Bu soruda, bir redoks tepkimesini denkleştirerek belirli bir ürünün katsayısını bulmamız isteniyor. Soruda bize suyun katsayısının 8 olduğu bilgisi verilmiş. Bu bilgi, denkleştirme adımlarımızı kontrol etmemiz için önemli bir ipucudur.
- Adım 1: Yükseltgenme Basamaklarını Belirleyelim ve Değişenleri Tespit Edelim.
Tepkime: $ KMnO_4 + HCl \rightarrow KCl + MnCl_2 + Cl_2 + H_2O $
- $KMnO_4$: $K$ $(+1)$, $O$ $(-2)$ olduğundan $Mn$ $(+7)$'dir.
- $HCl$: $H$ $(+1)$, $Cl$ $(-1)$'dir.
- $KCl$: $K$ $(+1)$, $Cl$ $(-1)$'dir.
- $MnCl_2$: $Cl$ $(-1)$ olduğundan $Mn$ $(+2)$'dir.
- $Cl_2$: Elementel halde olduğu için $Cl$ $(0)$'dır.
- $H_2O$: $H$ $(+1)$, $O$ $(-2)$'dir.
Değişen yükseltgenme basamakları:
- $Mn$: $+7$'den $+2$'ye inmiş. 5 elektron almıştır (İndirgenme).
- $Cl$: $-1$'den $0$'a çıkmış. 1 elektron vermiştir (Yükseltgenme). Dikkat edelim, $Cl$ atomlarının hepsi yükseltgenmez; bir kısmı $KCl$ ve $MnCl_2$ içinde $-1$ olarak kalır. Sadece $Cl_2$ oluşturan $Cl$ atomları yükseltgenir.
- Adım 2: Yarı Tepkimeleri Yazalım ve Atomları Denkleştirelim.
İndirgenme Yarı Tepkimesi ($Mn$ için):
- $MnO_4^- \rightarrow Mn^{2+}$
- Önce $O$ atomlarını $H_2O$ ile denkleştirelim: $MnO_4^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$
- Sonra $H$ atomlarını $H^+$ ile denkleştirelim (çünkü ortam asidik, $HCl$ var): $MnO_4^- + 8H^+ \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$
Yükseltgenme Yarı Tepkimesi ($Cl$ için):
- $Cl^- \rightarrow Cl_2$
- Önce $Cl$ atomlarını denkleştirelim: $2Cl^- \rightarrow Cl_2$
- Adım 3: Elektronları Denkleştirelim.
İndirgenme Yarı Tepkimesi:
- Sol tarafın net yükü: $(-1) + (+8) = +7$. Sağ tarafın net yükü: $+2$.
- Yükleri denkleştirmek için sol tarafa 5 elektron ekleyelim: $MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$
Yükseltgenme Yarı Tepkimesi:
- Sol tarafın net yükü: $2 \times (-1) = -2$. Sağ tarafın net yükü: $0$.
- Yükleri denkleştirmek için sağ tarafa 2 elektron ekleyelim: $2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-$
- Adım 4: Alınan ve Verilen Elektron Sayılarını Eşitleyelim ve Yarı Tepkimeleri Toplayalım.
- İndirgenme yarı tepkimesini 2 ile, yükseltgenme yarı tepkimesini 5 ile çarparak elektron sayılarını 10'da eşitleyelim:
- $2 \times (MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O) \Rightarrow 2MnO_4^- + 16H^+ + 10e^- \rightarrow 2Mn^{2+} + 8H_2O$
- $5 \times (2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-) \Rightarrow 10Cl^- \rightarrow 5Cl_2 + 10e^-$
- Şimdi bu iki denklemi toplayalım ve elektronları sadeleştirelim:
- $2MnO_4^- + 16H^+ + 10Cl^- \rightarrow 2Mn^{2+} + 8H_2O + 5Cl_2$
- Adım 5: Moleküler Denklemi Oluşturalım ve Kalan Atomları Denkleştirelim.
Yukarıdaki iyonik denklemden yola çıkarak moleküler denklemi yazalım:
- $MnO_4^-$ iyonu $KMnO_4$'ten gelir, bu yüzden katsayısı 2 olur: $2KMnO_4$.
- $H^+$ ve $Cl^-$ iyonları $HCl$'den gelir. Şu an 16 $H^+$ ve 10 $Cl^-$ (yükseltgenen) var.
- $Mn^{2+}$ iyonu $MnCl_2$'den gelir, bu yüzden katsayısı 2 olur: $2MnCl_2$.
- $Cl_2$ katsayısı 5 olur: $5Cl_2$.
- $H_2O$ katsayısı 8 olur: $8H_2O$. (Soruda verilen bilgi ile uyumlu, bu da doğru yolda olduğumuzu gösterir!)
- $K^+$ iyonları $KMnO_4$'ten gelir (2 tane). Bunlar $KCl$ oluşturur, bu yüzden katsayısı 2 olur: $2KCl$.
Şimdi denklemi taslak olarak yazalım ve $HCl$'nin katsayısını belirleyelim:
$2KMnO_4 + xHCl \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 8H_2O$
Sağ taraftaki toplam $Cl$ atomu sayısını bulalım:
- $2KCl$'den $2 \times 1 = 2$ $Cl$
- $2MnCl_2$'den $2 \times 2 = 4$ $Cl$
- $5Cl_2$'den $5 \times 2 = 10$ $Cl$
- Toplam $Cl$ atomu: $2 + 4 + 10 = 16$
Bu durumda, sol taraftaki $HCl$'nin katsayısı $x = 16$ olmalıdır.
Denkleşmiş tepkime:
$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 8H_2O$
- Adım 6: Soruyu Cevaplayalım.
Denkleşmiş tepkimeye göre, klor gazı ($Cl_2$) katsayısı 5'tir. Bu da 5 mol klor gazı anlamına gelir.
Cevap D seçeneğidir.
