ÖZEL DERS

ELEKTROKİMYA TEST ÇÖZÜMLERİ

12. Sınıflar kimya dersi. Yükseltgenme – indirgenme, elektrot potansiyeli, redoks tepkimelerinin denkleştirilmesi ve elektroliz ile ilgili testin çözümleri.

Çözüm – 1

MnO₂ + Al → Mn + Al₂O₃

Mn elementi sol tarafta +4, sağ tarafta 0 değerliklidir. Mn elementi indirgenmiştir.

Al elementi sol tarafta 0, sağ tarafta +3 değerliklidir. Al elementi yükseltgenmiştir.

İndirgenme yarı tepkimesini yazalım.

Mn⁺⁴ + 4e^- → Mn

Yükseltgenme yarı tepkimesi;

2Al → Al₂⁺³ + 6e^-

Bu iki tepkimeyi alt alta yazalım.

Mn⁺⁴ + 4e^- → Mn

2Al → Al₂⁺³ + 6e^-

Sağ ve sol taraftaki elektron sayılarının eşit olması lazım. Bunun için 1. bileşiği 3 ile 2. bileşiği 2 ile çarpmalıyız.

3Mn⁺⁴ + 12e^- → 3Mn

4Al → 2Al₂⁺³ + 12e^-

İki tepkimeyi birleştirirsek;

3Mn⁺⁴ + 12e^- + 4Al→3Mn + 2Al₂⁺³ + 12e^-

Denklemin her iki tarafındaki elektronları kaldırabiliriz. Diğer elementlerin katsayılarını ana denkleme uygularız.

3MnO₂ + 4Al → 3Mn + 2Al₂O³

Denklemin her iki tarafında eşit sayıda Al, Mn ve O atomu var. Başka bir şey yapmamıza gerek yok.

Denklemin denk hali;

3MnO₂ + 4Al → 3Mn + 2Al₂O₃

Şeklindedir. Girenler kısmında gerekli Al atomu sayısı ise 4’tür.

Doğru cevap D seçeneği.

Çözüm – 2

Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

Ag + 2HNO₃ → AgNO₃ + NO₂ + H₂O

Yükseltgen element indirgenen elementdir. İndirgenen element kendisi indirgenirken diğer elementi yükseltmiştir.

O halde indirgenen elementleri bulmalıyız.

1. tepkimede Cu elementi +2 değerlikli iken 0 değerine indirgenmiştir.

2. tepkimede N elementi + 5 değerlikli iken +4 değerine indirgenmiştir. (NO₂ bileşiği)

Buna göre Cu ile N atomları kendileri indirgenirken Zn ve Ag elementlerini yükseltmişlerdir.

Doğru cevap B seçeneği.

Çözüm – 3

NaAsO₃ bileşiğinde O atomu – 2 değerlikli, Na atomu + 1 değerliklidir. Buna göre 3 O atomu toplam – 6 değerliğe sahiptir. Buna Na atomunun +1 değerliğini ilave edersek O ile Na atomlarının yük toplamı – 5 olur. Bileşiğin toplam yükü 0 olduğundan As elementi +5 değerliklidir.

Doğru cevap E seçeneği.

Çözüm – 4

Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Cu atomu sol tarafta 0 değerlikli, sağ tarafta +2 değerliklidir. Cu atomu yükseltgenmiştir.

N atomu sol tarafta +5 değerlikli, sağ tarafta +5 ve +2 değerliklidir. N atomu indirgenmiştir.

Yükseltgenme yarı tepkimesi,

Cu → Cu⁺² + 2e^-

İndirgenme yarı tepkimesi

N⁺⁵ + 3e^-→ N⁺²

İki tepkimeyi alt alta yazalım,

Cu → Cu⁺² + 2e^-

N⁺⁵ + 3e^- → N⁺²

Her iki yarı tepkimede sağ ve sol taraftaki elektron sayıları eşit olmalıdır. Elektron sayılarını eşitlemek için 1. Tepkimeyi 3 ile 2. Tepkimeyi 2 ile çarpmamız gerek.

