ÖRNEK: 1
Bir redoks reaksiyonunun hücre
diyagramıyla tanımlanması
Aluminyum metali, sulu çözeltide çinko (2) iyonlarıyla yer
değiştirir.
a. Yükseltgenme, indirgenme ve toplam reaksiyonları yazın.
b. Bu reaksiyonun gerçekleştiği bir voltaik hücredeki hücre
diyagramını gösterin.
Çözüm:
a. İki yarı-eşitlik:
Yükseltgenme ve indirgenme reaksiyonlarındaki elektron sayıları eşit değildir; toplam reaksiyonu yazabilmek için önce elektron sayılarının eşitliği sağlanır.
b. Anot yarı-hücrede Al(k) yükseltgenerek Al+3(sulu) iyonlarına dönüşmüştür; yani, hücre diyagramının sol tarafına yazılır.
Zn+2(sulu) iyonları katot yarı-hücrede
indirgenerek Zn(k) metali haline geçmiştir; yani, hücre diyagramında sağ tarafa
yazılır.
Hücre
diyagramı:
ÖRNEK: 2
Verilen bir
hücre diyagramından redoks reaksiyonunun yazılması
Bir elektrokimyasal hücre için aşağıdaki hücre diyagramı
verilmektedir:
Elektrotlarda meydana gelen yarı-reaksiyonları ve toplam reaksiyonu yazın.
Çözüm:
Yükseltgenme
ve indirgenme reaksiyonlarındaki elektron sayıları eşit değildir; toplam
reaksiyonu yazabilmek için önce elektron sayılarının eşitliği sağlanır.
ÖRNEK: 3
Bir redoks reaksiyonunda kendiliğinden reaksiyon
Hücre diyagramı:
olan bir hücrede aşağıdaki reaksiyon kendiliğinden gerçekleşebilir mi?
Çözüm:
Reaksiyonun kendiliğinden gerçekleşebilmesi için E0hücre değerinin sıfırdan büyük olması gerekir. E0 verilerinden E0hücre değeri bulunur.
Reaksiyonun kendiliğinden gerçekleşebilmesi için E0hücre değerinin sıfırdan büyük olması gerekir. E0 verilerinden E0hücre değeri bulunur.
ÖRNEK: 4
Standart olmayan koşullarda kendiliğinden reaksiyon
Hücre diyagramı:
Çözüm:
Reaksiyonun kendiliğinden gerçekleşebilmesi için E0hücre değerinin sıfırdan büyük olması gerekir. E0 verilerinden Ehücre değeri bulunur.
Reaksiyonun kendiliğinden gerçekleşebilmesi için E0hücre değerinin sıfırdan büyük olması gerekir. E0 verilerinden Ehücre değeri bulunur.
[Ag+]2
= 0.075 M ve [Hg+2] = 0.85 M
değerleri biliniyor,
E0hücre > 0 olduğundan, reaksiyon kendiliğinden gerçekleşir.
ÖRNEK: 5
Bir reaksiyon
için E0 değerlerinden E0hücre
potansiyelinin, ve hücre potansiyelinden DG0 değerinin bulunması
Aşağıdaki reaksiyon için,
a. Hücre potansiyeli nedir? E0hücre = ?, b. Standart Gibbs enerji değişikliği ne kadardır? DG0 = ?.
Çözüm:
a. Zn (k) + Cl2 (g, 1 atm) ® ZnCl2 (sulu, 1 M) E0hücre = ?
a. Zn (k) + Cl2 (g, 1 atm) ® ZnCl2 (sulu, 1 M) E0hücre = ?
b. DG0
= ?
ÖRNEK: 6
Bir redoks reaksiyonunda K ve E0hücre
ilişkisi
Sulu çözeltide 25 0C’de
bakır metali ile demir(3) iyonları arasındaki reaksiyon için K denge sabiti
nedir?
Çözüm:
ÖRNEK: 7
Ehücre
değerinin tayini için Nernst eşitliğinin uygulanması
Hücre diyagramı verilen voltaik
hücrenin Ehücre değeri nedir?
Hücre diyagramı:
Hücre reaksiyonu:
Konsantrasyonlar:
ÖRNEK: 8
Hücre diyagramı aşağıda verilen hücrenin,
a. Konsantrasyon değerleri kullanılarak hesaplanan potansiyeli nedir? b. Aktivite değerleri kullanılarak hesaplanan potansiyeli nedir?
Verilenler:
a.
