Kimya ve Elektrik Alıştırma Soruları — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi) — Sayfa 3

Soru 41Soru →

Erimiş bir $MCl_n$ tuzu belirli bir süre elektroliz edilmektedir. Bu işlem sırasında katotta $4\text{ gram } M$ metali toplanırken, anotta normal koşullarda $2,24\text{ litre } Cl_2$ gazı açığa çıkmaktadır.

$M$ elementinin mol kütlesi $40\text{ g/mol}$ olduğuna göre;

I. $M$ metalinin yükseltgenme basamağı $+2$ 'dir.
II. Devreden geçen elektrik yük miktarı $0,2\text{ Faraday}$ 'dır.
III. Elektroliz edilen tuzun formülü $MCl_3$ 'tür.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Yalnız I

Yalnız II

I ve II

II ve III

I, II ve III

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II ifadeleri doğrudur.

Anotta normal koşullarda açığa çıkan

2,24\text{ L}

(

0,1\text{ mol}

)

Cl_2

gazı için devreden

0,2\text{ mol}

elektron, yani

0,2\text{ F}

elektrik yükü geçmelidir. Katotta toplanan

4\text{ g}

(

0,1\text{ mol}

)

M

metalinin indirgenmesi için devreden geçen

0,2\text{ mol}

elektron kullanıldığına göre metalin yükseltgenme basamağı

+2

olur ve formülü

MCl_2

şeklinde yazılır. Dolayısıyla I ve II. öncüller doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1

Anotta gerçekleşen yükseltgenme yarı tepkimesini yazarak devreden geçen elektronun mol sayısını bulmak.

Anotta klor iyonları yükseltgenerek klor gazı oluşturur:

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

Normal koşullarda

2,24\text{ L } Cl_2

gazının mol sayısı:

n(Cl_2) = \frac{2,24\text{ L}}{22,4\text{ L/mol}} = 0,1\text{ mol}

Yarı tepkimeye göre

1\text{ mol } Cl_2

gazı açığa çıkarken devreden

2\text{ mol}

elektron geçer. Dolayısıyla,

0,1\text{ mol } Cl_2

gazı açığa çıktığında devreden geçen elektronun mol sayısı:

n(e^-) = 0,1 \times 2 = 0,2\text{ mol}

olur.

Elektroliz devresinde anot ve katottan geçen elektrik yük miktarı aynıdır ve açığa çıkan madde miktarı ile doğru orantılıdır.

2

Devreden geçen elektrik yükünü Faraday birimi cinsinden ifade etmek.

Devreden

0,2\text{ mol}

elektron geçmiştir. Faraday Kanunları'na göre

1\text{ mol}

elektronun yükü

1\text{ Faraday}

(

1\text{ F}

)'dır. Buradan devreden geçen elektrik yük miktarı:

Q = 0,2\text{ Faraday}

bulunur. Bu da II. öncülün doğru olduğunu gösterir.

1 mol elektronun taşıdığı yük miktarının 1 Faraday'a eşit olduğu temel bilgisini kullanmak gerekir.

3

Katotta biriken metalin mol sayısını bulmak ve yükseltgenme basamağını hesaplamak.

Katotta gerçekleşen indirgenme yarı tepkimesi:

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

Toplanan

M

metalinin mol sayısı:

n(M) = \frac{4\text{ g}}{40\text{ g/mol}} = 0,1\text{ mol}

Tepkimeye göre

0,1\text{ mol } M

metalinin toplanması için

0,2\text{ mol}

elektron kullanılmıştır. Buna göre metalin değerliği (

n

):

n = \frac{n(e^-)}{n(M)} = \frac{0,2}{0,1} = 2

Buradan metalin yükseltgenme basamağı

+2

olarak bulunur. Bu durumda I. öncül doğrudur, III. öncül ise yanlıştır (formül

MCl_2

olmalıdır).

Katotta toplanan metal miktarı ile devreden geçen elektron miktarı arasındaki stoikometrik ilişki metalin iyon yükünü belirler.

Anahtar Kavram

Faraday Elektroliz Kanunları ve elektroliz devrelerindeki stoikometrik hesaplamalar.

Soru 42Soru →

Aşağıdaki elektroliz işlemlerinin her birinde, katotta belirtilen miktarlarda maddelerin elde edilmesi için devreden geçmesi gereken elektriksel yük miktarlarını (Faraday cinsinden) en az olandan en çok olana doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Katotta belirtilen maddeleri elde etmek için devreden geçmesi gereken yük miktarları sırasıyla sodyum katısı için 1,5 Faraday, bakır katısı için 1,6 Faraday, alüminyum katısı için 1,8 Faraday ve hidrojen gazı için 2,0 Faraday olup, en az yükten en çok yüke doğru doğru sıralama III, II, I, IV şeklindedir.

Doğru sıralama en küçük yükten en büyüğe doğru sırasıyla erimiş sodyum klorür sıvısının elektrolizinde sodyum eldesi (1,5 F), bakır sülfat çözeltisinin elektrolizinde bakır eldesi (1,6 F), erimiş alüminyum klorür sıvısının elektrolizinde alüminyum eldesi (1,8 F) ve hidroklorik asit çözeltisinin elektrolizinde hidrojen gazı eldesi (2,0 F) şeklindedir.

Adım Adım Çözüm

1

Katotlardaki indirgenme yarı tepkimelerini belirlemek.

Tepkimeler şu şekildedir:
-

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

-

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

-

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

-

2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2(g)

Elektrolizde katotta indirgenme gerçekleşir ve devreden geçen yük ile toplanan madde miktarı arasındaki ilişki yarı tepkime katsayılarından bulunur.

2

Katı maddelerin toplanması için gerekli Faraday yük miktarlarını hesaplamak.

- Alüminyum için:

0,6\text{ mol } \times 3 = 1,8\text{ Faraday}

- Bakır için:

0,8\text{ mol } \times 2 = 1,6\text{ Faraday}

- Sodyum için:

1,5\text{ mol } \times 1 = 1,5\text{ Faraday}

Metallerin tesir değerliği (iyon yükü) ile mol sayıları çarpılarak devreden geçmesi gereken elektronların mol sayısı (Faraday) elde edilir.

3

Açığa çıkan gazın mol sayısını bulmak ve gereken Faraday miktarını hesaplamak.

- Normal koşullarda

22,4\text{ L } H_2

gazı

1\text{ mol}

'dür.
- Hidrojen gazı için gereken yük:

1\text{ mol } \times 2 = 2,0\text{ Faraday}

H_2

gazı diatomik yapıda olduğundan 1 mol gaz elde etmek için 2 mol elektron geçmesi gerekir.

4

Bulunan Faraday değerlerini küçükten büyüğe sıralamak.

1,5\text{ F} < 1,6\text{ F} < 1,8\text{ F} < 2,0\text{ F}

olduğundan sıralama III, II, I, IV şeklindedir.

İşlemler için gereken elektriksel yük miktarlarının sayısal büyüklükleri karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kavram

Faraday'ın Elektroliz Kanunları ve elektrot tepkimelerinin stokiometrisi

Tahmini Süre:2m 0s

Soru 43Soru →

Bir kimya laboratuvarında metallerin yükseltgenme eğilimlerini (metalik aktifliklerini) belirlemek amacıyla görseldeki deney düzenekleri kurulmuş ve aşağıdaki gözlemler kaydedilmiştir:

* I. Gözlem: Görseldeki $Al - Zn$ galvanik hücresinde zamanla $Al$ elektrodunun kütlesi azalmakta ve hücrenin başlangıç potansiyeli ( $E_{\text{pil}}$ ), standart pil potansiyelinden ( $E^\circ_{\text{pil}}$ ) daha yüksek ölçülmektedir.
* II. Gözlem: Çinko ( $Zn$ ) metalinden yapılmış bir kaşık yardımıyla $FeSO_4$ sulu çözeltisi karıştırıldığında kaşığın zamanla aşındığı gözlenmiştir.
* III. Gözlem: 1. Kapta bulunan demir ( $Fe$ ) çubuk $HCl$ çözeltisiyle tepkimeye girerek gaz çıkışına neden olurken, 2. Kapta bulunan bakır ( $Cu$ ) çubuk üzerinde gümüş ( $Ag$ ) katısı birikmektedir.

Buna göre; $Al$ , $Zn$ , $Fe$ , $Cu$ ve $Ag$ metallerini yükseltgenme eğilimlerine (metalik aktifliklerine) göre en aktif olandan en az aktif olana doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Metallerin yükseltgenme eğilimlerine (metalik aktifliklerine) göre en aktif olandan en az aktif olana doğru sıralaması Alüminyum (

Al

), Çinko (

Zn

), Demir (

Fe

), Bakır (

Cu

) ve Gümüş (

Ag

) şeklindedir.

I. Gözlem'de

Al

anot olarak yükseltgendiği için

Al > Zn

; II. Gözlem'de

Zn

kaşığı

Fe^{2+}

iyonlarını indirgeyerek aşındığı için

Zn > Fe

; III. Gözlem'de

Fe

asitle tepkime verip

Cu

vermediği için

Fe > H_2 > Cu

ve

Cu

gümüş iyonlarını indirgediği için

Cu > Ag

bağıntıları elde edilir. Bu verilerin birleştirilmesiyle en aktif metalden en az aktif metale doğru sıralama Alüminyum, Çinko, Demir, Bakır ve Gümüş şeklinde gerçekleşir.

Adım Adım Çözüm

1

Al-Zn pil sisteminin analiz edilmesi

Al

elektrodunun kütlesindeki azalma, bu elektrotta yükseltgenme gerçekleştiğini (

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

) gösterir. Nernst eşitliği (

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

) yazıldığında, anot derişimi

[Al^{3+}] = 0{}01\text{ M}

ve katot derişimi

[Zn^{2+}] = 0{}1\text{ M}

için tepkime kesri

Q = \frac{[Al^{3+}]^2}{[Zn^{2+}]^3} = \frac{(10^{-2})^2}{(10^{-1})^3} = 10^{-1} = 0{}1

bulunur.

