Electrochemical cells Questions in Gujarati

(N/A) $1$. ડેનિયલ કોષનો પ્રમાણિત પોટેન્શિયલ $1.1 \ V$ છે.
$2$. ડેનિયલ કોષમાં,રાસાયણિક ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.
$3$. ડેનિયલ કોષમાં,$Zn$ (ઝિંક) એનોડ છે અને $Cu$ (કોપર) કેથોડ છે.

(A) વિધાન $(1)$ સાચું છે: ડેનિયલ કોષમાં,એનોડ પ્રક્રિયા $Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$ છે,જેમાં $Zn$ ઓગળે છે,અને કેથોડ પ્રક્રિયા $Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$ છે,જેમાં $Cu$ જમા થાય છે.
વિધાન $(2)$ સાચું છે: ડેનિયલ કોષનો પ્રમાણિત $EMF$ $1.1 \ V$ છે. જ્યારે વિરુદ્ધ દિશામાં બરાબર $1.1 \ V$ જેટલું બાહ્ય વિદ્યુતસ્થિતિમાન લાગુ કરવામાં આવે છે,ત્યારે વિદ્યુતસ્થિતિમાનનો તફાવત શૂન્ય થઈ જાય છે,કોષની પ્રક્રિયા અટકી જાય છે અને પરિપથમાં કોઈ પ્રવાહ વહેતો નથી.

(N/A) ગેલ્વેનિક કોષ: તે એક વિદ્યુત-રાસાયણિક કોષ છે જે સ્વયંભૂ રેડોક્ષ પ્રક્રિયાની રાસાયણિક ઉર્જાને વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.
$(b)$ ડેનિયલ કોષમાં થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ:
$(i)$ $Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^{-} \longrightarrow Cu_{(s)}$ (રિડક્શન અર્ધ-પ્રક્રિયા)
$(ii)$ $Zn_{(s)} \longrightarrow Zn^{2+}_{(aq)} + 2e^{-}$ (ઓક્સિડેશન અર્ધ-પ્રક્રિયા)
$(iii)$ $Zn_{(s)} + Cu^{2+}_{(aq)} \longrightarrow Zn^{2+}_{(aq)} + Cu_{(s)}$ (સમગ્ર રેડોક્ષ પ્રક્રિયા)
આ પ્રક્રિયાઓ ડેનિયલ કોષના બે અલગ-અલગ ભાગોમાં થાય છે. રિડક્શન અર્ધ-પ્રક્રિયા કોપર ઇલેક્ટ્રોડ પર થાય છે,જ્યારે ઓક્સિડેશન અર્ધ-પ્રક્રિયા ઝિંક ઇલેક્ટ્રોડ પર થાય છે. આ બે ભાગોને અર્ધ-કોષ કહેવામાં આવે છે. રેડોક્ષ યુગ્મ એટલે ઓક્સિડેશન અથવા રિડક્શન અર્ધ-પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા પદાર્થના ઓક્સિડાઇઝ્ડ અને રિડ્યુસ્ડ સ્વરૂપોનું મિશ્રણ. ઉદાહરણ તરીકે,$Zn^{2+}/Zn$ અને $Cu^{2+}/Cu$ એ રેડોક્ષ યુગ્મ છે.

