Elektroliz ve Faraday Kanunları Alıştırma Soruları — YKS AYT (Alan Yeterlilik Testi)

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

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

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

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 2.3

Cevap

Elektroliz hücresinin katodunda toplanan sodyum (

Na

) metali

2{}3

gramdır.

Devreden geçen elektrik yükü

Q = I \times t

formülü ile

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

olarak hesaplanır. Bu yük miktarı,

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

elektrona karşılık gelir. Katot bölmesinde gerçekleşen

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

tepkimesine göre,

1\text{ mol}

elektron geçtiğinde

1\text{ mol}

Na

metali biriktiği için

0{}1\text{ mol}

elektron geçtiğinde

0{}1\text{ mol}

Na

metali birikir. Sodyumun mol kütlesi

23\text{ g/mol}

olduğundan, toplanan

Na

kütlesi

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

olur.

Adım Adım Çözüm

1

Devreden geçen elektrik yükü miktarını hesaplamak.

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

Faraday kanunlarında devreden geçen yük miktarını bulmak için akım (

I

) ve zaman (

t

, saniye cinsinden) çarpılır.

2

Devreden geçen elektronun mol sayısını hesaplamak.

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

1\text{ mol}

elektronun yükü

96500\text{ C}

(

1\text{ Faraday}

) olduğundan, toplam yük bu sabite bölünür.

3

Katot indirgenme tepkimesine göre toplanan

Na

kütlesini hesaplamak.

Katot yarı tepkimesi:

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

şeklindedir. Devreden

0{}1\text{ mol}

elektron geçtiğinde

0{}1\text{ mol}

Na

katısı birikir. Kütlesi ise

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

olarak bulunur.

Katyonlar katotta indirgenir. Tepkime katsayılarına göre

1\text{ mol}

elektron başına

1\text{ mol}

sodyum metali toplanır.

Anahtar Kavram

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

Alternatif Yöntem

Elektrot kütlesi hesabı için doğrudan

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

formülü de kullanılabilir. Burada

n

alınan/verilen elektron sayısıdır. Değerler yerine konulduğunda:

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

elde edilir.

Tahmini Süre:1m 30s

Soru 2Soru →

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

0,2

0,3

0,4

0,6

1,8

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $0,6$

Cevap

Elektroliz işlemi sırasında devreden geçen net elektrik yükü

0,6\text{ Faraday}

'dır.

Katotta indirgenme tepkimesi gerçekleşir ve alüminyumun indirgenme denklemi

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

şeklindedir.

5,4\text{ g}

alüminyum metali

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

eder. Tepkimeye göre

1\text{ mol } Al

katısı toplamak için devreden

3\text{ mol } e^-

(3 Faraday) geçmesi gerektiğinden,

0,2\text{ mol } Al

birikmesi için devreden

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

elektrik yükü geçmelidir.

Adım Adım Çözüm

1

Katotta toplanan alüminyum metalinin mol sayısının hesaplanması

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

Biriken alüminyumun mol miktarını bulmak için kütle mol kütlesine bölünür.

2

Katot indirgenme tepkimesinin yazılması ve elektron katsayısının belirlenmesi

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

tepkimesine göre

1\text{ mol } Al(k)

birikmesi için devreden

3\text{ mol } e^-

geçmelidir.

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

3

Devreden geçen elektronların mol sayısı ile Faraday birimi arasındaki ilişkinin kurulması

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

1\text{ mol}

elektron yükü

1\text{ Faraday}

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

Anahtar Kavram

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

Tahmini Süre:1m 0s

Soru 3Soru →

Seri bağlı iki elektroliz kabından birincisinde $1\text{ L}$ hacminde $0,1\text{ M } CuSO_4$ ve $0,2\text{ M } NaCl$ içeren sulu çözelti, ikincisinde ise erimiş $AlCl_3$ tuzu bulunmaktadır. Bu elektroliz sisteminden bir süre elektrik akımı geçirildiğinde, ikinci kabın katodunda $2,7\text{ gram } Al$ katısı toplandığı tespit ediliyor.

Buna göre, birinci kabın anodunda açığa çıkan gaz karışımının $27^\circ\text{C}$ sıcaklık ve $0,82\text{ atm}$ basınç altındaki toplam hacmi kaç litredir?

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

3,75

4,50

2,25

1,50

0,3375

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 3,75

Cevap

Birinci kabın anodunda açığa çıkan gaz karışımının toplam hacmi 3,75 litredir.

