12. Sınıf Kimya · Kimya ve Elektrik
Elektroliz
- elektrolitik hücre
- Faraday kanunları
- elektrik yükü
- faraday
- kaplama
- istemsiz tepkime
Elektroliz nedir ve Faraday kanunlarıyla nasıl hesap yapılır?
Elektroliz, dışarıdan elektrik enerjisi verilerek kendiliğinden yürümeyen bir redoks tepkimesinin gerçekleştirilmesidir. Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye çeviren bu düzeneğe elektrolitik hücre denir; burada anot artı, katot eksi kutuptur, anyonlar anoda, katyonlar katoda gider. Galvanik hücre enerji üretir ve tepkimesi istemlidir; elektrolitik hücre ise enerji harcar. Zn-Cu pili 1,100 V'tan büyük bir kaynağa bağlanırsa tepkime tersine döner. Elektrik yükü Q = I · t ile bulunur ve 1 mol elektronun yükü 1 faraday, yani yaklaşık 96 500 C'dir. Faraday'a göre açığa çıkan madde miktarı geçen yükle doğru orantılıdır. Örneğin 2 A akım 9650 saniye geçerse 19 300 C, yani 0,2 mol elektron akar ve 6,35 g bakır toplanır. Metal kaplamada kaplanacak eşya katoda, kaplama metali anoda bağlanır. Suyun elektrolizinde 2H2O → 2H2 + O2 tepkimesi gerçekleşir. Hesaplarda süre dakika değil, saniye cinsinden kullanılmalıdır.
Elektroliz: konu anlatımı ve özeti
Elektroliz, dışarıdan elektrik enerjisi vererek kendiliğinden yürümeyen bir redoks tepkimesini gerçekleştirme işlemidir. Metal kaplama, saf metal elde etme ve suyun ayrıştırılması gibi uygulamaların temelini oluşturur.
- Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye çeviren düzeneğe elektrolitik hücre denir. Burada anot (+), katot (-) kutuptur; anyonlar anoda, katyonlar katoda gider. Anotta yine yükseltgenme, katotta indirgenme olur.
- Galvanik hücre enerji üretir ve tepkimesi istemlidir; elektrolitik hücre enerji harcar ve tepkimesi istemsizdir. Zn-Cu pili 1,100 V'tan büyük bir kaynağa bağlanırsa tepkime tersine döner.
- Elektrik yükü Q = I · t ile bulunur (C = A · s). 1 mol elektronun yükü 1 faraday, yani yaklaşık 96 500 C'dir.
- Faraday'a göre elektrotta açığa çıkan madde miktarı devreden geçen yük ile doğru orantılıdır.
- Örnek: 2 A akım 9650 saniye geçerse Q = 19 300 C olur; bu 19 300 / 96 500 = 0,2 mol elektrondur. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu olduğundan 0,1 mol Cu, yani 6,35 g bakır toplanır (Cu = 63,5 g/mol).
- Eriyik tuz elektrolizinde katotta indirgenme eğilimi en büyük katyon önce metal olarak ayrılır. Suyun elektrolizi: 2H2O → 2H2 + O2.
- Kaplamada kaplanacak eşya katoda, kaplama metali anoda bağlanır.
Unutma: Hesaplarda süreyi mutlaka saniyeye çevir; dakikayla işlem yapmak en yaygın hata.
Bu özet yapay zekâ ile kitabın ilgili sayfalarından hazırlandı; hata içerebilir. Asıl kaynak MEB ders kitabıdır. İçerikler nasıl hazırlanıyor? · Son güncelleme:
Önce temeli pekiştir
Elektroliz hesaplarını zincir gibi kur: akım ve süre → yük → mol elektron → mol madde → kütle.
- Süreyi saniyeye çevir.
- Q = I · t ile yükü bul.
- Yükü 96 500'e bölerek mol elektronu bul.
- Yarı tepkimedeki elektron sayısına bakarak mol maddeyi, sonra kütleyi bul.
