23Konu 23 / 34
Kimya ve Elektrik

Elektrot Potansiyelleri ve Piller

Hidrojen elektroduna göre ölçülen indirgenme potansiyellerinden aktiflik sırasına, pil potansiyeli ve istemliliğe, Nernst eşitliğiyle standart olmayan koşullara, pilin ömrüne ve lityum iyon pillere.

12. sınıf
AYT sıklığı
40 dk

Görsel anlatımla başla17 adım · sıfırdan başlar · az yazı, bol 3B

LevhaElektrot Potansiyelleri ve PillerElektrot Potansiyelleri ve Piller

Bir kalem pil $1{,}5\ \text{V}$ , bir telefon pili yaklaşık $3{,}7\ \text{V}$ verir. Fark, pilde elektron alışverişi yapan iki maddeden gelir.

Levhadaki metal levhalar elektron alma isteklerine göre dikey bir cetvele dizilmiş. İki levha arasındaki yükseklik farkı, o ikisinden kurulan pilin voltajıdır.

Isınma

Başlamadan: pil ve logaritma

Puansız. Takıldığın yer olursa ön koşul konuya göz at.

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

Bir galvanik hücrede yükseltgenme hangi elektrotta olur?

Açıklama

Anotta yükseltgenme olur; açığa çıkan elektronlar dış devreden katoda gider. Ayrıntı: Elektrotlar ve Elektrokimyasal Hücreler.

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

\text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \longrightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{Cu}

tepkimesinde indirgenen tür hangisidir?

Açıklama

$\text{Cu}^{2+}$ iki elektron alıp $\text{Cu}$ olur: yükseltgenme basamağı $+2$ ’den $0$ ’a iner.

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

\log 0{,}01

kaçtır?

Açıklama

$0{,}01 = 10^{-2}$ olduğundan $\log 0{,}01 = -2$ .

Temel

İndirgenme Potansiyelleri ve Aktiflik Sırası

1. Hidrojen Elektrodu Sıfır Kabul Edilir

Tek bir yarı hücrenin potansiyeli ölçülemez; voltmetre yalnızca iki yarı hücre arasındaki farkı okur. Bu yüzden bir yarı hücre başlangıç noktası seçilir.

Platin levha $1\ \text{M}$ $\text{H}^+$ çözeltisinde duruyor; üstüne $1\ \text{atm}$ $\text{H}_2$ gazı kabarcıklanıyor. Platin tepkimeye girmez, yalnızca elektron alışverişine yüzey olur.

Çinko yarı hücresi hidrojen elektroduna bağlandı. Voltmetre $0{,}76\ \text{V}$ okuyor ve elektronlar çinkodan platine akıyor: çinko yükseltgenir, $\text{H}^+$ indirgenir.

Çinkonun elektron alma isteği hidrojeninkinden azdır; potansiyeli bu yüzden eksi işaretlidir: $E^\circ_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0{,}76\ \text{V}$ .

Standart indirgenme potansiyelleri (25 °C). Satır aralıkları ölçekli değildir.

Örnek

kolay

Bakırın potansiyelini ölçmek

Bakır yarı hücresi ( $1\ \text{M}$ $\text{Cu}^{2+}$ ) standart hidrojen elektroduna bağlanıyor. Voltmetre $0{,}34\ \text{V}$ gösteriyor ve bakır levhanın kütlesi artıyor. $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$ yarı hücresinin standart indirgenme potansiyeli kaç volttur?

Bakır levhanın kütlesi artıyor: $\text{Cu}^{2+} + 2e^- \longrightarrow \text{Cu}$ . Bakır yarı hücresi katottur.

$\text{Cu}^{2+}$ , $\text{H}^+$ ’dan daha istekli indirgeniyor; bu yüzden $E^\circ$ artı işaretlidir ve büyüklüğü voltmetrenin okuduğu farktır.

Sonuç

$E^\circ_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0{,}34\ \text{V}$

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

Cetveldeki türlerden en güçlü yükseltgen (en kolay indirgenen) hangisidir?

Açıklama

En büyük $E^\circ$ ( $+0{,}80\ \text{V}$ ) $\text{Ag}^+$ iyonuna aittir; elektron almaya en istekli tür odur.

2. Aktiflik Sırası: $E^\circ$ Küçük Olan Metal Daha Aktiftir

Aktif metal elektronunu kolay verir. Cetvelde aşağıda kalan metal, yukarıdaki metalin iyonunu indirger.

Çinko levha mavi $\text{CuSO}_4$ çözeltisine daldırıldı: her $\text{Cu}^{2+}$ levhada bir bakır tanesi olarak birikiyor, yerine bir $\text{Zn}^{2+}$ çözeltiye geçiyor, mavi renk açılıyor. Bakır levha $\text{ZnSO}_4$ çözeltisinde ise değişmeden kalıyor.

Örnek

kolay

Demir çivi üç kapta

Demir çiviler ayrı ayrı $1\ \text{M}$ $\text{CuSO}_4$ (I), $1\ \text{M}$ $\text{ZnSO}_4$ (II) ve $1\ \text{M}$ $\text{HCl}$ (III) çözeltilerine atılıyor. Hangi kaplarda tepkime olur?

( $E^\circ$ : $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu} = +0{,}34$ ; $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn} = -0{,}76$ ; $\text{Fe}^{2+}/\text{Fe} = -0{,}44\ \text{V}$ )

Demirin $E^\circ$ değeri $-0{,}44\ \text{V}$ ’tur; demir yalnızca bundan büyük $E^\circ$ değerli iyonları indirger.

I: $+0{,}34 > -0{,}44$ , tepkime olur: $\text{Fe} + \text{Cu}^{2+} \longrightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{Cu}$ . III: $0{,}00 > -0{,}44$ , $\text{H}_2$ çıkar.