Q < 1

olduğundan

\log Q < 0

olur ve standart pil potansiyelinden daha büyük bir hücre potansiyeli elde edilir (

E_{\text{pil}} > E^\circ_{\text{pil}}

). Bu veriler

Al

metalinin anot,

Zn

metalinin ise katot olduğunu, dolayısıyla

Al

metalinin

Zn

metalinden daha aktif olduğunu gösterir (

Al > Zn

).

Alüminyum ile çinko arasındaki bağıl aktiflik ilişkisini Nernst eşitliği ve anot/katot tayini üzerinden belirlemek.

2

Karıştırma kabındaki tepkimenin analiz edilmesi

Zn

kaşığın

FeSO_4

çözeltisinde aşınması,

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

yükseltgenme tepkimesinin kendiliğinden gerçekleştiğini gösterir. Çözeltideki

Fe^{2+}

iyonları indirgenirken, katı haldeki çinko yükseltgendiği için çinkonun elektron verme eğilimi demirden daha büyüktür (

Zn > Fe

).

Çinko ile demir arasındaki bağıl aktiflik ilişkisini aşınma gözlemi üzerinden belirlemek.

3

1. Kaptaki asit-metal tepkimesinin analiz edilmesi

Fe

metalinin

HCl

çözeltisi ile tepkimeye girerek

H_2(g)

oluşturması, demirin hidrojenden daha aktif bir metal olduğunu gösterir (

Fe > H_2

).

Demir metalinin aktifliğini hidrojen referansına göre belirlemek.

4

2. Kaptaki metal yer değiştirme tepkimesinin analiz edilmesi

Cu

metalinin

AgNO_3

çözeltisinde aşınması ve üzerinde

Ag(k)

birikmesi,

Cu(k) + 2Ag^+(suda) \rightarrow Cu^{2+}(suda) + 2Ag(k)

redoks tepkimesinin kendiliğinden gerçekleştiğini gösterir. Bu durum,

Cu

metalinin yükseltgenme eğiliminin

Ag

metalinden daha fazla olduğunu kanıtlar (

Cu > Ag

).

Bakır ile gümüş arasındaki bağıl aktiflik ilişkisini belirlemek.

5

Bütün bağıl aktiflik sonuçlarının birleştirilmesi

Cu

yarı soy metal olduğundan hidrojenden pasiftir (

H_2 > Cu

). Elde edilen tüm bağıntılar (

Al > Zn

,

Zn > Fe

,

Fe > H_2 > Cu > Ag

) bir araya getirildiğinde aktiflik sıralaması

Al > Zn > Fe > Cu > Ag

şeklinde tamamlanır.

Farklı deneylerden elde edilen tüm verileri sentezleyerek tek bir sıralama elde etmek.

Anahtar Kavram

Kendiliğinden gerçekleşen galvanik veya kimyasal redoks tepkimelerinde elektron verme eğilimi (metalik aktifliği) daha yüksek olan metal yükseltgenirken, daha pasif olan metalin katyonu indirgenir. Aktif metaller asit çözeltilerinden

H_2

gazı açığa çıkarabilirken yarı soy ve soy metaller bu tepkimeyi gerçekleştiremez.

Soru 44Soru →

Standart koşullarda hazırlanan bir galvanik hücrede gerçekleşen yarı tepkimeler ve standart indirgenme potansiyelleri aşağıda verilmiştir:

Zn^{2+}(suda) + 2e^- \rightarrow Zn(k) \quad E^\circ = -0,76\text{ V}

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

Buna göre, bu pil sistemiyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Anot yarı hücresinde yükseltgenen

Zn

metali, indirgen özellik gösterir.

Katot yarı h��cresinde indirgenen

Ag^+

iyonları, indirgen özellik gösterir.

Dış devrede elektronlar gümüş (

Ag

) elektrottan çinko (

Zn

) elektroda doğru akar.

Pil çalışırken zamanla çinko (

Zn

) elektrodun kütlesi artar.

Standart pil potansiyeli (

E^\circ_{\text{pil}}

) değeri

-0,04\text{ V}

'tur.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Anot yarı hücresinde yükseltgenen $Zn$ metali, indirgen özellik gösterir.

Cevap

Anot yarı hücresinde yükseltgenen çinko metali, indirgen özellik gösterir.

Çinko elektrodun indirgenme potansiyeli gümüşünkünden daha küçüktür. Bu nedenle çinko elektrot anot olup, yarı hücrede çinko metali yükseltgenir. Yükseltgenen çinko metali karşı tarafın indirgenmesini sağladığı için indirgen özellik gösterir.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot elektrotlarını belirleme.

İndirgenme potansiyeli küçük olan çinko (

Zn

) elektrot anot (

E^\circ = -0,76\text{ V}

), indirgenme potansiyeli büyük olan gümüş (

Ag

) elektrot ise katottur (

E^\circ = +0,80\text{ V}

).

Galvanik hücrelerde indirgenme potansiyeli küçük olan metal daha aktiftir ve anot olarak davranır.

2

Anotta gerçekleşen yarı tepkimeyi ve yükseltgenen/indirgenen maddeleri analiz etme.

Anotta yükseltgenme gerçekleşir:

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

. Çinko atomları elektron vererek yükseltgenir ve karşı tarafı indirgedi��i için indirgen özellik gösterir.

Yükseltgenen madde indirgen, indirgenen madde ise yükseltgen özellik gösterir.

Anahtar Kavram

Galvanik hücrelerde elektrotların anot/katot olarak belirlenmesi, yükseltgen/indirgen özelliklerin tanımlanması ve elektron akış yönünün tespiti.

Soru 45Soru →

Laboratuvarda asidik ortamda gerçekleşen bir redoks tepkimesinin denkleştirilmemiş denklemi aşağıda verilmiştir:

KMnO_4(suda) + H_2C_2O_4(suda) + H_2SO_4(suda) \rightarrow MnSO_4(suda) + CO_2(g) + K_2SO_4(suda) + H_2O(s)

Bu tepkimeyle ilgili,

I. En küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde ürünlerin katsayıları toplamı girenlerin katsayıları toplamından büyük olur.
II. $H_2C_2O_4$ bileşiğindeki karbon ( $C$ ) atomunun yükseltgenme basamağı $+3$ olup, tepkimede yükseltgenmiştir.
III. Tepkimede elektron alarak indirgenen $KMnO_4$ bileşiği, indirgen özellik gösterir.

ifadelerinden hangileri do��rudur?

Yalnız I

Yalnız II

I ve II

I ve III

I, II ve III

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II ifadeleri doğrudur.

Tepkime denkleştirildiğinde ürünlerin katsayıları toplamı (21), girenlerin katsayıları toplamından (10) büyük olur. Oksalik asitteki karbon atomunun yükseltgenme basamağı +3'tür ve tepkimede elektron vererek yükseltgenmiştir. Bu iki ifade kimyasal kurallarla tam olarak uyuşmaktadır.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimeye giren ve çıkan maddelerdeki atomların yükseltgenme basamakları belirlenir.

KMnO_4

bileşiğinde mangan (

Mn

)

+7

,

H_2C_2O_4

bileşiğinde karbon (

C

)

+3

,

MnSO_4

bileşiğinde mangan (

Mn

)

+2

,

CO_2

bileşiğinde karbon (

C

)

+4

yükseltgenme basamağına sahiptir.

Hangi atomların yükseltgendiğini veya indirgendiğini anlamak için başlangıç ve sonuç yükseltgenme basamaklarının bulunması gerekir.

2

Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri yazılarak alınan-verilen elektron sayıları eşitlenir.

Mangan için indirgenme yarı tepkimesi:

Mn^{7+} + 5e^- \rightarrow Mn^{2+}

şeklindedir. Karbon için yükseltgenme yarı tepkimesi:

C_2^{3+} \rightarrow 2C^{4+} + 2e^-

şeklindedir. Alınan ve verilen elektron sayılarını 10'da eşitlemek için indirgenme tepkimesi 2 ile, yükseltgenme tepkimesi 5 ile çarpılır.

Redoks tepkimelerinde alınan elektron sayısı verilen elektron sayısına eşit olmalıdır.

3

Bulunan katsayılar ana tepkimede yerlerine yerleştirilerek diğer atomların denkliği sağlanır.

Denkleştirilmiş tepkime denklemi:

2KMnO_4(suda) + 5H_2C_2O_4(suda) + 3H_2SO_4(suda) \rightarrow 2MnSO_4(suda) + 10CO_2(g) + K_2SO_4(suda) + 8H_2O(s)

olarak elde edilir.

Kütlenin korunumu kanunu gereği giren ve çıkan taraflardaki tüm atom türlerinin sayıca eşitlenmesi gerekir.

4

Tepkime katsayıları ve maddelerin özellikleri öncüller üzerinden kontrol edilir.

Girenlerin katsayıları toplamı

2+5+3=10

, ürünlerin katsayıları toplamı ise

2+10+1+8=21

olup ürünlerinki daha büyüktür (I. öncül doğru). Karbon atomunun yükseltgenme basamağı

+3

olup

+4

'e yükseltgenmiştir (II. öncül doğru). İndirgenen

KMnO_4

yükseltgen özellik gösterir (III. öncül yanlış).

Her bir öncülün doğruluğunu test ederek nihai sonuca ulaşmak hedeflenir.

Anahtar Kavram

Redoks tepkimelerinde yükseltgenme basamaklarının tespiti, yarı tepkimeler yardımıyla denkleştirme yapılması ve yükseltgen/indirgen terimlerinin doğru tanımlanması.