Örnek: 0,5 A akım 32 dakika 10 saniye (1930 s) geçerse Q = 965 C, yani 0,01 mol elektron eder. Ag⁺ + e⁻ → Ag olduğundan 0,01 mol, yani 1,08 g gümüş toplanır (Ag = 108 g/mol).
Günlük hayattan: Altın kaplama takılar ve krom kaplama musluklar elektrolizle kaplanır; eşya katoda bağlanır, kaplama metalinin iyonları onun üzerinde birikir.
Sık yapılan hata: Pildeki ve elektrolizdeki kutup işaretlerini aynı sanmak. Doğrusu: Pilde anot (−), elektrolizde anot (+) kutuptur; ama anotta her ikisinde de yükseltgenme olur.
Derinleş
Alüminyumun elektrolizle üretilmesi çok fazla elektrik enerjisi gerektirir. Bir alüminyum içecek kutusunu sıfırdan üretmek ile geri dönüştürmek arasındaki enerji farkını araştır. Bulduğun verilerle okulunda bir geri dönüşüm kampanyası için ikna edici bir afiş ya da kısa bir sunum hazırla. Kampanyanın başarısını nasıl ölçeceğini de belirle.
Öğrenme çıktıları
Bu konunun soruları MEB öğretim programındaki şu öğrenme çıktılarını ölçer.
KİM.12.1.6Elektrolitik bir hücrenin özelliklerini bilimsel gözlemlere dayalı tahmin edebilme
- a) İstemsiz indirgenme-yükseltgenme tepkimelerinin gerçekleşebilmesi için gerekli şartlar ile ilgili önermeler oluşturur.
- c) Elektrolitik hücrelere ilişkin ulaştığı makro, alt mikro ve sembolik seviyelerde gözlem verilerinden sonuç çıkarır.
KİM.12.1.7Elektroliz olayında madde-elektrik akımı miktarı ilişkisini açıklayabilmek için kanıt kullanabilme
- a) Elektroliz olayının gözlemlenebilir ve ölçülebilir niteliklerini belirlemek için ölçütle (katot ve anotta oluşan madde miktarı, akım miktarı ve elektroliz süresi) belirler.
- c) Elektroliz olayında madde-elektrik akımı miktarı ilişkisine (devreden geçen elektrik akım miktarı ve elektroliz süresi ile elektrotlarda açığa çıkan madde miktarı) yönelik iddialarını verilere dayalı açıklayarak bu açıklamalarını desteklemek için Faraday’in elektroliz yasasına ilişkin bilimsel bilgiyi kullanır.
KİM.12.1.8Metallerin elektrolizle kaplanmasına yönelik deney yapabilme
- a) Metal bir eşyanın bakır metali ile kaplanmasına yönelik deney tasarlar.
- b) Deneyden elde ettiği sonuçları günlük hayattaki örnekleri açıklamak için kullanır.
Bu konuda neler var?
- Elektrik ve Madde İlişkisi
- Faraday Kanunları
- Elektroliz Örnekleri
Sorular
Soru bankasından bu konunun soruları, kolaydan zora.
Kolay
1Bir alüminyum fabrikası, erimiş alüminyum oksitten metal üretmek için büyük miktarda elektrik harcıyor. Fabrikanın enerji raporunda, harcanan elektriğin bir bölümünün üretilen metalde depolandığı belirtiliyor. Elektroliz sırasında gerçekleşen temel enerji dönüşümü hangisidir?
- A) Kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşür
- B) Kimyasal enerji ışık enerjisine dönüşür
- C) Isı enerjisi elektrik enerjisine dönüşür
- D) Işık enerjisi kimyasal enerjiye dönüşür
- E) Elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüşür
Cevabı göster
Doğru cevap: E) Elektrik enerjisi kimyasal enerjiye dönüşür
Elektrolizde dışarıdan verilen elektrik enerjisi istemsiz bir redoks tepkimesini yürütür ve kimyasal enerji olarak ürünlerde depolanır. Pil ile elektrolizi karıştıran öğrenci ters dönüşümü seçer; kimyasal enerjinin elektriğe dönüşmesi galvanik pillere özgüdür.
