Faraday elektroliz hesaplamaları (Q=I.t) Test 2

Gümüş nitrat çözeltisinin elektrolizinde 5 amper akım uygulandığında 2,16 gram gümüş 6 dakika 24 saniyede birikiyor. Buna göre gümüşün atom kütlesi kaç g/mol'dür? (Faraday sabiti: 96500 C/mol)

A) 54
B) 108
C) 162
D) 216

Bu soruda, elektroliz prensiplerini kullanarak gümüşün atom kütlesini bulacağız. Elektroliz, elektrik akımı yardımıyla kimyasal tepkimelerin gerçekleştiği bir süreçtir ve bu süreçte Faraday yasaları bize yol gösterir.

• Adım 1: Toplam süreyi saniyeye çevirelim.

  Elektrik yükünü hesaplarken zaman birimi olarak saniye kullanmamız gerekir. Bu nedenle verilen süreyi saniyeye çevirelim.

  $t = 6 \text{ dakika} \times 60 \text{ saniye/dakika} + 24 \text{ saniye}$

  $t = 360 \text{ saniye} + 24 \text{ saniye}$

  $t = 384 \text{ saniye}$

• Adım 2: Devreden geçen toplam elektrik yükünü ($Q$) hesaplayalım.

  Elektrik yükü, akım şiddeti ($I$) ile sürenin ($t$) çarpımına eşittir. Birimi Coulomb (C) olarak ifade edilir.

  $Q = I \times t$

  $Q = 5 \text{ Amper} \times 384 \text{ saniye}$

  $Q = 1920 \text{ Coulomb}$

• Adım 3: Gümüşün indirgenme yarı tepkimesini yazalım.

  Gümüş nitrat çözeltisinde gümüş iyonları ($\text{Ag}^+$) bulunur. Elektroliz sırasında bu iyonlar katotta elektron alarak metalik gümüşe ($\text{Ag}$) indirgenirler.

  $\text{Ag}^+(aq) + e^- \to \text{Ag}(s)$

  Bu tepkime bize, 1 mol gümüş atomu biriktirmek için 1 mol elektrona ihtiyaç olduğunu gösterir.

• Adım 4: Devreden geçen elektron mol sayısını ($n_e$) hesaplayalım.

  Faraday sabiti ($F$), 1 mol elektronun taşıdığı yük miktarını (96500 C/mol) ifade eder. Toplam yükü Faraday sabitine bölerek devreden geçen elektron mol sayısını bulabiliriz.

  $n_e = \frac{Q}{F}$

  $n_e = \frac{1920 \text{ C}}{96500 \text{ C/mol}}$

  $n_e \approx 0.019896 \text{ mol}$

• Adım 5: Biriken gümüşün mol sayısını ($n_{\text{Ag}}$) hesaplayalım.

  Adım 3'teki yarı tepkimeye göre, 1 mol $\text{Ag}^+$ iyonu 1 mol elektron alarak 1 mol $\text{Ag}$ katısı oluşturur. Bu durumda, devreden geçen elektron mol sayısı, biriken gümüşün mol sayısına eşittir.

  $n_{\text{Ag}} = n_e$

  $n_{\text{Ag}} = \frac{1920}{96500} \text{ mol}$

• Adım 6: Gümüşün atom kütlesini ($M_{A, \text{Ag}}$) hesaplayalım.

  Bir maddenin mol sayısı, kütlesinin atom kütlesine (veya mol kütlesine) bölümüyle bulunur: $n = \frac{m}{M_A}$. Bu formülü kullanarak gümüşün atom kütlesini çekebiliriz.

  $M_{A, \text{Ag}} = \frac{m_{\text{Ag}}}{n_{\text{Ag}}}$

  $M_{A, \text{Ag}} = \frac{2.16 \text{ g}}{\frac{1920}{96500} \text{ mol}}$

  $M_{A, \text{Ag}} = \frac{2.16 \times 96500}{1920} \text{ g/mol}$

  $M_{A, \text{Ag}} = \frac{208440}{1920} \text{ g/mol}$

  $M_{A, \text{Ag}} \approx 108.56 \text{ g/mol}$

  Bulduğumuz değer seçeneklerdeki 108 g/mol değerine oldukça yakındır. Kimyasal hesaplamalarda, verilen değerlerin yuvarlanmasından veya standart değerlerden kaynaklanan küçük farklar olabilir. Bu durumda en yakın tam sayı değeri seçilir.

Cevap B seçeneğidir.