II: $-0{,}76 < -0{,}44$ ; çinko demirden aktiftir, tepkime olmaz.

Sonuç

I ve III numaralı kaplarda tepkime olur.

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

X metali

\text{Y}^{2+}

çözeltisine konunca aşınıyor. Standart indirgenme potansiyeli hangi metalin yarı hücresinde daha büyüktür?

Açıklama

X, $\text{Y}^{2+}$ ’yı indirgiyor; metal yalnızca $E^\circ$ değeri kendisininkinden büyük iyonu indirger.

Orta

Pil Potansiyeli, İstemlilik ve Nernst Eşitliği

3. Pil Potansiyeli = Katot − Anot

Cetvelden iki levha seç. Yukarıdaki katot, aşağıdaki anot olur; aradaki yükseklik pilin standart potansiyelidir. Çinko ile bakır arasında bu fark $1{,}10\ \text{V}$ ’tur.

Daniell pili: elektronlar dış devrede çinkodan bakıra akar, tuz köprüsü yükleri dengeler.

Örnek

orta

Daniell pili

\text{Zn}(\text{k})\,|\,\text{Zn}^{2+}(1\ \text{M})\,\|\,\text{Cu}^{2+}(1\ \text{M})\,|\,\text{Cu}(\text{k})

Bu pilin standart potansiyeli kaç volttur? Hangi levhanın kütlesi artar?

( $E^\circ$ : $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn} = -0{,}76$ ; $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu} = +0{,}34\ \text{V}$ )

$E^\circ$ değeri büyük olan katot olur: $\text{Cu}^{2+}$ katotta indirgenir, $\text{Zn}$ anotta yükseltgenir. Şemada da anot soldadır.

$E^\circ_{\text{pil}} = 0{,}34 - (-0{,}76) = 1{,}10\ \text{V}$

Katotta bakır birikir, anottaki çinko çözünür. Elektronlar dış devrede Zn’den Cu’ya akar.

Sonuç

$E^\circ_{\text{pil}} = 1{,}10\ \text{V}$ ; bakır levhanın kütlesi artar, çinkonunki azalır.

Örnek

orta

Deney defterinden aktiflik sırası

Bir öğrenci X, Y ve Z metalleriyle şunları gözlüyor:

X levha $\text{Y}^{2+}$ çözeltisinde aşınıyor.
Y, seyreltik $\text{HCl}$ çözeltisinde $\text{H}_2$ çıkarıyor.
Z, seyreltik $\text{HCl}$ ile tepkime vermiyor.

Üç metalin ve hidrojenin indirgenme potansiyellerini sırala. Hangi iki metalden kurulan pilin standart potansiyeli en büyüktür?

X, $\text{Y}^{2+}$ ’yı indirgiyor: $E^\circ_{\text{X}} < E^\circ_{\text{Y}}$ .

Y, $\text{H}^+$ ’yı indirgiyor: $E^\circ_{\text{Y}} < 0$ . Z indirgeyemiyor: $E^\circ_{\text{Z}} > 0$ .

Sıra $E^\circ_{\text{X}} < E^\circ_{\text{Y}} < 0 < E^\circ_{\text{Z}}$ . Pil potansiyeli cetveldeki uzaklıktır; en uzak iki uç X ve Z’dir.

Sonuç

$E^\circ_{\text{X}} < E^\circ_{\text{Y}} < E^\circ_{\text{H}} < E^\circ_{\text{Z}}$ ; en büyük potansiyel X (anot) ile Z (katot) pilindedir.

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

\text{Ni}(\text{k}) + \text{Sn}^{2+} \longrightarrow \text{Ni}^{2+} + \text{Sn}(\text{k})

tepkimesinin

E^\circ

değeri kaç volttur? İndirgenme potansiyelleri: Ni için

-0{,}25\ \text{V}

, Sn için

-0{,}14\ \text{V}

Açıklama

$E^\circ = E^\circ_{\text{katot}} - E^\circ_{\text{anot}} = -0{,}14 - (-0{,}25) = +0{,}11\ \text{V}$ ; tepkime istemlidir.

4. Derişim Değişince: Nernst Eşitliği

Derişimler $1\ \text{M}$ değilse potansiyel $E^\circ$ ’dan sapar. Tepkimeyi ileri iten değişiklik potansiyeli artırır.

Daniell pilinde soldaki $\text{Zn}^{2+}$ çoğaldıkça ya da sağdaki $\text{Cu}^{2+}$ azaldıkça voltmetre düşüyor. Tersini yapınca yükseliyor: ürün iyonu artarsa tepkimenin ileri gitme isteği azalır, giren iyonu artarsa çoğalır.

$Q$ , denge ifadesiyle aynı biçimde yazılır (Kimyasal Denge). $Q = 1$ iken ${E = E^\circ}$ ’dır.

\log Q

arttıkça

E

doğrusal azalır; eğim

-0{,}059/n

’dir.

Örnek

orta

Seyreltik bakır çözeltisiyle Daniell pili

$25\,^\circ\text{C}$ ’de $[\text{Zn}^{2+}] = 1\ \text{M}$ ve $[\text{Cu}^{2+}] = 0{,}01\ \text{M}$ olan Daniell pilinin potansiyeli kaç volttur? ( $E^\circ = 1{,}10\ \text{V}$ )

Tepkime: $\text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \longrightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{Cu}$ ; $n = 2$ .

Katılar yazılmaz: $Q = \dfrac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Cu}^{2+}]} = \dfrac{1}{0{,}01} = 100$ , $\log Q = 2$ .

$E = 1{,}10 - \dfrac{0{,}059}{2} \cdot 2 = 1{,}10 - 0{,}059$

Sonuç

$E = 1{,}041\ \text{V}$ ; giren iyon seyreltik olduğu için potansiyel $E^\circ$ ’dan küçüktür.