İkinci kaptaki alüminyum kütlesinden devreden geçen toplam elektrik yükünün 0,3 mol elektron olduğu belirlenir. Birinci kaptaki klorür iyonlarının tamamı (0,2 mol) yükseltgenerek 0,1 mol klor gazı oluşturur ve bu süreçte 0,2 mol elektron harcanır. Kalan 0,1 mol elektron ile su yükseltgenerek 0,025 mol oksijen gazı üretir. Toplam gaz mol sayısı 0,125 mol olur. 27 santigrat derece sıcaklık 300 Kelvin'e çevrilerek ideal gaz denkleminde yerine yazıldığında toplam hacim 3,75 litre olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözüm

1

İkinci kabın katodunda toplanan alüminyum metalinin mol sayısını ve devreden geçen toplam yük miktarını hesaplamak.

n(Al) = \frac{2,7\text{ g}}{27\text{ g/mol}} = 0,1\text{ mol}

.

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

tepkimesine göre harcanan elektron miktarı

0,1 \times 3 = 0,3\text{ mol } e^-

(Faraday) olur.

Seri bağlı kaplarda her iki kaptan da eşit miktarda elektrik yükünün geçtiğini belirlemek amacıyla ikinci kabın katot verisi kullanılır.

2

Birinci kaptaki anyonları belirlemek ve yükseltgenme önceliğine göre sıralamak.

Kaptaki anyonlar

Cl^-

,

OH^-

ve

SO_4^{2-}

iyonlarıdır. Elektron verme (yükseltgenme) eğilimleri

Cl^- > OH^- > SO_4^{2-}

şeklindedir. Kaptaki

Cl^-

iyonu mol sayısı

0,2\text{ M} \times 1\text{ L} = 0,2\text{ mol}

'dür.

Anotta hangi iyonun öncelikle yükseltgeneceğini ve ne kadar klor gazı oluşacağını belirlemek için yükseltgenme önceliği ve mol miktarı gereklidir.

3

Anotta öncelikli olarak yükseltgenen klor iyonlarının oluşturduğu klor gazı miktarını ve harcanan yükü bulmak.

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

tepkimesine göre

0,2\text{ mol } Cl^-

tamamen yükseltgendiğinde

0,1\text{ mol } Cl_2

gazı oluşur ve

0,2\text{ mol } e^-

yük harcanır.

Klor iyonlarının sınırlı miktarda bulunması nedeniyle tamamının harcanıp harcanmadığını kontrol etmek gerekir.

4

Kalan elektrik yüküyle bir sonraki anyon olan hidroksit iyonlarının (suyun) yükseltgenmesiyle oluşan oksijen gazı miktarını hesaplamak.

Kalan yük

0,3 - 0,2 = 0,1\text{ mol } e^-

'dir.

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

tepkimesine göre

0,1\text{ mol } e^-

yük ile

\frac{0,1}{4} = 0,025\text{ mol } O_2

gazı oluşur.

Devreden geçen toplam yükün klor iyonlarını aşan kısmı suyun yükseltgenmesine harcanarak oksijen gazı üretir.

5

Anotta açığa çıkan toplam gaz mol sayısını bulmak.

n_{toplam} = n(Cl_2) + n(O_2) = 0,1 + 0,025 = 0,125\text{ mol}

gaz karışımı oluşur.

Gaz yasası uygulanarak toplam hacmin bulunması için toplam gaz mol sayısı gereklidir.

6

Sıcaklığı Kelvin cinsine çevirerek ideal gaz yasası formülüyle toplam hacmi hesaplamak.

T = 27 + 273 = 300\text{ K}

.

P \cdot V = n \cdot R \cdot T \Rightarrow 0,82 \cdot V = 0,125 \cdot 0,082 \cdot 300 \Rightarrow V = 3,75\text{ L}

olarak bulunur.

Gaz karışımının hacmini verilen basınç ve sıcaklık koşullarında doğru bir şekilde bulmak için ideal gaz denklemi uygulanır.

Anahtar Kavram

Seri bağlı elektroliz hücrelerinde Faraday kanunları ve sulu çözeltilerde anyonların anotta yükseltgenme önceliği.

Soru 4Soru →

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

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

0{}1

0{}2

0{}36

0{}4

0{}8

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: $0{}4$

Cevap

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

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

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

şeklindedir. Normal koşullarda

4{}48\text{ L}

klor gazı

0{}2\text{ mol}

yapar. Denklem stokiyometrisine göre

1\text{ mol } Cl_2

gazı açığa çıktığında devreden

2\text{ mol}

elektron (

2\text{ Faraday}

) geçeceğinden,

0{}2\text{ mol } Cl_2

gazı açığa çıktığında devreden geçen toplam elektrik yükü

0{}4\text{ Faraday}

olur.

Adım Adım Çözüm

1

Açığa çıkan klor (

Cl_2

) gazının normal koşullardaki (NK) mol sayısını hesaplamak.

