Electrochemical Cells MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Electrochemical Cells - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संकल्पना:

ऑक्सीकरण क्षमता और अभिक्रियाशीलता

• ऑक्सीकरण क्षमता इंगित करती है कि एक तत्व कितनी आसानी से इलेक्ट्रॉनों को खो सकता है (ऑक्सीकरण से गुजरता है)। उच्च ऑक्सीकरण क्षमता का अर्थ है इलेक्ट्रॉनों को खोने और अपचायक के रूप में कार्य करने की अधिक प्रवृत्ति।
• विस्थापन अभिक्रियाओं में, एक अधिक अभिक्रियाशील धातु (उच्च ऑक्सीकरण क्षमता के साथ) अपने यौगिक से कम अभिक्रियाशील धातु को विस्थापित कर सकती है।

व्याख्या:

• Mg की ऑक्सीकरण क्षमता +2.37 V है, जो Al (+1.66 V) से अधिक है।
• क्योंकि Mg की ऑक्सीकरण क्षमता अधिक है, इसलिए Al की तुलना में इलेक्ट्रॉनों को खोने और ऑक्सीकरण से गुजरने की संभावना अधिक है।
• परिणामस्वरूप, Mg एक रासायनिक अभिक्रिया में Al को प्रतिस्थापित कर सकता है, यह दर्शाता है कि Mg अधिक अभिक्रियाशील है।

सही उत्तर (1) Al को प्रतिस्थापित करेगा।

सही उत्तर विकल्प 3 है। 

अवधारणा:

• दो अर्ध-सेल या इलेक्ट्रोड के बीच के विभवांतर को इलेक्ट्रोड विभव कहा जाता है।
• नेर्न्स्ट समीकरण सेल विभव तथा विद्युत रासायनिक अभिक्रिया में शामिल स्पीशीज की सांद्रता से संबंधित है।

• \(E_{cell}= E_{cell}^{0}-\frac{0.0591}{n}log\frac{oxidised state}{Reduced state}​​\)

स्पष्टीकरण:

रेडॉक्स अभिक्रिया के लिए,

Zn + Cu2+ (0.1 M) → Zn2+ (1 M) + Cu

नेर्न्स्ट समीकरण,

\(E_{cell}= E_{cell}^{0}-\frac{0.0591}{n}log\frac{Zn^{2+}}{Cu^{2+}}​​\)

\(E_{cell}= 1.10-\frac{0.0591}{2}log\frac{1}{0.1}\)

Ecell = 1.10 - 0.0295

Ecell = 1.07 V

निष्कर्ष:

अतः गैल्वैनी सेल के लिए Ecell 1.07 V होगा।

संकल्पना:-

विद्युत रासायनिक सेल

• एक विद्युत रासायनिक सेल एक ऐसा उपकरण है जो विद्युत ऊर्जा का उपयोग करके इसके भीतर रासायनिक अभिक्रियाओं को सुगम बना सकता है या उन अभिक्रियाओं से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न कर सकता है।

मानक सेल विभव

• कैथोड और एनोड के बीच वोल्टेज में अंतर को मानक सेल विभव के रूप में जाना जाता है।
• सभी मानक विभवों को 1 M विलयन, 1 atm, और 298 K का उपयोग करके मापा जाता है।​

​व्याख्या:-

• एक विद्युत रासायनिक सेल के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन सेल के विभव से संबंधित है।
• विद्युत रासायनिक सेल विभव (Eº) और गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन के बीच संबंध दिया गया है,ΔGoΔ��Unknown node type: span" id="MathJax-Element-46-Frame" role="presentation" style="position: relative;" tabindex="0">Δ��Unknown node type: spanΔ��<merror><mtext>Unknown node type: span</mtext></merror> Δ��<span style="font-family: var(--bs-body-font-family); font-size: var(--bs-body-font-size); font-weight: var(--bs-body-font-weight); text-align: var(--bs-body-text-align); text-transform: none; word-spacing: normal;">) द्वारा दिया गया है;</span>