Kolay
2Elektroliz hesaplarında kullanılan faraday birimi, adını elektrolizin nicel yasalarını bulan bilim insanı Michael Faraday'den alır. 1 faraday, 1 mol elektronun taşıdığı toplam elektrik yüküdür; tek bir elektronun yükü ise yaklaşık 1,6 · 10⁻¹⁹ C'dir. 1 faraday yaklaşık kaç coulombdur?
- A) 96 500
- B) 9650
- C) 6,02 · 10²³
- D) 1,6 · 10⁻¹⁹
- E) 965 000
Cevabı göster
Doğru cevap: A) 96 500
1 faraday, Avogadro sayısı kadar elektronun yüküdür: 6,02 · 10²³ · 1,6 · 10⁻¹⁹ ≈ 9,6 · 10⁴ C, yani yaklaşık 96 500 C. Avogadro sayısını doğrudan yük sanan öğrenci 6,02 · 10²³ şıkkını seçer; bu sayı yükün değil, tanecik sayısının ölçüsüdür.
Kolay
3Bir kuyumcu, gümüş kaplama yapacağı yüzüğü güç kaynağına bağlıyor ve yüzüğün üzerinde çözeltideki Ag⁺ iyonlarının metal gümüş olarak birikmesini istiyor. Bu düzenek bir elektrolitik hücredir. Yüzüğün bağlandığı elektrotun işareti ve bu elektrotta gerçekleşen olay hangisidir?
- A) (+) kutup, yükseltgenme
- B) (−) kutup, indirgenme
- C) (−) kutup, yükseltgenme
- D) (+) kutup, indirgenme
- E) (+) kutup, nötrleşme
Cevabı göster
Doğru cevap: B) (−) kutup, indirgenme
Kaplanacak eşya katottur; elektrolizde katot güç kaynağının eksi ucuna bağlanır ve katyonlar burada elektron alarak indirgenir. Galvanik pilde katodun (+) kutup olduğunu bilen öğrenci bunu elektrolize taşıyıp "(+) kutup, indirgenme" şıkkını seçer.
Kolay
4Bir atölyede çelik bisiklet parçaları parlak bir nikel tabakasıyla kaplanıyor. Kaplama banyosunda parçalar ve saf nikel çubuk, NiSO₄ çözeltisine daldırılıp bir güç kaynağına bağlanıyor. Saf nikel çubuk hangi elektrot olarak, kaynağın hangi kutbuna bağlanır?
- A) Katot olarak (−) kutba
- B) Anot olarak (+) kutba
- C) Anot olarak (−) kutba
- D) Katot olarak (+) kutba
- E) Tuz köprüsü olarak iki kutba
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Anot olarak (+) kutba
Kaplama metali anot olur, yükseltgenerek çözeltiye Ni²⁺ iyonu verir ve bu iyonlar katottaki parçaların üzerinde indirgenir; elektrolizde anot (+) kutuptur. Pildeki işaretleri ezberleyip anodu (−) kutup sanan öğrenci üçüncü şıkkı seçer.
Kolay
5Emre, demir bir anahtarı bakırla kaplamak için bir elektroliz düzeneği kuracak. Anahtarı güç kaynağının eksi ucuna, saf bakır levhayı artı ucuna bağlayacak. Bu düzenekte elektrolit olarak hangi çözelti kullanılmalıdır?
- A) CuSO₄ çözeltisi
- B) FeSO₄ çözeltisi
- C) Şekerli su
- D) Saf su
- E) ZnSO₄ çözeltisi
Cevabı göster
Doğru cevap: A) CuSO₄ çözeltisi
Bakır kaplama için çözeltide indirgenip anahtarın üzerinde birikecek Cu²⁺ iyonları bulunmalıdır. Şekerli su ve saf su yeterince iyon içermez; FeSO₄ ve ZnSO₄ bakır iyonu içermez.