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

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

2

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

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

tepkimesine göre, açığa çıkan her 1 mol

Cl_2

gazı için devreden 2 mol elektron geçmelidir. Bu durumda

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

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

0{}4\text{ Faraday}

'dır.

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

Anahtar Kavram

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

Soru 5Soru →

$25^\circ\text{C}$ 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 6Soru →

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 7Soru →

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 8Soru →

$25^\circ\text{C}$ 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 9Soru →

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 10Soru →

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 11Soru →

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 12Soru →

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

Soru 13Soru →

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 14Soru →

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 15Soru →

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 16Soru →

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 17Soru →

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 18Soru →

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 19Soru →

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

Soru 20Soru →

Platin inert elektrotlar kullanılarak $MgBr_2$ sulu çözeltisi bir süre elektroliz edilmektedir. Elektroliz işlemi sırasında katotta normal koşullarda $4,48\text{ L}$ hacim kaplayan $H_2$ gazı toplandığı belirlenmiştir.

Buna göre, aynı sürede hücrenin anot elektrodunda hangi maddeden kaç gram elde edilir?
(Elektron verme eğilimleri: $Mg > H_2 > Br^- > OH^-$ ; $Br = 80\text{ g/mol}$ , $O = 16\text{ g/mol}$ )

32\text{ gram } Br_2

16\text{ gram } Br_2

3,2\text{ gram } O_2

64\text{ gram } Br_2

1,6\text{ gram } O_2

Cevabı ve açıklamayı göster

Cevap: 32\text{ gram } Br_2

Cevap

Doğru yanıt anot elektrodunda 32 gram Br2 elde edileceğini belirten seçenektir.

Katotta öncelikle indirgenen

H^+

iyonlarının oluşturduğu

H_2

gazının hacminden yola çıkılarak devreden geçen yük miktarı

0,4\text{ mol } e^-

olarak hesaplanır. Anotta ise yükseltgenme eğilimi daha yüksek olan

Br^-

iyonları ilk olarak yükseltgenir ve

0,2\text{ mol } Br_2

(

32\text{ gram}

) elde edilir. Bu nedenle doğru yanıt

32\text{ gram } Br_2

elde edileceğini belirten seçenektir.

Adım Adım Çözüm

1

Katotta gerçekleşecek indirgenme tepkimesini belirleme

Çözeltide bulunan katyonlar

Mg^{2+}

ve

H^+

iyonlarıdır. Elektron verme eğilimi (aktiflik)

Mg > H_2

olduğundan, indirgenme eğilimi

H^+ > Mg^{2+}

şeklindedir. Dolayısıyla katotta öncelikle

H^+

iyonları indirgenerek

H_2

gazı açığa çıkar.

Katotta indirgenme potansiyeli en büyük olan iyon ilk önce indirgenir.

2

Katot tepkimesinden devreden geçen elektron mol sayısını hesaplama

Katot tepkimesi:

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

şeklindedir. Normal koşullarda

4,48\text{ L } H_2

gazı:

n(H_2) = \frac{4,48}{22,4} = 0,2\text{ mol}

'dür. Katsayı ilişkisinden devreden geçen elektron mol sayısı:

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

olarak bulunur.

Faraday kanunlarına göre devreden geçen yük miktarı (elektron mol sayısı) elektrotlarda toplanan maddelerin mol sayılarıyla doğrudan ilişkilidir.

3

Anotta gerçekleşecek yükseltgenme tepkimesini ve oluşan ürün miktarını hesaplama

Çözeltideki anyonlar

Br^-

ve

OH^-

iyonlarıdır. Elektron verme eğilimi

Br^- > OH^-

olduğundan, anotta öncelikle

Br^-

iyonları yükseltgenir. Anot tepkimesi:

2Br^-(suda) \rightarrow Br_2(s) + 2e^-

şeklindedir. Devreden geçen

0,4\text{ mol } e^-

yükü ile oluşan brom miktarı:

n(Br_2) = \frac{0,4}{2} = 0,2\text{ mol}

olur.

Br_2

kütlesi ise:

m(Br_2) = 0,2\text{ mol} \times 160\text{ g/mol} = 32\text{ gram}

olarak hesaplanır.

Anotta elektron verme eğilimi yüksek olan anyon ilk önce yükseltgenir ve devreden geçen aynı yük miktarı kullanılarak toplanan madde stoichiometry ile hesaplanır.

Anahtar Kavram

Elektroliz devresinde anot ve katot öncelik sırası ile Faraday Kanunları stoichiometric hesaplamaları.

Elektroliz ve Faraday Kanunları

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Alternatif Yöntem

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Alternatif Yöntem

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap

Adım Adım Çözüm

Anahtar Kavram

Sık Yapılan Hatalar

Cevap