Bir elektroliz hücresinde 0,5 amper akım 2 saat boyunca uygulandığında, katotta toplanan bakırın kütlesi kaç gram olur? (Cu: 63,5 g/mol, 1 F = 96500 C)
A) 0,59 g
B) 1,18 g
C) 2,36 g
D) 4,72 g
Merhaba öğrenciler! Bu soruyu adım adım ve anlaşılır bir şekilde çözelim. Elektroliz, elektrik enerjisi kullanarak kimyasal reaksiyonları gerçekleştirdiğimiz bir süreçtir. Bu soruda, bakır iyonlarının katotta toplanmasıyla ilgili bir hesaplama yapacağız.
- Adım 1: Toplam yükü hesaplayalım. Elektroliz işleminde geçen toplam yükü (Q) bulmak için akım (I) ve zamanı (t) kullanırız. Formülümüz: $Q = I \cdot t$. Akımımız 0,5 amper ve zamanımız 2 saat. Ancak zamanı saniyeye çevirmemiz gerekiyor: 2 saat * 60 dakika/saat * 60 saniye/dakika = 7200 saniye. Şimdi yükü hesaplayabiliriz: $Q = 0,5 \ A \cdot 7200 \ s = 3600 \ C$ (Coulomb).
- Adım 2: Faraday sabiti ile ilişki kurarak mol sayısını bulalım. Bakırın (Cu) katotta toplanması için gereken elektron sayısını bilmemiz gerekiyor. Bakır genellikle $Cu^{2+}$ iyonu halinde bulunur ve katotta $Cu$ metaline dönüşmek için 2 elektron alır: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$. Bu demektir ki 1 mol bakır elde etmek için 2 mol elektron gerekiyor. 1 mol elektronun yükü Faraday sabiti (F) ile ifade edilir: $1 \ F = 96500 \ C/mol$. Şimdi, 3600 C yük ile kaç mol bakır elde edebileceğimizi bulalım. Öncelikle, 3600 C'nin kaç mol elektrona karşılık geldiğini bulalım: $mol \ e^- = \frac{3600 \ C}{96500 \ C/mol} = 0,0373 \ mol \ e^-$.
- Adım 3: Bakırın mol sayısını hesaplayalım. 2 mol elektron 1 mol bakır oluşturduğuna göre, 0,0373 mol elektron kaç mol bakır oluşturur? $mol \ Cu = \frac{0,0373 \ mol \ e^-}{2} = 0,01865 \ mol \ Cu$.
- Adım 4: Bakırın kütlesini hesaplayalım. Şimdi de bakırın mol sayısını kullanarak kütlesini hesaplayalım. Bakırın molar kütlesi 63,5 g/mol. Kütle = mol sayısı * molar kütle. $Kütle = 0,01865 \ mol \cdot 63,5 \ g/mol = 1,184 \ g$.
- Adım 5: Sonucu değerlendirelim. Hesapladığımız değer yaklaşık olarak 1,18 g.
Cevap B seçeneğidir.