Soru 46Soru →

Demir bir kaşığı gümüş ile kaplamak amacıyla, kaşık $AgNO_3$ sulu çözeltisi içeren bir elektroliz kabının katoduna bağlanıyor. Hücreden $4,825\text{ A}$ şiddetinde sabit akım geçirilerek elektroliz işlemi gerçekleştiriliyor.

Kaşığın y��zeyinde $5,4\text{ g}$ gümüş metali toplandığı anda işlem sonlandırıldığına göre, bu kaplama işlemi kaç saniye sürmüştür?
( $Ag = 108\text{ g/mol}$ , $1\text{ mol}$ elektronun yükü $= 96500\text{ C}$ )

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 1000

Cevap

Kaplama işlemi 1000 saniye sürmüştür.

Katotta toplanan gümüşün mol sayısı

5,4 / 108 = 0,05\text{ mol}

'dür.

Ag^+ + e^- \rightarrow Ag

tepkimesine göre devreden

0,05\text{ mol}

elektron geçmiştir. Bu da

0,05 \times 96500 = 4825\text{ C}

yüke eşittir.

Q = I \times t

bağıntısından

4825 = 4,825 \times t

yazıldığında sürenin

1000

saniye olduğu bulunur.

Adım Adım Çözüm

1

Katotta biriken gümüş (

Ag

) metalinin mol sayısının hesaplanması

n_{Ag} = 0,05\text{ mol}

Toplanan metal kütlesinden mol miktarını bulmak için kütle mol kütlesine bölünür.

2

Katot indirgenme yarı tepkimesinden devreden geçen elektronun mol sayısının belirlenmesi

n_{e^-} = 0,05\text{ mol}

Gümüş iyonlarının indirgenme yarı tepkimesi (

Ag^+ + e^- \rightarrow Ag

) uyarınca toplanan metal molü ile elektron molü bire bir orantılıdır.

3

Devreden geçen elektrik yükünün Coulomb cinsinden hesaplanması

Q = 4825\text{ C}

Geçen elektronların mol sayısı, Faraday sabiti (

96500\text{ C/mol}

) ile çarpılarak toplam elektrik yükü elde edilir.

4

Elektroliz süresinin saniye cinsinden bulunması

t = 1000\text{ s}

Q = I \times t

formülü kullanılarak toplam yük akım şiddetine bölünür.

Anahtar Kavram

Faraday elektroliz yasaları kullanılarak elektrotlarda biriken madde miktarı ile devreden geçen yük miktarı ve süre arasındaki nicel ilişkilerin hesaplanması.

Soru 47Soru →

Standart şartlarda ( $25^\circ\text{C}$ ve $1\text{ atm}$ ) hazırlanan bir galvanik hücreye ait şema aşağıda verilmiştir.

Yarı Tepkime	$E^\circ \text{ (V)}$
$\text{Fe}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Fe}(\text{k})$	$-0{}44$
$2\text{H}^+(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2(\text{g})$	$0{}00$
$\text{Cu}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu}(\text{k})$	$+0{}34$

Bu galvanik hücre çalışmaya başladıktan sonraki süreçle ilgili;

I. Pilin başlangıç potansiyeli $0{}78\text{ V}$ 'tur.
II. Zamanla II. kaptaki çözeltinin pH değeri azalır.
III. $\text{Pt}$ elektrot yüzeyinde öncelikle kırmızı renkli bakır metali toplanır, $\text{Cu}^{2+}$ iyonları tükendikten sonra ise gaz çıkışı gözlenir.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Yalnız I

I ve II

I ve III

II ve III

I, II ve III

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve III

Cevap

I ve III

I ve III numaralı ifadeler doğrudur. Başlangıç pil potansiyeli demirin yükseltgenmesi ve bakırın indirgenmesiyle 0,78 V olarak bulunur. Katotta indirgenme potansiyeli daha yüksek olan bakır iyonları önce indirgenerek Pt elektrot üzerinde kırmızı bakır katısı oluşturur, bakır bittikten sonra ise hidrojen iyonları indirgenerek gaz çıkışı başlatır.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerindeki maddelerin aktifliklerini ve olası yarı tepkimeleri belirleme.

I. kapta aktif metal olan Fe yükseltgenir: Fe(k) -> Fe2+(aq) + 2e- (E° = +0,44 V). II. kapta (katot) indirgenme potansiyelleri farklı olan H+ ve Cu2+ iyonları bulunur.

Galvanik hücrede hangi elektrodun anot, hangi iyonların katotta indirgeneceğini bulmak için standart potansiyeller karşılaştırılmal��dır.

2

Katot kabında gerçekleşecek öncelikli indirgenme tepkimesini seçme.

Cu2+ iyonunun indirgenme potansiyeli (+0,34 V), H+ iyonunun indirgenme potansiyelinden (0,00 V) daha büyük olduğu için katotta öncelikle Cu2+ indirgenir: Cu2+(aq) + 2e- -> Cu(k) (E° = +0,34 V).

Katotta indirgenme potansiyeli en büyük olan katyon öncelikle indirgenir.

3

Pilin başlangıç potansiyelini (E°_pil) hesaplama.

E°_pil = E°_yükseltgenme + E°_indirgenme = 0,44 V + 0,34 V = 0,78 V. (I. öncül doğrudur).

Başlangıçta ortamda bol miktarda Cu2+ iyonu bulunduğundan, ilk çalışan pil tepkimesinin potansiyeli bu iki yarı tepkime üzerinden hesaplanır.

4

Pil çalışmaya devam ettikçe meydana gelen değişimleri analiz etme.

Cu2+ iyonları tamamen tükendikten sonra katotta H+ iyonları indirgenmeye başlar: 2H+(aq) + 2e- -> H2(g). Bu sırada Pt elektrot yüzeyinde önce bakır birikir, sonra gaz çıkışı gözlenir (III. öncül doğrudur). H+ iyonlarının azalması sonucu [H+] düşer, dolayısıyla pH değeri artar (II. öncül yanlıştır).

Çözeltide birden fazla katyon olduğunda indirgenme sırayla gerçekleşir ve H+ iyonlarının harcanması çözeltinin asitliğini azaltarak pH'ını artırır.

Anahtar Kavram

Galvanik hücrelerde anot/katot belirlenmesi, başlangıç pil potansiyeli hesabı ve katotta öncelikli indirgenme sırası.

Soru 48Soru →

Demir(II) sülfür bileşiğinin ( $FeS_2$ , pirit) oksijen gazı ile yüksek sıcaklıktaki tepkimesi sonucu demir(III) oksit ( $Fe_2O_3$ ) ve kükürt dioksit ( $SO_2$ ) gazı oluşmaktadır. Tepkime denklemi aşağıda verilmiştir:

4FeS_2(k) + 11O_2(g) \rightarrow 2Fe_2O_3(k) + 8SO_2(g)

Buna göre, bu tepkimeyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

FeS_2

bileşiği tepkimede yükseltgen özellik göstermiştir.

Tepkimede

FeS_2

bileşiğindeki hem demir hem de kükürt atomları yükseltgenmiştir.

Tepkimede kükürt atomlarının yükseltgenme basamağı

-2

'den

+4

'e yükselmiştir.

O_2

gazı yükseltgenmiş ve indirgen özellik göstermiştir.

En küçük tam sayılarla denkleştirilmiş bu tepkimede alınan ve verilen elektron sayısı

22

'dir.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Tepkimede $FeS_2$ bileşiğindeki hem demir hem de kükürt atomları yükseltgenmiştir.

Cevap

Tepkimede

FeS_2

bileşiğindeki hem demir hem de kükürt atomları yükseltgenmiştir.

Tepkimede

FeS_2

bileşiğindeki demir atomu

+2

'den

+3

'e yükseltgenirken, kükürt atomu

-1

'den

+4

'e yükseltgenmiştir. Dolayısıyla her iki element de yükseltgenmiştir.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimeye giren ve çıkan maddelerdeki elementlerin yükseltgenme basamakları hesaplanır.

FeS_2

bileşiğinde demir

+2

, kükürt

-1

yükseltgenme basamağındadır.

O_2

elementel halde olduğundan

0

'dır.

Fe_2O_3

bileşiğinde demir

+3

, oksijen

-2

'dir.

SO_2

bileşiğinde kükürt

+4

, oksijen

-2

'dir.

Yükseltgenen ve indirgenen türleri belirlemek için ilk olarak her atomun yükseltgenme basamağını bulmak gerekir.

2

Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimeleri üzerinden elektron alışverişi analiz edilir.

Demir:

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

(yükseltgenme). Kükürt:

S^{-1} \rightarrow S^{4+} + 5e^-

(yükseltgenme). Oksijen:

O_2 + 4e^- \rightarrow 2O^{2-}

(indirgenme).

Hangi atomların yükseltgendiği ve indirgendiği ile toplam aktarılan elektron sayısını hesaplamak için yarı tepkimeler yazılır.

3

Seçeneklerdeki ifadeler elde edilen bulgularla karşılaştırılır.

Hem demir hem de kükürt elektron verdiğinden her ikisi de yükseltgenmiştir. Bu durum

FeS_2

bileşiğinin bir bütün olarak indirgen özellik göstermesini sağlar. Alınan/verilen toplam elektron sayısı denklem katsayılarına göre

11 \times 4 = 44

'tür.

Doğru seçeneği belirlemek ve yanlış seçeneklerin neden elendiğini açıklamak amacıyla analiz tamamlanır.

Anahtar Kavram

Bir redoks tepkimesinde birden fazla elementin aynı anda yükseltgenmesi ve yükseltgenme basamağı tayini.

Soru 49Soru →

Aşağıda magnezyum ( $Mg$ ) ve gümüş ( $Ag$ ) elektrotlar içeren bir galvanik hücrenin standart indirgenme yarı tepkimeleri ve potansiyelleri verilmiştir:

Mg^{2+}(\text{suda}) + 2e^- \rightarrow Mg(\text{k}) \quad E^\circ = -2,37\text{ V}

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

Buna göre, bu metallerle oluşturulan galvanik hücrenin standart potansiyeli ( $E^\circ_{\text{pil}}$ ) kaç volttur?

