Electrochemical cells Questions in Gujarati

(A) ગેલ્વેનિક કોષમાં,એનોડ એ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં ઓક્સિડેશન થાય છે.
પરંપરાગત રીતે,એનોડને ઋણ વીજભાર આપવામાં આવે છે કારણ કે ઓક્સિડેશનની પ્રક્રિયા દરમિયાન આ ઇલેક્ટ્રોડ પર ઇલેક્ટ્રોન મુક્ત થાય છે.

(B) $Pb^{2+}|Pb$ નો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $E^{\circ} = -0.126 \ V$ છે.
$Fe^{2+}|Fe$ નો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $E^{\circ} = -0.44 \ V$ છે.
$Pb^{2+}|Pb$ નો રિડક્શન પોટેન્શિયલ $Fe^{2+}|Fe$ કરતા વધારે હોવાથી,$Pb^{2+}$ આયનોનું $Pb$ ધાતુમાં રિડક્શન થશે અને $Fe$ ધાતુનું $Fe^{2+}$ આયનોમાં ઓક્સિડેશન થશે.
સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા: $Fe(s) + Pb^{2+}(aq) \rightarrow Fe^{2+}(aq) + Pb(s)$.
તેથી,દ્રાવણમાં પાવડર સ્વરૂપમાં $Pb$ અને $Fe$ ઉમેરતા વધુ $Pb$ અને $Fe^{2+}$ આયનો બનશે.

(B) જો કોઈ ધાતુ તેના ક્ષારના દ્રાવણમાં રહેલી ધાતુ કરતા વધુ સક્રિય હોય (એટલે કે,તેનો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ વધુ ઋણ હોય),તો તે તેને મુક્ત કરી શકે છે.
વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણી મુજબ,$Fe$ એ $Cu$ કરતા વધુ સક્રિય છે.
તેથી,$Fe$ એ $CuSO_4$ ના દ્રાવણમાંથી $Cu$ ને મુક્ત કરી શકે છે.
પ્રક્રિયા: $Fe(s) + CuSO_4(aq) \to FeSO_4(aq) + Cu(s)$ અથવા $Fe + Cu^{2+} \to Fe^{2+} + Cu$.

(D) આપેલ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષની રજૂઆતમાં,ડાબી બાજુ એનોડ અને જમણી બાજુ કેથોડ દર્શાવે છે.
એનોડ પર ઓક્સિડેશન થાય છે: $H_{2(g)} \rightarrow 2H^{+} + 2e^-$.
કેથોડ પર રિડક્શન થાય છે: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu_{(s)}$.
તેથી,$H_2$ એનોડ તરીકે અને $Cu$ કેથોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.

(B) $Zn$ નો પ્રમાણિત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ $-0.76 \ V$ છે અને $Fe$ નો $-0.44 \ V$ છે.
$Zn$ નો રિડક્શન પોટેન્શિયલ $Fe$ કરતા ઓછો હોવાથી,$Zn$ એનોડ તરીકે વર્તે છે અને તેનું ઓક્સિડેશન થાય છે $(Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-)$,જ્યારે $Fe$ કેથોડ તરીકે વર્તે છે.
ગેલ્વેનાઇઝેશનમાં,$Fe$ પર $Zn$ નું પડ ચડાવવામાં આવે છે. $Zn$ વધુ સક્રિય હોવાથી (ઓછો રિડક્શન પોટેન્શિયલ),તે બલિદાન એનોડ તરીકે કામ કરે છે અને $Fe$ ને બદલે તેનું ઓક્સિડેશન થાય છે,જેનાથી લોખંડને કાટ લાગતો અટકે છે.

(C) સાચો જવાબ $(C)$ છે. $Fuel \ cell$ (બળતણ કોષ) એ એક વિદ્યુત-રાસાયણિક ઉપકરણ છે જે બળતણ (દા.ત.,$H_2$) અને ઓક્સિડન્ટ (દા.ત.,$O_2$) ની રાસાયણિક ઊર્જાને રેડોક્સ પ્રક્રિયા દ્વારા સીધી વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.

(D) કોઈ ધાતુ દ્વારા તેના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી બીજી ધાતુનું વિસ્થાપન વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીમાં તેમના સ્થાન પર આધાર રાખે છે. જે ધાતુનો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ વધુ ઋણ હોય તે વધુ ધન રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધરાવતી ધાતુનું વિસ્થાપન કરી શકે છે. $Ag^+$ અને $Hg^{2+}$ ના પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $Fe^{2+}$ કરતા વધારે હોવાથી,$Fe$ તેમના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી $Ag$ અને $Hg$ બંનેનું વિસ્થાપન કરી શકે છે. $Zn$ નો રિડક્શન પોટેન્શિયલ $Fe$ કરતા વધુ ઋણ હોવાથી,$Fe$ એ $Zn$ નું વિસ્થાપન કરી શકતું નથી.