(N/A) ડેનિયલ કોષના આધારે ગેલ્વેનિક કોષની રચના: આપણે વિવિધ અર્ધ-કોષોના સંયોજનોનો ઉપયોગ કરીને ડેનિયલ કોષની પદ્ધતિ મુજબ અસંખ્ય ગેલ્વેનિક કોષો બનાવી શકીએ છીએ.
$(i)$ દરેક અર્ધ-કોષમાં એક ધાતુનો વિદ્યુતધ્રુવ હોય છે જે વિદ્યુતવિભાજ્ય દ્રાવણમાં ડૂબેલો હોય છે.
$(ii)$ બે અર્ધ-કોષોને બાહ્ય રીતે વોલ્ટમીટર અને સ્વીચ દ્વારા ધાતુના તારથી જોડવામાં આવે છે.
$(iii)$ બે અર્ધ-કોષોના વિદ્યુતવિભાજ્યોને આંતરિક રીતે ક્ષાર સેતુ (salt bridge) દ્વારા જોડવામાં આવે છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં,બંને વિદ્યુતધ્રુવો એક જ વિદ્યુતવિભાજ્ય દ્રાવણમાં ડૂબેલા હોઈ શકે છે,જેમાં ક્ષાર સેતુની જરૂર હોતી નથી.
$(b)$ ડેનિયલ કોષમાં ધન અને ઋણ વિદ્યુતધ્રુવ અને પ્રક્રિયાઓ:
ધન વિદ્યુતધ્રુવ (કેથોડ): વિદ્યુતધ્રુવ-વિદ્યુતવિભાજ્યના સંપર્ક સપાટી પર,દ્રાવણમાંથી ધાતુના આયનો ધાતુના વિદ્યુતધ્રુવ પર જમા થવાની વૃત્તિ ધરાવે છે,જે તેને ધન વીજભારિત બનાવે છે.
$M^{n+}_{(aq)} + ne^{-} \longrightarrow M_{(s)}$ (રિડક્શન)
ડેનિયલ કોષમાં,$Cu$ વિદ્યુતધ્રુવ કેથોડ (ધન વિદ્યુતધ્રુવ) તરીકે કાર્ય કરે છે,જ્યાં રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય છે.
ઋણ વિદ્યુતધ્રુવ (એનોડ): વિદ્યુતધ્રુવના ધાતુના પરમાણુઓ આયનો તરીકે દ્રાવણમાં જવાની વૃત્તિ ધરાવે છે અને વિદ્યુતધ્રુવ પર ઇલેક્ટ્રોન છોડી દે છે,જે તેને ઋણ વીજભારિત બનાવે છે.
$M_{(s)} \longrightarrow M^{n+}_{(aq)} + ne^{-}$ (ઓક્સિડેશન)
ડેનિયલ કોષમાં,$Zn$ વિદ્યુતધ્રુવ એનોડ (ઋણ વિદ્યુતધ્રુવ) તરીકે કાર્ય કરે છે,જ્યાં ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય છે.

(N/A) કોપર-સિલ્વર કોષ માટે રેડોક્ષ પ્રક્રિયા:
$Cu_{(s)} + 2Ag_{(aq)}^{+} \rightarrow Cu_{(aq)}^{2+} + 2Ag_{(s)}$
અર્ધ-કોષ પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
કેથોડ (રિડક્શન): $2Ag_{(aq)}^{+} + 2e^{-} \rightarrow 2Ag_{(s)}$
એનોડ (ઓક્સિડેશન): $Cu_{(s)} \rightarrow Cu_{(aq)}^{2+} + 2e^{-}$
કોષનું નિરૂપણ:
$Cu_{(s)} | Cu_{(aq)}^{2+} \| Ag_{(aq)}^{+} | Ag_{(s)}$
કોષ પોટેન્શિયલનું સૂત્ર:
$E_{cell} = E_{cathode} - E_{anode} = E_{Ag^{+}|Ag} - E_{Cu^{2+}|Cu}$

(N/A) ઇલેક્ટ્રોડ: ગેલ્વેનિક અથવા ઇલેક્ટ્રોલિટીક કોષમાં,ધાતુના સળિયા કે પ્લેટને તેના ક્ષારના દ્રાવણમાં મૂકવાથી બનતી પ્રણાલીને ઇલેક્ટ્રોડ કહે છે,જેમાં પ્રવાહ અથવા ઇલેક્ટ્રોનનું વહન થાય છે.
હાફ-સેલ (અર્ધ-કોષ): ઇલેક્ટ્રોડ અને તે જે દ્રાવણમાં રાખેલ છે તેવી પ્રણાલી,જેમાં ઓક્સિડેશન અથવા રિડક્શન પ્રક્રિયા શક્ય હોય,તેને હાફ-સેલ કહે છે.
સાંકેતિક રજૂઆત: ધાતુ અને તેના આયન વચ્ચે ઉભી રેખા દોરવામાં આવે છે. રિડક્શન પ્રક્રિયા માટે પ્રણાલી મુજબ $\text{ધાતુ આયન} \mid \text{ધાતુ}$ લખાય છે.
રિડક્શન માટે: $Zn^{2+} + 2e^{-} \rightarrow Zn$ ની સાંકેતિક રજૂઆત $Zn_{(aq)}^{2+} \mid Zn_{(s)}$ છે.
ઓક્સિડેશન માટે: $Zn_{(s)} \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}$ ની સાંકેતિક રજૂઆત $Zn_{(s)} \mid Zn_{(aq)}^{2+}$ છે.
જો પ્રક્રિયક કે નીપજ વાયુ કે પ્રવાહી હોય,તો સામાન્ય રીતે પ્લેટિનમ $(Pt)$ નો ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણો:
$(i)$ હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ:
એનોડ (ઓક્સિડેશન): $Pt_{(s)} \mid H_{2(g)} \ (1 \ \text{bar}) \mid H_{(aq)}^{+}$
કેથોડ (રિડક્શન): $H_{(aq)}^{+} \mid H_{2(g)} \ (1 \ \text{bar}) \mid Pt_{(s)}$
$(ii)$ બ્રોમિન ઇલેક્ટ્રોડ:
કેથોડ (રિડક્શન): $Pt_{(s)} \mid Br_{2(aq)} \mid Br_{(aq)}^{-}$
એનોડ (ઓક્સિડેશન): $Br_{(aq)}^{-} \mid Br_{2(aq)} \mid Pt_{(s)}$