3Cu → 3Cu⁺² + 6e^-

2N⁺⁵ + 6e^- → 2N⁺²

Şimdi iki tepkimeyi birleştirelim.

3Cu + 2N⁺⁵ + 6e^- → 3Cu⁺² + 2N⁺² + 6e^-

Her iki taraftaki elektronları kaldıralım ve buradaki katsayıları ana denklemde yerine yazalım. N atomunun indirgendiği bileşik NO olduğu için N atomunun yarı tepkimedeki katsayısını NO bileşiğine uygulayacağız.

3Cu + 2HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

Sağ tarafta 8 N atomu var. HNO3 katsayısı 8 olmalı.

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)2 + 2NO + H₂O

H₂O bileşiğinin katsayısını 4 yaparsak atom denkliği de sağlanmış olur.

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Doğru cevap B seçeneği.

Çözüm – 5

H₂SO₃ + I₂ + H₂O → H₂SO₄ + HI

I atomu sol tarafta 0 değerlikli iken sağ tarafta -1 değerliklidir. I atomu indirgenmiştir.

S atomu sol tarafta +4 değerlikli, sağ tarafta +6 değerliklidir. S atomu yükseltgenmiştir.

Yükseltgenme yarı tepkimesi,

S⁺⁴ → S⁺⁶ + 2e^-

İndirgenme yarı tepkimesi,

I₂⁰ + 2e^- → 2I^-1

Her iki taraftaki elektron sayıları eşit olduğundan katsayılarla oynamaya gerek yoktur.

Doğru cevap D seçeneği.

Çözüm – 6

Zn⁺² + 2e^-→ Zn E⁰ = -0,76

Cu⁺² + 2e^- → Cu E⁰ = 0,34

İndirgenme standart gerilimi büyük olan element indirgenir. İndirgenme işlemi katotta gerçekleşir.

Yükseltgenme standart gerilimi düşük olan element yükseltgenir. Bu olay anotta gerçekleşir.

Standart hücre gerilimi;

E⁰ = E⁰_katot – E⁰_anot

E⁰ = 0,34 – (-0,76)

E⁰ = 1,1 V

Doğru cevap A seçeneği.

Çözüm – 7

E⁰ = E⁰_katot – E⁰_anot eşitliğine bakılarak tepkimenin istemli gerçekleşip gerçekleşmediği anlaşılabilir. E⁰ > 0 ise tepkime istemlidir.

I. Tepkimede;

Fe yükseltgenmiş, Cu ise indirgenmiştir. Standart gerilimleri

E⁰ = 0,34 – ( - 0,04)

E⁰ = 0,38 V

E⁰ > 0 olduğundan tepkime istemlidir.

II. Tepkimede;

Cu yükseltgenmiş, Cr indirgenmiştir.

E⁰ = - 0,74 – 0,34

E⁰ = -1,08 V

E⁰ < 0 olduğundan tepkime istemsizdir.

III. Tepkimede;

Fe yükseltgenmiş, Cr indirgenmiştir.

E⁰ = - 0,74 – ( - 0, 04) = -0,70 V

E⁰ < 0 olduğundan tepkime istemsizdir.

Buna göre doğru cevap A seçeneğidir.

Çözüm – 8

X, Y ve Z elementlerinin elektron verme eğilimleri;

X > Y > Z şeklinde ise;

En aktif metal X, en az aktif olan metal Z elementidir.

Bu durumda I. ifade doğrudur. X ile Y elementleri bir redoks tepkimesinde galvanik hücreleri oluşturur ve tepkime istemli olursa X elementi yükseltgenir, Y elementi indirgenir.

II. ifade I. ifadeden anlaşılacağı üzere yanlıştır.

III. ifade doğrudur. X elementi en aktif olduğundan indirgenme yarı potansiyeli en küçük olan element X’tir.

Doğru cevap C seçeneği.

Çözüm – 9

Çözeltilerin molar derişimleri farklı olduğundan bu soru bir nerst eşitliği sorusudur. Dolayısıyla nerts eşitliğindeki bağıntıları kullanarak çözeceğiz.