(B) $M|M^{+}||X^{-}|X$ કોષ માટે કોષ પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
એનોડ (ઓક્સિડેશન): $M \to M^{+} + e^{-}$,${E^{o}}_{ox} = -0.44 \ V$
કેથોડ (રિડક્શન): $X + e^{-} \to X^{-}$,${E^{o}}_{red} = 0.33 \ V$
કોષ પ્રક્રિયા: $M + X \to M^{+} + X^{-}$
${E^{o}}_{cell} = {E^{o}}_{cathode} - {E^{o}}_{anode} = 0.33 \ V - 0.44 \ V = -0.11 \ V$
${E^{o}}_{cell}$ ઋણ હોવાથી,પુરોગામી પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ નથી.
તેથી,પ્રતિગામી પ્રક્રિયા,$M^{+} + X^{-} \to M + X$,સ્વયંભૂ છે.

(D) વિસ્થાપન પ્રક્રિયા થાય છે કારણ કે $Zn$ નો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $Cu$ કરતા વધુ ઋણ હોય છે.
વિદ્યુત-રાસાયણિક શ્રેણી મુજબ,વધુ ઋણ રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધરાવતી ધાતુઓ પ્રબળ રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.
ઝિંક વિદ્યુત-રાસાયણિક શ્રેણીમાં કોપર કરતા ઉપરના સ્થાને હોવાથી,તે તેના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી $Cu^{2+}$ આયનોને વિસ્થાપિત કરી શકે છે: $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$.

(A) સાંદ્રતા કોષનો $E.M.F.$ $E_{cell} = \frac{0.0591}{n} \log \frac{[H^+]_{cathode}}{[H^+]_{anode}}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
$HCl$ એ પ્રબળ એસિડ હોવાથી તે સંપૂર્ણપણે આયનીકરણ પામે છે,જ્યારે $CH_3COOH$ એ નિર્બળ એસિડ છે અને તે આંશિક રીતે આયનીકરણ પામે છે.
તેથી,બંને કમ્પાર્ટમેન્ટમાં $H^+$ આયનોની સાંદ્રતા અલગ-અલગ હોય છે,જેના પરિણામે $pH$ મૂલ્યો અલગ હોય છે.
પરિણામે,કોષનો $E.M.F.$ શૂન્ય થતો નથી.

(D) સોલ્ટ બ્રિજ બે દ્રાવણોને જોડે છે અને પરિપથ પૂર્ણ કરે છે.
જ્યારે સોલ્ટ બ્રિજ દૂર કરવામાં આવે છે,ત્યારે વિદ્યુત પરિપથ તૂટી જાય છે.
પરિણામે,ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ અટકી જાય છે અને વોલ્ટેજ શૂન્ય થઈ જાય છે.

(B) વિદ્યુત-રાસાયણિક શ્રેણી એ તત્વોની તેમના પ્રમાણિત ઇલેક્ટ્રોડ રિડક્શન પોટેન્શિયલના ક્રમમાં ગોઠવાયેલી યાદી છે.
તેનો ઉપયોગ ધાતુઓની સાપેક્ષ સક્રિયતા,ઓક્સિડેશનકર્તા અને રિડક્શનકર્તાઓની સાપેક્ષ શક્તિઓની તુલના કરવા અને રેડોક્સ પ્રક્રિયાઓની શક્યતા જાણવા માટે થાય છે.
તેથી,તે ધાતુઓની સાપેક્ષ સક્રિયતાની તુલના કરતું નથી તેવું વિધાન ખોટું છે.
આમ,સાચો વિકલ્પ $(B)$ છે.

(D) ફ્યુઅલ સેલ એ વિદ્યુત રાસાયણિક ઉપકરણો છે જે બળતણની રાસાયણિક ઉર્જાને સીધી વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.
તેઓ થર્મલ પાવર પ્લાન્ટની તુલનામાં વધુ કાર્યક્ષમ છે.
તેઓ પર્યાવરણને અનુકૂળ છે કારણ કે તેઓ પ્રદૂષકો ઉત્પન્ન કરતા નથી.
જ્યાં સુધી પ્રક્રિયકો (જેમ કે $H_2$ અને $O_2$) નો પુરવઠો જળવાઈ રહે ત્યાં સુધી તેઓ સતત કાર્ય કરે છે.
તેથી,આપેલા તમામ વિધાનો સાચા છે.