Yarı-reaksiyonlar ve standart
potansiyeller,
Nötral bir çözeltide az miktarda HSO4-
oluşur; bu nedenle,
Kurşun elektrodun potansiyeli:
Soruda verilen diğer konsantrasyonlar için de aynı şekilde hücre potansiyelleri hesaplanır. Sonuçlar aşağıdaki tabloda toplanmıştır.
b. Zn+2 ve SO4-2
iyonlarının aktivite katsayılarını hesaplamak için, önce, aşağıdaki eşitlikten
iyonik şiddetler hesaplanır.
M1, M2, M3, --- çözeltideki çeşitli iyonların molar konsantrasyonlar, Z1, Z2, Z3, --- bunların yükleridir.
Sülfat için : aA = 4.0 değeri için aktivite katsayısı hesaplanır.
Çinko iyonunun (Zn+2) aktivite katsayısı da aynı eşitlikler kullanılarak hesaplanır.
Pb ve Zn elektrotları için Nernst denkleminden elektrot potansiyelleri bulunur.
Bu değerlere göre hücre potansiyeli hesaplanır.
Diğer konsantrasyonlar için de benzer hesaplamalarla hücre potansiyelleri aşağıdaki tabloda toplanmıştır.
Yüksek iyonik şiddetlerde (b)
kolonundaki değerler, yani aktiviteye göre hesaplanan hücre potansiyelleri
deneysel sonuçlara daha fazla uygunluk gösterirler.
ÖRNEK: 9
0.010M CuSO4 çözeltisi
ve 1.0 x 10-4 M hidrojen iyonu konsantrasyonu olabilecek kadar
yeterli miktarda sülfürik asit içeren bir çözeltiden metalik bakır ayrılması
için gerekli olan potansiyel nedir?
Çözüm:
Bakır ayrılması katotda olur.
Ortamda kolaylıkla yükseltgenebilen maddeler bulunmadığından anot reaksiyonu, H2O’nun
O2'ye yükseltgenmesi reaksiyonu olacaktır. Standart potansiyeller
tablosundan aşağıdaki veriler bulunur.
Buna göre bakır elektrot için,
Oksijenin 1.00 atm'de çıktığı
kabul edilerek oksijen elektrodunun potansiyeli:
Bu değerlerden hücre potansiyeli
hesaplanır.
Elde edilen sonuçlara göre
aşağıdaki reaksiyon, 0.715 V'dan daha büyük bir potansiyel uygulanması
durumunda gerçekleşir.
ÖRNEK: 10
Aşağıdaki reaksiyon için:
a. [Cu+2] = 0.3 M, [Fe+2]
= 0.1 M olduğunda hücre potansiyeli nedir?
b. Aynı hücre, [Cu+2] =
0.3 M olduğunda, Ehücre = + 0.76 V değerini gösteriyorsa, [Fe+2]
ne kadadır?.
Çözüm:
Öncelikle, yarım-hücre
reaksiyonları yazılarak E0hücre değeri bulunur.
a. [Cu+2] = 0.3 M, [Fe+2]
= 0.1 M değerleri veriliyor.
Nernst eşitliğinden Ehücre
hesaplanır.
b. [Cu+2] = 0.3 M
olduğunda,
ÖRNEK: 11
Gümüş elektrotlu, anot bölmesinde
0.1 M AgNO3, katot bölmesinde 1 M AgNO3 çözeltisi bulunan
bir hücrenin Ehücre = ? V
Çözüm:
Her iki bölmedeki gümüş iyonu
konsantrasyonu (Ag+) 1M olsaydı, E01/2 değerleri aynıdır;
dolayısıyla, E0hücre = 0 V’tur.
Demir elektrotlu, anot bölmesinde
0.01 M ve katot bölmesinde 0.1 M Fe+2 çözeltisi bulunan bir hücrenin
Ehücre = ? V
Çözüm:
ÖRNEK: 13
Hücre potansiyellerine akımın etkisi
Hücre diyagramı:
Olan bir galvanik hücreden (hücre direnci 4 ohm kabul
ediliyor),
a. 0.100A akım çekildiği zamanki potansiyel nedir? b. Hücrenin ters yönde 0.100 A akım üretmesi için gerekli
potansiyel nedir?