(N/A) વિદ્યુતરાસાયણિક કોષની સાંકેતિક રજૂઆતમાં,એનોડ (ડાબી બાજુ) અને કેથોડ (જમણી બાજુ) અર્ધ-કોષની પ્રતિક્રિયાઓને અનુક્રમે ધાતુ અને ધાતુ આયન અથવા આયન અને ધાતુની વચ્ચે એક ઊભી રેખા મૂકીને દર્શાવવામાં આવે છે.
એનોડ અને કેથોડને અનુક્રમે ડાબી અને જમણી બાજુએ દર્શાવવામાં આવે છે.
એનોડ અને કેથોડ પર અનુક્રમે ઋણ $(-)$ અને ધન $(+)$ ચિહ્નો દર્શાવવામાં આવે છે.
આ બે અર્ધ-કોષો વચ્ચેના ક્ષાર સેતુને દર્શાવવા માટે બે સમાંતર ઊભી રેખાઓ $(||)$ મૂકવામાં આવે છે.
જો નિષ્ક્રિય વિદ્યુતધ્રુવનો ઉપયોગ કરવામાં આવે,તો તેને $Pt$ અથવા $C$ જેવા સંકેતો દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.
ઉદાહરણ-$1$: ડેનિયલ કોષની સાંકેતિક રજૂઆત: $Zn_{(s)} | Zn^{2+}_{(aq)} || Cu^{2+}_{(aq)} | Cu_{(s)}$
ઉદાહરણ-$2$: નિષ્ક્રિય વિદ્યુતધ્રુવ સાથે બનાવેલા ગેલ્વેનિક કોષની સાંકેતિક રજૂઆત: $Pt_{(s)} | H_{2(g)} | H^{+}_{(aq)} || Cu^{2+}_{(aq)} | Cu_{(s)}$

(N/A) ઇલેક્ટ્રોડની સપાટી પર થતી પ્રક્રિયાના આધારે:
ગેલ્વેનિક કોષમાં,જે અર્ધ-કોષમાં ઓક્સિડેશન થાય છે તેને એનોડ કહેવામાં આવે છે અને જે બીજા અર્ધ-કોષમાં રિડક્શન થાય છે તેને કેથોડ કહેવામાં આવે છે.
$(b)$ ઇલેક્ટ્રોડ પરના વિદ્યુતભારના આધારે:
ધન અને ઋણ ઇલેક્ટ્રોડ: ધન ઇલેક્ટ્રોડની સાપેક્ષમાં ઋણ ઇલેક્ટ્રોડમાં ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા વધુ હોય છે. દા.ત.,ગેલ્વેનિક કોષમાં એનોડ ઋણ અને કેથોડ ધન હોય છે.
$(c)$ ઇલેક્ટ્રોડના સ્વભાવના આધારે વર્ગીકરણ:
$(i)$ સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ: કોષમાં,જે ઇલેક્ટ્રોડના વજનમાં વધારો કે ઘટાડો જોવા મળે તેને સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ કહેવાય છે. જો પ્રક્રિયા દરમિયાન સક્રિય ધાતુ દ્રાવણમાં ઓગળી જાય,તો તેનું વજન ઘટે છે. અને જો પ્રક્રિયા દરમિયાન દ્રાવણના આયનો રિડક્શન પામીને ધાતુના કણોમાં રૂપાંતરિત થાય અને ઇલેક્ટ્રોડ પર જમા થાય,તો ધાતુનું વજન વધે છે. દા.ત.,ડેનિયલ કોષમાં $Zn$ અને $Cu$ ધાતુઓ સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ છે.
$Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^{-}$ (ઓક્સિડેશન)
$Cu^{2+}(aq) + 2e^{-} \rightarrow Cu(s)$ (રિડક્શન)
અહીં,$Zn$ નું વજન ઘટે છે અને $Cu$ નું વજન વધે છે.
$(ii)$ નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ: જે ઇલેક્ટ્રોડ કોષ પ્રક્રિયામાં માત્ર તેની સપાટી પૂરી પાડે છે,પરંતુ પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા નથી,તેને નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ કહેવાય છે. દા.ત.,પ્લેટિનમ,ગ્રેફાઇટ જેવી ધાતુઓનો ઉપયોગ એવા અર્ધ-કોષોમાં થાય છે જેમાં વાયુ અથવા પ્રવાહી પ્રક્રિયક કે નીપજ હોય. પ્લેટિનમ-$H_2$ વાયુ એ નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડનું ઉદાહરણ છે.