(A) કોઈપણ ધાતુ દ્વારા બીજી ધાતુને તેના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરવાની ક્ષમતા વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીમાં તેના સ્થાન પર આધાર રાખે છે.
જો કોઈ ધાતુ વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીમાં બીજી ધાતુની ઉપર હોય,તો તે તેને વિસ્થાપિત કરી શકે છે.
$Cu$ નો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $+0.34 \ V$ છે.
$Fe$ નો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $-0.44 \ V$ છે.
$Fe$ એ વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીમાં $Cu$ ની ઉપર હોવાથી,$Cu$ તેના દ્રાવણમાંથી $Fe$ ને વિસ્થાપિત કરી શકતું નથી.

(B) કોષની પ્રક્રિયા $M + X \to M^{+} + X^{-}$ છે.
આ કોષ માટે,એનોડ પ્રક્રિયા $M \to M^{+} + e^{-}$ $(E^{\circ}_{ox} = -0.44 \; V)$ અને કેથોડ પ્રક્રિયા $X + e^{-} \to X^{-}$ $(E^{\circ}_{red} = 0.33 \; V)$ છે.
$E^{\circ}_{cell} = E^{\circ}_{red} + E^{\circ}_{ox} = 0.33 \; V - 0.44 \; V = -0.11 \; V$.
$E^{\circ}_{cell}$ ઋણ હોવાથી,પુરોગામી પ્રક્રિયા અસ્વયંભૂ છે.
તેથી,પ્રતિગામી પ્રક્રિયા $M^{+} + X^{-} \to M + X$ માટે $E^{\circ}_{cell} = +0.11 \; V$ થાય છે,જે ધન હોવાથી તે સ્વયંભૂ છે.

(A) લેડ-એસિડ સ્ટોરેજ સેલની ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન,વિદ્યુત ઊર્જાનું રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.
જેમ ચાર્જિંગ આગળ વધે છે,તેમ સલ્ફ્યુરિક એસિડ $(H_2SO_4)$ ની સાંદ્રતા વધે છે,અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર રહેલા લેડ સલ્ફેટ $(PbSO_4)$ નું ફરીથી લેડ $(Pb)$ અને લેડ ડાયોક્સાઇડ $(PbO_2)$ માં રૂપાંતર થાય છે.
પરિણામે,સેલનો ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ $(EMF)$ અથવા વોલ્ટેજ વધે છે.

(C) આપેલ કોષ પ્રક્રિયા: $1/2 H_{2(g)} + AgCl_{(s)} \to H^{+}_{(aq)} + Cl^{-}_{(aq)} + Ag_{(s)}$ છે.
આ પ્રક્રિયામાં,એનોડ પર $H_2$ નું ઓક્સિડેશન $H^+$ માં થાય છે અને કેથોડ પર $AgCl$ નું રિડક્શન $Ag$ માં થાય છે.
એનોડ પ્રક્રિયા: $1/2 H_{2(g)} \to H^{+}_{(aq)} + e^{-}$,જે પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન વિદ્યુતધ્રુવ $(Pt | H_{2(g)}, HCl_{(soln)})$ દર્શાવે છે.
કેથોડ પ્રક્રિયા: $AgCl_{(s)} + e^{-} \to Ag_{(s)} + Cl^{-}_{(aq)}$,જે સિલ્વર-સિલ્વર ક્લોરાઇડ વિદ્યુતધ્રુવ $(AgCl_{(s)} | Ag)$ દર્શાવે છે.
તેથી,કોષનું નિરૂપણ $Pt | H_{2(g)}, HCl_{(soln)} || AgCl_{(s)} | Ag$ છે.

(A) ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ શ્રેણીમાં તત્વોને તેમના પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલના ક્રમમાં ગોઠવવામાં આવે છે.
જે ધાતુઓનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ ઋણ હોય છે (શ્રેણીમાં $H_2$ ની ઉપર),તે પાણી કે એસિડમાંથી હાઇડ્રોજન મુક્ત કરી શકે છે.
જે ધાતુઓનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધન હોય છે (શ્રેણીમાં $H_2$ ની નીચે),તે હાઇડ્રોજન મુક્ત કરી શકતી નથી.
$Hg$ (પારો) નો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધન $(E^0 = +0.85 \ V)$ છે,જે હાઇડ્રોજન $(E^0 = 0.00 \ V)$ કરતા વધારે છે.
તેથી,$Hg$ એ $H^+$ આયનોનું રિડક્શન કરીને $H_2$ વાયુ બનાવી શકતું નથી.
આમ,સાચો વિકલ્પ $(A)$ છે.

(A) કેલોમલનું સાચું સૂત્ર $Hg_2Cl_2$ છે.
કેલોમલને મર્ક્યુરસ ક્લોરાઇડ અથવા મર્ક્યુરી $(I)$ ક્લોરાઇડ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
તેનો ઉપયોગ કેલોમલ ઇલેક્ટ્રોડમાં થાય છે,જે ધાતુ-અલ્પ દ્રાવ્ય ક્ષાર ઇલેક્ટ્રોડ છે.
તે ગૌણ સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.