+1,57

-1,57

+3,17

+3,97

+0,77

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $+3,17$

Cevap

Standart pil potansiyeli

+3,17\text{ V}

olarak hesaplanır.

Magnezyum metalinin indirgenme potansiyeli (

-2,37\text{ V}

), gümüş metalinin indirgenme potansiyeline (

+0,80\text{ V}

) kıyasla daha düşüktür. Bu durum, magnezyumun elektron verme eğiliminin (aktifliğinin) gümüşten daha yüksek olduğunu gösterir. Dolayısıyla, magnezyum elektrot anot olarak görev yapar ve yükseltgenir; gümüş iyonları ise katotta indirgenir. Anot yarı tepkimesi ters çevrildiğinde potansiyel

+2,37\text{ V}

olur. Bu iki yarı tepkime potansiyeli toplandığında standart pil potansiyeli

+2,37\text{ V} + 0,80\text{ V} = +3,17\text{ V}

olarak elde edilir.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı tepkimelerini belirleyin.

Magnezyumun indirgenme potansiyeli (

-2,37\text{ V}

), gümüşün indirgenme potansiyelinden (

+0,80\text{ V}

) daha küçük olduğu için magnezyum elektrot anot (yükseltgenme), gümüş elektrot ise katot (indirgenme) olur.

Aktifliği daha fazla olan (standart indirgenme potansiyeli daha düşük olan) metal anot olarak davranır.

2

Anot yarı tepkimesini ters çevirerek yükseltgenme potansiyelini bulun.

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

tepkimesi için

E^\circ_{\text{yükseltgenme}} = +2,37\text{ V}

olur.

Yarı tepkime ters çevrildiğinde standart potansiyelin işareti değişir.

3

Standart pil potansiyelini hesaplayın.

E^\circ_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{yükseltgenme}} + E^\circ_{\text{indirgenme}} = +2,37\text{ V} + 0,80\text{ V} = +3,17\text{ V}

olarak bulunur.

Standart pil potansiyeli, anot yükseltgenme potansiyeli ile katot indirgenme potansiyelinin toplamına eşittir.

Anahtar Kavram

Galvanik hücrelerde standart pil potansiyeli (

E^\circ_{\text{pil}}

), anot yarı hücresindeki yükseltgenme potansiyeli ile katot yarı hücresindeki indirgenme potansiyelinin toplamı şeklinde hesaplanır.

Soru 50Soru →

İnert elektrotlar kullanılarak $CuCl_2$ sulu çözeltisi bir süre elektroliz ediliyor. Elektroliz süresince katotta $12,8\text{ gram } Cu$ metali toplandığı belirleniyor.

Buna göre, bu elektroliz işlemiyle ilgili;

I. Devreden $0,4\text{ mol}$ elektron geçmiştir.
II. Anotta normal koşullarda $4,48\text{ litre } Cl_2$ gazı açığa çıkar.
III. Çözeltinin pH değeri değişmez.

yargılarından hangileri doğrudur?

(Elektron verme eğilimleri: $H_2 > Cu > Cl^- > OH^-$ ; $Cu = 64\text{ g/mol}$ )

Yalnız I

I ve II

I ve III

I, II ve III

Yalnız II

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I, II ve III

Cevap

I, II ve III ifadelerinin tamamı doğrudur.

Katotta biriken bakırın mol sayısı

0,2\text{ mol}

olarak hesaplanır.

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

tepkimesine göre devreden

0,4\text{ mol}

elektron geçmiştir. Anotta ise yükseltgenme eğilimi fazla olan klorür iyonları

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

tepkimesine göre yükseltgenerek

0,2\text{ mol}

(

4,48\text{ litre}

) klor gazı oluşturur. Su molekülleri yükseltgenme veya indirgenmeye uğramadığı için çözeltideki

H^+

ve

OH^-

dengesi bozulmaz, dolayısıyla pH değeri değişmez. Bu gerekçelerle her üç ifade de doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1

Katotta toplanan bakır metalinin mol sayısını bulmak.

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

Cu

metali toplanmıştır.

Katotta indirgenme potansiyeli sudaki

H^+

iyonundan daha yüksek olan (başka bir deyişle elektron verme eğilimi

H_2

den daha az olan)

Cu^{2+}

iyonları indirgenir.

2

Katot yarı tepkimesinden yararlanarak devreden geçen elektronun mol sayısını hesaplamak.

Katot tepkimesi:

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

şeklindedir. Tepkime katsayılarına göre

1\text{ mol } Cu

birikmesi için devreden

2\text{ mol } e^-

geçmelidir.

0,2\text{ mol } Cu

biriktiğine göre devreden geçen elektron miktar��

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

olarak bulunur. Dolayısıyla birinci öncül doğrudur.

Faraday yasasına göre elektrotlarda serbest kalan madde miktarı devreden geçen elektrik yükü (elektron molü) ile doğru orantılıdır.

3

Anotta açığa çıkan gazın türünü, mol sayısını ve normal koşullardaki hacmini hesaplamak.

Anotta elektron verme eğilimi (yükseltgenme potansiyeli)

OH^-

den daha yüksek olan

Cl^-

iyonları öncelikle yükseltgenir. Anot tepkimesi:

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

şeklindedir. Devreden geçen

0,4\text{ mol } e^-

karşılığında

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

gazı açığa çıkar. Bu gazın normal koşullardaki (NK) hacmi:

V = 0,2\text{ mol} \times 22,4\text{ L/mol} = 4,48\text{ litre}

olarak bulunur. Dolayısıyla ikinci öncül doğrudur.

Elektroliz kaplarında anotta yükseltgenme eğilimi en fazla olan anyon ilk olarak yükseltgenir.

4

Çözeltinin pH değerindeki değişimi yorumlamak.

Elektroliz sürecinde çözeltideki

Cu^{2+}

ve

Cl^-

iyonları tüketilmektedir. Suyun yapısındaki

H^+

ve

OH^-

iyonları bu aşamada tepkimeye girmediğinden derişimleri ve dolayısıyla çözeltinin pH değeri değişmez. Dolayısıyla üçüncü öncül doğrudur.

Elektroliz sırasında ortamdaki

H^+

veya

OH^-

iyon derişimini değiştirecek bir tepkime gerçekleşmediği sürece pH değeri sabit kalır.

Anahtar Kavram

Sulu çözeltilerin elektrolizinde deşarj sırası kuralları ve Faraday kanunları kullanılarak elektrot süreçlerinin nicel ve nitel analizi.

Alternatif Yöntem

Elektroliz devresinden geçen yük miktarı Faraday (

F

) cinsinden de doğrudan hesaplanabilir.

1\text{ mol } e^- = 1\text{ F}

olduğundan, devreden

0,4\text{ F}

yük geçtiği belirlenip işlemler bu birim üzerinden de yürütülebilir.

Tahmini Süre:2m 0s

Soru 51Soru →

Platin (Pt) inert elektrotlar kullanılarak, $0,05\text{ M}$ $AgNO_3$ ve $0,1\text{ M}$ $Cu(NO_3)_2$ içeren $2\text{ L}$ sulu çözelti $9,65\text{ A}$ 'lik sabit akımla $2000\text{ saniye}$ boyunca elektroliz edilmektedir.

Buna göre, elektroliz işlemi tamamlandığında katotta toplanan toplam katı kütlesi ve çözeltinin pH değeri aşağıdakilerin hangisinde doğru verilmiştir?

(Elektron verme eğilimleri: $H_2 > Cu > Ag$ ve $OH^- > NO_3^-$ ; $Ag = 108\text{ g/mol}$ , $Cu = 64\text{ g/mol}$ ; $1\text{ mol } e^- = 96500\text{ C}$ ; elektroliz süresince çözelti hacminin değişmediği ve suyun otoiyonizasyonundan gelen $H^+$ derişiminin ihmal edildiği varsayılacaktır.)

Katı kütlesi:

14,0\text{ g}

, pH:

1

Katı kütlesi:

14,0\text{ g}

, pH:

13

Katı kütlesi:

6,4\text{ g}

, pH:

1

Katı kütlesi:

17,2\text{ g}

, pH:

1

Katı kütlesi:

14,0\text{ g}

, pH:

7

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Katı kütlesi: $14,0\text{ g}$ , pH: $1$

Cevap

Katotta toplanan katı kütlesi

14,0\text{ g}

ve çözeltinin pH değeri

1

'dir.

Devreden geçen

0,2\text{ mol}

elektronun öncelikle

0,1\text{ mol}

gümüş iyonunu indirgeyerek

10,8\text{ g } Ag

katısı topladığı, kalan

0,1\text{ mol}

elektronun ise

0,05\text{ mol } Cu^{2+}

iyonunu indirgeyerek

3,2\text{ g } Cu

katısı topladığı hesaplanır. Böylece katotta toplanan toplam kütle

14,0\text{ g}

olur. Anotta gerçekleşen suyun yükseltgenme tepkimesi sonucu oluşan

0,2\text{ mol } H^+

iyonunun

2\text{ L}

çözeltideki derişimi

0,1\text{ M}

olup çözeltinin pH değeri

1

olarak elde edilir. Bu nedenle doğru seçenek katı kütlesinin

14,0\text{ g}

ve pH değerinin

1

olduğunu ifade eden seçenektir.

Adım Adım Çözüm

1

Devreden geçen elektrik yükü ve elektronun mol sayısını hesaplama

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

. Devreden geçen elektronun mol sayısı:

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

olarak bulunur.

Faraday kanunlarına göre elektrotlarda toplanacak madde miktarlarını belirlemek için devreden geçen toplam elektron mol sayısı hesaplanmalıdır.