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

Çalışan bir pilde

Q < 1

ise hücre potansiyeli için ne söylenir?

Açıklama

$\log Q < 0$ olduğundan $-\dfrac{0{,}059}{n}\log Q > 0$ olur ve $E > E^\circ$ çıkar.

İleri

Derişim Pili, Pilin Ömrü ve Lityum İyon Pil

5. Derişim Pili: Aynı Elektrot, Farklı Derişim

İki yarı hücre aynıysa $E^\circ = 0$ ’dır. Derişimler farklıysa yine de akım geçer; seyreltik taraf anot olur.

İki kapta da gümüş levha var; soldaki çözeltide $\text{Ag}^+$ iyonları seyrek, sağdakinde sık. Seyreltik taraftaki levha çözünüyor, derişik taraftaki büyüyor; derişimler eşitlenince voltmetre sıfıra iniyor.

Örnek

zor

Gümüş derişim pili

\text{Ag}(\text{k})\,|\,\text{Ag}^+(0{,}001\ \text{M})\,\|\,\text{Ag}^+(0{,}1\ \text{M})\,|\,\text{Ag}(\text{k})

Bu pilin $25\,^\circ\text{C}$ ’deki potansiyeli kaç volttur?

Anot (seyreltik): $\text{Ag} \longrightarrow \text{Ag}^+ + e^-$ . Katot (derişik): $\text{Ag}^+ + e^- \longrightarrow \text{Ag}$ . $n = 1$ , $E^\circ = 0$ .

Anotta oluşan iyon üründür: $Q = \dfrac{[\text{Ag}^+]_{\text{anot}}}{[\text{Ag}^+]_{\text{katot}}} = \dfrac{0{,}001}{0{,}1} = 10^{-2}$ .

$E = 0 - 0{,}059 \cdot \log 10^{-2} = 0{,}059 \cdot 2$

Sonuç

$E = 0{,}118\ \text{V}$ . Pil çalıştıkça derişimler birbirine yaklaşır, potansiyel düşer.

6. Pilin Voltajı ve Kullanım Ömrü

Pil çalışırken çinko levha inceliyor, bakır levha kalınlaşıyor; $\text{Zn}^{2+}$ çoğalıyor, $\text{Cu}^{2+}$ azalıyor. $Q$ büyüdükçe voltmetre düşüyor; tepkime dengeye ulaşınca $E = 0$ olur ve pil biter.

Pil	Anot / katot	Hücre voltajı	Yeniden dolar mı?
Çinko–karbon (kuru pil)	Zn / $\text{MnO}_2$	$1{,}5\ \text{V}$	Hayır
Alkali pil	Zn / $\text{MnO}_2$ (bazik)	$1{,}5\ \text{V}$	Hayır
Kurşun–asit akü	Pb / $\text{PbO}_2$	$2{,}0\ \text{V}$	Evet
Nikel–kadmiyum	Cd / $\text{NiO(OH)}$	$1{,}2\ \text{V}$	Evet
Lityum iyon	Grafit / $\text{LiCoO}_2$	$3{,}7\ \text{V}$	Evet

Örnek

zor

Zayıflayan pil

Bir öğrenci $[\text{Zn}^{2+}] = 0{,}1\ \text{M}$ ve $[\text{Cu}^{2+}] = 1\ \text{M}$ çözeltileriyle bir Daniell pili ( $E^\circ = 1{,}10\ \text{V}$ ) kurup bir LED yakıyor. Bir süre sonra derişimler $[\text{Zn}^{2+}] = 1\ \text{M}$ ve $[\text{Cu}^{2+}] = 0{,}1\ \text{M}$ oluyor. $25\,^\circ\text{C}$ ’de pilin potansiyeli kaç volt azalmıştır?

Başta $Q = \dfrac{0{,}1}{1} = 10^{-1}$ : $E_1 = 1{,}10 - 0{,}0295 \cdot (-1) = 1{,}1295\ \text{V}$ .

Sonda $Q = \dfrac{1}{0{,}1} = 10$ : $E_2 = 1{,}10 - 0{,}0295 \cdot 1 = 1{,}0705\ \text{V}$ .

$Q$ büyüdükçe $E$ düşer. $\text{Cu}^{2+}$ neredeyse tükenince tepkime dengeye ulaşır ve pil biter.

Sonuç

$E_1 - E_2 = 0{,}059\ \text{V}$ azalmıştır.

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

Kalem (AA) boy bir alkali pil

1{,}5\ \text{V}

verir. Aynı türden büyük boy (D) alkali pilin voltajı kaç volttur?

Açıklama

İki pilde de elektrot çifti aynı olduğundan voltaj $1{,}5\ \text{V}$ ’tur. Fark ömürdedir: D pilinde daha çok madde olduğundan aynı akımla daha uzun süre çalışır.

7. Lityum İyon Pil

Lityum, cetvelin en altında ( $-3{,}04\ \text{V}$ ) ve en hafif metaldir. Lityumlu piller bu yüzden hem yüksek voltaj hem kütlece yüksek enerji verir.

Solda grafit katmanları (anot), sağda lityum kobalt oksit katmanları (katot) var. Pil çalışırken $\text{Li}^+$ iyonları elektrolitten geçip katot katmanlarına yerleşiyor, elektronlar dış devreden gidiyor. Şarjda iyonlar geri dönüyor.

Deşarj: Li⁺ iyonları elektrolitten, elektronlar dış devreden anottan katoda gider.

Lityum iyon piller akıllı telefon, dizüstü bilgisayar ve kablosuz kulaklıkta; elektrikli otomobil, bisiklet ve skuterde; güneş ve rüzgâr elektriğini depolayan sistemlerde kullanılır.