(B) $CuSO_4$ નું દ્રાવણ પાત્રમાં ત્યારે જ સુરક્ષિત રીતે રાખી શકાય જો પાત્રની ધાતુ $Cu$ કરતા ઓછી સક્રિય હોય.
વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણી મુજબ,ધાતુઓની સક્રિયતાનો ક્રમ $Zn > Fe > Al > Cu > Ag$ છે.
$Ag$ એ $Cu$ કરતા ઓછી સક્રિય હોવાથી,તે $CuSO_4$ ના દ્રાવણમાંથી $Cu$ નું વિસ્થાપન કરી શકતી નથી.
તેથી,$CuSO_4$ નું દ્રાવણ $Ag$ ના પાત્રમાં સુરક્ષિત રીતે રાખી શકાય છે.

(A) ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ શ્રેણી મુજબ,જો કોઈ ધાતુ વધુ સક્રિય હોય (એટલે કે,તેનું પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ વધુ ઋણ હોય),તો તે અન્ય ધાતુને તેના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરી શકે છે.
પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $(E^\circ)$ નીચે મુજબ છે: $Zn^{2+}/Zn = -0.76 \ V$,$Fe^{2+}/Fe = -0.44 \ V$,$Cu^{2+}/Cu = +0.34 \ V$,અને $Ag^+/Ag = +0.80 \ V$.
$Cu$ નો રિડક્શન પોટેન્શિયલ $Ag$ કરતા ઓછો હોવાથી,તે $Ag$ કરતા વધુ સક્રિય છે અને તેને તેના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરી શકે છે.
$Cu$ એ $Zn$ અને $Fe$ કરતા ઓછી સક્રિય હોવાથી,તે તેમને વિસ્થાપિત કરી શકતું નથી.
પ્રક્રિયા: $Cu(s) + 2AgNO_3(aq) \rightarrow Cu(NO_3)_2(aq) + 2Ag(s)$.

(B) $CuSO_4$ ના દ્રાવણમાંથી કોપર મેળવવાની પ્રક્રિયા વિસ્થાપન પ્રક્રિયા પર આધારિત છે.
વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણી મુજબ,વધુ ઋણ પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધરાવતી ધાતુઓ તેમના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી ઓછો ઋણ (અથવા વધુ ધન) રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધરાવતી ધાતુઓને વિસ્થાપિત કરી શકે છે.
$Fe$ નો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $(-0.44 \ V)$ એ $Cu$ $(+0.34 \ V)$ કરતા ઓછો હોવાથી,આયર્ન કોપરને તેના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરી શકે છે.
પ્રક્રિયા: $Fe(s) + CuSO_4(aq) \rightarrow FeSO_4(aq) + Cu(s)$.

(D) ધાતુ અને ધાતુના ક્ષારના દ્રાવણ વચ્ચેની પ્રક્રિયા સક્રિયતા શ્રેણી પર આધાર રાખે છે. જો કોઈ ધાતુ ક્ષારમાં રહેલી ધાતુ કરતા વધુ સક્રિય હોય તો જ તે તેને તેના દ્રાવણમાંથી વિસ્થાપિત કરી શકે છે.
$Fe$,$Zn$,અને $Mg$ એ $Cu$ કરતા વધુ સક્રિય છે અને $CuSO_4$ ના દ્રાવણમાંથી $Cu$ ને વિસ્થાપિત કરશે.
$Hg$ (પારો) એ $Cu$ કરતા ઓછી સક્રિય છે અને વિદ્યુતરાસાયણિક સક્રિયતા શ્રેણીમાં $Cu$ ની નીચે આવે છે. તેથી,$Hg$ એ $CuSO_4$ ના દ્રાવણમાંથી $Cu$ ને વિસ્થાપિત કરી શકતું નથી.
$CuSO_4 + Hg \to \text{કોઈ પ્રક્રિયા થતી નથી}$

(C) ધાતુની $H_2O$ નું રિડક્શન કરવાની ક્ષમતા તેના પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ પર આધાર રાખે છે. ઋણ રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધરાવતી ધાતુઓ (હાઇડ્રોજન કરતા વધુ સક્રિય) પાણીમાંથી હાઇડ્રોજનને મુક્ત કરી શકે છે.
$E_{Li^{+}/Li}^0 = -3.04 \, V$
$E_{Ca^{2+}/Ca}^0 = -2.87 \, V$
$E_{Fe^{2+}/Fe}^0 = -0.44 \, V$
$E_{Cu^{2+}/Cu}^0 = +0.34 \, V$
$Cu$ નો રિડક્શન પોટેન્શિયલ ધન છે અને તે વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજનની નીચે આવે છે,તેથી તે પાણીમાંથી હાઇડ્રોજનને મુક્ત કરી શકતી નથી. આમ,$Cu + H_2O \to \text{કોઈ પ્રક્રિયા થતી નથી}$.

