Elektroliz soruları 12. sınıf

Question

Elektroliz konusunda soru çözerken hangi elektrottaki değişimi hesaplayacağımı karıştırıyorum. Özellikle birden fazla iyonun olduğu çözeltilerde anot ve katot tepkimelerini yazmakta zorlanıyorum. Faraday kanununu sorularda nasıl uygulayacağım da kafamı karıştırıyor.

Answer 1

⚡ Elektroliz Nedir?

Elektroliz, bir elektrik akımı kullanılarak bir sıvı içindeki (genellikle bir çözelti veya eriyiğin) iyonlarının ayrıştırılması işlemidir. Bu, elektrik enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürüldüğü elektrolitik hücrelerde gerçekleşir.

🔋 Temel Bileşenler ve Kurallar

• ✅ Elektrolit: İyonlarına ayrışabilen ve elektrik akımını ileten sıvı (örneğin, CuSO₄ çözeltisi).
• ✅ Anot: Yükseltgenmenin gerçekleştiği pozitif elektrot. 🔴 ANOT YÜKSELTGENİR.
• ✅ Katot: İndirgenmenin gerçekleştiği negatif elektrot. 🔵 KATOT İNDİRGENİR.
• ✅ Güç Kaynağı: Doğru akım (DC) sağlar.

🧪 Elektroliz Türleri

• 💧 İnert (Etkin Olmayan) Elektrotlu Elektroliz: Elektrotlar (Pt, C) tepkimeye girmez, sadece elektron transferine aracılık eder.
• 🔩 Aktif (Etkin) Elektrotlu Elektroliz: Elektrotların kendisi (Cu, Ag) tepkimeye girer, genellikle anotta çözünür.

🧠 Elektroliz Problemlerini Çözme Adımları

📌 1. Adım: Elektrotları ve Elektroliti Belirle

Elektrotlar inert mi (Pt/C) yoksa aktif mi (Cu, Ag)? Elektrolit eriyik halinde mi yoksa sulu çözelti mi?

📌 2. Adım: Elektrotlarda Oluşacak Tepkimeleri Yaz

Katot (İndirgenme): Sulu çözeltilerde katotta hangi türün indirgeneceğine karar vermek gerekir.

• ✅ Metal İyonları (Ca²⁺, Al³⁺ hariç): Genellikle metal atomuna indirgenir.
  Örnek: Cu²⁺_(sulu) + 2e^– → Cu_(k)
• ✅ H⁺ İyonu (Asidik Ortam): 2H⁺_(sulu) + 2e^– → H_2(g)
• ✅ Su: Nötr veya bazik ortamda: 2H₂O_(s) + 2e^– → H_2(g) + 2OH^–_(sulu)

Anot (Yükseltgenme): Anotta hangi türün yükseleceğine karar vermek gerekir.

• ✅ Aktif Metal Elektrot (Cu, Ag, Zn): Elektrotun kendisi yükseltgenir.
  Örnek: Cu_(k) → Cu²⁺_(sulu) + 2e^–
• ✅ Halojenür İyonları (Cl^–, Br^–, I^–): Halojene yükseltgenirler.
  Örnek: 2Cl^–_(sulu) → Cl_2(g) + 2e^–
• ✅ Su veya SO₄^2– gibi iyonlar: Su yükseltgenir: 2H₂O_(s) → O_2(g) + 4H⁺_(sulu) + 4e^–

📌 3. Adım: Faraday Kanunları'nı Uygula

Devreden geçen yük miktarı (\( Q \)) ile açığa çıkan/çözünen madde miktarı (\( m \)) doğru orantılıdır.

Formüller:

• \( Q = I \cdot t \)
• \( Q = n \cdot F \)

Burada;
\( Q \): Coulomb (C) cinsinden yük,
\( I \): Amper (A) cinsinden akım şiddeti,
\( t \): Saniye (s) cinsinden süre,
\( n \): Mol cinsinden elektron sayısı,
\( F \): Faraday sabiti ≈ 96500 C/mol.

Ana Formül: \( m = \frac{(M \cdot I \cdot t)}{(n \cdot F)} \)
Burada \( M \): Maddenin mol kütlesi (g/mol), \( n \): İndirgenme/Yükseltgenme yarı tepkimesindeki elektron sayısı.

🔍 Örnek Soru Çözümü

Soru: 1 amper akımla 9650 saniye boyunca CuSO₄ sulu çözeltisi, inert elektrotlarla elektroliz ediliyor. Katotta toplanan bakırın kütlesi kaç gramdır? (Cu: 64 g/mol, F: 96500 C/mol)

Çözüm:

1. 1️⃣ Katot Tepkimesi: Cu²⁺ + 2e^– → Cu (n=2)
2. 2️⃣ Yükü Hesapla: \( Q = I \cdot t = 1 \cdot 9650 = 9650 \) C
3. 3️⃣ Mol Sayısını Bul: \( n_{e^-} = \frac{Q}{F} = \frac{9650}{96500} = 0.1 \) mol elektron
4. 4️⃣ Bakır Molünü Hesapla: 2 mol e^– 1 mol Cu açığa çıkarırsa, 0.1 mol e^– 0.05 mol Cu açığa çıkarır.
5. 5️⃣ Kütleyi Hesapla: \( m = n \cdot M = 0.05 \cdot 64 = 3.2 \) g

Cevap: 3.2 gram

🎯 Pratik İpuçları

• ➡️ Sulu çözelti problemlerinde katotta H₂ mi, metal mi açığa çıkacağını aktiflik sırasına göre kontrol et!
• ➡️ Anot aktif bir metal ise (Cu, Ag, Zn), anot sürekli çözünür.
• ➡️ Elektroliz süresince çözeltinin pH'ı veya derişimi değişebilir, buna dikkat et!
• ➡️ Faraday formülünü doğrudan kullanmak genellikle daha hızlıdır: \( m = \frac{M \cdot I \cdot t}{n \cdot F} \)