Soru: Şekildeki özdeş kaplarda 1 mol X(k) ve 1 mol CaCO₃(k) bulunmakta, her iki kaba da 25 °C’de yeterli miktarda HCl(aq) eklenerek katıların tepkimeye girmesi sağlanıyor. Buna göre X katısı yukarıdaki metallerden hangisi olursa sistemdeki cıva seviyesi sağ kolda yükselir?
A) Yalnız Na
B) Yalnız Mg
C) Yalnız Al
D) Na ve Mg
E) Mg ve Al
Cevap:
Yalnız Al ⇒ Seçenek C.
Ayrıntılı Çözüm
-
Reaksiyonlar ve Üretilen Gaz Miktarları
-
Sağ kaptaki CaCO₃ tepkimesi:
\mathrm{CaCO_3(s)} + 2\,HCl(aq) \;\longrightarrow\; CaCl_2(aq) + CO_2(g) + H_2O(l)
1 mol CaCO₃ → 1 mol CO₂ -
Sol kaptaki X metali tepkimesi:
X metalinin HCl ile tepkimesinden H₂ gazı açığa çıkar. Üretilen mol H₂ miktarı metalin indirgendeki elektron sayısına (valansına) bağlıdır.
Metal (X) Denge Denklemi 1 mol X ⇒ mol H₂ Na 2\;Na + 2\;HCl \to 2\;NaCl + H_2 0,5 mol Mg Mg + 2\;HCl \to MgCl_2 + H_2 1 mol Al 2\;Al + 6\;HCl \to 2\;AlCl_3 + 3\;H_2 1,5 mol -
-
Basınç ve Cıva Seviyesi İlişkisi
- Kaplardaki gaz basınçları, ideal gaz yasasına göre üretilen gaz mol sayısına orantılıdır (sabit hacim ve sıcaklık varsayımıyla).
- Sağ kaptaki CO₂ basıncı: 1 mol CO₂
- Sol kaptaki H₂ basıncı (metale göre):
- Na için 0,5 mol H₂ < CO₂ → Sol basınç daha düşük → cıva sola doğru itilir → sağ kolda düşer.
- Mg için 1 mol H₂ = CO₂ → Basınçlar eşit → cıva dengede kalır.
- Al için 1,5 mol H₂ > CO₂ → Sol basınç daha yüksek → cıva sağ kola doğru itilir → sağ kolda yükselir.
-
Sonuç
Sadece Al reaksiyonunda sol kaptaki H₂ mol sayısı (1,5 mol) sağ kaptaki CO₂ mol sayısından (1 mol) daha fazla olduğundan, sol tarafın basıncı artar ve cıva sağ kolda yükselir.
| Metal | mol H₂ (sol kap) | mol CO₂ (sağ kap) | Cıva hareketi |
|---|---|---|---|
| Na | 0,5 | 1 | Sağ kolda düşer |
| Mg | 1 | 1 | Denge |
| Al | 1,5 | 1 | Sağ kolda yükselir |
Doğru yanıt: C) Yalnız Al
Soru:
Şekildeki özdeş kaplarda 1’er mol X ve CaCO₃ katıları bulunmaktadır. Bu kaplara 25°C sabit sıcaklıkta musluklar açılarak yeterli miktarda HCl sulu çözeltisi ilave edilip katıların tepkimeye girmesi sağlanıyor. Buna göre X katısı, verilen metallerden hangileri olursa sistemdeki cıva seviyesi sağ kolda yükselir?
Cevap:
1. Sorunun Anlaşılması ve Verilenler
- İki özdeş kap var, biri 1 mol X katısı, diğeri 1 mol CaCO₃ katısı içeriyor.
- Her iki kaba da HCl (sulu hidroklorik asit) ilave ediliyor.
- Kaplar cıva (Hg) ile bağlı bir düzenek.
- Soru: X metalinin Na, Mg veya Al olmasına göre cıva seviyesi sağ kolda yükselir mi?
- Saf su ve çözeltilerin buhar basınçları ihmal edilecek.
2. Kimyasal Tepkimeler ve Cıva Seviyesinin Yükselmesi
- HCl ile katılar tepkimeye giriyor.
- CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O
Bu tepkime CO₂ gazı çıkarır, gaz basıncı sağ koldaki cıva seviyesini etkileyebilir. - X metali HCl ile tepkimeye girerse H₂ gazı çıkarır:
X + 2HCl → XCl₂ + H₂ (örnek olarak Mg için)
Bu durumda gaz basıncı artar ve cıva seviyesi yükselir.
3. Metalin HCl ile Tepkimesi ve Cıva Seviyesine Etkisi
-
Na (Sodyum):
Alkali metal, HCl ile şiddetli tepkimeye girer, H₂ gazı çıkarır.
Tepkime:2Na + 2HCl \rightarrow 2NaCl + H_2 \uparrowBu durumda sağ koldaki cıva seviyesi yükselir.
-
Mg (Magnezyum):
Toprak alkali metal, HCl ile tepkimeye girer, H₂ gazı çıkarır.
Tepkime:Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2 \uparrowCıva seviyesi yükselir.
-
Al (Alüminyum):
Alüminyum da HCl ile tepkimeye girer, H₂ gazı çıkarır.
Tepkime:2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 \uparrowCıva seviyesi yükselir.
4. Cıva Seviyesinin Sağ Kolda Yükselmesi
- Cıva seviyesi sağ kolda yükselirse, sağ koldaki basınç artmıştır.
- Basınç artışı, gaz çıkışından kaynaklanır.
- CaCO₃ tepkimesinde CO₂ çıkar, X metali tepkimesinde H₂ çıkar.
- Eğer X metali H₂ gazı çıkarıyorsa, sağ koldaki basınç artar ve cıva seviyesi yükselir.
5. Ancak Dikkat Edilmesi Gereken Nokta
- Cıva seviyesi sağ kolda yükselmesi için, sol koldaki basınç sağ koldan daha düşük olmalıdır.
- CaCO₃ + HCl tepkimesinde CO₂ gazı çıkar, bu da sol koldaki basıncı artırır.
- Eğer X metali H₂ gazı çıkarmazsa, sağ koldaki basınç artmaz, cıva seviyesi yükselmez.
- Eğer X metali H₂ gazı çıkarırsa, sağ koldaki basınç artar ve cıva seviyesi sağ kolda yükselir.
6. Metalin Aktivite Sırasına Göre Tepkime Durumu
Metallerin aktivite sırası (reaksiyona girme eğilimi):
- Na ve Mg HCl ile kolayca tepkimeye girer.
- Al, pasif tabaka nedeniyle HCl ile tepkimesi daha zordur, ancak yeterli süre ve koşulda tepkime olabilir.
7. Sonuç ve Doğru Seçenek
- Na ve Mg HCl ile tepkimeye girip H₂ gazı çıkarır, cıva seviyesi sağ kolda yükselir.
- Al ise pasif tabaka nedeniyle tepkimeye girme olasılığı daha düşüktür.
Bu nedenle doğru cevap:
D) Na ve Mg
Özet Tablosu
| Metal | HCl ile Tepkime | H₂ Gazı Çıkarır mı? | Cıva Seviyesi Sağ Kolda Yükselir mi? |
|---|---|---|---|
| Na | Evet | Evet | Evet |
| Mg | Evet | Evet | Evet |
| Al | Zor (pasif) | Kısmen | Hayır (genellikle) |
Sonuç:
Na ve Mg metallerinin X katısı olması durumunda, sistemdeki cıva seviyesi sağ kolda yükselir.