Kolay
6Erimiş potasyum bromür (KBr) inert elektrotlarla elektroliz ediliyor. Eriyikte K⁺ ve Br⁻ iyonları serbestçe hareket edebilir. K⁺ iyonları hangi elektrota doğru hareket eder ve bu elektrotun işareti nedir?
- A) Katoda; eksi
- B) Anoda; artı
- C) Katoda; artı
- D) Anoda; eksi
- E) İki elektrota da eşit olarak; yüksüz
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Katoda; eksi
Elektroliz hücresinde katot eksi kutuptur ve artı yüklü katyonlar katoda çekilir. Katodun artı olması galvanik hücreye özgüdür.
Kolay
7Cu + Zn²⁺ → Cu²⁺ + Zn tepkimesi istemsizdir; ters yöndeki tepkimenin standart pil potansiyeli 1,100 V'tur. Bu istemsiz tepkimeyi standart koşullarda elektrolizle gerçekleştirmek için dış kaynağın gerilimi nasıl olmalıdır?
- A) 0,550 V olması yeterlidir.
- B) 1,100 V'tan büyük olmalıdır.
- C) 0,337 V olması yeterlidir.
- D) 1,100 V'tan küçük olmalıdır.
- E) Gerilimin değeri önemli değildir.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) 1,100 V'tan büyük olmalıdır.
İstemsiz tepkimenin yürümesi için uygulanan gerilim, istemli yöndeki pil potansiyelinden (1,100 V) büyük olmalıdır. Daha küçük bir gerilimde pil kendi yönünde çalışmaya devam eder.
Kolay
8Bir öğrenci, 2 A akımın 5 dakika boyunca geçtiği bir elektroliz devresinde yükü Q = 2 × 5 = 10 C olarak hesaplıyor. Bu devreden geçen yükün doğru değeri kaç coulombdur?
- A) 10
- B) 300
- C) 120
- D) 1200
- E) 600
Cevabı göster
Doğru cevap: E) 600
Q = I · t formülünde süre saniye olmalıdır: 5 dakika 300 saniyedir ve Q = 2 × 300 = 600 C bulunur. Dakikayla işlem yapmak 10 C gibi yanlış bir sonuç verir.
Kolay
9Bir öğrenci, içine az miktarda iyonik bileşik eklediği suyu elektroliz ediyor: 2H₂O → 2H₂ + O₂ Anotta açığa çıkan gaz hangisidir?
- A) O₂
- B) H₂
- C) Cl₂
- D) CO₂
- E) N₂
Cevabı göster
Doğru cevap: A) O₂
Anotta yükseltgenme olur; sudaki oksijen −2'den 0'a yükseltgenerek O₂ gazı oluşturur. H₂ gazı, H⁺ iyonlarının indirgendiği katotta toplanır.
Kolay
10Bir elektroliz deneyinde ampermetre 3 A akım gösteriyor ve akım 200 saniye boyunca devreden geçiyor. Bu sürede devreden geçen elektrik yükü kaç coulombdur? (Q = I · t)
- A) 600
- B) 67
- C) 203
- D) 60
- E) 6000
Cevabı göster
Doğru cevap: A) 600
Q = I · t = 3 A × 200 s = 600 C'tur. 67 sonucu akımı süreye bölmekten, 203 sonucu ise iki değeri toplamaktan kaynaklanır.
Kolay
11Denizden çıkarılan batık eşyalarının üzerindeki tuz kalıntıları elektrolizle temizlenir. Bu düzenekte eşya katoda, paslanmaz çelik bir parça anoda bağlanır ve eşyadaki klorür (Cl⁻) iyonları uzaklaştırılır. Eşyadan ayrılan Cl⁻ iyonları hangi elektrota doğru hareket eder?
- A) Artı yüklü anoda
- B) Eksi yüklü katoda
- C) Artı yüklü katoda
- D) Eksi yüklü anoda
- E) Hiçbir elektrota
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Artı yüklü anoda
Elektroliz hücresinde anot artı kutuptur ve eksi yüklü anyonlar anoda çekilir. Cl⁻ iyonlarının katoda gitmesi, zıt yüklerin çekimine aykırıdır.
