{ g}

) toplanır. Kalan elektron:

0,16\text{ mol}

.
Sonra bakır iyonları indirgenir:

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

0,03\text{ mol } Cu^{2+}

için

0,06\text{ mol } e^-

harcanır ve

0,03\text{ mol } Cu

(

1,92\text{ g}

) toplanır. Kalan elektron:

0,10\text{ mol}

.
Katotta toplanan toplam katı kütlesi:

4,32 + 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\text{ mol } e^-

suyun indirgenmesinde harcanır:

2H_2O(s) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)

0,10\text{ mol } e^-

geçişiyle

0,05\text{ mol } H_2(g)

ve

0,10\text{ mol } OH^-

iyonu oluşur.

H_2

gazının normal koşullardaki hacmi:

0,05 \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:

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

Devreden geçen

0,20\text{ mol } e^-

için

0,05\text{ mol } O_2(g)

ve

0,20\text{ mol } H^+(aq)

oluşur.

O_2

gazının normal koşullardaki hacmi:

0,05 \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\text{ mol } H^+

ile katotta oluşan

0,10\text{ mol } OH^-

nötralleşir:

H^+ + OH^- \rightarrow H_2O

Kalan

H^+

iyonu mol sayısı:

0,20 - 0,10 = 0,10\text{ mol}

.
Çözelti hacmi

1\text{ L}

olduğundan

[H^+] = \frac{0,10\text{ mol}}{1\text{ L}} = 0,10\text{ M}

olur.
Buradan

\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

Soru 28Soru →

Asfaltit ve bazı kömür türlerinin yapısında bulunan arsenik(III) sülfür ( $As_2S_3$ ), çevre ve insan sağlığı için son derece toksik bir bileşiktir. Laboratuvarda bu bileşik, derişik nitrik asit ( $HNO_3$ ) çözeltisi ile reaksiyona sokulduğunda aşağıdaki tepkime gerçekleşmektedir:

As_2S_3 + HNO_3 + H_2O \rightarrow H_3AsO_4 + H_2SO_4 + NO

Buna göre, bu tepkimeyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?

En küçük tam sayılarla denkleştirilmiş tepkimede

H_2O

bileşiğinin katsayısı

4

olur.

As_2S_3

bileşiğindeki hem arsenik hem de kükürt atomları yükseltgenmiş olup bileşik indirgen özellik gösterir.

Tepkimede

HNO_3

bileşiği yükseltgen olarak davranmıştır.

As_2S_3

bileşiği yükseltgenen olduğundan, tepkimede yükseltgen özellik gösteren maddedir.

1\text{ mol } As_2S_3

bileşiği tamamen yükseltgenirken toplam

28\text{ mol}

elektron vermiştir.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $As_2S_3$ bileşiği yükseltgenen olduğundan, tepkimede yükseltgen özellik gösteren maddedir.

Cevap

Arsenik(III) sülfür bileşiğinin yükseltgenen olması nedeniyle yükseltgen özellik gösterdiği ifadesi yanlıştır. Do��rusu, yükseltgenen madde indirgen özellik gösterir.

Yükseltgenen madde elektron vererek diğer maddenin indirgenmesini sağladığı için indirgen özellik gösterir. Arsenik(III) sülfür bileşiğindeki hem arsenik hem de kükürt atomları yükseltgendiğinden bu bileşik indirgendir, yükseltgen değildir. Dolayısıyla bu bileşiğin yükseltgen özellik gösterdiğini belirten ifade yanlıştır.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimeye giren ve ürün olan maddelerdeki atomların yükseltgenme basamakları belirlenir.

As_2S_3

'te

As: +3

,

S: -2

;

HNO_3

'te

H: +1

,

O: -2

,

N: +5

;

H_3AsO_4

'te

H: +1

,

O: -2

,

As: +5

;

H_2SO_4

'te

H: +1

,

O: -2

,

S: +6

;

NO

'da

O: -2

,

N: +2

şeklindedir.

Yükseltgenen ve indirgenen atomların hangi basamaktan hangisine geçtiğini görmek için bu işlem gereklidir.

2

Alınan ve verilen elektron sayıları hesaplanır.

1\text{ mol } As_2S_3

için

2\text{ mol } As^{3+} \rightarrow 2\text{ mol } As^{5+} + 4e^-

ve

3\text{ mol } S^{2-} \rightarrow 3\text{ mol } S^{6+} + 24e^-

yarı tepkimeleri gerçekleşir. Toplam verilen elektron

28e^-

'dur.

N^{5+} + 3e^- \rightarrow N^{2+}

yarı tepkimesine göre alınan elektron

3e^-

'dur.

Yarı tepkimelerdeki toplam elektron değişimini bularak katsayıların oranını belirlemek hedeflenir.

3

Alınan ve verilen elektron sayıları en küçük ortak kat olan

84

'te eşitlenerek tepkime denkleştirilir.

As_2S_3

'ün katsayısı

3

,

HNO_3

'ün katsayısı

28

,

H_3AsO_4

'ün katsayısı

6

,

H_2SO_4

'ün katsayısı

9

ve

NO

'nun katsayısı

28

olarak yazılır.

Redoks tepkimelerinde kütle ve yük korunumunu sağlamak için elektron sayısı eşitlenmelidir.

4

Hidrojen ve oksijen atomlarının sayıları kontrol edilerek

H_2O

katsayısı belirlenir.

Ürünlerde toplam

36\text{ mol } H

atomu bulunur. Girenlerde

28\text{ mol } H

atomu

HNO_3

'ten geldiği için kalan

8\text{ mol } H

atomunu karşılamak üzere

H_2O

'nun katsayısı

4

yapılır. Oksijen atomu sayıları da her iki tarafta

88

olarak eşitlenir.

Tepkimenin kütle korunumuna uygun şekilde tamamen denk olmasını sağlamak için son adım gerçekleştirilir.

