Elektroliz ve Faraday Yasaları

Elektrolizde anot pozitif kutuptur, galvanik hücrede ise negatif; iki hücrede de yükseltgenmenin anotta, indirgenmenin katotta olması değişmez.

Elektroliz ve Faraday Yasaları konusu, dışarıdan verilen elektrik enerjisiyle istemsiz bir tepkimeyi yürütmeyi ve geçen yük ile açığa çıkan madde miktarı arasındaki ilişkiyi inceler. Yük, akım ile sürenin çarpımıdır ve bir mol elektronun taşıdığı yüke bir Faraday denir. Seri bağlı hücrelerden aynı yük geçtiği için biriken metallerin mol sayısı iyon yükleriyle ters orantılıdır.

Aktif bir metalin tuzu sulu çözeltide elektroliz edilirse katotta metal yerine hidrojen gazı çıkar. Sorularda kütle hesabı, kütle oranı ya da elektrotta gerçekleşen süreç istenir.

Örnek sorular

Bir şık seç, doğru mu değil mi hemen görürsün — hiçbir şey kaydedilmez, hesap gerekmez.

1. soruKolay

Bir elektrokaplama düzeneğinde $A u^{3 +} (s u d a)$ çözeltisinden sabit $9, 65 A$ akım 300 saniye geçirilerek Au metali biriktiriliyor.

Katotta biriken Au’nun kütlesi kaç gramdır?

(A u = 197 g / m o l; 1 F = 96500 C / m o l e^{-})

Cevabı göster

Cevap: D — 1,97

Kısaca — Devreden geçen yükle katotta $0, 01 m o l$ Au indirgenir ve toplanan kütle $1, 97 g$ olur.

Elektroliz devresinden geçen toplam elektrik yükünü $Q = I \cdot t$ bağıntısıyla hesaplarız: $Q = 9, 65 A \times 300 s = 2895 C$ . Bu yükün mol elektron karşılığı $n_{e^{-}} = \frac{2895}{96500} = 0, 03 m o l e^{-}$ ( $0, 03 F$ ) olur. Katottaki indirgenme tepkimesi $A u^{3 +} + 3 e^{-} \to A u (k)$ şeklinde olduğundan 1 mol Au açığa çıkması için 3 mol elektron gerekir; dolayısıyla toplanan altın $n_{A u} = \frac{0, 03}{3} = 0, 01 m o l$ ’dür. Buradan kütle $m = n \cdot M_{A} = 0, 01 m o l \times 197 g / m o l = 1, 97 g$ olarak bulunur. Altının $+ 3$ değerlikli olduğunu gözden kaçırıp yük sayısını 1 veya 2 almak en sık düşülen işlem hatasıdır.

2. soruKolay

Erimiş $N a C l$ ’nin elektrolizinde inert elektrotlar kullanılmaktadır.

Bu hücrede anotta gerçekleşen süreç aşağıdakilerden hangisidir?

N a^{+} + e^{-} \to N a

✗ Bu değil

2 C l^{-} \to C l_{2} + 2 e^{-}

✓ Doğru

2 H_{2} O + 2 e^{-} \to H_{2} + 2 O H^{-}

✗ Bu değil

C l_{2} + 2 e^{-} \to 2 C l^{-}

✗ Bu değil

N a \to N a^{+} + e^{-}

✗ Bu değil

Cevabı göster

Cevap: B — $2 C l^{-} \to C l_{2} + 2 e^{-}$

Kısaca — Erimiş $NaCl$ elektrolizinde anotta gerçekleşen süreç $2 {Cl}^{-} \to {Cl}_{2} + 2 e^{-}$ yükseltgenme yarı tepkimesidir. Elektroliz hücrelerinde anyonlar anota, katyonlar katota doğru göç eder ve anotta daima yükseltgenme meydana gelir. Sistemde erimiş tuz bulunduğundan anota giden klorür iyonları elektron vererek klor gazına yükseltgenir. Katotta ise sodyum iyonları elektron alarak ${Na}^{+} + e^{-} \to Na$ şeklinde indirgenir. Soruda çözelti değil “erimiş” $NaCl$ tuzu verildiği için ortamda su bulunmaz; suyun elektroliz tepkimesini içeren hidrojen gazı çıkışı seçeneği bu nedenle elenir.

3. soruOrta

Akım verimleri %100 olan iki elektroliz hücresinden aynı süre boyunca sırasıyla $2 I$ ve $3 I$ akımları geçiriliyor. Birinci hücrede $C u^{2 +}$ , ikinci hücrede $A g^{+}$ iyonları metale indirgeniyor.

Buna göre katotlarda biriken bakır ve gümüş kütlelerinin oranı $\frac{m_{C u}}{m_{A g}}$ kaçtır? ( $C u = 64$ , $A g = 108 g / m o l$ )

Cevabı göster

Cevap: C — $\frac{16}{81}$

Kısaca — Biriken kütleler akım ve eşdeğer kütle ( $M / z$ ) çarpımıyla orantılı olduğundan, oran $\frac{2 \cdot (64 / 2)}{3 \cdot (108 / 1)} = \frac{64}{324} = \frac{16}{81}$ olarak bulunur.

Faraday yasasına göre katotta biriken metal kütlesi $m = \frac{I \cdot t \cdot M_{A}}{z \cdot F}$ olup süreler eşitken biriken kütle doğrudan $I \cdot \frac{M_{A}}{z}$ ile orantılıdır. Bakır için akım $2 I$ ve iyon yükü 2 olduğundan pay $2 \cdot \frac{64}{2} = 64$ , gümüş için akım $3 I$ ve yük 1 olduğundan payda $3 \cdot \frac{108}{1} = 324$ ile orantılıdır. Bu değerlerin birbirine oranı $\frac{m_{C u}}{m_{A g}} = \frac{64}{324} = \frac{16}{81}$ şeklinde sadeleşir. Bakırın $+ 2$ değerlikli olduğunu unutup $z = 1$ alan öğrenciler $\frac{32}{81}$ çeldiricisine, akımların farklı olduğunu gözden kaçıranlar ise $\frac{8}{27}$ çeldiricisine düşmektedir.

Elektroliz ve Faraday Yasaları — AYT örnek sorular ve çözümleri

Konu özeti

Örnek sorular

Diğer AYT konuları

Kimya