Δ G = -nFEº

जहाँ \(\Delta G^{o}\) है गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन,

n अभिक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या है,

और F फैराडे है और Eº सेल विभव है।

• साम्यावस्था पर, E_सेल शून्य होता है क्योंकि ΔG साम्यावस्था पर शून्य होता है।

ΔG = -nFE

यदि ΔG = 0

इसलिए, E = 0

निष्कर्ष:-

सही विकल्प (d) है

संप्रत्यय:

→ दिया गया विद्युत रासायनिक सेल एक संदर्भ इलेक्ट्रोड (Ag|AgCl) और एक कार्यशील इलेक्ट्रोड (Ag|AgCl|MCl(0.01 M)|MCl(0.02 M)|AgCl) रखता है।

→ सेल के ठीक से कार्य करने के लिए, दो कक्षों को जोड़ने के लिए एक आयन-चालक पुल या एक लवण पुल का उपयोग किया जाता है।

→ जंक्शन विभव पुल के दोनों ओर दो इलेक्ट्रोलाइट विलयनों की संरचना में अंतर के कारण उत्पन्न होता है।

→ जंक्शन विभव (E_j) की गणना निम्न समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

E_j =\( \frac{RT}{zF}ln\frac{[M+2]}{[M+1]}\)

जहाँ R गैस स्थिरांक है, T तापमान है, z आयन पर आवेश है, F फैराडे स्थिरांक है, [M+2] पुल के इलेक्ट्रोड पक्ष पर इलेक्ट्रोलाइट विलयन की सांद्रता है, और [M+1] पुल के संदर्भ इलेक्ट्रोड पक्ष पर इलेक्ट्रोलाइट विलयन की सांद्रता है।

व्याख्या:

→ दिए गए विद्युत रासायनिक सेल के लिए, हम देख सकते हैं कि पुल के एक तरफ MCl की सांद्रता 0.01 M है, जबकि दूसरी तरफ यह 0.02 M है।

→ इसलिए, पुल के इलेक्ट्रोड पक्ष पर M+2 की सांद्रता अधिक है, और संदर्भ इलेक्ट्रोड पक्ष पर M+1 की सांद्रता अधिक है।

→ अब, जब M⁺ H⁺ है, तो आयन पर आवेश +1 है। इसलिए, उपरोक्त समीकरण में z = +1 है। चूँकि पुल के इलेक्ट्रोड पक्ष पर M+2 की सांद्रता अधिक है और संदर्भ इलेक्ट्रोड पक्ष पर M+1 की सांद्रता अधिक है, ln([M+2]/[M+1]) धनात्मक होगा।

निष्कर्ष:
इस प्रकार, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि दिए गए विद्युत रासायनिक सेल में M⁺ H⁺ होने पर जंक्शन विभव सबसे अधिक होगा।

संप्रत्यय:

→ मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड (SHE) का उपयोग अपचयन विभव को मापने के लिए किया जाता है और इसे हमेशा एनोड से जोड़ा जाता है

अर्ध-सेल अभिक्रिया का उपयोग करते हुए:

कैथोड: AgCl(s) + e⁻ ⇌ Ag(s) + Cl⁻(aq)

एनोड: \(\frac{1}{2}\)H₂ → H⁺ + Cl^-

कुल अभिक्रिया: AgCl + \(\frac{1}{2}\) H2 → Ag(s) + H+ + Cl-

इस अर्ध-सेल अभिक्रिया के लिए मानक अपचयन विभव 298 K पर +0.222 V है।

→ मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड को 0 V के विभव के रूप में परिभाषित किया गया है, इसलिए मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड से जुड़े Ag/AgCl/KCl इलेक्ट्रोड के लिए मानक सेल विभव है:

E°सेल = E°_Ag/AgCl/KCl - E°_H⁺/H₂

E°सेल = +0.222 V - 0 V

E°सेल = +0.222 V

→ गैर-मानक परिस्थितियों में सेल विभव की गणना करने के लिए, हम नेर्नस्ट समीकरण का उपयोग कर सकते हैं:

Eसेल = E°सेल - \(\frac{(RT)}{nF}\) x ln(Q)

\(E_{सेल}=0.222-\frac{0.0591}{n}log\frac{[P]}{[R]}\)

[P] → [Cl^-] और [R] → 1 क्योंकि इस अभिक्रिया में केवल Cl^- आयनिक स्पीशीज के रूप में उपस्थित होगा और अन्य सभी अवक्षेपित ठोस रूप में उपस्थित होंगे। इस प्रकार,

\(E_{सेल}=0.222-\frac{0.0591}{n}log\frac{[Cl^{-}]}{[1]}\)

n =1 क्योंकि केवल 1 इलेक्ट्रॉन लिया जाता है।

→ बहुत पतले विलयनों के लिए, विलयन में पदार्थों की गतिविधियाँ सांद्रता के करीब पहुँच जाती हैं, इसलिए [Cl^-] 0.01 के बराबर होगा।

\(E_{सेल}=0.222-\frac{0.0591}{1}\times log[0.01]\)

E_सेल = +0.340 V

निष्कर्ष:
इसलिए, 298 K पर और 0.01 की KCl की गतिविधि पर मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड से जुड़े Ag/AgCl/KCl इलेक्ट्रोड का सेल विभव 0.340 V के सबसे करीब है।

अवधारणा:

गिब्स हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण के अनुसार,

\(\Delta G\, =\, \Delta H\, -\, T\Delta S \)

\(\Delta G\, =\, -nFE \)

\(\Delta S\, =\, -\frac{d}{dT}\, \left ( \Delta G/\Delta T \right )\, =\, nF\, \frac{dE}{dT} \)

\(\frac{dE}{dT}\, =\, \frac{E_{2}-E_{1}}{T_{2}-T_{1}}\)= सेल का तापमान गुणांक

जहाँ,

\(\Delta G,\, \Delta H,\, \Delta S \) मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन, एन्थैल्पी में परिवर्तन और एंट्रॉपी में परिवर्तन हैं।

E₁, E₂ तापमान T₁ और T₂ पर सेल के emf हैं।

n सेल अभिक्रिया में इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, F फैराडे है अर्थात 96485 C. mol^-1

व्याख्या:

दिया गया है,

E⁰ = 0.675 V, \(\frac{dE^{0}}{dT}\)= -6.5\(\times\)10^-4 V K^-1, T = 27 ⁰C = 300 K

\(\Delta G^{0}\, =\, -nFE^{0} \)

= -2 \(\times\) 96485 \(\times\) 0.675

= -130.25 kJ

अभिक्रिया Cd + 2AgCl → 2Ag + CdCl2 के लिए n=2

\(\Delta S\, =\, nF\, \frac{dE}{dT}\)

= 2 \(\times\) 96485 \(\times\) (-6.5\(\times\)10^-4)

= -0.125 kJ

\(\Delta H\, = \Delta G\, +\, T\Delta S \)

= -130.25 + 300 (-0.125)

= -167.75 kJ

निष्कर्ष: -

अभिक्रिया Cd + 2AgCl → 2Ag + CdCl2 के लिए ΔH (kJ mol-1) मान -168 के सबसे करीब है।

संकल्पना:

ऑक्सीकरण क्षमता और अभिक्रियाशीलता

• ऑक्सीकरण क्षमता इंगित करती है कि एक तत्व कितनी आसानी से इलेक्ट्रॉनों को खो सकता है (ऑक्सीकरण से गुजरता है)। उच्च ऑक्सीकरण क्षमता का अर्थ है इलेक्ट्रॉनों को खोने और अपचायक के रूप में कार्य करने की अधिक प्रवृत्ति।
• विस्थापन अभिक्रियाओं में, एक अधिक अभिक्रियाशील धातु (उच्च ऑक्सीकरण क्षमता के साथ) अपने यौगिक से कम अभिक्रियाशील धातु को विस्थापित कर सकती है।