5

Seçeneklerdeki ifadelerin doğruluğu kimyasal kurallarla eşleştirilir.

As_2S_3

elektron vererek yükseltgenmiştir. Yükseltgenen madde indirgen özellik gösterir. Bu yüzden yükseltgen özellik gösterdiğini iddia eden ifade yanlıştır.

Soru kökündeki yanlış olan ifadeyi doğru şekilde teşhis etmek için kavramlar analiz edilir.

Anahtar Kavram

Redoks tepkimelerinde elektron veren (yükseltgenen) madde indirgen, elektron alan (indirgenen) madde ise yükseltgendir. Bir bileşikte birden fazla element aynı anda yükseltgenebilir.

Soru 29Soru →

Korozyondan korunmak istenen demir ( $Fe$ ) bir boruya, demirden daha pasif olan (yükseltgenme potansiyeli demirden daha düşük) bir metal doğrudan bağlanarak bu metal kurban anot olarak kullanılabilir.

Doğru

Yanlış

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: False

Cevap

Kurban anot olarak kullanılacak metalin yükseltgenme potansiyeli, korunmak istenen metalinkinden büyük (daha aktif) olmalıdır. Bu nedenle verilen ifade yanlıştır.

İfade yanlıştır çünkü kurban anot yönteminde korunacak metalin katot olarak kalması ve korozyona uğramaması için ona kendisinden daha aktif (yükseltgenme potansiyeli daha büyük) bir metal bağlanmalıdır. Demirden daha pasif bir metal bağlanırsa korozyon engellenemez.

Adım Adım Çözüm

1

Kurban anot yönteminin çalışma prensibini analiz etmek.

Kurban anot yönteminde, korunması istenen metal yerine kendisi yükseltgenerek korozyona uğrayacak aktif bir metal seçilir.

Hangi metalin anot olarak davranıp yükseltgeneceğini belirlemek amacıyla aktifliklerinin karşılaştırılması gerekir.

2

Demir (

Fe

) ile demirden daha pasif bir metalin aktifliklerini karşılaştırmak.

Demirden daha pasif bir metalin yükseltgenme potansiyeli demirinkinden küçüktür. Bu iki metal temas ettirildiğinde yükseltgenme potansiyeli büyük olan demir (

Fe

) anot olur ve korozyona uğrar.

Yükseltgenme potansiyeli büyük olan metal anot olarak davranır ve elektron verir.

3

Verilen ifadenin doğruluğunu değerlendirmek.

Demirden daha pasif bir metal kurban anot olarak kullanılamaz, bu yüzden verilen ifade yanlıştır.

Kurban anotun amacına ulaşabilmesi için korunacak metalden daha aktif olması şarttır.

Anahtar Kavram

Kurban anot yönteminde, korunmak istenen metale kendisinden daha aktif (yükseltgenme potansiyeli daha yüksek) bir metal bağlanarak korozyonun önlenmesi.

Tahmini Süre:1m 0s

Soru 30Soru →

Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde $CuSO_4$ sulu çözeltisi, ikincisinde ise $NaCl$ sulu çözeltisi bulunmaktadır. Bu sistem, devreden belirli bir miktar elektrik yükü geçirilerek elektroliz edildiğinde birinci kabın katodunda $12,8\text{ g}$ bakır ( $Cu$ ) metali toplanmaktadır.

Buna göre, bu elektroliz işlemi süresince;

I. İkinci kabın katodunda normal koşullarda $4,48\text{ L}$ hacim kaplayan $H_2$ 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 $pH$ değeri zamanla artar.

yargılarından hangileri doğrudur?

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

Yalnız I

I ve II

I ve III

II ve III

I, II ve III

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I, II ve III

Cevap

Her üç öncülün de doğru olduğunu belirten seçenek doğrudur.

Her üç yargı da doğrudur. Birinci kabın katodundaki bakır birikiminden (

0,2\text{ mol}

) devreden geçen yükün

0,4\text{ mol}

elektron olduğu belirlenir. Bu yük ile ikinci kabın katodunda su indirgenerek normal koşullarda

4,48\text{ L}

H_2

gazı açığa çıkar ve çözeltide

OH^-

oluştuğu için pH artar. Anotlarda ise sırasıyla

0,1\text{ mol}

O_2

ve

0,2\text{ mol}

Cl_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) = \frac{12,8\text{ g}}{64\text{ g/mol}} = 0,2\text{ mol}

. Katotta gerçekleşen indirgenme tepkimesi:

Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)

şeklindedir.

0,2\text{ mol}

bakır metalinin birikmesi için devreden geçen elektronun mol sayısı

n(e^-) = 0,2 \times 2 = 0,4\text{ mol}

olarak bulunur. Seri bağlı kaplarda her iki devreden de aynı miktarda (

0,4\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^+

ve sudan gelen

H^+

iyonları bulunur. Elektron verme eğilimi (aktiflik) sırasına göre

Na > H

olduğundan, indirgenme potansiyeli daha yüksek (pasif) olan

H^+

iyonları (

H_2O

molekülleri) katotta öncelikle indirgenir:

2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)

. Devreden

0,4\text{ mol}

elektron geçtiğine göre açığa çıkan

H_2

gazının mol sayısı

n(H_2) = \frac{0,4}{2} = 0,2\text{ mol}

olur. Bu gazın normal koşullardaki hacmi ise

V = 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

SO_4^{2-}

ve

OH^-

iyonları bulunur. Yükseltgenme eğilimi

OH^- > SO_4^{2-}

olduğundan su molekülleri yükseltgenerek

O_2

gazı oluşturur:

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

. Açığa çıkan oksijen gazının mol sayısı

n(O_2) = \frac{0,4}{4} = 0,1\text{ mol}

olur. İkinci kabın anodunda ise

Cl^-

ve

OH^-

iyonları bulunur. Yükseltgenme eğilimi

Cl^- > OH^-

olduğundan klor iyonları yükseltgenerek

Cl_2

gazı oluşturur:

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

. Açığa çıkan klor gazının mol sayısı

n(Cl_2) = \frac{0,4}{2} = 0,2\text{ mol}

olur. Birinci kabın anodunda açığa çıkan gazın mol sayısı (

0,1\text{ mol}

), ikinci kabın anodunda açığa çıkan gazın mol sayısının (

0,2\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^-

) iyonları oluşmaktadır (

2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)

). Çözeltide hidroksit iyonu derişiminin (

[OH^-]

) artması çözeltiyi daha bazik hale getirir. Baziklik arttıkça

pOH

değeri azalır, dolayısıyla

pH

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.

