Kimya ve Elektrik 12. sınıf Test 1

Bir elektroliz hücresinde 2 amper akım 9650 saniye boyunca uygulanıyor. Bu süre sonunda katotta 0,2 mol metal biriktiğine göre bu metalin değerliği kaçtır? (1 Faraday = 96500 C/mol)

A) 1
B) 2
C) 3
D) 4

Merhaba sevgili öğrenciler! Bu soruda, bir elektroliz hücresinde geçen akım ve süre ile katotta biriken metal miktarını kullanarak metalin değerliliğini bulacağız. Elektroliz, elektrik enerjisi kullanarak kimyasal değişimler gerçekleştirdiğimiz harika bir süreçtir. Şimdi adım adım bu problemi çözelim:

• Adım 1: Hücreden Geçen Toplam Yük Miktarını (Q) Hesaplayalım.

  Elektroliz hücresinden geçen toplam yük miktarını, akım şiddeti ($I$) ve akımın uygulandığı süre ($t$) çarpımından buluruz. Unutmayın, akım birim zamanda geçen yük miktarıdır.

  Verilenler:

  • Akım ($I$) = $2 \text{ A}$
  • Süre ($t$) = $9650 \text{ s}$

  Formülümüz: $Q = I \times t$

  Hesaplama: $Q = 2 \text{ A} \times 9650 \text{ s} = 19300 \text{ C}$

  Yani, elektroliz hücresinden $19300 \text{ Coulomb}$ yük geçmiştir.

• Adım 2: Geçen Elektron Mol Sayısını ($n_e$) Bulalım.

  Geçen toplam yük miktarını bildiğimize göre, bu yükün kaç mol elektrona karşılık geldiğini Faraday sabiti ($F$) yardımıyla bulabiliriz. Faraday sabiti, 1 mol elektronun taşıdığı yük miktarını gösterir.

  Verilenler:

  • Toplam yük ($Q$) = $19300 \text{ C}$
  • Faraday sabiti ($F$) = $96500 \text{ C/mol}$

  Formülümüz: $Q = n_e \times F \implies n_e = \frac{Q}{F}$

  Hesaplama: $n_e = \frac{19300 \text{ C}}{96500 \text{ C/mol}} = 0,2 \text{ mol elektron}$

  Bu, elektroliz süresince devreden $0,2 \text{ mol}$ elektron geçtiği anlamına gelir.

• Adım 3: Katotta Gerçekleşen Tepkimeyi ve Değerlik İlişkisini Kuralım.

  Katotta metal iyonları elektron alarak nötr metal atomlarına dönüşür ve birikir. Metalin değerliği, bir metal iyonunun nötr hale gelmek için kaç elektron alması gerektiğini gösterir. Eğer metalin değerliği 'z' ise, katot tepkimesi şu şekilde yazılır:

  $M^{z+}(suda) + z e^- \rightarrow M(k)$

  Bu tepkimeye göre, $1 \text{ mol}$ metal birikmesi için $z \text{ mol}$ elektron gereklidir. Yani, biriken metalin mol sayısı ($n_{metal}$) ile geçen elektronun mol sayısı ($n_e$) arasında şöyle bir ilişki vardır:

  $n_e = z \times n_{metal}$

• Adım 4: Metalin Değerliğini (z) Hesaplayalım.

  Şimdiye kadar bulduğumuz elektron mol sayısını ve soruda verilen biriken metal mol sayısını kullanarak metalin değerliğini bulabiliriz.

  Verilenler:

  • Geçen elektron mol sayısı ($n_e$) = $0,2 \text{ mol}$
  • Biriken metal mol sayısı ($n_{metal}$) = $0,2 \text{ mol}$

  Formülümüz: $z = \frac{n_e}{n_{metal}}$

  Hesaplama: $z = \frac{0,2 \text{ mol elektron}}{0,2 \text{ mol metal}} = 1$

  Bu durumda, metalin değerliği $1$'dir.

Cevap A seçeneğidir.