2

Katotta toplanan metallerin sırasını belirleme ve kütlelerini hesaplama

Katotta indirgenme eğilimi yüksek olan metal iyonu öncelikle indirgenir. İndirgenme eğilimleri sırası

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

şeklindedir.

İlk olarak

Ag^+

iyonları indirgenir:

Ag^+(aq) + e^- \rightarrow Ag(s)

Başlangıçtaki

Ag^+

mol sayısı:

n(Ag^+) = 0,05\text{ M} \times 2\text{ L} = 0,1\text{ mol}

.

0,1\text{ mol } Ag^+

iyonunun tamamen indirgenmesi için

0,1\text{ mol } e^-

harcanır ve

0,1\text{ mol } Ag(s)

toplanır.

m(Ag) = 0,1\text{ mol} \times 108\text{ g/mol} = 10,8\text{ g}

.

Kalan elektron miktarı:

0,2 - 0,1 = 0,1\text{ mol } e^-

.

Sırada

Cu^{2+}

iyonları indirgenir:

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

0,1\text{ mol } e^-

ile indirgenebilecek

Cu^{2+}

mol sayısı:

n(Cu) = \frac{0,1}{2} = 0,05\text{ mol}

.

m(Cu) = 0,05\text{ mol} \times 64\text{ g/mol} = 3,2\text{ g}

.

Katotta toplanan toplam katı kütlesi:

10,8 + 3,2 = 14,0\text{ g}

olarak bulunur.

Çoklu katyon içeren elektroliz kaplarında katot elektrotta öncelikle indirgenme potansiyeli büyük (aktifliği küçük) olan katyonların indirgeneceğini uygulayarak stokiyometrik kütle hesabı yapılır.

3

Anot tepkimesinden yararlanarak çözeltinin pH değerini hesaplama

Anotta yükseltgenme eğilimi daha fazla olan

OH^-

iyonları (su) yükseltgenir:

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

Denkleme göre, devreden geçen her

4\text{ mol } e^-

için çözeltide

4\text{ mol } H^+

iyonu üretilir. Dolayısıyla üretilen

H^+

iyonunun mol sayısı devreden geçen elektronun mol sayısına eşittir:

n(H^+) = 0,2\text{ mol}

.

Çözelti hacmi

2\text{ L}

olduğuna göre,

H^+

derişimi:

[H^+] = \frac{0,2\text{ mol}}{2\text{ L}} = 0,1\text{ M}

olur.

\text{pH} = -\log[H^+] = -\log(0,1) = 1

olarak hesaplanır.

Elektroliz sürecinde anotta suyun yükseltgenmesi sonucu oluşan serbest hidrojen iyonlarının derişimi belirlenerek çözeltinin son pH değeri saptanır.

Anahtar Kavram

Çoklu iyon içeren elektroliz devrelerinde Faraday kanunları ile katotta indirgenme önceliği ve anotta suyun yükseltgenmesinin çözelti pH değerine etkisi.

Tahmini Süre:2m 30s

Soru 52Soru →

Standart koşullarda ( $25^\circ\text{C}$ ve $1\text{ atm}$ ) hazırlanan bir $Fe-Cu$ galvanik hücresinde gerçekleşen yarı tepkimeler ve standart indirgenme potansiyelleri aşağıda verilmiştir:

Fe^{2+}(\text{suda}) + 2e^- \rightarrow Fe(\text{k}) \quad E^\circ = -0,44\text{ V}

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

Buna göre, bu pil sistemiyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Standart pil potansiyeli (

E^\circ_{\text{pil}}

)

+0,78\text{ V}

'tur.

Demir (

Fe

) elektrodu anot bölgesinde yer alır ve pil tepkimesinde yükseltgen olarak görev yapar.

Bakır (

Cu^{2+}

) iyonları katot bölgesinde indirgenir ve indirgen özellik gösterir.

Standart olmayan derişimlerde pil potansiyeli hesaplanırken Nernst denklemindeki logaritmik terimde katot derişimi paya, anot derişimi paydaya yazılır.

Pil çalışırken dış devrede elektronlar bakır (

Cu

) elektrottan demir (

Fe

) elektroda doğru akar.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Standart pil potansiyeli ( $E^\circ_{\text{pil}}$ ) $+0,78\text{ V}$ 'tur.

Cevap

Standart pil potansiyeli (

E^\circ_{\text{pil}}

)

+0,78\text{ V}

'tur.

Standart pil potansiyeli, anot yarı hücresindeki yükseltgenme potansiyeli ile katot yarı hücresindeki indirgenme potansiyelinin toplamına eşittir. İndirgenme potansiyeli daha küçük olan demir (

Fe

) elektrot anot, bakır (

Cu

) elektrot ise katottur. Anot tepkimesi

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

(

E^\circ = +0,44\text{ V}

) ve katot tepkimesi

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

(

E^\circ = +0,34\text{ V}

) şeklindedir. İki yarı tepkime potansiyeli toplandığında standart pil potansiyeli

E^\circ_{\text{pil}} = 0,44 + 0,34 = +0,78\text{ V}

olarak elde edilir. Bu nedenle standart pil potansiyelinin

+0,78\text{ V}

olduğunu belirten ifade doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1

Elektrotların standart indirgenme potansiyellerini karşılaştırarak anot ve katot yarı hücrelerini belirleyin.

Demir elektrodun indirgenme potansiyeli (

-0,44\text{ V}

), bakır elektrodun indirgenme potansiyelinden (

+0,34\text{ V}

) daha küçüktür. Bu nedenle demir (

Fe

) anot, bakır (

Cu

) ise katottur.

Galvanik hücrelerde indirgenme potansiyeli küçük olan elektrot daha aktiftir ve yükseltgenerek anot görevini alır.

2

Anot ve katot yarı tepkimelerini ve potansiyellerini yazın.

Anot (Yükseltgenme):

Fe(\text{k}) \rightarrow Fe^{2+}(\text{suda}) + 2e^- \quad E^\circ_{\text{yük}} = +0,44\text{ V}

Katot (İndirgenme):

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

Anotta yükseltgenme gerçekleştiği için indirgenme tepkimesi ters çevrilir ve potansiyelinin işareti değişir. Katotta indirgenme gerçekleştiği için tepkime ve potansiyeli aynen kalır.

3

Yarı tepkime potansiyellerini toplayarak standart pil potansiyelini (

E^\circ_{\text{pil}}

) hesaplayın.

E^\circ_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{yük}} + E^\circ_{\text{ind}} = 0,44\text{ V} + 0,34\text{ V} = +0,78\text{ V}

Standart pil potansiyeli, anot yükseltgenme yarı pil potansiyeli ile katot indirgenme yarı pil potansiyelinin toplamına eşittir.

Anahtar Kavram

Galvanik hücrelerde anot ve katot belirlenmesi ve standart pil potansiyelinin (

E^\circ_{\text{pil}}

) hesaplanması.

Soru 53Soru →

Laboratuvarda gerçekleştirilen bir redoks tepkimesinin denkleştirilmemiş denklemi aşağıda verilmiştir:

I_2(k) + HNO_3(suda) \rightarrow HIO_3(suda) + NO_2(g) + H_2O(s)

Bu tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde, tepkime ve maddelerle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Tepkimede

HNO_3

bileşiği yükseltgenmiştir ve en küçük tam sayılarla denkleştirilmiş denklemde

HNO_3

bileşiğinin katsayısı 5 olur.

Tepkimede

I_2

molekülü yükseltgen (indirgenen) özellik gösterir ve 1 mol

I_2

yükseltgenirken dışarıya 5 mol elektron vermiştir.

Tepkimede

I_2

molekülü yükseltgenmiş (indirgen) maddedir ve en küçük tam sayılarla denkleştirilmiş denklemde

H_2O

'nun katsayısı 4'tür.

HIO_3

bileşiğindeki iyot (

I

) atomunun yükseltgenme basamağı +5 olup, bu bileşik tepkimenin indirgenme ürünüdür.

NO_2

gazı tepkimenin yükseltgenme ürünüdür ve

HNO_3

bileşiğindeki azot (

N

) atomunun yükseltgenme basamağı +5'ten +4'e yükselmiştir.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Tepkimede $I_2$ molekülü yükseltgenmiş (indirgen) maddedir ve en küçük tam sayılarla denkleştirilmiş denklemde $H_2O$ 'nun katsayısı 4'tür.

Cevap

Tepkimede

I_2

molekülünün yükseltgenmiş (indirgen) madde olduğunu ve en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde

H_2O

'nun katsay��sının 4 olduğunu belirten seçenek doğrudur.

Tepkime denkleştirildiğinde

I_2

molekülündeki iyot atomları 0'dan +5'e yükseltgenir. Yükseltgenen bu madde karşı tarafı indirgediği için indirgen maddedir. Alınan ve verilen elektronlar 10'da eşitlendiği için denkleştirilmiş tepkimede suyun (

H_2O

) katsayısı 4 olur. Dolayısıyla bu durum doğru açıklamayı oluşturur.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimedeki atomların yükseltgenme basamaklarını belirleme.

Girenlerde:

I_2

'de

I = 0

,

HNO_3

'te

H = +1, N = +5, O = -2

.
Ürünlerde:

HIO_3

'te

H = +1, I = +5, O = -2

;

NO_2

'de

N = +4, O = -2

;

H_2O

'da

H = +1, O = -2

.

Redoks tepkimesinde hangi elementlerin yükseltgenip hangilerinin indirgendiğini belirlemek için yükseltgenme basamaklarının bulunması gerekir.

2

Yarı tepkimeleri yazarak alınan ve verilen elektron sayılarını bulma.

Yükseltgenme yarı tepkimesi:

I_2^0 \rightarrow 2I^{+5} + 10e^-

(1 mol

I_2

için 10 mol elektron verilir).
İndirgenme yarı tepkimesi:

N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}

(1 mol

N

için 1 mol elektron alınır).