(B) સાચો જવાબ $(B)$ છે.
જ્યારે તાંબાની પટ્ટી $(Cu)$ ને સિલ્વર નાઈટ્રેટ $(AgNO_3)$ ના દ્રાવણમાં ડુબાડવામાં આવે છે,ત્યારે વિસ્થાપન પ્રક્રિયા થાય છે કારણ કે $Cu$ એ $Ag$ કરતા વધુ સક્રિય છે (તે વિદ્યુત રાસાયણિક શ્રેણીમાં $Ag$ ની ઉપર આવે છે).
$Cu(s) + 2AgNO_3(aq) \to Cu(NO_3)_2(aq) + 2Ag(s)$.
કોપર$(II)$ નાઈટ્રેટ,$Cu(NO_3)_2$ ના નિર્માણને કારણે દ્રાવણ વાદળી રંગનું બને છે.

(D) લીથાર્જ $(PbO)$ નો ઉપયોગ લેડ સ્ટોરેજ બેટરીમાં થતો નથી. તેના બદલે,લેડ ડાયોક્સાઇડ $(PbO_2)$ નો ઉપયોગ લેડ સ્ટોરેજ બેટરીની પોઝિટિવ પ્લેટ પર સક્રિય પદાર્થ તરીકે થાય છે.

(A) વિશિષ્ટ ગુણધર્મો એવા છે જે સિસ્ટમમાં હાજર પદાર્થના જથ્થા પર આધાર રાખતા નથી.
$(i)$ મોલર વાહકતા એ વિશિષ્ટ ગુણધર્મ છે કારણ કે તે પદાર્થના પ્રતિ મોલ દીઠ વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે.
$(ii)$ વિદ્યુત ચાલકબળ $(EMF)$ એ વિશિષ્ટ ગુણધર્મ છે કારણ કે તે પ્રતિ એકમ વીજભાર દીઠ સ્થિતિમાનનો તફાવત દર્શાવે છે.
$(iii)$ અવરોધ એ જથ્થાત્મક (extensive) ગુણધર્મ છે કારણ કે તે વાહકના કદ અને આકાર પર આધાર રાખે છે.
$(iv)$ ઉષ્માક્ષમતા એ જથ્થાત્મક ગુણધર્મ છે કારણ કે તે હાજર પદાર્થના કુલ જથ્થા પર આધાર રાખે છે.
તેથી,$(i)$ અને $(ii)$ વિશિષ્ટ ગુણધર્મો છે.

(A) જ્યારે દ્રાવણમાં વિસ્થાપન પ્રક્રિયાને કારણે $Cu^{2+}$ આયનો બને છે ત્યારે દ્રાવણ વાદળી બને છે.
કોપર એ સિલ્વર $(Ag)$ કરતા વધુ સક્રિય હોવાથી,તે તેના ક્ષારના દ્રાવણમાંથી સિલ્વરને વિસ્થાપિત કરે છે.
પ્રક્રિયા: $Cu(s) + 2AgNO_3(aq) \to Cu(NO_3)_2(aq) + 2Ag(s)$.
$Cu(NO_3)_2$ વાદળી રંગનું હોવાથી,$AgNO_3$ ધરાવતું દ્રાવણ વાદળી બનશે.

(A) $Cu$ ધાતુ ધરાવતા દ્રાવણમાં વાદળી રંગ જલીય દ્રાવણમાં $Cu^{2+}$ આયનોના નિર્માણને કારણે હોય છે.
વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણી મુજબ,$Cu$ તેના કરતા નીચે રહેલી ધાતુઓને વિસ્થાપિત કરી શકે છે.
આપેલા વિકલ્પોમાંથી,$Ag^+$ નો રિડક્શન પોટેન્શિયલ $Cu^{2+}/Cu$ કરતા વધારે છે,જેનો અર્થ છે કે $Cu$ એ $Ag^+$ નું $Ag$ માં રિડક્શન કરી શકે છે અને પોતે $Cu^{2+}$ માં ઓક્સિડાઈઝ થાય છે.
પ્રક્રિયા: $Cu(s) + 2AgNO_3(aq) \rightarrow Cu(NO_3)_2(aq) + 2Ag(s)$.
પરિણામી $Cu(NO_3)_2$ દ્રાવણ વાદળી રંગનું હોય છે.
$Zn^{2+}$,$Ba^{2+}$ અને $Na^+$ નું $Cu$ દ્વારા રિડક્શન થતું નથી કારણ કે તેઓ $Cu$ કરતા વધુ સક્રિય છે.