Yükseltgenme yarı tepkimesi;

Zn → Zn⁺² + 2e^-

İndirgenme yarı tepkimesi;

2Ag⁺ +2e^- → 2Ag

E⁰ = 0,8 – (-0,76)

E⁰ = 1,56 V

Q =	[Yükseltgenen Maddenin Derişimi]^m
	[İndirgenen Maddenin Derişimi]ⁿ

Zn atomu yükseltgenmiştir, katsayısı 1’dir.

Ag atomu indirgenmiştir, katsayısı 2’dir.

Zn⁺² derişimi 0,5 M,

Ag⁺ derişimi 1,8 M

Q =	0,5
	(1,8)²

Q =	0,5
	3,24

Q = 0,15

E_hücre = E⁰ –	0,0592	logQ
	n

E_hücre = 1,56 –	0,0592	log(0,15)
	2

E_hücre = 1,56 – 0,0296 . ( - 0,82)

E_hücre = 1,56 + 0,02

E_hücre = 1,58 V

Doğru cevap B seçeneği.

Çözüm – 10

Yükseltgenme yarı tepkimesi,

Zn → Zn + 2e^-

İndirgenme yarı tepkimesi,

Ni⁺² + 2e^- → Ni

E⁰ = - 0,25 – ( -0,76)

E⁰ = 0,51 V

Zn atomu yükseltgenmiştir. Zn⁺²’nin katsayısı 1, derişimi 0,3 M dir.

Ni atomu indirgenmiştir. Ni⁺² nin katsayısı 1, derişimi 1,5 M dir.

Q =	0,3
	1,5

Q = 0,2

E_hücre = E⁰ –	0,0592	logQ
	n

E_hücre = 0,51–	0,0592	log(0,2)
	1

E_hücre = 0,51 – 0,0592 . ( - 0,7)

E_hücre = 0,51 + 0,04

E_hücre = 0,55 V

Doğru cevap E seçeneği.

Çözüm – 11

Elektroliz devresinin akım şiddeti 12 A olduğuna göre bu devreden 1 saniyede 12 C yük geçişi olmaktadır.

Ag + e^- → Ag

Tepkimesine göre 1 mol Ag elementi elde etmek için 1 mol elektron gerekmektedir.

1 mol elektronun yükü 96500 C dur.

Ag elementinin 1 molü 106,4 g olduğuna göre 96500 C elektrik yükü katotta 106,4 g Ag elementi açığa çıkarır.

1,5 saatte açığa çıkan Ag miktarını bulabilmek için 1,5 saatte devreden geçen yük miktarını bulmalıyız.

1,5 sa = 90 dk = 5400 saniye

1 saniyede 12 C yük geçtiğine göre;

1 s de 12 C

5400 s de x

x = 5400 . 12 = 64800 C

Şimdi açığa çıkan Ag miktarı için orantı kuralım.

96500 C 106,4 g

64800 C m

m = 64800 .	106,4
	96500

m = 71,45 gram

Doğru cevap D seçeneği.

Çözüm – 12

X⁺ + e^-→ X

Tepkimesine göre devreden 1 mol elektron geçerse 84,5 g X elementi oluşmaktadır.

1 mol e yükü = 96500 C = 1 Farad’dır.

İlk olarak 15, 6 gram X elementini oluşturan yük miktarını bulalım.Bu yük miktarı bize her iki kaptan geçen elektron yük miktarını verecektir.

1 Farad 84,5 g X

a Farad 15,6 g X

a =	15,6
	84,5

a = 0,18 F

Seri bağlı kaplarda aynı miktarda yük geçişi olur. X maddesinin bulunduğu kapta geçen yük miktarı 0,18 F ise Y kabından geçen yük miktarı da 0,18 F olur.

Y⁺³ + 3e^-→ Y

Tepkimesine göre 1 mol Y atomunun açığa çıkması için 3 mol e = 3 F yük gerekmektedir. 1 mol Y 45 gram olduğuna göre,

3 F 45 g Y

0,18 F m