Soru 31Soru →

$25\text{ }^\circ\text{C}$ sıcaklıkta kalay ( $Sn$ ) elektrotlar ve $Sn^{2+}$ sulu çözeltileri kullanılarak hazırlanan bir derişim hücresinde, $1.0\text{ M } Sn^{2+}$ çözeltisi içeren yarı hücre katot olarak davranmaktadır.

Hücrenin başlangıç potansiyeli $0.09\text{ V}$ olduğuna göre, anot yarı hücresindeki $Sn^{2+}$ iyonlarının derişimi kaç molardır?

(Nernst eşitliğindeki sabit değeri $0.06$ alınız.)

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 0.001

Cevap

Anot yarı hücresindeki kalay iyonları derişimi 0.001 M'dır.

Derişim hücresinin potansiyeli Nernst eşitliği ile hesaplanır. Katot derişimi

1.0\text{ M}

, pil potansiyeli

0.09\text{ V}

ve aktarılan elektron sayısı

n=2

değerleri yerine yazıldığında anot derişimi

0.001\text{ M}

olarak elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1

Derişim hücresi için net tepkimeyi ve standart hücre potansiyelini belirleyin.

Derişim hücresinde elektrotlar aynı metalden yapıldığı için standart hücre potansiyeli

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

'tur. Net hücre tepkimesi:

Sn^{2+}(\text{katot } 1.0\text{ M}) \rightleftharpoons Sn^{2+}(\text{anot } x\text{ M})

şeklindedir.

Nernst eşitliğinde kullanılacak olan hücre tepkimesi ve standart pil potansiyeli değerini saptamak.

2

Nernst eşitliğini yazın ve bilinen değerleri yerine yerleştirin.

E_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{pil}} - \frac{0.06}{n} \log Q

eşitliğinde aktarılan elektron sayısı

n=2

, pil potansiyeli

E_{\text{pil}} = 0.09\text{ V}

ve reaksiyon kesri

Q = \frac{[Sn^{2+}]_{\text{anot}}}{[Sn^{2+}]_{\text{katot}}} = \frac{x}{1.0}

'dır. Değerler yerine konulduğunda:

0.09 = 0 - \frac{0.06}{2} \log \left(\frac{x}{1.0}\right)

elde edilir.

Anot derişimini hesaplamak üzere matematiksel bağıntıyı kurmak.

3

Matematiksel işlemleri tamamlayarak anot derişimini bulun.

0.09 = -0.03 \log x \Rightarrow \log x = -3 \Rightarrow x = 10^{-3} = 0.001\text{ M}

olarak hesaplanır.

Bilinmeyen derişim değerini logaritmik işlemle yaln��z bırakıp çözüme ulaşmak.

Anahtar Kavram

Derişim hücrelerinin potansiyeli Nernst eşitliği kullanılarak hesaplanır. Hücrede derişimi küçük olan taraf anot, büyük olan taraf katottur.

Soru 32Soru →

C(k) + H_2SO_4\text{(suda)} \rightarrow CO_2\text{(g)} + SO_2\text{(g)} + H_2O\text{(s)}

Yukarıda verilen redoks tepkimesi en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde, ürünlerde yer alan $H_2O\text{(s)}$ bileşiğinin katsayısı kaç olur?

1

2

3

4

5

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2

Cevap

Tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde suyun (

H_2O

) katsayısı 2 olur.

Tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde, karbon atomunun 4 elektron vermesi ve kükürt atomunun 2 elektron alması nedeniyle

H_2SO_4

ve

SO_2

bileşiklerinin katsayısı 2 olur. Girenlerdeki 4 hidrojen atomunu eşitlemek için ürünlerdeki suyun (

H_2O

) katsayısı da 2 olarak belirlenir. Bu durumda oksijen atomları da denkleşir.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimedeki atomların yükseltgenme basamaklarını belirleme

C

atomunun yükseltgenme basamağı

0

'dan

+4

'e yükselmiş,

S

atomunun yükseltgenme basamağı ise

+6

'dan

+4

'e indirgenmiştir.

Redoks tepkimesinde elektron alışverişi gerçekleştiren atomları tespit etmek için yükseltgenme basamakları bulunur.

2

Alınan ve verilen elektron sayılarını eşitleme

C \rightarrow C^{+4} + 4e^-

(4 elektron verilir) ve

S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}

(2 elektron alınır). Alınan ve verilen elektron sayılarını eşitlemek için indirgenme yarı tepkimesi 2 ile çarpıl��r. Böylece

H_2SO_4

ve

SO_2

bileşiklerinin katsayısı 2 olur.

Alınan ve verilen elektron sayıları eşit olmalıdır.

3

Hidrojen ve oksijen atomu sayılarını eşitleme

Girenler kısmındaki

2H_2SO_4

bileşiğinde toplam 4 hidrojen atomu bulunur. Ürünler kısmında da 4 hidrojen atomu olması için

H_2O

bileşiğinin katsayısı 2 yapılır. Oksijen atomları kontrol edildiğinde girenlerde 8, ürünlerde ise 8 oksijen atomu olduğu görülür. Tepkime denkleşmiştir:

C + 2H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + 2SO_2 + 2H_2O

.