Kolay
12Bir öğrenci, galvanik hücre ile elektrolitik hücreyi karşılaştıran bir tablo hazırlıyor ve bazı özellikleri karışık olarak yazıyor. Aşağıdakilerden hangisi elektrolitik hücreye ait bir özelliktir?
- A) Tepkime istemlidir ve elektrik enerjisi üretilir.
- B) Anot eksi, katot artı işaretlidir.
- C) Tepkime istemsizdir ve elektrik enerjisi harcanır.
- D) Tepkime sonucunda dışarıya enerji verilir.
- E) Tepkime istemsizdir ve elektrik enerjisi üretilir.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Tepkime istemsizdir ve elektrik enerjisi harcanır.
Elektrolitik hücrede istemsiz bir tepkime dışarıdan verilen elektrik enerjisiyle gerçekleştirilir. Anodun eksi olması ve enerji üretilmesi galvanik hücrenin özellikleridir.
Kolay
13Bir öğrenci CuSO₄ çözeltisini 2 A akımla 10 dakika elektroliz edip katotta toplanan bakırı tartıyor. Sonra deneyi aynı süre boyunca 4 A akımla tekrarlıyor. İkinci deneyde katotta toplanan bakır miktarı, birinci deneye göre nasıldır?
- A) Yarısıdır.
- B) Aynıdır.
- C) Dört katıdır.
- D) Dörtte biridir.
- E) İki katıdır.
Cevabı göster
Doğru cevap: E) İki katıdır.
Faraday'ın birinci kanununa göre açığa çıkan madde miktarı devreden geçen yükle doğru orantılıdır; akım iki katına çıkınca yük ve bakır miktarı da iki katına çıkar.
Kolay
14Standart bir Zn–Cu pili (Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu, 1,100 V), 1,100 V'tan daha büyük gerilimli bir dış kaynağa ters yönde bağlanıyor. Bu durumda tepkime Cu + Zn²⁺ → Cu²⁺ + Zn yönünde yürüyor. Bu düzenekte anot olan elektrot hangisidir?
- A) Çinko elektrot
- B) Tuz köprüsü
- C) Bakır elektrot
- D) Dış kaynağın eksi ucu
- E) İki elektrot da
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Bakır elektrot
Ters tepkimede bakır yükseltgenerek Cu²⁺ iyonuna dönüştüğü için bakır elektrot anot olur. Galvanik hücredeki anot (çinko) elektrolitik hücrede katot görevi görür.
Kolay
15Bir elektroliz devresinden 19 300 C elektrik yükü geçiyor. (1 mol elektronun yükü 96 500 C'tur.) Bu yük kaç mol elektrona karşılık gelir?
- A) 2
- B) 0,02
- C) 0,5
- D) 5
- E) 0,2
Cevabı göster
Doğru cevap: E) 0,2
Elektron mol sayısı 19 300 / 96 500 = 0,2 moldür. Bölmeyi ters yapmak 5 gibi anlamsız bir sonuç verir.
Kolay
16Mutfak ve banyo musluklarının çoğu elektrolizle ince bir krom tabakasıyla kaplanır. Bu kaplamanın temel amacı hangisidir?
- A) Musluğun suyu daha hızlı akıtmasını sağlamak
- B) Musluğun elektriği daha iyi iletmesini sağlamak
- C) Metali aşınmaya karşı korumak ve parlak görünüm kazandırmak
- D) Suyun sıcaklığını sabit tutmak
- E) Musluğun kütlesini belirgin biçimde artırmak
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Metali aşınmaya karşı korumak ve parlak görünüm kazandırmak
Elektrolizle kaplama, eşyaları aşınmadan (korozyondan) korumak ve onlara estetik bir görünüm kazandırmak için yapılır. Kaplama tabakası çok ince olduğundan kütleyi belirgin biçimde artırmaz.