व्याख्या:

• Mg की ऑक्सीकरण क्षमता +2.37 V है, जो Al (+1.66 V) से अधिक है।
• क्योंकि Mg की ऑक्सीकरण क्षमता अधिक है, इसलिए Al की तुलना में इलेक्ट्रॉनों को खोने और ऑक्सीकरण से गुजरने की संभावना अधिक है।
• परिणामस्वरूप, Mg एक रासायनिक अभिक्रिया में Al को प्रतिस्थापित कर सकता है, यह दर्शाता है कि Mg अधिक अभिक्रियाशील है।

सही उत्तर (1) Al को प्रतिस्थापित करेगा।

अवधारणा:

गिब्स हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण के अनुसार,

\(\Delta G\, =\, \Delta H\, -\, T\Delta S \)

\(\Delta G\, =\, -nFE \)

\(\Delta S\, =\, -\frac{d}{dT}\, \left ( \Delta G/\Delta T \right )\, =\, nF\, \frac{dE}{dT} \)

\(\frac{dE}{dT}\, =\, \frac{E_{2}-E_{1}}{T_{2}-T_{1}}\)= सेल का तापमान गुणांक

जहाँ,

\(\Delta G,\, \Delta H,\, \Delta S \) मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन, एन्थैल्पी में परिवर्तन और एंट्रॉपी में परिवर्तन हैं।

E₁, E₂ तापमान T₁ और T₂ पर सेल के emf हैं।

n सेल अभिक्रिया में इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, F फैराडे है अर्थात 96485 C. mol^-1

व्याख्या:

दिया गया है,

E⁰ = 0.675 V, \(\frac{dE^{0}}{dT}\)= -6.5\(\times\)10^-4 V K^-1, T = 27 ⁰C = 300 K

\(\Delta G^{0}\, =\, -nFE^{0} \)

= -2 \(\times\) 96485 \(\times\) 0.675

= -130.25 kJ

अभिक्रिया Cd + 2AgCl → 2Ag + CdCl2 के लिए n=2

\(\Delta S\, =\, nF\, \frac{dE}{dT}\)

= 2 \(\times\) 96485 \(\times\) (-6.5\(\times\)10^-4)

= -0.125 kJ

\(\Delta H\, = \Delta G\, +\, T\Delta S \)

= -130.25 + 300 (-0.125)

= -167.75 kJ

निष्कर्ष: -

अभिक्रिया Cd + 2AgCl → 2Ag + CdCl2 के लिए ΔH (kJ mol-1) मान -168 के सबसे करीब है।

संकल्पना:

ऑक्सीकरण क्षमता और अभिक्रियाशीलता

• ऑक्सीकरण क्षमता इंगित करती है कि एक तत्व कितनी आसानी से इलेक्ट्रॉनों को खो सकता है (ऑक्सीकरण से गुजरता है)। उच्च ऑक्सीकरण क्षमता का अर्थ है इलेक्ट्रॉनों को खोने और अपचायक के रूप में कार्य करने की अधिक प्रवृत्ति।
• विस्थापन अभिक्रियाओं में, एक अधिक अभिक्रियाशील धातु (उच्च ऑक्सीकरण क्षमता के साथ) अपने यौगिक से कम अभिक्रियाशील धातु को विस्थापित कर सकती है।

व्याख्या:

• Mg की ऑक्सीकरण क्षमता +2.37 V है, जो Al (+1.66 V) से अधिक है।
• क्योंकि Mg की ऑक्सीकरण क्षमता अधिक है, इसलिए Al की तुलना में इलेक्ट्रॉनों को खोने और ऑक्सीकरण से गुजरने की संभावना अधिक है।
• परिणामस्वरूप, Mg एक रासायनिक अभिक्रिया में Al को प्रतिस्थापित कर सकता है, यह दर्शाता है कि Mg अधिक अभिक्रियाशील है।

सही उत्तर (1) Al को प्रतिस्थापित करेगा।