Kütlenin korunumu kanunu gereğince tepkimenin her iki yanındaki atom türü ve sayısının eşit olması gerekir.

Anahtar Kavram

Redoks Tepkimelerinin Denkleştirilmesi

Tahmini Süre:1m 30s

Soru 33Soru →

Aşağıda bazı metallerin standart yükseltgenme yarı tepkimeleri ve standart yükseltgenme potansiyelleri ( $E^\circ$ ) verilmiştir:

* $Al(k) \rightarrow Al^{3+}(suda) + 3e^- \quad E^\circ = +1,66\text{ V}$
* $Fe(k) \rightarrow Fe^{2+}(suda) + 2e^- \quad E^\circ = +0,44\text{ V}$
* $Ag(k) \rightarrow Ag^{+}(suda) + e^- \quad E^\circ = -0,80\text{ V}$

Buna göre; bu metalleri metalik aktifliklerine (elektron verme eğilimlerine) göre en aktif olandan en az aktif olana doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Metallerin aktifliklerine göre en aktiften en az aktif olana doğru sıralaması Alüminyum (Al), Demir (Fe), Gümüş (Ag) şeklindedir.

Metalik aktiflik, bir metalin elektron vererek yükseltgenme eğiliminin bir ölçüsüdür. Standart yükseltgenme potansiyeli (

E^\circ

) değeri ne kadar büyükse, metalin elektron verme eğilimi ve dolayısıyla metalik aktifliği o kadar fazladır. Verilen değerler karşılaştırıldığında en büyük potansiyele sahip olan alüminyum (

+1,66\text{ V}

) en aktif, en küçük potansiyele sahip olan gümüş (

-0,80\text{ V}

) ise en az aktif metaldir. Bu durum sıralamayı alüminyum, demir ve gümüş şeklinde yapar.

Adım Adım Çözüm

1

Metallerin aktiflik tanımını hatırlayınız.

Metaller için aktiflik, elektron verme (yükseltgenme) eğiliminin bir ölçüsüdür.

Hangi potansiyel türünün karşılaştır��lacağını belirlemek için bu bilgi gereklidir.

2

Verilen yarı tepkimelerin türünü ve potansiyel değerlerini inceleyiniz.

Verilen tüm tepkimeler yükseltgenme yarı tepkimesidir ve potansiyeller yükseltgenme potansiyelleridir (

E^\circ_{yükseltgenme}

).

Değerlerin doğrudan karşılaştırılıp karşılaştırılamayacağını doğrulamak için tepkime yönleri kontrol edilir.

3

Yükseltgenme potansiyellerini büyüklüklerine göre sıralayınız.

+1,66\text{ V} > +0,44\text{ V} > -0,80\text{ V}

olduğundan aktiflik sırası

Al > Fe > Ag

olur.

Yükseltgenme potansiyeli ne kadar büyükse metal o kadar aktiftir.

Anahtar Kavram

Metalik aktiflik, metallerin elektron verme (yükseltgenme) eğilimi ile doğrudan ilişkilidir ve standart yükseltgenme potansiyeli büyük olan metal daha aktiftir.

Soru 34Soru →

Demir disülfürün ( $FeS_2$ ) derişik nitrik asit ( $HNO_3$ ) çözeltisi ile tepkimesi sonucu demir(III) nitrat ( $Fe(NO_3)_3$ ), sülfürik asit ( $H_2SO_4$ ), azot monoksit ( $NO$ ) gazı ve su ( $H_2O$ ) oluşmaktadır.

Buna göre, tepkimede yer alan sol sütundaki kimyasal maddeleri, bu maddelerin tepkime sırasındaki rol ve özelliklerini belirten sağ sütundaki tanımlarla doğru şekilde eşleştiriniz.

Soldaki öğeye tıklayın, sonra eşleşen sağdaki öğeye tıklayın

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Eşleştirmeler sırasıyla:

FeS_2

- Yapısındaki hem katyonun hem de anyonun yükseltgenmeye uğradığı indirgen maddedir;

HNO_3

- Hem yükseltgen olarak davranan hem de indirgenmeyen nitrat iyonları yoluyla tuz yapısına katılan maddedir;

H_2SO_4

- Kükürt atomlarının yükseltgenmesi sonucu oluşan yükseltgenme ürünüdür;

NO

- Azot atomlarının indirgenmesiyle oluşan indirgenme ürünüdür.

Doğru eşleştirmede:

FeS_2

bileşiği yapısındaki hem

Fe^{2+}

katyonunun hem de

S^-

anyonunun yükseltgendiği indirgen maddedir.

HNO_3

bileşiği hem azot atomlarının indirgenmesi nedeniyle yükseltgen olarak davranır hem de indirgenmeyen nitrat iyonları ile demir(III) nitrat tuzunu oluşturur.

H_2SO_4

bileşiği kükürt atomlarının yükseltgenmesi sonucu oluşan asidik özellikli yükseltgenme ürünüdür.

NO

gazı ise azot atomlarının indirgenmesiyle oluşan indirgenme ürünüdür.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimeye giren ve çıkan tüm atomların yükseltgenme basamaklarını belirleyin.

FeS_2

bileşiğinde demir

+2

(

Fe^{2+}

) ve kükürt

-1

(

S^{-1}

) yükseltgenme basamağındadır.

HNO_3

'te azot

+5

(

N^{5+}

) yükseltgenme basamağındadır. Ürünlerde ise

Fe(NO_3)_3

'teki demir

+3

(

Fe^{3+}

) ve azot

+5

(

N^{5+}

);

H_2SO_4

'teki kükürt

+6

(

S^{6+}

);

NO

gazındaki azot

+2

(

N^{2+}

) yükseltgenme basamağındadır.

