12. sınıf: Kimya ve Elektrik

Kimyasal enerji ile elektrik enerjisi arasındaki ilişki elektron alışverişi üzerinden kurulur. Kimya ve Elektrik ünitesinde redoks, galvanik hücre, pil potansiyeli, elektroliz ve korozyon birlikte ele alınır. Anot ve katot adları tepkimenin türünü belirtir; elektrotların işaretini ise hücrenin çalışma biçimiyle birlikte değerlendirmek gerekir.

Redoks ve hücrenin işleyişi

Yükseltgenme basamağı değişen türleri belirleyerek elektron veren ve alan tarafları ayırın. Yükseltgenme anotta, indirgenme katotta gerçekleşir. Galvanik hücrede elektronlar dış devrede anottan katoda ilerler; tuz köprüsü çözeltilerde yük dengesinin korunmasına katkıda bulunur. Moleküler tepkimeleri denkleştirirken atom ve yük korunumu gözetilir.

Potansiyel ve istemlilik

Standart indirgenme potansiyelleri aynı referansa göre karşılaştırılır. Standart pil potansiyeli katot indirgenme potansiyelinden anot indirgenme potansiyelinin çıkarılmasıyla bulunur. Yarı tepkime katsayısını büyütmek elektrot potansiyelini aynı katsayıyla çarpmaz. Standart dışı koşullarda derişimin etkisi soruda verilen ilişki ve sıcaklıkla değerlendirilir.

Elektroliz ve korozyonda miktar

Elektrolizde taşınan yük akım ile sürenin çarpımıdır; elektron molünden ürün molüne yarı tepkime oranıyla geçilir. Seri bağlı hücrelerden eşit yük geçmesi, eşit kütlede ürün oluşması demek değildir. Korozyon önleme yöntemlerini aktiflik ve elektrot süreçleriyle ilişkilendirin; kurban anot korunacak metalden önce yükseltgenir.

İlgili kazanımlar

12.1.1.1 Redoks tepkimelerini tanır.
12.1.1.2 Redoks tepkimeleriyle elektrik enerjisi arasındaki ilişkiyi açıklar.
12.1.2.1 Elektrot ve elektrokimyasal hücre kavramlarını açıklar.
12.1.3.1 Redoks tepkimelerinin istemliliğini standart elektrot potansiyellerini kullanarak açıklar.
12.1.4.1 Standart koşullarda galvanik pillerin voltajını ve kullanım ömrünü örnekler vererek açıklar.
12.1.4.2 Lityum iyon pillerinin önemini kullanım alanlarıyla ilişkilendirerek açıklar.
12.1.5.1 Elektroliz olayını elektrik akımı, zaman ve değişime uğrayan madde kütlesi açısından açıklar.
12.1.5.2 Kimyasal maddelerin elektroliz yöntemiyle elde ediliş sürecini açıklar.
12.1.6.1 Korozyon önleme yöntemlerinin elektrokimyasal temellerini açıklar.

Çözümlü örnekler

Örnek 1

\mathrm{CO_{3}^{2-}}

iyonunda

\mathrm{C}

atomunun yükseltgenme basamağı kaçtır?

A)
$+5$
B)
$+4$
C)
$-8$
D)
$+6$
E)
$-4$

Çözümü ve cevabı göster

↔ Uzun ifadeleri yatay kaydırabilirsiniz.

1. Adım (Kimya: model ve işlem): Kurallar: 1A metalleri +1, 2A metalleri +2, Al +3, F -1; H bileşiklerinde +1 (metal hidrürlerinde -1); O bileşiklerinde -2 (peroksitlerde -1, OF2'de +2); yükseltgenme basamakları toplamı türün yüküne eşittir.