Kolay
17Bir kaplama atölyesinde AgNO₃ çözeltisi içeren kap ile CuSO₄ çözeltisi içeren kap seri bağlanıyor ve devreden bir süre akım geçiriliyor. Katotlarda Ag⁺ + e⁻ → Ag ve Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu tepkimeleri gerçekleşiyor. Akım kesildiğinde iki kap için aşağıdaki niceliklerden hangisi kesinlikle eşittir?
- A) Katotlara ulaşan elektronların mol sayısı
- B) Katotlarda toplanan metallerin kütlesi
- C) Katotlarda toplanan metallerin mol sayısı
- D) Çözeltilerde kalan metal iyonlarının mol sayısı
- E) Katotlarda toplanan metallerin hacmi
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Katotlara ulaşan elektronların mol sayısı
Seri bağlı kapların hepsinden aynı akım aynı süre geçer; bu nedenle iki kaptan geçen yük ve katotlara ulaşan elektronların mol sayısı eşittir. Toplanan metal miktarları ise eşit değildir: aynı sayıda elektronla gümüşten, bakırın iki katı mol sayısında metal toplanır (Ag⁺ 1, Cu²⁺ 2 elektron alır); mol kütleleri de farklı olduğundan kütleler de farklıdır. Çözeltilerde kalan iyon miktarı başlangıç miktarlarına bağlıdır.
Kolay
18Bir bakır rafinerisinde katotta Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu tepkimesi gerçekleşiyor. Bir mühendis, seri bağlı kaplarda toplanan madde miktarlarını Faraday'ın ikinci kanunuyla karşılaştırmak için önce bakırın eş değer kütlesini hesaplıyor. (Cu = 64 g/mol) Bu tepkimede bakırın eş değer kütlesi kaç gramdır?
- A) 16
- B) 32
- C) 64
- D) 96
- E) 128
Cevabı göster
Doğru cevap: B) 32
Eş değer kütle, bir maddenin mol kütlesinin tesir değerliğine (alınan ya da verilen elektron sayısına) bölünmesiyle bulunur. Cu²⁺ iyonu 2 elektron aldığından tesir değerliği 2'dir: 64 / 2 = 32 g. Bu değer, devreden 1 mol elektron geçtiğinde katotta toplanan bakırın kütlesine eşittir. 64, mol kütlesinin kendisidir; 128, bölmek yerine çarpılırsa bulunur.
Orta
19Bir bakır rafinerisinde kirli bakır, CuSO₄ çözeltisinde elektroliz edilerek saf bakır katotta toplanıyor. Bir deneme sırasında devreden 0,4 faradaylık yük geçiriliyor. Katotta kaç gram bakır toplanır? (Cu = 64 g/mol, Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu)
- A) 3,2
- B) 6,4
- C) 12,8
- D) 25,6
- E) 51,2
Cevabı göster
Doğru cevap: C) 12,8
0,4 F, 0,4 mol elektron demektir; her Cu²⁺ için 2 elektron gerektiğinden 0,2 mol Cu toplanır: 0,2 · 64 = 12,8 g. Elektron mol sayısını doğrudan bakır mol sayısı alan öğrenci 25,6 g'ı bulur.
Orta
20Bir öğrenci, içine biraz sodyum sülfat eklediği suyu Hofmann düzeneğinde elektroliz ediyor. Tepkime 2H₂O → 2H₂ + O₂ denklemiyle gerçekleşiyor ve iki koldaki gazlar aynı sıcaklık ve basınçta toplanıyor. Katot kolunda toplanan gazın hacmi, anot kolunda toplanan gazın hacminin kaç katıdır?
- A) 1/4
- B) 1/2
- C) 1
- D) 2
- E) 4
Cevabı göster
Doğru cevap: D) 2
Katotta H₂, anotta O₂ toplanır; denkleme göre 2 mol H₂'ye karşılık 1 mol O₂ oluşur ve aynı koşullarda hacim oranı 2'dir. Katot ile anodun ürünlerini karıştıran öğrenci 1/2'yi seçer.
Katkıda bulun
Özette bir hata mı gördün, eklenmesi gereken bir bilgi ya da güzel bir soru mu var? Öner; yönetici onaylarsa sitede yayımlanır ve sana bildirim gelir.