Çözüm:
Nernst denkleminden: 0.0100 M Cd+2 çözeltisine daldırılmış kadmiyum
elektrodun bulunduğu yarı-hücrenin potansiyeli:
0.0100 M Cu+2 çözeltisine daldırılmış bakır
elektrodun bulunduğu yarı-hücrenin potansiyeli:
a. Nernst denklemi, Cd elektrotunun potansiyelinin -0.462
V, Cu elektrotunun da +0.281 V olduğunu gösterir. Buna göre hücre potansiyeli
Bu hücrenin elektromotor kuvveti (E) bir akım bulunması
halinde düşer.
b. Örnekteki hücrenin ters yönde 0.100A akım üretmesi için
gerekli potansiyel:
0.100A akım alınabilmesi için Cd+2 iyonlarından
metalik kadmiyum ve metalik bakırdan da Cu+2 iyonlarının oluşmasını
sağlayacak 1.143 V'dan daha büyük bir dış potansiyele gereksinim vardır.
ÖRNEK:
14
Standart
elektrot potansiyeli E0 değerinin ölçülmesi
a. Anodun hidrojen elektrodu,
katodun bakır elektrodu olduğu bir hücrede 0.340 V bir potansiyel oluştuğu
görülür; standart elektrot potansiyeli E0Cu+2/Cu
nedir?
Hücre diyagramı:
b. Anodun hidrojen elektrodu, katodun çinko elektrodu olduğu bir hücrede -0.763 V bir potansiyel oluştuğu görülür; standart elektrot potansiyeli E0 Zn+2/Zn nedir?
Hücre diyagramı:
Çözüm:
Standart hücre potansiyeli, E0hücre:
iki standart elektrottan oluşan bir hücrenin potansiyel farkıdır.
ÖRNEK:
15
Anodun kadmiyum elektrodu, katodun hidrojen elektrodu
olduğu bir hücrede -0.403
V bir potansiyel oluştuğu görülür, standart elektrot potansiyeli E0Cd+2/Cd nedir?
Hücre
diyagramı:
Çözüm:
Standart hücre potansiyeli, E0hücre:
iki standart elektrottan oluşan bir hücrenin potansiyel farkıdır.
Standart elektrot potansiyelinin işareti negatiftir;
aşağıdaki eşitlik yazılabilir.
ÖRNEK:
16
Çözünürlüğü
az bir bileşiğin Ksp değerinin bulunması
Hücre diyagramı:
olan bir hücre ile AgI bileşiğinin Ksp değerinin bulunması.
Çözüm:
AgI
bileşiğinin Ksp değerinin bulunması.
Hücre için Nernst denkleminden Ag+ iyonlarının konsantrasyonu bulunur, ve çözünürlük ürünleri eşitliğinden denge sabiti hesaplanır.
x = doygun gümüş iyodür çözeltisindeki [Ag+]
Doyun AgI çözeltisinde Ag+ ve I- konsantrasyonları eşit olsuğundan,
ÖRNEK: 17
E0 değerlerinden yarı-hücre
potansiyellerinin hesaplanması
Gümüş iyodür ile doygun olan ve
iyodür aktivitesi tam 1.00 olan bir çözeltiye daldırılmış gümüş elektrotun
potansiyeli nedir (AgI'ün çözünürlük çarpımı sabiti Kçç = 8.3 x 10-17
dir)?
[Ag+] değerini, çözünürlük çarpımı sabitinden hesaplayabiliriz.
Nernst denkleminde yerine konur :
Burada [ I-] yerine 1.00, Ksp yerine de 8.3 x 10-17 konularak E değeri bulunur.
Bu örnek, gümüş iyonunun indirgenmesindeki yarı-hücre potansiyelinin, iyodür iyonlarının bulunması halinde daha düşük olduğunu gösterir. Bu hal, gümüş iyonları konsantrasyonunun azalmasının, bu iyonların indirgenme yeteneğinin de azalmasına sebep olması bakımından beklenen bir durumdur.
ÖRNEK:
18
0.0100M Cd+2 çözeltisine daldırılmış kadmiyum elektrodu bulunan bir yarı-hücrenin potansiyeli nedir?
Çözüm:
Buna göre Nernst denklemi yazılır ve [Cd+2] yerine 0.0100 M konsantrasyon değeri konularak yarı-hücrenin potansiyeli hesaplanır.
Potansiyel değerinin işareti, bu yarı-hücrenin standart hidrojen elektrodu ile birarada bulunması durumunda reaksiyonun yönünü belirtir. Burada işaret negatif olduğundan kendiliğinden reaksiyon ters yönde olur.
ÖRNEK: 19
Br2 ile doyurulmuş 0.0100M KBr çözeltisi içine daldırılmış platin bir elektrodun potansiyeli nedir?