Üstünlükleri: hafiftir, voltajı yüksektir, yüzlerce kez dolar, bellek etkisi yoktur, kendi kendine az boşalır.
Sakıncaları: aşırı ısınma ya da delinmede yangın riski vardır; lityum ve kobalt kaynakları sınırlıdır, geri dönüştürülmeleri gerekir.

Kendini dene

Puan yok, deneme sınırsız

Lityum iyon pil deşarj olurken

\text{Li}^+

iyonları hangi elektroda doğru göç eder?

Açıklama

Deşarjda grafitteki lityum yükseltgenir; $\text{Li}^+$ elektrolitten, elektron dış devreden katoda gider ve metal oksit katmanlarına yerleşir.

Özet

Bu konudan aklında kalacaklar

Hidrojen elektrodu $E^\circ = 0{,}00\ \text{V}$ kabul edilir; bütün indirgenme potansiyelleri ona göre ölçülür.
$E^\circ$ büyükse iyon kolay indirgenir; $E^\circ$ küçükse metal aktiftir.
Metal, $E^\circ$ değeri kendisininkinden büyük olan iyonu indirger.
Pil potansiyeli $E^\circ_{\text{pil}} = E^\circ_{\text{katot}} - E^\circ_{\text{anot}}$ ; artıysa tepkime istemlidir.
Çarpmak $E^\circ$ ’ı değiştirmez; ters çevirmek işaretini değiştirir.
Nernst: $E = E^\circ - \dfrac{0{,}059}{n}\log Q$ ; katılar yazılmaz, katsayılar üs olur.
Pil biter: $Q$ büyür, $E$ düşer, dengede $E = 0$ olur.
Voltaj elektrot çiftine, ömür madde miktarına bağlıdır.
Lityum iyon pil: $\text{Li}^+$ grafit ile metal oksit arasında gidip gelir; yaklaşık $3{,}7\ \text{V}$ .

Çıkmış Sorular

Sınavda nasıl soruldu?

8 çıkmış soru5 özgün soru

2026 AYTSoru 23

Orta

Standart pil potansiyeli ve istemlilik

Tuz köprüsünde $\text{KNO}_3(\text{suda})$ bulunan bir elektrokimyasal hücrenin şeması şöyledir:

\text{Fe}(\text{k})\,|\,\text{Fe}^{2+}(\text{suda},\ 1\ \text{M})\,\|\,\text{Fe}^{3+}(\text{suda},\ 1\ \text{M}),\ \text{Fe}^{2+}(\text{suda},\ 1\ \text{M})\,|\,\text{Pt}(\text{k})

$25\,^\circ\text{C}$ ’de bu hücreyle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

\begin{aligned} \text{Fe}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Fe}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}440\ \text{V}\\ \text{Fe}^{3+}(\text{suda}) + e^- &\longrightarrow \text{Fe}^{2+}(\text{suda}) & E^\circ &= 0{,}771\ \text{V} \end{aligned}

İpucu

Sağdaki platin tepkimeye girmez; orada hangi demir iyonunun hangisine dönüştüğünü yaz.

ÖSYM kitapçığında gör (s. 44)

Çözüm

1. Yarı tepkimeler. Şemada sol taraf anottur: $\text{Fe} \longrightarrow \text{Fe}^{2+} + 2e^-$ . Sağda platin yalnızca yüzeydir; katotta $\text{Fe}^{3+} + e^- \longrightarrow \text{Fe}^{2+}$ olur.

2. Potansiyel. $E^\circ_{\text{pil}} = 0{,}771 - (-0{,}440) = 1{,}211\ \text{V}$ . D doğrudur.

3. Öteki seçenekler.

A: Solda demir çözünür, $\text{Fe}^{2+}$ derişimi artar.
B: Anotta artı yük birikir; köprüden anoda $\text{NO}_3^-$ , katoda $\text{K}^+$ gider.
C: Anottaki demir aşınır, katotta demir birikmez; toplam $\text{Fe}(\text{k})$ azalır.
E: $\text{Fe}^{3+}$ katot tepkimesinin girenidir; eklemek $Q$ ’yu küçültür, potansiyeli artırır.

Tuzak: sağ yarı hücrede de demir iyonu olduğu için orada demir biriktiğini sanmak. Platin üzerinde $\text{Fe}^{3+}$ yalnızca $\text{Fe}^{2+}$ ’ya iner.

Cevap: D

2025 AYTSoru 22

Orta

Standart pil potansiyeli ve istemlilik

Şeması aşağıda verilen elektrokimyasal hücre standart koşullarda kuruluyor:

\text{Cd}(\text{k})\,|\,\text{Cd}^{2+}(\text{suda},\ 1\ \text{M})\,\|\,\text{Ag}^+(\text{suda},\ 1\ \text{M})\,|\,\text{Ag}(\text{k})

Bu hücreyle ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

\begin{aligned} \text{Ag}^+(\text{suda}) + e^- &\longrightarrow \text{Ag}(\text{k}) & E^\circ &= 0{,}799\ \text{V}\\ \text{Cd}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Cd}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}402\ \text{V} \end{aligned}

İpucu

Önce hangi iyonun indirgeneceğini $E^\circ$ değerlerinden bul; anot, katot ve elektron yönü buradan çıkar.

ÖSYM kitapçığında gör (s. 44)

Çözüm

1. Anot ve katot. $E^\circ$ değeri büyük olan $\text{Ag}^+$ indirgenir: Ag yarı hücresi katottur. Cd yükseltgenir, anottur.

2. İstemli tepkime. $\text{Cd} + 2\text{Ag}^+ \longrightarrow \text{Cd}^{2+} + 2\text{Ag}$ ; $E^\circ = 0{,}799 - (-0{,}402) = 1{,}201\ \text{V}$ . Gümüş yarı tepkimesini $2$ ile çarpmak $E^\circ$ ’ı değiştirmez.

3. Seçenekler. A’daki tepkime bunun tersidir: $E^\circ = -1{,}201\ \text{V}$ , istemsizdir. A doğrudur.

B: $0{,}397$ , işaretlere bakmadan $0{,}799 - 0{,}402$ yapılınca bulunur.
C: Cd yarı hücresi anottur.
D: Elektronlar dış devrede anottan (Cd) katoda (Ag) akar.
E: Katotta gümüş birikir; $\text{Ag}(\text{k})$ artar.

Cevap: A

2024 AYTSoru 23

Zor

Standart olmayan koşullarda pil potansiyeli

Şeması aşağıda verilen galvanik hücrenin $25\,^\circ\text{C}$ ’deki potansiyeli $E_{\text{hücre}} = 0\ \text{V}$ olarak ölçülüyor.

\text{H}_2(\text{g},\ 1\ \text{atm})\,|\,\text{H}^+(\text{suda},\ 1\ \text{M})\,\|\,\text{Y}^+(\text{suda},\ x\ \text{M})\,|\,\text{Y}(\text{k})

Buna göre $\text{Y}^+(\text{suda})$ derişimi ( $x$ ) kaç molardır?

\begin{aligned} \text{Y}^+(\text{suda}) + e^- &\longrightarrow \text{Y}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}059\ \text{V}\\ 2\text{H}^+(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{H}_2(\text{g}) & E^\circ &= 0{,}0\ \text{V} \end{aligned}

( $25\,^\circ\text{C}$ ’de Nernst eşitliğindeki logaritmik terimin katsayısı $\dfrac{0{,}059}{n}$ ’dir; $n$ hücre tepkimesinde aktarılan elektron sayısıdır.)

İpucu

Şemada sol taraf anottur. Hücre tepkimesini yaz; $\text{Y}^+$ girendir ve $Q$ ’ya karesiyle girer.

ÖSYM kitapçığında gör (s. 43)

Çözüm

1. Hücre tepkimesi. Anot: $\text{H}_2 \longrightarrow 2\text{H}^+ + 2e^-$ . Katot: $2\text{Y}^+ + 2e^- \longrightarrow 2\text{Y}$ . Toplam: $\text{H}_2 + 2\text{Y}^+ \longrightarrow 2\text{H}^+ + 2\text{Y}$ , $n = 2$ .

2. Standart potansiyel. $E^\circ = -0{,}059 - 0 = -0{,}059\ \text{V}$ .

3. Nernst. $Q = \dfrac{[\text{H}^+]^2}{[\text{Y}^+]^2 \cdot P_{\text{H}_2}} = \dfrac{1}{x^2}$ :

0 = -0{,}059 - \dfrac{0{,}059}{2}\log\dfrac{1}{x^2} = -0{,}059 + 0{,}059\log x

$\log x = 1$ , yani $x = 10\ \text{M}$ .

Tuzak: $E^\circ$ ’ı $+0{,}059$ almak $x = 0{,}1$ (B) verir. Standart koşulda hücre istemsizdir; $\text{Y}^+$ derişimi $1\ \text{M}$ ’ın üstüne çıkınca katot tepkimesi ileri itilir ve potansiyel sıfıra yükselir.

Cevap: E

2023 AYTSoru 24

Orta

Standart pil potansiyeli ve istemlilik

İstemli çalıştığı bilinen bir elektrokimyasal hücrenin şeması aşağıdadır:

\text{X}(\text{k})\,|\,\text{X}^{2+}(\text{suda})\,\|\,\text{Y}^{2+}(\text{suda})\,|\,\text{Y}(\text{k})

Hücre Cd ve Zn metalleriyle kurulduğuna göre,

I. X metali Zn’dir.
II. Cd(k) miktarı zamanla azalır.
III. Standart hücre potansiyeli $+1{,}166\ \text{V}$ ’tur.

yargılarından hangileri doğrudur?

\begin{aligned} \text{Cd}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Cd}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}403\ \text{V}\\ \text{Zn}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Zn}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}763\ \text{V} \end{aligned}

İpucu

Şemada sol taraf anottur. İstemli hücrede $E^\circ$ değeri büyük olan tür katotta indirgenir.

ÖSYM kitapçığında gör (s. 44)

Çözüm

1. Anot ve katot. $E^\circ$ değeri büyük olan Cd ( $-0{,}403$ ) katot, Zn ( $-0{,}763$ ) anottur. Şemada anot solda olduğundan X = Zn, Y = Cd. I doğrudur.

2. Kütle değişimi. Katotta $\text{Cd}^{2+} + 2e^- \longrightarrow \text{Cd}$ olur; Cd(k) artar. II yanlıştır.

3. Potansiyel. $E^\circ = -0{,}403 - (-0{,}763) = +0{,}360\ \text{V}$ . III yanlıştır.

Tuzak: $+1{,}166$ , iki değerin mutlak değerleri toplanınca ( $0{,}403 + 0{,}763$ ) bulunur.

Cevap: A

2023 AYTSoru 25

Zor

Standart olmayan koşullarda pil potansiyeli

$25\,^\circ\text{C}$ ’de iki yarı hücre tuz köprüsüyle birleştiriliyor: biri $0{,}1\ \text{M}$ $\text{LiNO}_3$ çözeltisine daldırılmış Li elektrot, öteki $0{,}1\ \text{M}$ $\text{Pb}(\text{NO}_3)_2$ çözeltisine daldırılmış Pb elektrot. Oluşan hücrenin potansiyeli $E$ olarak ölçülüyor.

Ölçülen $E$ değerinin standart hücre potansiyeli ( $E^\circ$ ) cinsinden karşılığı aşağıdakilerden hangisidir?

\begin{aligned} \text{Li}^+(\text{suda}) + e^- &\longrightarrow \text{Li}(\text{k}) & E^\circ &= -3{,}05\ \text{V}\\ \text{Pb}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Pb}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}13\ \text{V} \end{aligned}

( $25\,^\circ\text{C}$ ’de Nernst eşitliğindeki logaritmik terimin katsayısı $0{,}059/n$ ’dir; $n$ tepkimede aktarılan elektron sayısıdır.)

İpucu

Hücre tepkimesini denkleştir: kaç $\text{Li}^+$ oluşuyor? Bu katsayı $Q$ ’da üs olur.

ÖSYM kitapçığında gör (s. 44)

Çözüm

1. Hücre tepkimesi. Li’nin $E^\circ$ değeri çok küçüktür: Li anot, Pb katot. $2\text{Li} + \text{Pb}^{2+} \longrightarrow 2\text{Li}^+ + \text{Pb}$ , $n = 2$ .

2. Tepkime oranı. Katılar yazılmaz: $Q = \dfrac{[\text{Li}^+]^2}{[\text{Pb}^{2+}]} = \dfrac{(0{,}1)^2}{0{,}1} = 0{,}1$ , $\log Q = -1$ .

3. Nernst. $E = E^\circ - \dfrac{0{,}059}{2} \cdot (-1) = E^\circ + 0{,}0295$ .

Tuzak: $[\text{Li}^+]$ ’nın karesini almamak $Q = 1$ ve $E = E^\circ$ (C), $n = 1$ almak $E^\circ + 0{,}059$ (E) verir.

Not: Gerçekte lityum metali suyla tepkimeye girer; soru yalnızca Nernst hesabını ölçer.

Cevap: B

2022 AYTSoru 23

Zor

Standart olmayan koşullarda pil potansiyeli

$25\,^\circ\text{C}$ ’de iki yarı hücre tuz köprüsüyle bağlanıyor: $0{,}01\ \text{M}$ $\text{Ag}^+$ çözeltisine daldırılmış Ag elektrot ve $0{,}01\ \text{M}$ $\text{Cu}^{2+}$ çözeltisine daldırılmış Cu elektrot. Hücre çalışırken Cu elektrodun kütlesinin azaldığı ve hücre potansiyelinin $P$ volt olduğu görülüyor.

Bu hücreyle ilgili,

I. Cu elektrot anottur.
II. $\text{Cu}^{2+}$ derişimi $1\ \text{M}$ yapılırsa hücre potansiyeli $(P - 0{,}059)$ V olur.
III. İki katyon çözeltisinin derişimi de $10$ katına çıkarılırsa hücre potansiyeli değişmez.

yargılarından hangileri doğrudur?

( $25\,^\circ\text{C}$ ’de Nernst eşitliğindeki logaritmik terimin katsayısı $0{,}059/n$ ’dir; $n$ hücre tepkimesinde aktarılan elektron sayısıdır.)

İpucu

Hücre tepkimesini yaz ve $Q$ ’yu kur. $[\text{Ag}^+]$ ’nın $Q$ ’ya hangi üsle girdiğine dikkat et.

ÖSYM kitapçığında gör (s. 44)

Çözüm

1. Anot. Cu elektrodun kütlesi azalıyor: Cu yükseltgenir, anottur. I doğrudur.

2. Nernst. $\text{Cu} + 2\text{Ag}^+ \longrightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{Ag}$ , $n = 2$ ; $E = E^\circ - 0{,}0295\log\dfrac{[\text{Cu}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2}$ . $P$ , verilen $0{,}01\ \text{M}$ derişimlerdeki potansiyel kabul edilir; anahtar bu yorumla uyuşur. $\dfrac{0{,}01}{(0{,}01)^2} = 100$ : $P = E^\circ - 0{,}059$ .

3. II. $\dfrac{1}{(0{,}01)^2} = 10^4$ : $E = E^\circ - 0{,}118 = P - 0{,}059$ . Doğrudur.

4. III. $\dfrac{0{,}1}{(0{,}1)^2} = 10$ : $E = E^\circ - 0{,}0295 = P + 0{,}0295$ . Potansiyel artar; yanlıştır.

Tuzak: iki derişim aynı oranda artınca $Q$ ’nun değişmediğini sanmak. $[\text{Ag}^+]$ karesiyle girdiği için $Q$ küçülür.

Cevap: D

2020 AYTSoru 26

Orta

Metallerin aktiflik sırası

Şekildeki üç kapta $25\,^\circ\text{C}$ ’de $1\ \text{M}$ ’lık birer sulu çözelti bulunuyor.

Aynı sıcaklıkta kapların her birine Cu metali konuluyor. Buna göre,

I. 1. kapta $\text{Ag}^+$ iyonları indirgenir, Cu metali $\text{Cu}^{2+}$ ’ya yükseltgenir.
II. 2. kapta hiçbir tepkime olmaz.
III. 3. kapta $\text{Ni}^{2+}$ iyonları indirgenir, Cu metali $\text{Cu}^{2+}$ ’ya yükseltgenir.

yargılarından hangileri doğrudur?

\begin{aligned} \text{Ag}^+(\text{suda}) + e^- &\longrightarrow \text{Ag}(\text{k}) & E^\circ &= +0{,}799\ \text{V}\\ \text{Zn}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Zn}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}763\ \text{V}\\ \text{Cu}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Cu}(\text{k}) & E^\circ &= +0{,}337\ \text{V}\\ \text{Ni}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Ni}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}250\ \text{V} \end{aligned}

İpucu

Bakır yalnızca $E^\circ$ değeri $+0{,}337\ \text{V}$ ’tan büyük olan iyonları indirgeyebilir.

ÖSYM kitapçığında gör (s. 43)

Çözüm

1. Kural. Cu, $E^\circ$ değeri kendisininkinden ( $+0{,}337$ ) büyük olan iyonu indirger; tepkimenin $E^\circ$ ’ı $E^\circ_{\text{iyon}} - 0{,}337$ ’dir.

2. Kaplar.

I: $0{,}799 - 0{,}337 = +0{,}462\ \text{V} > 0$ . $\text{Cu} + 2\text{Ag}^+ \longrightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{Ag}$ olur. Doğru.
II: $-0{,}763 - 0{,}337 = -1{,}100\ \text{V} < 0$ . Tepkime olmaz. Doğru.
III: $-0{,}250 - 0{,}337 = -0{,}587\ \text{V} < 0$ . Tepkime olmaz. Yanlış.

Aktiflik sırası Zn > Ni > Cu > Ag’dir; bakır yalnız kendisinden az aktif olan gümüşün iyonunu indirger.

Tuzak: III’te nikelin bakırdan aktif olduğunu gözden kaçırmak.

Cevap: D

2018 AYTSoru 22

Orta

Standart olmayan koşullarda pil potansiyeli

$25\,^\circ\text{C}$ ’de çalışan bir pilde şu tepkime gerçekleşiyor:

\text{Cu}^{2+}(\text{suda}) + \text{Pb}(\text{k}) \longrightarrow \text{Pb}^{2+}(\text{suda}) + \text{Cu}(\text{k})

Çözeltilerde $[\text{Cu}^{2+}] = 0{,}1\ \text{mol/L}$ ve $[\text{Pb}^{2+}] = 0{,}001\ \text{mol/L}$ ’dir.

Bu pilin potansiyeli kaç volttur?

(Nernst eşitliğindeki logaritmik terimin katsayısı $0{,}059/n$ ’dir; $n$ tepkimede aktarılan elektron sayısıdır.)

\begin{aligned} \text{Cu}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Cu}(\text{k}) & E^\circ &= +0{,}334\ \text{V}\\ \text{Pb}^{2+}(\text{suda}) + 2e^- &\longrightarrow \text{Pb}(\text{k}) & E^\circ &= -0{,}126\ \text{V} \end{aligned}

İpucu

Önce $E^\circ$ ’ı bul. Ürün iyonu girenden seyreltikse potansiyel $E^\circ$ ’dan büyük çıkar.

ÖSYM kitapçığında gör (s. 43)

Çözüm

1. Standart potansiyel. $\text{Cu}^{2+}$ indirgenir (katot), Pb yükseltgenir (anot): $E^\circ = 0{,}334 - (-0{,}126) = 0{,}460\ \text{V}$ .

2. Tepkime oranı. $n = 2$ ; katılar yazılmaz: $Q = \dfrac{[\text{Pb}^{2+}]}{[\text{Cu}^{2+}]} = \dfrac{0{,}001}{0{,}1} = 10^{-2}$ .

3. Nernst. $E = 0{,}460 - \dfrac{0{,}059}{2} \cdot (-2) = 0{,}460 + 0{,}059 = 0{,}519\ \text{V}$ .

Tuzak: derişimi hesaba katmamak $0{,}460$ (C), $\log Q$ ’nun işaretini ters almak $0{,}401$ (E) verir.

Cevap: A

Özgün sorular

Özgün soru1

Kolay

Metallerin aktiflik sırası

Zn, Fe, Cu ve Ag metallerinden alınan örnekler ayrı ayrı $1\ \text{M}$ $\text{HCl}$ çözeltisine atılıyor.

Hangi metallerin bulunduğu kaplarda $\text{H}_2$ gazı çıkar?

( $E^\circ$ : $\text{Zn}^{2+}/\text{Zn} = -0{,}76$ ; $\text{Fe}^{2+}/\text{Fe} = -0{,}44$ ; $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu} = +0{,}34$ ; $\text{Ag}^+/\text{Ag} = +0{,}80\ \text{V}$ )

Çözüm

1. Ölçüt. $\text{H}_2$ çıkması için metal $\text{H}^+$ ’yı indirgemelidir. $\text{H}^+/\text{H}_2$ için $E^\circ = 0{,}00\ \text{V}$ ’tur.

2. Karşılaştırma. Metal, $E^\circ$ değeri kendisininkinden büyük olan iyonu indirger. $E^\circ$ değeri $0$ ’dan küçük olan Zn ve Fe $\text{H}^+$ ’yı indirger; Cu ve Ag indirgeyemez.

Tuzak: $E^\circ$ değeri büyük olanı aktif sanmak C’yi verir. Aktif metalin $E^\circ$ değeri küçüktür.

Cevap: B

Özgün soru2

Orta

Pillerin voltajı ve kullanım ömrü

Aynı markanın $1{,}5\ \text{V}$ ’luk alkali pillerinden biri kalem (AA), diğeri büyük boy (D) pildir.

Bu pillerle ilgili,

I. İki pilin voltajı aynıdır.
II. Aynı akım çekildiğinde D pili daha uzun süre çalışır.
III. Dört AA pil paralel bağlanırsa $6{,}0\ \text{V}$ elde edilir.

yargılarından hangileri doğrudur?

İpucu

Voltaj neye, kullanım ömrü neye bağlıdır? Seri ve paralel bağlamayı ayır.

Çözüm

I. Voltaj elektrot çiftine bağlıdır; iki pilde de çift aynı (Zn ve $\text{MnO}_2$ ). Doğru.

II. D pilinde tepkimeye girebilecek madde daha çoktur; aynı akımla daha uzun süre çalışır. Doğru.

III. Paralel bağlamada voltaj $1{,}5\ \text{V}$ kalır, yalnızca çalışma süresi uzar. $6{,}0\ \text{V}$ için dört pil seri bağlanmalıdır. Yanlış.

Tuzak: büyük pilin voltajının da büyük olduğunu sanmak.

Cevap: C

Özgün soru3

Orta

Lityum iyon piller

Bir akıllı telefondaki lityum iyon pilin anodu grafit, katodu lityum kobalt oksittir.

Telefon kullanılırken (pil deşarj olurken),

I. $\text{Li}^+$ iyonları elektrolit içinden anottan katoda göç eder.
II. Elektronlar dış devrede katottan anoda akar.
III. Elektrolit sulu çözelti olamaz, çünkü lityum suyla tepkimeye girer.

yargılarından hangileri doğrudur?

İpucu

Deşarjda grafitteki lityum yükseltgenir. İyonlar ve elektronlar aynı yöne, farklı yollardan gider.

Çözüm

I. Anotta $\text{Li}_x\text{C}_6 \longrightarrow 6\text{C} + x\text{Li}^+ + xe^-$ olur; $\text{Li}^+$ elektrolitten geçip katottaki metal okside yerleşir. Doğru.

II. Elektronlar her galvanik hücrede olduğu gibi dış devrede anottan katoda akar. Yanlış.

III. Lityum suyla tepkimeye girdiğinden elektrolit, organik çözücüde çözünmüş lityum tuzudur. Doğru.

Tuzak: şarj ile deşarjı karıştırmak; şarjda iyonlar ve elektronlar ters yöne gider.

Cevap: C

Özgün soru4

Zor

Standart olmayan koşullarda pil potansiyeli

$25\,^\circ\text{C}$ ’de kurulan aşağıdaki hücrede iki elektrot da bakırdır.

\text{Cu}(\text{k})\,|\,\text{Cu}^{2+}(\text{suda},\ 0{,}001\ \text{M})\,\|\,\text{Cu}^{2+}(\text{suda},\ 0{,}1\ \text{M})\,|\,\text{Cu}(\text{k})

Bu hücrenin potansiyeli kaç volttur?

(Nernst eşitliğindeki logaritmik terimin katsayısı $0{,}059/n$ ’dir.)

İpucu

İki yarı hücre aynı olduğundan $E^\circ = 0$ ’dır; potansiyeli yalnızca derişim farkı doğurur.

Çözüm

1. Tepkime. Seyreltik taraf anottur: $\text{Cu} \longrightarrow \text{Cu}^{2+}(0{,}001\ \text{M}) + 2e^-$ ; derişik taraf katottur. $n = 2$ , $E^\circ = 0$ .

2. Tepkime oranı. $Q = \dfrac{[\text{Cu}^{2+}]_{\text{anot}}}{[\text{Cu}^{2+}]_{\text{katot}}} = \dfrac{0{,}001}{0{,}1} = 10^{-2}$ .

3. Nernst. $E = 0 - \dfrac{0{,}059}{2} \cdot (-2) = 0{,}059\ \text{V}$ .

Tuzak: $n = 1$ almak $0{,}118$ (D), " $E^\circ = 0$ ise pil çalışmaz" demek $0$ (A) verir.

Cevap: C

Özgün soru5

Zor

Standart olmayan koşullarda pil potansiyeli

$25\,^\circ\text{C}$ ’de kurulan aşağıdaki pilin potansiyeli $0{,}458\ \text{V}$ olarak ölçülüyor.

\text{Pt}(\text{k})\,|\,\text{H}_2(\text{g},\ 1\ \text{atm})\,|\,\text{H}^+(\text{suda})\,\|\,\text{Cu}^{2+}(\text{suda},\ 1\ \text{M})\,|\,\text{Cu}(\text{k})

Buna göre anot yarı hücresindeki çözeltinin pH değeri kaçtır?

( $\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$ için $E^\circ = +0{,}34\ \text{V}$ ; Nernst eşitliğindeki logaritmik terimin katsayısı $0{,}059/n$ ’dir.)

İpucu

Hidrojen elektrodu anottur; $\text{H}^+$ üründür ve $Q$ ’ya karesiyle girer. $\log [\text{H}^+] = -\text{pH}$ .

Çözüm

1. Tepkime. $\text{H}_2 + \text{Cu}^{2+} \longrightarrow 2\text{H}^+ + \text{Cu}$ , $n = 2$ , $E^\circ = 0{,}34 - 0 = 0{,}34\ \text{V}$ .

2. Nernst. $Q = \dfrac{[\text{H}^+]^2}{[\text{Cu}^{2+}] \cdot P_{\text{H}_2}} = [\text{H}^+]^2$ :

E = 0{,}34 - \dfrac{0{,}059}{2} \cdot 2\log[\text{H}^+] = 0{,}34 + 0{,}059\,\text{pH}

3. pH. $0{,}458 = 0{,}34 + 0{,}059\,\text{pH}$ , buradan $\text{pH} = \dfrac{0{,}118}{0{,}059} = 2$ .

Tuzak: $[\text{H}^+]$ ’nın karesini unutmak pH $= 4$ (D), $n = 1$ almak pH $= 1$ (A) verir. pH için bkz. Asit Baz Dengesi ve pH.

Cevap: B

1. Hidrojen Elektrodu Sıfır Kabul Edilir

Bakırın potansiyelini ölçmek

2. Aktiflik Sırası: E∘E^\circE∘ Küçük Olan Metal Daha Aktiftir

Demir çivi üç kapta

3. Pil Potansiyeli = Katot − Anot

Daniell pili

Deney defterinden aktiflik sırası

4. Derişim Değişince: Nernst Eşitliği

Seyreltik bakır çözeltisiyle Daniell pili

5. Derişim Pili: Aynı Elektrot, Farklı Derişim

Gümüş derişim pili

6. Pilin Voltajı ve Kullanım Ömrü

Zayıflayan pil

7. Lityum İyon Pil

Özgün sorular

2. Aktiflik Sırası: $E^\circ$ Küçük Olan Metal Daha Aktiftir