Redoks tepkimesindeki indirgenen ve yükseltgenen türleri belirlemek i��in her elementin yükseltgenme basamağının bilinmesi gerekir.

2

Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimelerindeki elektron alışverişini hesaplayın.

FeS_2

'deki yükseltgenme:

Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + 1e^-

(Demir için

1

elektron) ve

S_2^{2-} \rightarrow 2S^{6+} + 14e^-

(Kükürt için

14

elektron). Toplamda bir mol

FeS_2

bileşiği

15

elektron vermiştir (yükseltgenmiştir, indirgen maddedir).

HNO_3

'teki azotun indirgenmesi:

N^{5+} + 3e^- \rightarrow N^{2+}

(

3

elektron alınmıştır, yükseltgendir).

Alınan ve verilen elektron sayılarının eşitlenmesi, redoks tepkimesinin katsayılarının bulunması için temel adımdır.

3

Alınan ve verilen elektron sayılarını eşitleyerek tepkimeyi en küçük tam sayılarla denkleştirin.

Alınan ve verilen elektron sayısını

15

'te eşitlemek için indirgenme yarı tepkimesi (ve dolayısıyla

NO

bileşiği)

5

ile çarpılır.

FeS_2

katsayısı

1

olarak kalır. Buradan

Fe(NO_3)_3

katsayısı

1

,

H_2SO_4

katsayısı

2

ve

NO

katsayısı

5

olur. Ürünlerdeki toplam azot (

N

) sayısı

3

(tuzdan)

+ 5

(

NO

'dan) =

8

olduğundan, girenlerdeki

HNO_3

katsayısı

8

olur. Son olarak hidrojen denkliği için

H_2O

katsayısı

2

bulunur. Tepkime denklemi:

FeS_2 + 8HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + 2H_2SO_4 + 5NO + 2H_2O

şeklinde denkleşir.

Katsayıların doğru tespiti, maddelerin tepkimedeki rollerini ve miktarlarını nicel olarak doğrulamamızı sağlar.

4

Maddelerin kimyasal rollerini tanımlarla eşleştirin.

FeS_2

hem demir hem kükürt yükseltgendiği için indirgendir (Eşleşme: Yapısındaki hem katyonun hem de anyonun yükseltgenmeye uğradığı indirgen maddedir).

HNO_3

azot atomlarının bir kısmı indirgendiği için yükseltgendir, kalan kısmı ise tuzu oluşturur (Eşleşme: Hem yükseltgen hem de indirgenmeyen nitrat iyonları yoluyla tuz yapısına katılan madde).

H_2SO_4

kükürdün yükseltgenme ürünüdür (Eşleşme: Kükürt atomlarının yükseltgenmesi sonucu oluşan yükseltgenme ürünü).

NO

ise azotun indirgenme ürünüdür (Eşleşme: Azot atomlarının indirgenmesiyle oluşan indirgenme ürünü).

Her bir kimyasal türün redoks sürecindeki işlevinin tam olarak tanımlanması hedeflenmektedir.

Anahtar Kavram

Redoks tepkimelerinde elementlerin yükseltgenme basamaklarının bulunması, alınan/verilen elektron sayılarının hesaplanması ve türlerin yükseltgen/indirgen özelliklerinin belirlenmesi.

Tahmini Süre:3m 0s

Soru 35Soru →

İnert elektrotlar kullanılarak $2\text{ L}$ hacmindeki $CuSO_4$ sulu çözeltisi $9,65\text{ A}$ 'lik sabit akımla elektroliz edilmektedir. Elektroliz süresince katotta öncelikle bakır ( $Cu$ ) metali toplanırken, anotta suyun yükseltgenmesi sonucu $O_2$ gazı ve $H^+$ iyonları oluşmaktadır. Elektroliz işlemi bittiğinde çözeltinin $25^\circ\text{C}$ 'deki pH değeri $2$ olarak ölçüldüğüne göre, elektroliz işlemi toplam kaç saniye sürmüştür? (Başlangıçta çözeltinin nötr olduğu kabul edilecektir. Suyun elektrolizinden kaynaklanan hacim değişimi ihmal edilecektir. Faraday sabiti: $F = 96500\text{ C/mol } e^-$ )

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 200

Cevap

Elektroliz işlemi toplam 200 saniye sürmüştür.

Çözeltinin son pH değeri

2

olduğuna göre

[H^+] = 10^{-2}\text{ M}

olur.

2\text{ L}

hacimdeki toplam

H^+

iyonu mol sayısı

0,02\text{ mol}

'dür. Anottaki suyun yükseltgenme tepkimesinde oluşan

H^+

ile devreden geçen elektron molü birebir orantılıdır (

4H^+

için

4e^-

). Bu durumda devreden geçen elektron molü

0,02\text{ mol}

'dür. Devreden geçen elektrik yükü

Q = n_e \times F = 0,02 \times 96500 = 1930\text{ Coulomb}

'dur.

Q = I \times t

formülünden

1930 = 9,65 \times t

eşitliği ile

t = 200\text{ saniye}

elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1

Çözeltideki

H^+

iyonlarının mol sayısının hesaplanması

n(H^+) = 0,02\text{ mol}

pH değeri

2

olan çözeltide

[H^+] = 0,01\text{ M}

'dır.

2\text{ L}

ç��zeltideki toplam mol sayısı

n = M \times V

formülüyle bulunur.

2

Anotta gerçekleşen tepkimeye göre devreden geçen elektronun mol sayısının belirlenmesi

n(e^-) = 0,02\text{ mol}

Suyun anot yükseltgenme tepkimesi

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

şeklindedir. Oluşan

H^+

iyonlarının katsayısı ile elektronun katsayısı eşit (

4

) olduğundan mol sayıları da eşittir.