Çözüm:
Buradaki yarı-hücre reaksiyonu:
Tüm işlem için Nerst denklemi :
Burada Br2 un saf sıvı içindeki aktivitesi sabittir ve 1.00 e eşittir. Buna göre,
0.0100N KBr ve 1.00 x 10-3
M Br2 karışımı bir çözeltiye daldırılan platin elektrodun
potansiyeli nedir?
Çözüm:
Burada, bir önceki örnekte görülen
yarı-reaksiyon uygulanamaz, çünkü çözelti Br2 ile doygun halde
değildir. Aşağıdaki yarı-reaksiyon yazılır.
Parantez içindeki (sulu) terimi, Br2 un tamamının çözeltide olduğunu belirtir; Yani Br- ve Br2 çözeltisinin aktiviteleri 1.00 mol/lt olduğu zaman yarı-hücrenin elektrot potansiyeli 1.087 V'dur. Oysa Br2 un 25 0C'deki sudaki çözünürlüğü sadece 0.18 mol/lt dir. Bu nedenle E0 = 1.087 V değeri, deneysel olarak gerçekleştirilmesi mümkün olmayan nazari bir sisteme göre bulunmuştur. Bu değer yine de önemlidir, çünkü doymamış sistemlerin potansiyellerinin hesaplanmasına olanak verir. Buna göre,
Burada Br2 aktivitesi doygun çözeltide olduğu gibi, 1.00 değil, 1.00 x 10-3 dür.
ÖRNEK: 21
Hücre diyagramı aşağıda verilen ve
E0hücre = 0.743 V olan,
Cd+2/Cd elektrodunun standart elektrot potansiyeli nedir? E0Cd+2/Cd = ? V
Çözüm:
Buradaki redoks reaksiyonunda bir
yarım-hücre potansiyeli (E0Cu+2/Cu) ve toplam reaksiyon
için E0hücre potansiyeli biliniyor.
ÖRNEK: 22
Hücre diyagramı:
Ag+/Ag elektrodunun standart elektrot potansiyeli nedir? E0Ag+/Ag = ? V
Çözüm:
ÖRNEK: 23
Bir gümüş indikatör elektrotu ve
bir doygun kalomel elektrotdan oluşan elektrot sistemi ile, 100 mL 0.0200 M
sodyum iyodürün 0.100 M gümüş nitrat ile potansiyometrik titrasyonu yapılıyor.
a. Eşdeğerlik noktasından 1.00 mL
önceki hücre potansiyeli nedir?
b. Eşdeğerlik noktasındaki hücre
potansiyeli nedir?
c. Eşdeğerlik noktasından 1.00 mL
sonraki hücre potansiyeli nedir?
Gerekli elektrot potansiyeli
verileri aşağıda verilmiştir.
Çözüm:
Tirasyonda eşdeğerlik noktasında
gerekli AgNO3 (mL) miktarı:
a. 19.0 mL titrant ilave edildikten sonra I- ‘ün normal konsantrasyonu,
olur. Çökeleğin çözünürlüğünden ilave bir miktar daha iyodür oluşur. Bu nedenle oluşan iyodürün konsantrasyonu gümüş iyonları konsantrasyonuna eşit olacaktır, böylece toplam iyodür konsantrasyonu
[ I-
] = 8.40 x 10-4 + [Ag+]
olur. [Ag+] << 8.40 x 10-4 M olduğu varsayılabilir, böylece indikatör elektrotun potansiyeli hesaplanır.
EAg
= - 0.151- 0.0591 log 8.40 x 10-4
= 0.031V
Kalomel elektrot anod ise, hücre potansiyeli bulunur
Ehücre
= 0.131- 0.241 = - 0.210V
b. Eşdeğerlik noktasında
[Ag+]
= [ I- ]
Gümüş iyodürün çözünürlük çarpımı 8.3 x 10-17 dir.
Kçç
= [Ag+] [ I- ] = 8.3 x 10-17
EAg
= - 0.151 - 0.0591 log 9.1 x 10-9 = 0.324
Kalomel elektrot anod olduğundan,
Ehücre
= 0.324 - 0.241 = 0.083V
Elektrotların polaritelerinin, titrantın ilk ilavesi ile eşdeğerlik noktası arasında değiştiğini belirtmek gerekir. Ancak böyle bir durumla çok sık karşılaşılmaz.
c. Eşdeğerlik noktası 1.00 mL
geçildiğinde fazla Ag+ konsantrasyonu,
Burada gümüş elektrotun davranışı aşağıdaki denklemle açıklanır:
