12. sınıf Kimya · 1. dönem 1. yazılı · 12.1.4.1

Standart koşullarda galvanik pillerin voltajını ve kullanım ömrünü örnekler vererek açıklar.

KİMYA VE ELEKTRİK · 12.1.4. Kimyasallardan Elektrik Üretimi

1.KolayPil voltajının hesaplanması10 puan

Aşağıda bazı yarı tepkimelerin 25 °C'deki standart indirgenme potansiyelleri verilmiştir.

Yarı tepkime	$E^\circ$ (V)
$\mathrm{Mg^{2+} + 2e^- \rightarrow Mg}$	−2,37
$\mathrm{Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn}$	−0,76
$\mathrm{Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu}$	+0,34
$\mathrm{Ag^+ + e^- \rightarrow Ag}$	+0,80

Ayrıca markette satılan aynı tür (alkalin) kalem pil ile büyük boy pilin etiketlerinde voltaj değerinin aynı olduğu (1,5 V), ancak büyük boy pilin aynı cihazı daha uzun süre çalıştırdığı belirtilmektedir.

1.a

Standart koşullarda kurulan Mg–Cu ve Zn–Ag galvanik pillerinin voltajlarını hesaplayınız ve hangisinin daha yüksek voltaj ürettiğini belirtiniz.

6 p

1.b

Aynı türdeki kalem pil ile büyük boy pilin voltajlarının eşit, kullanım ömürlerinin farklı olmasını açıklayınız.

4 p

2.OrtaPilin kullanım ömrü12 puan

Standart koşullarda şekildeki Zn–Cu galvanik pili kurulmuştur:

Anot: 3,25 g kütleli çinko levha, 100 mL 1 M $\mathrm{ZnSO_4}$ çözeltisinde
Katot: Bakır levha, 100 mL 1 M $\mathrm{CuSO_4}$ çözeltisinde

Pil tepkimesi: $\mathrm{Zn(k) + Cu^{2+}(suda) \rightarrow Zn^{2+}(suda) + Cu(k)} \qquad E^\circ = 1{,}10$ V

Zn: 65 g/mol. Çinko levhanın tamamının tepkimeye girebildiğini varsayınız.

Şekil: Standart koşullarda kurulan Zn–Cu pili (başlangıç durumu)

2.a

Pilin çalışma süresini sınırlayan maddenin hangisi olduğunu mol hesabıyla belirleyiniz.

4 p

2.b

Bu pilin kullanım ömrünü uzatmak için iki öneri yazınız. Elektrot kütlesini artırmanın pilin voltajını değiştirip değiştirmeyeceğini açıklayınız.

4 p

2.c

Pil çalışırken voltmetrede okunan değerin zamanla 1,10 V'tan giderek azaldığı gözlenmiştir. Bu gözlemi açıklayınız.

4 p

3.ZorKurşun-asit akü13 puan

Otomobillerde kullanılan kurşun-asit aküler, seri bağlanmış altı hücreden oluşur (şekil). Her hücrede kurşun (Pb) elektrot ve kurşun(IV) oksit ( $\mathrm{PbO_2}$ ) elektrot, sülfürik asit ( $\mathrm{H_2SO_4}$ ) çözeltisine daldırılmıştır. Akü elektrik üretirken (boşalırken) gerçekleşen net tepkime:

$\mathrm{Pb(k) + PbO_2(k) + 2H_2SO_4(suda) \rightarrow 2PbSO_4(k) + 2H_2O(s)}$

Bir hücrenin voltajı yaklaşık 2 V'tur. Servislerde akünün doluluk durumu, akü içindeki asit çözeltisinin yoğunluğu ölçülerek kontrol edilir.

Şekil: Altı hücreden oluşan kurşun-asit akünün yapısı (temsilî)

3.a

Bir akünün yaklaşık 12 V voltaj üretmesini açıklayınız. Daha büyük elektrotlu bir hücre yapılmasının tek bir hücrenin voltajını artırıp artırmayacağını gerekçesiyle belirtiniz.

4 p

3.b

Tepkimedeki Pb atomlarının yükseltgenme basamaklarındaki değişimleri belirleyerek anot ve katodu bulunuz.

5 p

3.c

Akü boşaldıkça asit çözeltisinin yoğunluğunun neden azaldığını tepkimeye dayanarak açıklayınız. Bu durumun akünün kullanım ömrüyle ilişkisini yazınız.

4 p

Puanlar sorunun kendi içindeki dağılımıdır; senaryo yazılısında tüm sorular birlikte 100 puana ölçeklenir.

Bu konunun geçtiği senaryo yazılıları

Senaryo 2: 1 soru Senaryo 3: 1 soru Senaryo 4: 1 soru