Elektroliz ve Faraday Yasaları — AYT konu anlatımı ve örnek sorular

Elektroliz ve Faraday Yasaları, elektrik akımıyla gerçekleşen kimyasal değişimleri ve elektrotlarda oluşan madde miktarının geçen yükle ilişkisini kapsar.

Öğrencinin anot ve katottaki yükseltgenme ve indirgenme süreçlerini ayırt etmesi, akım ile süreden yükü hesaplaması ve elektron miktarını biriken metalin kütlesine dönüştürmesi beklenir. AYT Kimya sorularında elektrokaplamada biriken kütle, farklı hücrelerde oluşan metallerin kütle oranı veya erimiş tuzların elektrolizinde elektrot tepkimesi sorulabilir.

Seçenekler sayısal sonuçlar ya da farklı elektrot süreçleri biçiminde sunulur. İyonun aldığı elektron sayısını gözden kaçırmak, mol kütlesini hesaba katmamak ve anot ile katodu karıştırmak sık yapılan hatalardır.

Örnek sorular

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

1. soruKolay

Bir elektrokaplama düzeneğinde $\mathrm{Au^{3+}(suda)}$ çözeltisinden sabit $9{,}65\ \mathrm{A}$ akım 300 saniye geçirilerek Au metali biriktiriliyor.

Katotta biriken Au’nun kütlesi kaç gramdır?

(\mathrm{Au}=197\ \mathrm{g/mol};\ 1\ \mathrm{F}=96500\ \mathrm{C/mol\ e^-})

Cevabı göster

Cevap: D — 1,97

Kısaca — Devreden geçen yükle katotta $0{,}01\ \mathrm{mol}$ Au indirgenir ve toplanan kütle $1{,}97\ \mathrm{g}$ olur.

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

2. soruKolay

Erimiş $\mathrm{NaCl}$ ’nin elektrolizinde inert elektrotlar kullanılmaktadır.

Bu hücrede anotta gerçekleşen süreç aşağıdakilerden hangisidir?

\mathrm{Na^+ + e^- \rightarrow Na}

✗ Bu değil

\mathrm{2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-}

✓ Doğru

\mathrm{2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-}

✗ Bu değil

\mathrm{Cl_2 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-}

✗ Bu değil

\mathrm{Na \rightarrow Na^+ + e^-}

✗ Bu değil

Cevabı göster

Cevap: B — $\mathrm{2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-}$

Kısaca — Erimiş $\text{NaCl}$ elektrolizinde anotta gerçekleşen süreç $2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\text{e}^-$ 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 $\text{Na}^+ + \text{e}^- \rightarrow \text{Na}$ şeklinde indirgenir. Soruda çözelti değil “erimiş” $\text{NaCl}$ 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 $2I$ ve $3I$ akımları geçiriliyor. Birinci hücrede $\mathrm{Cu^{2+}}$ , ikinci hücrede $\mathrm{Ag^+}$ iyonları metale indirgeniyor.

Buna göre katotlarda biriken bakır ve gümüş kütlelerinin oranı $\dfrac{m_{\mathrm{Cu}}}{m_{\mathrm{Ag}}}$ kaçtır? ( $\mathrm{Cu}=64$ , $\mathrm{Ag}=108\ \mathrm{g/mol}$ )

\dfrac{8}{27}

✗ Bu değil

\dfrac{32}{81}

✗ Bu değil

\dfrac{16}{81}

✓ Doğru

\dfrac{4}{9}

✗ Bu değil

\dfrac{64}{81}

✗ Bu değil

Cevabı göster

Cevap: C — $\dfrac{16}{81}$

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

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

Elektroliz ve Faraday Yasaları — AYT soruları

Konu özeti

Örnek sorular

Diğer AYT konuları

Kimya