3

Devreden geçen elektrik yükü (

Q

) ve elektroliz süresinin (

t

) hesaplanması

t = 200\text{ saniye}

Q = n(e^-) \times F

ve

Q = I \times t

formülleri birleştirilerek

n(e^-) \times F = I \times t

eşitliğinden elektroliz süresi çekilir.

Anahtar Kavram

Elektrolizde pH değişimi ve Faraday Kanunları stoksiyometri ilişkisi

Soru 36Soru →

Bir kimya laboratuvarında bazı metal kaplarda çeşitli sulu çözeltiler saklanmak isteniyor. Metallerin elektron verme eğilimleri (aktiflikleri) arasındaki ilişki şu şekildedir:

Mg > Zn > Fe > Cu

Buna göre, aşağıdaki kapların hangisinde zamanla bir aşınma gözlenir ve çözelti bu kapta saklanamaz?

Cu

metalinden yapılmış bir kapta

MgSO_4

sulu çözeltisi

Fe

metalinden yapılmış bir kapta

Zn(NO_3)_2

sulu çözeltisi

Zn

metalinden yapılmış bir kapta

FeSO_4

sulu çözeltisi

Cu

metalinden yapılmış bir kapta

Fe(NO_3)_2

sulu çözeltisi

Fe

metalinden yapılmış bir kapta

MgSO_4

sulu çözeltisi

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $Zn$ metalinden yapılmış bir kapta $FeSO_4$ sulu çözeltisi

Cevap

Çinko metalinden yapılmış kapta demir(II) sülfat ��özeltisi saklandığında kap aşınır.

Çinko metali, demir metaline göre daha aktiftir (elektron verme eğilimi daha yüksektir). Bu nedenle, çinko kap ile demir(II) iyonları arasında kendiliğinden bir redoks tepkimesi gerçekleşir, çinko metalik halden katyon haline geçerek aşınır ve çözelti bu kapta saklanamaz.

Adım Adım Çözüm

1

Metallerin aktiflik sıralaması ile kap ve çözelti arasındaki etkileşimi analiz edin.

Bir metal kabın aşınması için kabın yapıldığı metalin, çözeltideki metal katyonundan daha aktif (elektron verme eğiliminin daha yüksek) olması gerekir.

Aktif olan metal elektron vererek yükseltgenir (aşınır), pasif olan katyon ise elektron alarak indirgenir.

2

Verilen seçeneklerdeki kap metallerini ve çözeltideki katyonları karşılaştırın.

Çinko metalinden yapılmış kapta demir(II) sülfat çözeltisi bulunduğunda, çinko (

Zn

) metali demir (

Fe

) metalinden daha aktif olduğu için kendiliğinden

Zn(k) + Fe^{2+}(suda) \rightarrow Zn^{2+}(suda) + Fe(k)

tepkimesi gerçekleşir. Diğer seçeneklerde ise kap metali çözeltideki katyondan daha pasiftir.

Çinkonun aktifliği demirden büyük (

Zn > Fe

) olduğu için tepkime kendiliğinden gerçekleşir ve kap zamanla aşınır.

Anahtar Kavram

Bir metalin kendisinden daha pasif bir metalin katyonunu içeren çözeltiyle kendiliğinden tepkimeye girmesi (redoks kendiliğindenliği).

Soru 37Soru →

Erimiş $NaCl$ , $MgCl_2$ , $AlCl_3$ ve $CuCl_2$ tuzlarından oluşan homojen bir karışım inert elektrotlar yardımıyla elektroliz edilmektedir. Metallerin aktiflik (elektron verme eğilimi) sırası $Na > Mg > Al > Cu$ şeklindedir. Buna göre, elektroliz süresince katotta serbest hale geçecek metallerin açığa çıkma sırasını ilk toplanandan son toplanana doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Katotta metallerin açığa çıkma sırası en az aktif (pasif) olan metalden en aktif olana doğrudur:

Cu

,

Al

,

Mg

,

Na

.

Elektroliz hücrelerinde katotta indirgenme olayı gerçekleşir. Karışımdaki katyonların elektron alma (indirgenme) eğilimleri, metallerin aktiflik (elektron verme) eğilimlerinin tam tersidir. Verilen aktiflik sırası

Na > Mg > Al > Cu

olduğuna göre indirgenme eğilimleri sırası

Cu^{2+} > Al^{3+} > Mg^{2+} > Na^+

şeklindedir. Dolayısıyla katotta ilk olarak indirgenme potansiyeli en yüksek olan

Cu^{2+}

iyonu indirgenerek

Cu

metalini oluşturur. Ardından sırasıyla

Al^{3+}

,

Mg^{2+}

ve

Na^+

iyonları indirgenir.

Adım Adım Çözüm

1

Katyonların indirgenme eğilimlerini belirleme.

Metallerin aktiflik (elektron verme) sırası

Na > Mg > Al > Cu

olduğuna göre, katyonların elektron alma (indirgenme) eğilimleri bu sıranın tersidir:

Cu^{2+} > Al^{3+} > Mg^{2+} > Na^+

.

Elektroliz hücresinde katotta indirgenme gerçekleşir ve indirgenme potansiyeli en yüksek olan katyon öncelikle indirgenir.

2

Katotta sırasıyla açığa çıkacak metalleri sıralama.

İndirgenme eğilimi sırasına göre katotta sırasıyla

Cu

,

Al

,

Mg

ve en son

Na

metalleri toplanır.

Katyonlar indirgenme kolaylıklarına göre sırayla katot elektrot üzerinde katı halde birikirler.

Anahtar Kavram

Erimiş tuz karışımlarının elektrolizinde katyonların katotta indirgenme önceliği, metallerin aktiflik sırasının tersidir.