Alınan ve verilen elektron sayılarını eşitlemek için yarı tepkimelerin katsayılarla denkleştirilmesi gerekir.

3

Alınan ve verilen elektron sayılarını eşitleyerek tepkimeyi denkleştirme.

İndirgenme yarı tepkimesi 10 ile çarpılır:

10N^{+5} + 10e^- \rightarrow 10N^{+4}

.
Net tepkime denklemi:

I_2 + 10HNO_3 \rightarrow 2HIO_3 + 10NO_2 + xH_2O

şeklinde yazılır.

Redoks tepkimelerinde alınan elektron sayısı verilen elektron sayısına daima eşit olmalıdır.

4

Hidrojen ve oksijen atomlarının sayılarını eşitleyerek suyun (

H_2O

) katsayısını bulma.

Girenlerde 10 adet

H

atomu vardır. Ürünlerde

HIO_3

'ten gelen 2 adet

H

atomu bulunur. Geriye kalan 8 adet

H

atomunu eşitlemek için

H_2O

'nun katsayısı 4 (

x = 4

) olmalıdır.
Oksijen kontrolü: Girenlerde

10 \times 3 = 30

oksijen; ürünlerde

(2 \times 3) + (10 \times 2) + 4 = 30

oksijen bulunur. Denkleşme doğrudur.

Kütlenin korunumu kanunu gereğince tepkimenin her iki tarafındaki atom sayılarının eşitlenmesi gerekir.

Anahtar Kavram

Redoks tepkimelerinde yükseltgenme basamaklarının bulunması, alınan-verilen elektronların eşitlenmesi ve yükseltgen/indirgen kavramlarının doğru tanımlanması.

Alternatif Yöntem

Alınan-verilen elektron denkliği kurulurken iyot atomunun moleküler yapıda (

I_2

) girdiği göz önüne alınarak yarı tepkimede doğrudan

I_2 \rightarrow 2I^{+5} + 10e^-

şeklinde işlem yapılabilir. Bu sayede katsayı hatası yapılması önlenir.

Tahmini Süre:2m 0s

Soru 54Soru →

Erimiş $AgCl$ , $CuCl_2$ ve $AlCl_3$ tuzlarından oluşan homojen bir karışım inert elektrotlar kullanılarak elektroliz edilmektedir. Metallerin aktiflikleri (elektron verme eğilimleri) $Al > Cu > Ag$ şeklindedir. Buna göre, elektroliz süresince katotta maddelerin açığa çıkma sırasını ilk açığa çıkandan son açığa çıkana doğru sıralayınız.

Öğeleri doğru sıraya koymak için sürükleyin

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap

Katotta öncelikle pasif olan metaller (indirgenme eğilimi yüksek olanlar) indirgenir. Metallerin aktiflik sırası

Al > Cu > Ag

olduğuna göre, indirgenme (katotta toplanma) sırası Gümüş (

Ag

), Bakır (

Cu

) ve Alüminyum (

Al

) şeklinde gerçekleşir.

Aktifliği en düşük olan pasif metal (

Ag

) katotta ilk olarak indirgenir, aktifliği en yüksek olan aktif metal (

Al

) ise en son indirgenir. Bu durum maddelerin açığa çıkma sırasını gümüş, bakır ve alüminyum şeklinde belirler.

Adım Adım Çözüm

1

Katot indirgenme kuralını belirleme

Elektroliz kabında katot negatif yüklüdür ve elektron verme eğilimi en az olan (en pasif) katyon öncelikle indirgenir.

Katyonların elektron alma eğilimi, metallerin aktiflik sırasının tam tersidir.

2

İyonların indirgenme eğilimlerini karşılaştırma

Aktiflik sırası

Al > Cu > Ag

ise, katyonların indirgenme eğilimleri sırası

Ag^+ > Cu^{2+} > Al^{3+}

şeklindedir.

Pasif metallerin iyonları kararsızdır ve elektron alarak elementel hale geçmeye daha isteklidir.

3

Katotta açığa çıkma sırasını oluşturma

Katotta sırasıyla önce

Ag(k)

, o bittikten sonra

Cu(k)

ve en son

Al(k)

toplanır.

İyonlar indirgenme potansiyeli sırasına göre tamamen tükenene kadar indirgenir.

Anahtar Kavram

Elektrolizde katotta katyonlar indirgenme potansiyelleri (pasiflik dereceleri) sırasına göre indirgenerek açığa çıkar.

Tahmini Süre:1m 30s

Soru 55Soru →

Aşağıda standart koşullarda ( $25^\circ\text{C}$ , $1\text{ atm}$ ) hazırlanan bir galvanik hücrenin şematik gösterimi ve yarı tepkimelerin standart indirgenme potansiyelleri verilmiştir.

Yarı tepkimeler ve standart indirgenme potansiyelleri:

Fe^{2+}(suda) + 2e^- \rightarrow Fe(k) \quad E^\circ = -0.44\text{ V}

Fe^{3+}(suda) + e^- \rightarrow Fe^{2+}(suda) \quad E^\circ = +0.77\text{ V}

Buna göre, bu galvanik hücre ile ilgili;
I. Başlangıç standart pil potansiyeli $1.21\text{ V}$ 'tur.
II. Pil çalışırken her iki yarı hücrede de $Fe^{2+}$ iyonu derişimi artar.
III. Zamanla platin ( $Pt$ ) elektrodun kütlesi artar.

ifadelerinden hangileri doğrudur?

Yalnız I

Yalnız II

I ve II

I ve III

I, II ve III

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve II

Cevap

I ve II ifadeleri doğrudur.

Standart pil potansiyeli, anot yarı hücresindeki yükseltgenme potansiyeli (

+0.44\text{ V}

) ile katot yarı hücresindeki indirgenme potansiyelinin (

+0.77\text{ V}

) toplamı olan

1.21\text{ V}

değerine eşittir. Pil çalışırken anot hücresinde demir metalinin yükseltgenmesiyle çözeltiye

Fe^{2+}

iyonları verilir. Katot hücresinde ise çözeltideki

Fe^{3+}

iyonları indirgenerek yine

Fe^{2+}

iyonlarına dönüşür. Bu nedenle her iki yarı hücrede de

Fe^{2+}

derişimi artar. Katot hücresinde katı metal birikmediğinden platin elektrodun kütlesi değişmez.

Adım Adım Çözüm

1

Yarı hücrelerde gerçekleşebilecek tepkimeleri ve standart indirgenme potansiyellerini karşılaştırarak anot ve katot yarı hücrelerini belirlemek.

İndirgenme potansiyeli daha büyük olan

Fe^{3+}/Fe^{2+}

sistemi katot (

E^\circ = +0.77\text{ V}

), indirgenme potansiyeli daha küçük olan

Fe^{2+}/Fe

sistemi ise anot (

E^\circ = -0.44\text{ V}

) olarak işlev görür. Fe elektrot yükseltgenir, Pt elektrot yüzeyinde ise indirgenme gerçekleşir.

Galvanik hücrelerde indirgenme potansiyeli yüksek olan yarı hücre katot, düşük olan yarı hücre ise anot olur.

2

Anot ve katot yarı tepkimelerini yazarak standart pil potansiyelini (

E^\circ_{\text{pil}}

) hesaplamak.

Anot:

Fe(k) \rightarrow Fe^{2+}(suda) + 2e^- \quad E^\circ_{\text{yükseltgenme}} = +0.44\text{ V}

Katot:

2Fe^{3+}(suda) + 2e^- \rightarrow 2Fe^{2+}(suda) \quad E^\circ_{\text{indirgenme}} = +0.77\text{ V}

Net Tepkime:

Fe(k) + 2Fe^{3+}(suda) \rightarrow 3Fe^{2+}(suda) \quad E^\circ_{\text{pil}} = 0.44 + 0.77 = 1.21\text{ V}

olarak hesaplanır.

Standart pil potansiyeli, anot yükseltgenme potansiyeli ile katot indirgenme potansiyelinin toplamına eşittir. Yarı tepkime katsayılarının değişmesi

E^\circ

değerini etkilemez.

3

Pil çalışırken her iki yarı hücredeki

Fe^{2+}

iyonu derişimi değişimlerini incelemek.

Anot kabında demir elektrot aşınarak çözeltiye

Fe^{2+}

iyonları verir, dolayısıyla bu kapta

Fe^{2+}

derişimi artar. Katot kabında ise çözeltideki

Fe^{3+}

iyonları

Fe^{2+}

iyonlarına indirgenir, bu nedenle bu kapta da

Fe^{2+}

derişimi artar.

Net tepkimeye göre

Fe^{2+}

iyonu ürünler tarafındadır ve her iki yarı hücrede de oluşmaktadır.

4

Katot elektrodunun (Pt) kütlesindeki değişimi değerlendirmek.

Katot yarı hücresindeki indirgenme tepkimesi

Fe^{3+}(suda) + e^- \rightarrow Fe^{2+}(suda)

şeklindedir. Tepkime sonucunda katı bir metal oluşmadığı için platin elektrot üzerinde herhangi bir madde birikmez ve Pt elektrodun kütlesi değişmez.

İndirgenme ürünü sulu çözeltide kalan

Fe^{2+}

iyonudur, katı metal birikimi gerçekleşmez.

Anahtar Kavram

Galvanik hücrelerde elektrot reaksiyonları, standart pil potansiyeli hesabı ve inert elektrotların işlevi

Alternatif Yöntem

Alternatif olarak, indirgenme eğilimleri (standart indirgenme potansiyelleri) karşılaştırılarak hangi türün daha kolay indirgeneceği doğrudan tespit edilebilir.