\mathrm{CO_{3}^{2-}}\Longrightarrow x+3\cdot(-2)=-2

2. Adım (Kimya: model ve işlem): Bilinmeyen yükseltgenme basamağı yük eşitliğinden çözülür.

x=-2-3\cdot(-2)=+4

Cevap

+4

Örnek 2

Şekildeki standart galvanik pilde kullanılan yarı tepkimelerin standart indirgenme potansiyelleri

\mathrm{Sn^{2+}(suda)}+2e^{-}\rightarrow\mathrm{Sn(k)}\qquad E^{\circ}=-0{,}136\ \mathrm{V}

;

\mathrm{Cr^{3+}(suda)}+3e^{-}\rightarrow\mathrm{Cr(k)}\qquad E^{\circ}=-0{,}744\ \mathrm{V}

olarak veriliyor. Pil çalışırken I. 1. kaptaki

\mathrm{Cr^{3+}}

derişimi artar. II.

\mathrm{Cr}

elektrodunun kütlesi artar. III. Tuz köprüsündeki anyonlar 2. kaba doğru hareket eder. yargılarından hangileri doğrudur? Soruda veya çözümde verilen grafik ve etiketleri

Soruda veya çözümde verilen grafik ve etiketleri

A)
I ve III
B)
I, II ve III
C)
II ve III
D)
Yalnız I
E)
Yalnız III

Çözümü ve cevabı göster

↔ Uzun ifadeleri yatay kaydırabilirsiniz.

1. Adım (Kimya: model ve işlem): Potansiyeli küçük olan metal anotta yükseltgenir (kütlesi azalır, katyon derişimi artar); potansiyeli büyük olan katyon katotta indirgenir (kütle artar, derişim azalır).

E^{\circ}(\mathrm{Sn^{2+}/Sn})>E^{\circ}(\mathrm{Cr^{3+}/Cr})\Longrightarrow \text{anot: }\mathrm{Cr}\ (\text{1. kap}),\ \text{katot: }\mathrm{Sn}\ (\text{2. kap})

2. Adım (Kimya: model ve işlem): Elektronlar dış devrede anottan katoda akar; tuz köprüsünün anyonları anot kabına göç eder.

\text{I: doğru},\ \text{II: yanlış},\ \text{III: yanlış}\Longrightarrow \text{Yalnız I}

Cevap

Yalnız I

Örnek 3

Standart indirgenme potansiyelleri

\mathrm{Au^{3+}(suda)}+3e^{-}\rightarrow\mathrm{Au(k)}\qquad E^{\circ}=+1{,}498\ \mathrm{V}

;

\mathrm{Zn^{2+}(suda)}+2e^{-}\rightarrow\mathrm{Zn(k)}\qquad E^{\circ}=-0{,}763\ \mathrm{V}

olan iki yarı hücreden standart koşullarda bir galvanik pil kuruluyor. Bu pilin standart pil potansiyeli kaç volttur?

A)
$0{,}735$
B)
$-3{,}759$
C)
$5{,}285$
D)
$-2{,}261$
E)
$2{,}261$

Çözümü ve cevabı göster

↔ Uzun ifadeleri yatay kaydırabilirsiniz.

1. Adım (Kimya: model ve işlem): İndirgenme potansiyeli büyük olan yarı hücre katot, küçük olan anottur.

E^{\circ}(\mathrm{Au^{3+}/Au})>E^{\circ}(\mathrm{Zn^{2+}/Zn})\Longrightarrow \text{katot: }\mathrm{Au^{3+}/Au},\ \text{anot: }\mathrm{Zn^{2+}/Zn}

2. Adım (Kimya: model ve işlem): E°pil = E°(katot) - E°(anot); yarı tepkime katsayıyla çarpılsa da potansiyel değişmez.

E^{\circ}_{\text{pil}}=1{,}498-(-0{,}763)=2{,}261

Cevap

2{,}261

Sık yapılan hatalar

Anotta her hücrede aynı elektriksel işaret bulunduğunu varsaymak.
Yarı tepkime katsayısıyla elektrot potansiyelini çarpmak.
Seri elektroliz kaplarında biriken kütlelerin mutlaka eşit olduğunu düşünmek.

Uygulama ve etkinlik sınırları

Pil kurma, elektroliz ve korozyon deneyleri gerçekleştirilmez; iyonik redoks denkleştirmesi bu standart kapsamın örneği olarak sunulmaz.

Çalışmaya devam edin

Öğrenci alanında çalış Öğretmen alanında hazırla

Sınıf konularına dön