Soru 38Soru →

Kalkopirit ( $CuFeS_2$ ) mineralinin derişik nitrik asit ( $HNO_3$ ) çözeltisiyle tepkimesi sonucu bakır(II) nitrat ( $Cu(NO_3)_2$ ), demir(III) nitrat ( $Fe(NO_3)_3$ ), sülfürik asit ( $H_2SO_4$ ), azot dioksit ( $NO_2$ ) gazı ve su ( $H_2O$ ) oluşmaktadır.

Buna göre, en küçük tam sayılarla denkleştirilen bu tepkimeyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır?

Tepkimede 1 mol

CuFeS_2

bileşiği yükseltgenirken toplam 17 mol elektron vermiştir.

En küçük tam sayılarla denkleştirilmiş tepkimede

H_2O

bileşiğinin katsayısı 9'dur.

Tepkimeye giren

HNO_3

moleküllerinin tamamı yükseltgen (indirgenen) olarak davranmamıştır.

Tepkimede

CuFeS_2

bileşiği yükseltgen özellik göstermiş ve en küçük tam sayılarla denkleştirilmiş tepkimedeki katsayısı 2 olmuştur.

Tepkimede indirgenen azot (

N

) atomlarının katsayısı 17'dir.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Tepkimede $CuFeS_2$ bileşiği yükseltgen özellik göstermiş ve en küçük tam sayılarla denkleştirilmiş tepkimedeki katsayısı 2 olmuştur.

Cevap

Kalkopirit bileşiğinin yükseltgen özellik gösterdiği ve katsayısının 2 olduğunu belirten ifade yanlıştır. Kalkopirit yükseltgendiği için indirgen özellik gösterir ve katsayısı 1'dir.

Kalkopirit (

CuFeS_2

) bileşiğindeki kükürt, bakır ve demir atomları reaksiyon esnasında elektron vererek yükseltgenmiştir. Kimyasal tanım gereği yükseltgenen maddeler indirgen özellik gösterirler. Ayrıca tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde kalkopirit bileşiğinin katsayısı 1 olmaktadır. Dolayısıyla bu ifadedeki hem rol tanımı hem de katsayı değeri yanlıştır.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimedeki elementlerin yükseltgenme basamakları belirlenir.

Girenlerde:

CuFeS_2

bileşiğinde

S

atomu

-2

yükseltgenme basamağındadır.

Cu

ve

Fe

metallerinin toplam yükü

+4

olup

Cu^+

ve

Fe^{3+}

(veya

Cu^{2+}

ve

Fe^{2+}

) yükseltgenme basamaklarına sahiptir. Ürünlerde:

Cu(NO_3)_2

'de bakır

Cu^{2+}

,

Fe(NO_3)_3

'te demir

Fe^{3+}

,

H_2SO_4

'te kükürt

S^{6+}

,

NO_2

'de azot

N^{4+}

ve

HNO_3

'te azot

N^{5+}

yükseltgenme basamağındadır.

Redoks tepkimelerinde hangi elementlerin yükseltgendiğini ve indirgendiğini saptamak için yükseltgenme basamaklarının bulunması gerekir.

2

Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri yazılır.

Yükseltgenme yarı tepkimesi:

CuFeS_2 \rightarrow Cu^{2+} + Fe^{3+} + 2S^{6+} + 17e^-

(1 mol kalkopirit yapısından toplam 17 elektron verilir). İndirgenme yarı tepkimesi:

N^{5+} + e^- \rightarrow N^{4+}

(

NO_2

oluşumu).

Alınan ve verilen elektron sayılarını denkleştirmek için yarı tepkimelerin kurulması şarttır.

3

Alınan ve verilen elektron sayıları eşitlenir.

Yükseltgenme yarı tepkimesi 1 ile, indirgenme yarı tepkimesi ise 17 ile çarpılarak elektron denkliği sağlanır. Böylece indirgenen azot atomlarının ve üretilen

NO_2

gazının katsayısı 17 olur.

Redoks tepkimelerinde alınan elektron sayısının verilen elektron sayısına eşit olması kimyasal korunum yasalarının bir gereğidir.

4

Tepkimeye giren nitrik asit (

HNO_3

) ve su (

H_2O

) katsayıları hesaplanarak denklik tamamlanır.

Ürünlerdeki toplam azot (

N

) sayısı

2

(bakır nitrattan) +

3

(demir nitrattan) +

17

(azot dioksitten) =

22

olarak bulunur. Girenlerdeki

HNO_3

katsayısı 22 yapılır. Hidrojen (

H

) denkliği için, girenlerde 22 hidrojen atomuna karşılık ürünlerde

2H_2SO_4

'ten gelen 4 hidrojen düşüldüğünde kalan 18 hidrojen atomu için

H_2O

katsayısı 9 olarak saptanır. Tepkime denklemi:

CuFeS_2 + 22HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + Fe(NO_3)_3 + 2H_2SO_4 + 17NO_2 + 9H_2O

şeklindedir.

Redoks dışında kalan ve yükseltgenme basamağı değişmeyen atomların kütle korunumu yasasına göre denkleştirilmesi gerekir.

Anahtar Kavram

Çoklu atom içeren bileşiklerde redoks denkleştirme ve asit rolü oynayan reaktiflerin katsayı hesabı.

Tahmini Süre:3m 0s

Soru 39Soru →

$X$ , $Y$ ve $Z$ metalleri ile gerçekleştirilen bazı deneylerde aşağıdaki gözlemler yapılmıştır:

- $X$ metal çubuk, $YNO_3$ sulu çözeltisine daldırıldığında çubuğun kütlesinde azalma (aşınma) meydana geliyor.
- $Y$ metalinden yapılmış bir kapta $Z(NO_3)_2$ sulu çözeltisi saklanamıyor.

Buna göre; $X$ , $Y$ ve $Z$ metallerini elektron verme eğilimlerine (metalik aktifliklerine) göre en fazla olandan en az olana doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Metallerin elektron verme eğilimlerine (metalik aktifliklerine) göre en fazla olandan en az olana doğru doğru sıralaması X, Y, Z şeklindedir.