Fe^{3+}

iyonunun indirgenme potansiyeli (

+0.77\text{ V}

),

Fe^{2+}

iyonunun indirgenme potansiyelinden (

-0.44\text{ V}

) daha büyük olduğu için katot yarı hücresinde doğrudan

Fe^{3+} \rightarrow Fe^{2+}

indirgenmesi gerçekleşir. Anotta ise

Fe

metali yükseltgenir. Buradan hareketle pil potansiyeli ve derişim değişimleri yorumlanabilir.

Tahmini Süre:2m 30s

Soru 56Soru →

Deniz suyuna maruz kalan çelik (demir) bir gemi gövdesini korozyondan korumak amacıyla gövdeye doğrudan çinko ( $Zn$ ) bloklar monte edilmiştir. Metallerin standart indirgenme yarı pil potansiyelleri:

* $E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0,44 \text{ V}$
* $E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0,76 \text{ V}$

şeklindedir. Buna göre, kurulan bu koruma sisteminde; 'çinko metalinin kurban anot olarak davranmasıyla dış devrede elektronların çinkodan demir gövdeye doğru akması ve bu sırada katot olarak davranan demir yüzeyinde oksijen gazının indirgenmesiyle demir metalinin korozyondan korunması' açıklaması kimyasal açıdan doğru mudur?

Doğru

Yanlış

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: True

Cevap

Aç��klama kimyasal açıdan doğrudur. Çinko, demirden daha aktif olduğu için yükseltgenerek kurban anot olur ve elektronlar dış devrede çinkodan demire akar. Katot olan demir yüzeyinde ise oksijen gazı indirgenerek demirin korozyonu önlenir.

Sunulan açıklama kimyasal açıdan tamamen doğrudur. Çinkonun yükseltgenme potansiyeli demirden fazla olduğu için çinko kurban anot olarak davranır ve aşınır. Elektronlar çinkodan demir gövdeye akarak demiri katot yapar. Katot yüzeyinde ise oksijen gazı indirgenerek demirin korozyona uğraması engellenir.

Adım Adım Çözüm

1

Metallerin aktifliklerini (yükseltgenme eğilimlerini) karşılaştırın.

E^0(Zn^{2+}/Zn) = -0,76 \text{ V}

ve

E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0,44 \text{ V}

değerlerine göre indirgenme potansiyeli küçük olan çinkonun yükseltgenme potansiyeli (

+0,76 \text{ V}

) demirinkinden (

+0,44 \text{ V}

) daha büyüktür. Bu nedenle çinko metalinin aktifliği demir metalinden fazladır.

Kurban anot olarak seçilecek metalin, korunacak metalden daha aktif olması gerekir.

2

Anot ve katot bölgelerini belirleyerek elektron akış yönünü tayin edin.

Daha aktif olan çinko anot (yükseltgenen taraf), demir ise katot (korunan taraf) olur. Dış devrede elektronlar daima anottan (çinkodan) katoda (demire) doğru akar.

Elektrokimyasal hücrelerde ve katodik koruma sistemlerinde elektron akışı aktif metalden pasif metale doğrudur.

3

Katot yüzeyinde gerçekleşen indirgenme tepkimesini belirleyin.

Katot olan demir yüzeyinde ortamdaki oksijen gazı indirgenir (

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

). Demir atomları ise metalik halde (

Fe^0

) kalır ve yükseltgenmesi engellenir.

Katodik korumada amaç, korunacak metali katot haline getirerek yükseltgenmesini (korozyonunu) önlemek ve indirgenme tepkimesinin ortamdaki başka bir tür üzerinde gerçekleşmesini sağlamaktır.

Anahtar Kavram

Katodik koruma sistemlerinde aktifliği yüksek olan metalin kurban anot olarak seçilmesi, elektronların anottan katoda akması ve katot yüzeyinde indirgenme tepkimesinin gerçekleşmesi.

Soru 57Soru →

As_2S_3\text{(k)} + HNO_3\text{(suda)} + H_2O\text{(s)} \rightarrow H_3AsO_4\text{(suda)} + H_2SO_4\text{(suda)} + NO\text{(g)}

Yukarıda verilen redoks tepkimesi en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde, aşağıdakilerden hangisi doğru olur?

Tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde

H_2O\text{(s)}

bileşiğinin katsayısı 4 olur.

Tepkimede indirgen özellik gösteren

HNO_3

bileşiğinin katsayısı 28'dir.

Tepkimede yükseltgenen madde olan

As_2S_3

bileşiği, yükseltgen özellik gösterir.

Tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde, yükseltgenme ürünü olan

NO

gazının katsayısı 28 olur.

Tepkimede hem yükseltgen hem de indirgen özellik gösteren

H_2O

bileşiğinin katsayısı 4'tür.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde $H_2O\text{(s)}$ bileşiğinin katsayısı 4 olur.

Cevap

Tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde

H_2O\text{(s)}

bileşiğinin katsayısının 4 olduğunu belirten ifade.

Tepkime en küçük tam sayılarla denkleştirildiğinde, ürünler tarafındaki 36 hidrojen atomunu girenler tarafındaki 28 hidrojen atomu ile denkleştirebilmek için girenler tarafına eklenen suyun katsayısının 4 olması gerekir. Bu sebeple suyun katsayısının 4 olduğunu belirten ifade doğrudur.

Adım Adım Çözüm

1

Tepkimeye katılan tüm elementlerin yükseltgenme basamaklarını belirleme.

As_2S_3

bileşiğinde

As^{3+}

ve

S^{2-}

,

HNO_3

bileşiğinde

N^{5+}

,

H_3AsO_4

bileşiğinde

As^{5+}

,

H_2SO_4

bileşiğinde

S^{6+}

,

NO

bileşiğinde ise

N^{2+}

yükseltgenme basamaklarına sahiptir.

Hangi elementlerin elektron alışverişine katıldığını saptamak için yükseltgenme basamakları bulunur.

2

Yükseltgenme ve indirgenme yarı tepkimelerini yazarak elektron sayılarını hesaplama.

As_2S_3

bileşiğindeki hem

As

hem de

S

yükseltgendiği için ortak yarı tepkime yazılır:

As_2S_3 \rightarrow 2As^{5+} + 3S^{6+} + 28e^-

(

2 \times 2e^-

arsenikten,

3 \times 8e^-

kükürtten olmak üzere toplam 28 elektron verilir). İndirgenme yarı tepkimesi ise:

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

şeklindedir.

Alınan ve verilen elektron miktarlarını belirleyip elektron denkliğini sağlamak.

3

Alınan ve verilen elektron sayılarını uygun katsayılarla çarparak eşitleme.

Yükseltgenme yarı tepkimesi 3 ile, indirgenme yarı tepkimesi ise 28 ile çarpılarak elektron sayıları 84'te eşitlenir. Katsayılar ana tepkimeye aktarılır:

3As_2S_3 + 28HNO_3 \rightarrow 6H_3AsO_4 + 9H_2SO_4 + 28NO

Alınan elektron sayısının verilen elektron sayısına eşit olması kuralını uygulamak.

4

Hidrojen ve oksijen denkliğini sağlamak amacıyla

H_2O

bileşiğinin katsayısını belirleme.

Tepkimenin sağ tarafında

6 \times 3 + 9 \times 2 = 36

adet hidrojen atomu bulunur. Sol tarafta ise

28HNO_3

kaynağından gelen 28 hidrojen atomu mevcuttur. Eksik kalan 8 hidrojen atomunu karşılamak için

H_2O

'nun katsayısı 4 olarak belirlenir. Tepkime

3As_2S_3 + 28HNO_3 + 4H_2O \rightarrow 6H_3AsO_4 + 9H_2SO_4 + 28NO

şeklinde denkleşir.

Kütlenin korunumu yasası gereği reaksiyonun her iki tarafındaki hidrojen ve oksijen sayılarını eşitlemek.

Anahtar Kavram

Bir redoks bileşiğindeki birden fazla elementin aynı anda yükseltgendiği durumlarda, toplam verilen elektron sayısını doğru hesaplayarak yarı tepkimeleri birleştirmek ve kütle denkliği kurmak.

Soru 58Soru →

Standart koşullarda nikel ( $Ni$ ) ve bakır ( $Cu$ ) yarı hücrelerinin birleştirilmesiyle bir galvanik pil oluşturuluyor. Pil sistemindeki yarı tepkimelerin standart indirgenme potansiyelleri aşağıda verilmiştir:

Ni^{2+}(suda) + 2e^- \rightarrow Ni(k) \quad E^\circ = -0,25\text{ V}

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

Buna göre, bu pil sistemiyle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

Pil çalışırken dış devrede elektronlar bakır elektrottan nikel elektroda doğru akar.

Nikel (

Ni

) elektrot yükseltgen özellik gösterir.

Standart pil potansiyeli

0,59\text{ V}

'tur.

Hücre tepkimesi istemsizdir ve pilin çalışması için dışarıdan gerilim uygulanması gerekir.

Standart pil potansiyeli hesaplanırken anot ve katot indirgenme potansiyelleri doğrudan toplanarak

0,09\text{ V}

bulunur.

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: Standart pil potansiyeli $0,59\text{ V}$ 'tur.

Cevap

Standart pil potansiyeli

0,59\text{ V}

'tur.

Nikelin indirgenme potansiyeli bakırdan küçük olduğu için nikel anot, bakır katottur. Anotta yükseltgenme (

E^\circ = +0,25\text{ V}

), katotta ise indirgenme (

E^\circ = +0,34\text{ V}

) gerçekleşir. Hücre potansiyeli bu iki değerin toplamından

0,59\text{ V}

bulunur.

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot elektrotlarını belirleme

Nikelin standart indirgenme potansiyeli (

-0,25\text{ V}

), bakırınkinden (

+0,34\text{ V}

) daha küçüktür. Dolayısıyla nikel anot, bakır katot olarak belirlenir.