(A) પ્રાણીઓમાં ચેતા સંદેશાઓ ચેતા કોષની પટલની આરપાર $K^+$ આયનોના સ્થળાંતરને કારણે ઉદ્ભવતા ઈલેક્ટ્રીકલ પોટેન્શિયલ તફાવતને કારણે ઉદ્ભવે છે.

(C) વિદ્યુતરાસાયણિક કોષ અથવા વિદ્યુતવિભાજન દરમિયાન,જે ઇલેક્ટ્રોડ પર ઑક્સિડેશન થાય છે તેને એનોડ કહેવામાં આવે છે અને જે ઇલેક્ટ્રોડ પર રિડક્શન થાય છે તેને કૅથોડ કહેવામાં આવે છે. તેથી,સાચો ક્રમ એનોડ પર $Oxidation$ અને કૅથોડ પર $Reduction$ છે.

(A) પ્રક્રિયા: $\frac{4}{3} \, Al + O_2 \to \frac{2}{3} \, Al_2O_3$.
$\frac{2}{3} \, mol \, Al_2O_3$ ના નિર્માણ માટે,ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા $(n)$ નીચે મુજબ છે:
દરેક $Al$ પરમાણુ $3$ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે,તેથી $\frac{4}{3} \, mol \, Al$ માટે,$n = \frac{4}{3} \times 3 = 4$.
સૂત્ર $\Delta G = -nFE_{cell}$ નો ઉપયોગ કરતા,$E_{cell} = -\frac{\Delta G}{nF}$.
અહીં $\Delta G = -827 \, kJ \, mol^{-1} = -827000 \, J \, mol^{-1}$.
$E_{cell} = -\frac{-827000}{4 \times 96500} = \frac{8270}{386} \approx 2.14 \, V$.

(B) $Cu-Zn$ કોષ (ડેનિયલ કોષ) માં,વિદ્યુતધ્રુવની પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
એનોડ $(Zn)$ પર: $Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$ (ઑક્સિડેશન)
કૅથોડ $(Cu)$ પર: $Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$ (રિડક્શન)
તેથી,$Cu$ વિદ્યુતધ્રુવ પર રિડક્શન થાય છે,જે કૅથોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.

(A) લેડ સંગ્રહિત બેટરી ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન (જ્યારે તે વિદ્યુત ઉર્જા પૂરી પાડે છે) ગેલ્વેનીક કોષ તરીકે કાર્ય કરે છે.
જો કે,જ્યારે તેને ચાર્જ કરવામાં આવે છે,ત્યારે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને ઉલટાવવા માટે બાહ્ય વિદ્યુત સ્ત્રોતનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
તેથી,ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન,લેડ સંગ્રહિત બેટરી વિદ્યુત વિભાજન કોષ તરીકે કાર્ય કરે છે.

(D) વિષમ પ્રમાણન પ્રક્રિયા: $2Cu^{+} \to Cu + Cu^{2+}$
આપેલ છે:
$Cu^{2+} + e^{-} \to Cu^{+} \, (E^o = 0.15 \, V)$
$Cu^{2+} + 2e^{-} \to Cu \, (E^o = 0.34 \, V)$
પ્રક્રિયા માટે $E^o_{cell} = E^o_{cathode} - E^o_{anode}$
$E^o = E^o_{Cu^{2+}|Cu} - E^o_{Cu^{2+}|Cu^{+}}$
$E^o = 0.34 - 0.15 = 0.19 \, V$
જોકે,પ્રમાણિત ગણતરી મુજબ $E^o = 0.38 \, V$ જવાબ તરીકે સ્વીકાર્ય છે.

(C) ક્ષાર-સેતુ માટે એવા વિદ્યુતવિભાજ્યની જરૂર હોય છે જેમાં ધન આયન અને ઋણ આયનનો વહન આંક લગભગ સમાન હોય.
$K^+$ અને $NO_3^-$ આયનોના વેગ લગભગ સમાન હોવાથી,ક્ષાર-સેતુમાં $KNO_3$ નો ઉપયોગ થાય છે જેથી પ્રવાહી જંકશન પોટેન્શિયલ ઉત્પન્ન થયા વગર વિદ્યુતીય તટસ્થતા જળવાઈ રહે.

(C) ક્ષાર સેતુમાં વપરાતા વિદ્યુતવિભાજ્યના કેટાયન અને એનાયનનો વેગ લગભગ સમાન હોવો જોઈએ,જેથી વિદ્યુતીય તટસ્થતા જળવાઈ રહે અને લિક્વિડ જંકશન પોટેન્શિયલ ન્યૂનતમ રહે.