Aktiflik sıralaması

X > Y > Z

şeklindedir. Çünkü

X

metali

YNO_3

çözeltisinde aşındığı için

X

,

Y

'den aktiftir (

X > Y

).

Y

kabında

Z(NO_3)_2

çözeltisi saklanamadığı için kap aşınmaktadır, bu da

Y

metalinin

Z

'den aktif olduğunu gösterir (

Y > Z

). Bu iki bilgi birleştirildiğinde

X > Y > Z

sıralaması elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1

X

metal çubuğunun

YNO_3

çözeltisinde aşınma durumunu analiz etme

X

metalinin elektron verme eğilimi,

Y

metalinin elektron verme eğiliminden büyüktür (

X > Y

).

Aktif olan metal, pasif olan metalin katyonunu indirgeyerek kendisi yükseltgenir ve aşınır.

2

Y

metalinden yapılmış kapta

Z(NO_3)_2

çözeltisinin saklanamama durumunu analiz etme

Y

metalinin elektron verme eğilimi,

Z

metalinin elektron verme eğiliminden büyüktür (

Y > Z

).

Bir metal kapta çözeltinin saklanamaması, kabın yapıldığı metal ile çözeltideki katyon arasında kendiliğinden bir redoks tepkimesi gerçekleştiğini ve kabın aşındığını gösterir.

3

Elde edilen verileri birleştirerek aktiflik sıralamasını oluşturma

Elektron verme eğilimleri (metalik aktiflikleri) sıralaması:

X > Y > Z

şeklindedir.

X > Y

ve

Y > Z

ilişkileri birleştirildiğinde en aktif metal

X

, en pasif metal ise

Z

olarak bulunur.

Anahtar Kavram

Bir metalin elektron verme (yükseltgenme) eğilimi ne kadar büyükse, kimyasal aktifliği (metalik aktifliği) de o kadar büyüktür. Aktif bir metal, kendisinden daha az aktif (pasif) bir metalin katyonunu içeren çözeltiyle kendiliğinden tepkimeye girer.

Tahmini Süre:1m 30s

Soru 40Soru →

Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde erimiş $XCl_n$ tuzu, ikincisinde ise sulu $AgNO_3$ çözeltisi bulunmaktadır. Bu sistemden bir süre elektrik akımı geçirildiğinde, birinci kabın katodunda $16,8\text{ g}$ $X$ metali toplanırken, ikinci kabın anodunda normal koşullarda $5,04\text{ L}$ gaz açığa çıkmaktadır.

Birinci kaptaki $X^{n+}$ iyonunun elektron dizilimi $3d^5$ orbitali ile sonlandığına göre, $X$ elementinin mol kütlesi kaç $\text{g/mol}$ 'dür?
(Suyun yükseltgenme yarı tepkimesi: $2H_2O(\text{s}) \rightarrow O_2(\text{g}) + 4H^+(\text{suda}) + 4e^-$ şeklindedir. İyonların elektron verme eğilimleri: $Cl^- > OH^- > NO_3^-$ ve $Ag^+ > H^+$ şeklindedir.)

37,3

56

74,7

112

168

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 56

Cevap

X elementinin mol kütlesi 56 g/mol'dür.

Normal koşullarda 5,04 L hacim kaplayan O2 gazı 0,225 moldür. Anot yarı tepkimesine göre 1 mol O2 için devreden 4 mol elektron geçmelidir, bu da devreden geçen toplam elektron mol sayısını 0,9 mol yapar. X iyonunun elektron dizilimi 3d5 ile sonlandığına göre, bu iyon X3+ iyonudur (Fe3+ gibi). Katotta X3+ + 3e- -> X tepkimesine göre 0,9 mol elektron ile 0,3 mol X metali toplanır. 16,8 g X metali 0,3 mol olduğuna göre mol kütlesi 56 g/mol olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1

Anotta açığa çıkan gazın mol sayısını hesaplama

n(O_2) = 0,225\text{ mol}

Normal koşullarda (NK) 1 mol gaz 22,4 L hacim kaplar. 5,04 L gazın mol sayısı

n = \frac{5,04}{22,4} = 0,225\text{ mol}

olarak bulunur.

2

Devreden geçen elektronun mol sayısını bulma

n(e^-) = 0,9\text{ mol}

Suyun yükseltgenme yarı tepkimesine göre, 1 mol

O_2

gazı açığa çıkarken devreden 4 mol elektron geçer. Dolayısıyla devreden geçen elektron miktarı

0,225 \times 4 = 0,9\text{ mol}

'dür.

3

X metalinin yükseltgenme basamağını (n) belirleme

n = 3

X elementinin nötr haldeki elektron dizilimi

[Ar] 4s^2 3d^6

şeklindedir. Elektronlar öncelikle en dış katmandaki 4s orbitalinden, ardından 3d orbitalinden koparılır.

X^{3+}

iyonunun elektron dizilimi

[Ar] 3d^5

ile sonlanır. Bu nedenle

n = 3

olmalıdır.

4

X metalinin mol kütlesini hesaplama

M_A(X) = 56\text{ g/mol}

Katotta indirgenme yarı tepkimesi

X^{3+}(\text{s}) + 3e^- \rightarrow X(\text{k})

şeklindedir. Devreden geçen 0,9 mol elektron ile katotta 0,3 mol X metali toplanır. 0,3 mol X metali 16,8 g olduğuna göre, 1 mol X metali

\frac{16,8}{0,3} = 56\text{ g/mol}

'dür.

Anahtar Kavram

Seri bağlı kaplarda Faraday kanunlarının uygulanması ve katyonların elektron diziliminden yükseltgenme basamaklarının bulunması

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

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