Nümunə Suallar və Elektrokimyəvi Tətbiqlərin Müzakirələri
Elektrokimya kimyəvi reaksiyalar və elektrik enerjisi arasındakı əlaqəni öyrənən kimyanın bir qoludur. Gündəlik həyatda elektrokimyaya batareyalar, sensorlar, korroziya və elektrokaplama prosesləri kimi müxtəlif sahələrdə rast gəlmək olar. Bunu daha yaxşı başa düşmək üçün elektrokimya tətbiqləri ilə bağlı bir neçə nümunə problem və müzakirə təqdim edirik.
Nümunə Sual 1: Qalvanik Batareya (Voltaik Element)
Sual:
Qalvanik element müvafiq olaraq ZnSO₄ və CuSO₄ məhlullarına batırılmış Zn (sink) və Cu (mis) elektrodlarından hazırlanır. Zn²⁺/Zn üçün standart elektrod potensialı -0,76 V, Cu²⁺/Cu üçün isə +0,34 V-dur. Qalvanik elementin element gərginliyini (E° element) hesablayın.
Müzakirə:
1. Yarım Hüceyrə Reaksiyasını Təyin Edin:
– Sink (Zn) üçün yarımhüceyrə reaksiyası:
\[
Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-
\]
– Mis (Cu) üçün yarımhüceyrə reaksiyası:
\[
Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu
\]
2. Anod və Katodun Müəyyənləşdirilməsi:
– Anod (oksidləşmə): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (daha mənfi, -0.76 V)
– Katod (azalma): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (daha müsbət, +0.34 V)
3. Element Gərginliyinin Hesablanması (E° element):
– Standart element gərginliyi düsturu:
\[
E°_{\text{cell}} = E°_{\text{katod}} – E°_{\text{anod}}
\]
İlə:
\[
E°_{\text{katod}} = +0,34 \text{ V}
\]
\[
E°_{\text{anode}} = -0,76 \text{ V}
\]
– Beləliklə, element gərginliyi:
\[
E°_{\text{sel}} = 0.34 \text{ V} – (-0.76 \text{ V}) = 1.10 \text{ V}
\]
Nümunə Sual 2: NaCl Məhlulunun Elektrolizi
Sual:
İnert elektrodlardan istifadə edərək NaCl (aq) məhlulunun elektrolizində anod və katodda əmələ gələn qazları təyin edin. Həmçinin, hər bir elektrodda baş verən reaksiyaları yazın.
Müzakirə:
1. Elektrodda Reaksiya:
– Katod (Reduksiya):
İştirak edə biləcək ionlar Na⁺ və H₂O-dur.
Adətən baş verən reduksiya reaksiyaları bunlardır:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
Beləliklə, katodda əmələ gələn qaz \(H_2 \)-dir.
– Anod (Oksidləşmə):
İştirak edə biləcək ionlar Cl⁻ və H₂O-dur.
Adətən baş verən oksidləşmə reaksiyaları bunlardır:
\[
2Cl^- \rightarrow Cl_2 (g) + 2e^-
\]
Beləliklə, anodda əmələ gələn qaz \(Cl_2 \)-dir.
2. Ümumi reaksiya:
– Katodda reaksiya:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
– Anodda reaksiya:
\[
2Cl^- \rightarrow Cl_2 (g) + 2e^-
\]
– Ümumi reaksiya:
\[
2H_2O + 2Cl^- \rightarrow H_2 (g) + Cl_2 (g) + 2OH^-
\]
Nümunə Sual 3: Elektrokaplama Prosesi
Sual:
AgNO₃ məhlulunda 2 saat ərzində 0,5 A elektrik cərəyanı tətbiq etməklə katoda çökmüş gümüşün kütləsini (Ag) hesablayın. Gümüşün molyar kütləsi 107,87 q/mol-dur və 1 Faradey 96.485 C/mol e⁻-a bərabərdir.
Müzakirə:
1. Ümumi elektrik yükünü (Q) təyin edin:
– Cərəyan (I) = 0.5 A
– Vaxt (t) = 2 saat = 2 × 3600 saniyə = 7200 saniyə
– Ümumi elektrik yükü (Q) aşağıdakı düsturla hesablanır:
\[
Q = I \times t
\]
- Beləliklə:
\[
Q = 0.5 \text{ A} \times 7200 \text{ s} = 3600 \text{ C}
\]
2. Elektronların Mol Sayının (n) Hesablanması:
– 1 mol elektron = 96.485 C
– Verilən elektronların mol sayı:
\[
n = \frac{3600 \text{ C}}{96.485 \text{ C/mol}} \təxminən 0.0373 \text{ mol}
\]
3. Çökdürülmüş Gümüşün Kütləsinin Təyin Edilməsi:
– Katodda reduksiya reaksiyası:
\[
Ag^+ + e^- \rightarrow Ag \text{ (s)}
\]
– 1 mol elektron 1 mol Ag əmələ gətirir
– Yatırılan Ag mollarının sayı:
\[
0.0373 \text{ mol Ag}
\]
– Ag-ın molyar kütləsindən (107,87 q/mol) istifadə edərək:
\[
\text{Ag kütləsi} = 0.0373 \text{mol} \dəfə 107.87 \text{q/mol} \təxminən 4.02 \text{g}
\]
Beləliklə, katoda çökən gümüşün kütləsi təxminən 4.02 qramdır.
Nümunə Sual 4: Korroziya
Sual:
Dəmirin nəm mühitdə korroziya prosesini təsvir edin və baş verən kimyəvi reaksiyaları yazın.
Müzakirə:
1. Korroziya mərhələləri:
– Anodda reaksiya:
Dəmir dəmir ionlarına oksidləşir:
\[
Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-
\]
– Katodda reaksiya:
Havadakı oksigen anoddan çıxan su və elektronlarla reaksiyaya girir:
\[
O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O
\]
Neytral-turşu olmayan mühitdə reaksiyanın daha çox ehtimal olunanı:
\[
O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-
\]
2. Dəmir Hidroksidin əmələ gəlməsi:
– Fe²⁺ ionları OH⁻ ionları ilə birləşərək Fe(OH)₂ əmələ gətirir:
\[
Fe^{2+} + 2OH^- \rightarrow Fe(OH)_2
\]
3. Pas əmələ gəlməsi:
– Fe(OH)₂-un daha da oksidləşməsi pas əmələ gətirmək üçün quruyan Fe(OH)₃ əmələ gətirir (Fe₂O₃.nH₂O):
\[
4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3
\]
– Fe(OH)₃ su itirməklə Fe₂O₃-a çevrilə bilər:
\[
2Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 + 3H_2O
\]
Bu proses dəmirin bir sıra elektrokimyəvi reaksiyalar vasitəsilə necə korroziyaya uğradığını nümayiş etdirir. Korroziya haqqında məlumat binalarda və infrastrukturda metal materialların davamlılığını qorumaq üçün vacibdir.
Yuxarıdakı nümunə sualları və müzakirələri başa düşməklə, oxucuların elektrokimyəvi prinsiplərin gündəlik həyatda praktik tətbiqi barədə daha aydın təsəvvür əldə edə biləcəklərinə ümid edilir.