İndirgenme potansiyeli daha küçük olan elektrot daha aktif olup yükseltgenmenin gerçekleşeceği anot hücresini oluşturur.

2

Yarı tepkimeleri yazma ve standart pil potansiyelini hesaplama

Anot (Yükseltgenme):

Ni(k) \rightarrow Ni^{2+}(suda) + 2e^- \quad E^\circ = +0,25\text{ V}

Katot (İndirgenme):

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

Net Tepkime:

Ni(k) + Cu^{2+}(suda) \rightarrow Ni^{2+}(suda) + Cu(k)

E^\circ_{\text{pil}} = 0,25\text{ V} + 0,34\text{ V} = 0,59\text{ V}

Standart pil potansiyeli, anot yarı hücresindeki yükseltgenme potansiyeli ile katot yarı hücresindeki indirgenme potansiyelinin toplamıdır.

Anahtar Kavram

Galvanik hücrelerde standart indirgenme potansiyelleri kullanılarak anot/katot tayini ve pil potansiyeli hesabı

Tahmini Süre:1m 0s

Soru 59Soru →

Standart koşullarda ( $25^\circ\text{C}$ ve $1\text{ atm}$ ) çalışan bir galvanik hücreye ait yarı h��crelerin içerikleri aşağıda verilmiştir:

* 1. Yarı Hücre: $1,0\text{ M } Cr(NO_3)_3$ sulu çözeltisine batırılmış krom ( $Cr$ ) elektrot.
* 2. Yarı Hücre: $1,0\text{ M } KMnO_4$ , $1,0\text{ M } Mn(NO_3)_2$ ve $1,0\text{ M } HNO_3$ sulu çözeltileri karışımına batırılmış platin ( $Pt$ ) elektrot.

Sistemde gerçekleşebilecek yarı tepkimelerin standart indirgenme potansiyelleri ��u şekildedir:

MnO_4^-(aq) + 8H^+(aq) + 5e^- \rightarrow Mn^{2+}(aq) + 4H_2O(s) \quad E^\circ = +1,51\text{ V}

Cr^{3+}(aq) + 3e^- \rightarrow Cr(s) \quad E^\circ = -0,74\text{ V}

Buna göre, bu galvanik hücre ile ilgili;

I. Standart pil potansiyeli ( $E^\circ_{\text{pil}}$ ) $+2,25\text{ V}$ 'tur.
II. Zamanla platin ( $Pt$ ) elektrodun kütlesi artar.
III. Dış devrede elektron akışı krom ( $Cr$ ) elektrottan platin ( $Pt$ ) elektroda doğrudur.

yargılarından hangileri doğrudur?

Yalnız I

Yalnız III

I ve II

I ve III

II ve III

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: I ve III

Cevap

I ve III öncüllerini içeren seçenek

I ve III öncüllerini içeren seçenek doğrudur. Yarı pil potansiyelleri karşılaştırıldığında, indirgenme potansiyeli daha yüksek olan permanganat (

MnO_4^-

) iyonlarının indirgenmesi katotta, krom (

Cr

) metalinin yükseltgenmesi ise anotta gerçekleşir. Anot tepkimesi

Cr(s) \rightarrow Cr^{3+}(aq) + 3e^-

(

E^\circ = +0,74\text{ V}

), katot tepkimesi

MnO_4^-(aq) + 8H^+(aq) + 5e^- \rightarrow Mn^{2+}(aq) + 4H_2O(s)

(

E^\circ = +1,51\text{ V}

) şeklindedir. Standart hücre potansiyeli bu iki değerin toplamından

E^\circ_{\text{pil}} = 1,51 + 0,74 = 2,25\text{ V}

olarak hesaplanır (I. öncül doğru). Katot hücresinde gerçekleşen indirgenme tepkimesinde çözeltideki iyonlar yine çözeltideki başka bir iyona (

Mn^{2+}

) dönüşmektedir ve herhangi bir katı birikmesi gözlenmez. Dolayısıyla platin (

Pt

) elektrodunun kütlesi değişmez (II. öncül yanlış). Elektronlar dış devrede her zaman anottan katoda yani aktif olan

Cr

elektrottan inert olan

Pt

elektroda doğru akar (III. öncül doğru).

Adım Adım Çözüm

1

Anot ve katot yarı hücrelerini belirleme

Cr(s)/Cr3+(aq) yarı hücresi anot, Pt(s)/MnO4-(aq),Mn2+(aq),H+(aq) yarı hücresi ise katottur.

Yarı tepkimelerin indirgenme potansiyelleri karşılaştırıldığında MnO4- iyonunun indirgenme eğilimi (+1,51 V), Cr3+ iyonunun indirgenme eğiliminden (-0,74 V) daha büyüktür. Bu nedenle MnO4- katotta indirgenirken, Cr anotta yükseltgenir.

2

Standart pil potansiyelini (E°pil) hesaplama

E°pil = +2,25 V

Anot yükseltgenme potansiyeli E°yüks = +0,74 V ve katot indirgenme potansiyeli E°ind = +1,51 V değerleri toplanarak E°pil = 1,51 + 0,74 = 2,25 V elde edilir.

3

Katot elektrot kütlesindeki değişimi analiz etme

Pt elektrodun kütlesi değişmez.

Katot hücresinde gerçekleşen indirgenme tepkimesinde çözeltideki MnO4- iyonları yine çözeltide çözünmüş halde kalan Mn2+ iyonlarına dönüşür. Ortamda herhangi bir katı metal birikmesi (depolanması) gerçekleşmediği için inert Pt elektrodunun kütlesi sabit kalır.

4

Dış devredeki elektron akış yönünü belirleme

Elektronlar krom (Cr) elektrottan platin (Pt) elektroda doğru akar.

Galvanik hücrelerde elektron akışı her zaman anottan (yükseltgenmenin olduğu Cr elektrot) katoda (indirgenmenin olduğu Pt elektrot) doğrudur.

Anahtar Kavram

İnert elektrotlu galvanik hücrelerin standart pil potansiyeli hesabı, elektrot kütlesi değişimi ve elektron akış yönünün analizi

Tahmini Süre:3m 0s

Soru 60Soru →

İnert elektrotlar kullanılarak hazırlanan $Ni(NO_3)_2$ sulu çözeltisi, $19,3\text{ amper}$ lik sabit bir akımla $500\text{ saniye}$ süresince elektroliz ediliyor.

Buna göre, elektroliz süresince anotta açığa çıkan gazın $27^\circ\text{C}$ sıcaklık ve $0,82\text{ atm}$ basınç altındaki hacmi kaç litredir?

(Elektron verme eğilimleri: $H_2 > Ni > OH^- > NO_3^-$ ; $1\text{ Faraday (F)} = 96500\text{ Coulomb}$ ; Gaz sabiti $R = 0,082\text{ L}\cdot\text{atm}/(\text{mol}\cdot\text{K})$ )

0,0675

0,56

0,75

1,50

3,00

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 0,75

Cevap

Anotta açığa çıkan oksijen gazının 27 °C ve 0,82 atm altındaki hacmi 0,75 L'dir.

Devreden geçen elektrik yükü 9650 Coulomb olup bu değer 0,1 mol elektrona karşılık gelir. Anotta yükseltgenme eğilimi daha büyük olan hidroksit iyonları yükseltgenerek oksijen gazı açığa çıkarır. Tepkime denklemine göre 4 mol elektron devreden geçtiğinde 1 mol oksijen gazı oluşur; dolayısıyla 0,1 mol elektron geçişiyle 0,025 mol oksijen gazı elde edilir. Bu miktardaki oksijen gazının 27 °C (300 K) sıcaklık ve 0,82 atm basınç altındaki hacmi ideal gaz denklemi kullanılarak 0,75 L olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1

Devreden geçen toplam elektrik yükünü (Q) ve bu yüke karşılık gelen elektronların mol sayısını hesaplamak.

Q = I * t = 19,3 A * 500 s = 9650 C. Buradan elektronun mol sayısı: n(e-) = 9650 C / 96500 C/mol = 0,1 mol bulunur.

Faraday kanunlarına göre devreden geçen yük miktarı ile elektrotlarda açığa çıkan madde miktarı doğru orantılıdır.

2

Anotta yükseltgenerek ilk açığa çıkacak maddeyi belirlemek.

Çözeltide bulunan anyonlar OH- ve NO3- iyonlarıdır. Yükseltgenme (elektron verme) eğilimleri karşılaştırıldığında OH- > NO3- olduğundan, anotta öncelikle OH- iyonları yükseltgenir ve O2 gazı açığa çıkar.

Elektroliz kaplarında anotta yükseltgenme eğilimi daha büyük olan anyonlar öncelikli olarak yükseltgenir.

3

Anot yarı tepkimesini yazarak açığa çıkan O2 gazının mol sayısını bulmak.

Yarı tepkime: 4OH-(suda) -> O2(g) + 2H2O(s) + 4e- şeklindedir. 4 mol elektron geçişinde 1 mol O2 gazı oluştuğuna göre, 0,1 mol elektron geçişinde n(O2) = 0,1 / 4 = 0,025 mol O2 gazı açığa çıkar.

Elektrot tepkimesindeki katsayılar kullanılarak devreden geçen elektron miktarı ile elde edilen ürün miktarı arasındaki mol ilişkisi kurulur.

4

İdeal gaz denklemi (P * V = n * R * T) yardımıyla gazın belirtilen sıcaklık ve basınçtaki hacmini hesaplamak.

T = 27 + 273 = 300 K. P * V = n * R * T formülünden: 0,82 * V = 0,025 * 0,082 * 300 -> V = 0,75 L olarak bulunur.

Standart koşullar dışındaki sıcaklık ve basınçta gaz hacmini bulmak için ideal gaz yasası uygulanmalıdır.

Anahtar Kavram

Elektroliz ve Faraday Kanunları

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

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

Alternatif Yöntem

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