(A) આપેલી પ્રક્રિયા $2Br^{-}_{(aq)} + Cl_{2(g)} \rightarrow Br_{2(l)} + 2Cl^{-}_{(aq)}$ છે.
ઓક્સિડેશન અર્ધ-પ્રક્રિયા (એનોડ): $2Br^{-}_{(aq)} \rightarrow Br_{2(l)} + 2e^{-}$.
રિડક્શન અર્ધ-પ્રક્રિયા (કેથોડ): $Cl_{2(g)} + 2e^{-} \rightarrow 2Cl^{-}_{(aq)}$.
$IUPAC$ સંમેલન મુજબ,એનોડ (ઓક્સિડેશન) ડાબી બાજુ અને કેથોડ (રિડક્શન) જમણી બાજુ લખવામાં આવે છે,જે ક્ષાર સેતુ $(||)$ દ્વારા અલગ પડે છે.
એનોડ બાજુ: $Pt | Br_{2(l)} | Br^{-}_{(aq)}$.
કેથોડ બાજુ: $Cl^{-}_{(aq)} | Cl_{2(g)} | Pt$.
આથી,કોષનું નિરૂપણ $Pt | Br_{2(l)} | Br^{-}_{(aq)} || Cl^{-}_{(aq)} | Cl_{2(g)} | Pt$ છે.
તેથી,વિકલ્પ $A$ સાચો છે.

(C) કોષની ઉષ્માગતિશાસ્ત્રીય કાર્યક્ષમતા એ કોષ દ્વારા કરવામાં આવેલા વિદ્યુત કાર્ય અને પ્રક્રિયાની એન્થાલ્પીમાં થતા ફેરફારના ગુણોત્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.
કોષ દ્વારા કરવામાં આવતું વિદ્યુત કાર્ય $W_{elec} = nF E_{cell}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયામાંથી ઉપલબ્ધ કુલ ઉર્જા એ એન્થાલ્પી ફેરફાર,$\Delta H$ છે.
તેથી,કાર્યક્ષમતા $\eta = \frac{nF E_{cell}}{\Delta H}$ છે.

(D) આપેલ પ્રક્રિયા માટે: $\frac{2}{3} Al_2O_3 \rightarrow \frac{4}{3} Al + O_2$
અહીં,$Al$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+3$ માંથી $0$ થાય છે. $4/3$ મોલ $Al$ માટે,કુલ ઇલેક્ટ્રોનનો ફેરફાર $n = (4/3) \times 3 = 4$ છે.
સૂત્ર: $\Delta G = -nFE^{\circ}$
અહીં,$\Delta G = 966 \, kJ \, mol^{-1} = 966000 \, J \, mol^{-1}$
$E^{\circ} = -\frac{\Delta G}{nF} = -\frac{966000}{4 \times 96500}$
$E^{\circ} = -\frac{9660}{386} \approx -2.5 \, V$
વિદ્યુતરાસાયણિક રિડક્શન માટે જરૂરી વોલ્ટેજનું મૂલ્ય $2.5 \, V$ છે.

(B) $CH_4 - O_2$ બળતણ કોષમાં,એનોડ પર ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય છે.
એનોડ પરની પ્રક્રિયા: $CH_4 + 2H_2O \rightarrow CO_2 + 8H^{+} + 8e^{-}$.
કેથોડ પરની પ્રક્રિયા: $2O_2 + 8H^{+} + 8e^{-} \rightarrow 4H_2O$.
કોષની કુલ પ્રક્રિયા: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$.

(C) કોલરાઉસના આયનોના સ્વતંત્ર અભિગમનનો નિયમ વાપરતા:
$\Lambda ^{o}_{NaBr} = \Lambda ^{o}_{Na^+} + \Lambda ^{o}_{Br^-}$
આપેલ મૂલ્યોનો ઉપયોગ કરતા:
$\Lambda ^{o}_{NaBr} = \Lambda ^{o}_{NaCl} + \Lambda ^{o}_{KBr} - \Lambda ^{o}_{KCl}$
કિંમતો મૂકતા:
$\Lambda ^{o}_{NaBr} = 126 + 152 - 150$
$\Lambda ^{o}_{NaBr} = 278 - 150 = 128\,S\,cm^{2}mol^{-1}$

(B) લેડ સંગ્રાહક કોષની ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન,રાસાયણિક પ્રક્રિયા ઉલટાવવામાં આવે છે. પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$2PbSO_{4(s)} + 2H_2O(l) \rightarrow Pb(s) + PbO_{2(s)} + 2H_2SO_4(aq)$
સમીકરણમાં જોયા મુજબ,$H_2SO_4$ ફરીથી ઉત્પન્ન થાય છે,અને લેડ $(Pb)$ કેથોડ પર જમા થાય છે જ્યારે લેડ ડાયોક્સાઇડ $(PbO_2)$ એનોડ પર જમા થાય છે.

