📄 12. Sınıf Kimya: Elektroliz Çalışma Kağıdı

💡 Çözüm Adımları:

Erimiş MgCl\(_2\) tuzunun elektrolizi, iyonik bileşiğin sıvı haldeyken iyonlarına ayrışması ve bu iyonların elektrik akımıyla elektrotlarda indirgenme veya yükseltgenmeye uğraması prensibine dayanır.

MgCl\(_2\) eridiğinde \(Mg^{2+}\) ve \(Cl^{-}\) iyonlarına ayrılır.

\(MgCl_{2(s)} \to Mg^{2+}_{(s)} + 2Cl^{-}_{(s)}\)



Katot (Negatif elektrot): Pozitif yüklü \(Mg^{2+}\) iyonları katota çekilir ve burada indirgenir.

\(Mg^{2+}_{(s)} + 2e^{-} \to Mg_{(k)}\)



Anot (Pozitif elektrot): Negatif yüklü \(Cl^{-}\) iyonları anota çekilir ve burada yükseltgenir.

\(2Cl^{-}_{(s)} \to Cl_{2(g)} + 2e^{-}\)



Toplam tepkime: Anot ve katot tepkimeleri toplanırken alınan ve verilen elektron sayıları eşitlenir. Bu durumda zaten eşit (2 elektron).

\(Mg^{2+}_{(s)} + 2Cl^{-}_{(s)} \to Mg_{(k)} + Cl_{2(g)}\)

Veya genel olarak:

\(MgCl_{2(s)} \to Mg_{(k)} + Cl_{2(g)}\)

💡 Çözüm Adımları:

a) \(Fe^{2+}\) iyonları içeren çözeltiden kaplama yapılıyorsa, katotta gerçekleşen indirgenme tepkimesi:

\(Fe^{2+}_{(s)} + 2e^{-} \to Fe_{(k)}\)

Bu tepkimeye göre 1 mol Fe metali için 2 mol elektron gereklidir.

Devreden 0,2 mol elektron geçtiğine göre, biriken Fe mol sayısı:

\(n_{Fe} = \frac{0,2 \text{ mol elektron}}{2 \text{ mol elektron/mol Fe}} = 0,1 \text{ mol Fe}\)

Biriken Fe kütlesi:

\(m_{Fe} = n_{Fe} \times M_{Fe} = 0,1 \text{ mol} \times 56 \text{ g/mol} = 5,6 \text{ gram Fe}\)



b) \(Fe^{3+}\) iyonları içeren çözeltiden kaplama yapılıyorsa, katotta gerçekleşen indirgenme tepkimesi:

\(Fe^{3+}_{(s)} + 3e^{-} \to Fe_{(k)}\)

Bu tepkimeye göre 1 mol Fe metali için 3 mol elektron gereklidir.

Devreden 0,2 mol elektron geçtiğine göre, biriken Fe mol sayısı:

\(n_{Fe} = \frac{0,2 \text{ mol elektron}}{3 \text{ mol elektron/mol Fe}} = \frac{0,2}{3} \text{ mol Fe} \approx 0,0667 \text{ mol Fe}\)

Biriken Fe kütlesi:

\(m_{Fe} = n_{Fe} \times M_{Fe} = \frac{0,2}{3} \text{ mol} \times 56 \text{ g/mol} = \frac{11,2}{3} \text{ gram Fe} \approx 3,73 \text{ gram Fe}\)

💡 Çözüm Adımları:

Sulu \(CuCl_{2}\) çözeltisi \(Cu^{2+}\), \(Cl^{-}\), \(H_{2}O\) ve çok az miktarda \(H^{+}\) ve \(OH^{-}\) iyonları içerir. Elektroliz sırasında anotta ve katotta hangi maddelerin tepkimeye gireceği, indirgenme ve yükseltgenme potansiyellerine göre belirlenir.



Katot (İndirgenme): Katotta indirgenme potansiyeli daha yüksek olan madde indirgenir. Yarışanlar \(Cu^{2+}\) iyonları ve sudur.

\(Cu^{2+}_{(s)} + 2e^{-} \to Cu_{(k)}\) \(E^{o} = +0,34 \text{ V}\)

\(2H_{2}O_{(s)} + 2e^{-} \to H_{2(g)} + 2OH^{-}_{(s)}\) \(E^{o} = -0,83 \text{ V (pH=7'de)}\)

\(Cu^{2+}\) iyonunun indirgenme potansiyeli (+0,34 V) suyun indirgenme potansiyelinden (-0,83 V) daha yüksek olduğu için, katotta öncelikli olarak \(Cu^{2+}\) iyonları indirgenerek bakır metali birikir.



Anot (Yükseltgenme): Anotta yükseltgenme potansiyeli daha yüksek olan madde yükseltgenir. Yarışanlar \(Cl^{-}\) iyonları ve sudur. Yükseltgenme potansiyellerini indirgenme potansiyellerinin ters işaretlisi olarak düşünebiliriz:

\(2Cl^{-}_{(s)} \to Cl_{2(g)} + 2e^{-}\) \(E^{o}_{yükseltgenme} = -1,36 \text{ V}\) (\(Cl_{2}/2Cl^{-}\) indirgenme potansiyeli +1,36 V olduğu için, \(Cl^{-}\) yükseltgenmesi -1,36 V olur.)

\(2H_{2}O_{(s)} \to O_{2(g)} + 4H^{+}_{(s)} + 4e^{-}\) \(E^{o}_{yükseltgenme} = -1,23 \text{ V}\) (\(O_{2}, 4H^{+}/2H_{2}O\) indirgenme potansiyeli +1,23 V olduğu için, suyun yükseltgenmesi -1,23 V olur.)

Standart potansiyellere göre suyun yükseltgenme potansiyeli (-1,23 V) klorür iyonunun yükseltgenme potansiyelinden (-1,36 V) daha yüksek (yani daha az negatif) olduğu için, anotta öncelikli olarak su yükseltgenerek oksijen gazı oluşması beklenir. Ancak, derişik klorür çözeltilerinde ve oksijenin açığa çıkması için gereken aşırı gerilim (overpotential) nedeniyle, anotta öncelikli olarak \(Cl^{-}\) iyonları yükseltgenerek klor gazı (\(Cl_{2}\)) oluşur.



Özetle:

Katotta: Bakır (Cu) metali

Anotta: Klor (Cl\(_2\)) gazı