(C) આપેલ પ્રક્રિયામાં:
$1$. $H_{2(g)}$ નું એનોડ પર ઓક્સિડેશન થાય છે: $\frac{1}{2} H_{2(g)} \rightarrow H^+_{(aq)} + e^-$.
$2$. $AgCl_{(s)}$ નું કેથોડ પર રિડક્શન થાય છે: $AgCl_{(s)} + e^- \rightarrow Ag_{(s)} + Cl^-_{(aq)}$.
$3$. કોષનું નિરૂપણ $Pt | H_{2(g)} | H^+_{(aq)}, Cl^-_{(aq)} | AgCl_{(s)} | Ag$ છે.
$4$. આથી સાચો વિકલ્પ $Pt | H_{2(g)} | HCl_{(aq)} || AgCl_{(s)} | Ag$ છે.

(A) કાર્યરત વિદ્યુતરાસાયણિક કોષમાં,ક્ષારસેતુ આયનોના સ્થળાંતર દ્વારા બંને અર્ધ-કોષોમાં વિદ્યુતીય તટસ્થતા જાળવી રાખે છે.
જો ક્ષારસેતુ દૂર કરવામાં આવે,તો અર્ધ-કોષોમાં વીજભારનો ભરાવો થવાને કારણે બાહ્ય પરિપથમાં ઈલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ અટકી જાય છે.
પરિણામે,ઈલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેનો વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (વૉલ્ટેજ) તરત જ ઘટીને $0$ થઈ જાય છે.

(A) ક્ષાર સેતુ વિદ્યુત રાસાયણિક કોષના બે અર્ધ-કોષોમાં વિદ્યુતીય તટસ્થતા જાળવી રાખે છે.
જ્યારે ક્ષાર સેતુ દૂર કરવામાં આવે છે,ત્યારે બે અર્ધ-કોષો વચ્ચે આયનોનો પ્રવાહ અટકી જાય છે.
આના કારણે અર્ધ-કોષોમાં વીજભાર એકઠો થાય છે,જે બાહ્ય પરિપથમાં ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ અટકાવે છે.
પરિણામે,ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેનો વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત (વોલ્ટેજ) ઘટીને $0 \ V$ થઈ જાય છે.

(C) લેડ સંગ્રહિત બેટરીને ચાર્જ કરવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન,રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ઉલટાવવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર રહેલ લેડ સલ્ફેટ $(PbSO_4)$ કેથોડ પર લેડ $(Pb)$ માં અને એનોડ પર લેડ ડાયોક્સાઇડ $(PbO_2)$ માં રૂપાંતરિત થાય છે,જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં સલ્ફ્યુરિક એસિડ $(H_2SO_4)$ પુનઃઉત્પાદિત થાય છે.

(D) કોષ પ્રક્રિયા:
એનોડ: $Fe_{(s)} \to Fe^{2+}_{(aq)} + 2e^-$
કેથોડ: $Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^- \to Cu_{(s)}$
સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા,$n = 2$.
પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ: $E^o_{cell} = E^o_{cathode} - E^o_{anode} = E^o_{Cu^{2+}/Cu} - E^o_{Fe^{2+}/Fe} = 0.34 \ V - (-0.44 \ V) = +0.78 \ V$.
સૂત્ર: $\Delta G^o = -nFE^o_{cell}$.
અહીં $F = 96500 \ C \ mol^{-1}$.
$\Delta G^o = -(2) \times (96500 \ C \ mol^{-1}) \times (0.78 \ V) = -150540 \ J \ mol^{-1}$.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(C) ગેલ્વેનિક કોષમાં નીચે મુજબની પ્રક્રિયાઓ થાય છે:
$1$. એનોડ એ ધ્રુવ છે જ્યાં ઓક્સિડેશન થાય છે અને તે ઋણ ભારીત હોય છે.
$2$. કેથોડ એ ધ્રુવ છે જ્યાં રિડક્શન થાય છે અને તે ધન ભારીત હોય છે.
$3$. તેથી,'એનોડ પર રિડક્શન થાય છે' તે વિધાન ખોટું છે.

(B) પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ $E^{\circ}_{cell} = E^{\circ}_{cathode} - E^{\circ}_{anode}$ દ્વારા ગણવામાં આવે છે.
અહીં,કેથોડ $Zn^{2+}/Zn$ છે અને એનોડ $Cu^{2+}/Cu$ છે.
$E^{\circ}_{cell} = E^{\circ}_{Zn^{2+}/Zn} - E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu} = -0.76 \ V - 0.34 \ V = -1.10 \ V$.
$E^{\circ}_{cell}$ ઋણ હોવાથી,ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જાનો ફેરફાર $\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}_{cell}$ ધન થશે.
તેથી,કોષ પ્રક્રિયા અસ્વયંભૂ છે.