(N/A) ગેલ્વેનિક કોષમાં,જે ઇલેક્ટ્રોડનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ ઓછો હોય તે એનોડ (ઓક્સિડેશન) તરીકે અને જેનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ વધુ હોય તે કેથોડ (રિડક્શન) તરીકે વર્તે છે.
અહીં,$E^o_{Zn^{2+}|Zn} = -0.76 \ V$ (ઓછો) અને $E^o_{Ag^{+}|Ag} = 0.80 \ V$ (વધુ) છે.
તેથી,$Zn$ એનોડ તરીકે અને $Ag$ કેથોડ તરીકે વર્તે છે.
કોષની સાંકેતિક રજૂઆત: $Zn(s) | Zn^{2+}(aq) || Ag^{+}(aq) | Ag(s)$.
પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલની ગણતરી:
$E^o_{cell} = E^o_{cathode} - E^o_{anode}$
$E^o_{cell} = E^o_{Ag^{+}|Ag} - E^o_{Zn^{2+}|Zn}$
$E^o_{cell} = 0.80 \ V - (-0.76 \ V)$
$E^o_{cell} = 0.80 \ V + 0.76 \ V = 1.56 \ V$.

(N/A) ગેલ્વેનિક કોષ બનાવવા માટે,આપણે પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલના આધારે એનોડ અને કેથોડ નક્કી કરીએ છીએ.
$E^o_{Mg^{2+}|Mg} = -2.37 \ V$ (એનોડ,કારણ કે તે વધુ ઋણ છે)
$E^o_{Co^{2+}|Co} = -0.28 \ V$ (કેથોડ,કારણ કે તે વધુ ધન છે)
ગેલ્વેનિક કોષમાં,એનોડ પર ઓક્સિડેશન અને કેથોડ પર રિડક્શન થાય છે.
એનોડ પ્રક્રિયા: $Mg(s) \rightarrow Mg^{2+}(aq) + 2e^-$
કેથોડ પ્રક્રિયા: $Co^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Co(s)$
ગેલ્વેનિક કોષની સાંકેતિક રજૂઆત આ રીતે લખાય છે: $\text{એનોડ} | \text{એનોડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ} || \text{કેથોડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ} | \text{કેથોડ}$
તેથી,રજૂઆત છે: $Mg(s) | Mg^{2+}(aq) || Co^{2+}(aq) | Co(s)$

(N/A) $1$. પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલના આધારે એનોડ અને કેથોડ નક્કી કરો: $E^o_{Ag^{+}|Ag} (0.80 \ V) > E^o_{Ni^{2+}|Ni} (-0.23 \ V)$ હોવાથી,$Ag$ કેથોડ તરીકે અને $Ni$ એનોડ તરીકે વર્તે છે.
$2$. સાંકેતિક નિરૂપણ: કોષને $Ni(s) | Ni^{2+}(aq) || Ag^{+}(aq) | Ag(s)$ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે.
$3$. કોષ પ્રક્રિયાઓ:
એનોડ પર (ઓક્સિડેશન): $Ni(s) \rightarrow Ni^{2+}(aq) + 2e^-$
કેથોડ પર (રિડક્શન): $2Ag^{+}(aq) + 2e^- \rightarrow 2Ag(s)$
કુલ કોષ પ્રક્રિયા: $Ni(s) + 2Ag^{+}(aq) \rightarrow Ni^{2+}(aq) + 2Ag(s)$.

(N/A) $1$. પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલના આધારે એનોડ અને કેથોડ નક્કી કરો: $E^o_{Al^{3+}|Al} = -1.66 \ V$ (એનોડ) અને $E^o_{Ag^{+}|Ag} = 0.80 \ V$ (કેથોડ).
$2$. કોષ પ્રક્રિયા: $Al(s) + 3Ag^+(aq) \rightarrow Al^{3+}(aq) + 3Ag(s)$.
$3$. ગેલ્વેનિક કોષમાં,ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય પરિપથ દ્વારા એનોડ ($Al$ ઇલેક્ટ્રોડ) થી કેથોડ ($Ag$ ઇલેક્ટ્રોડ) તરફ વહે છે.
$4$. પરંપરાગત વિદ્યુતપ્રવાહ તેની વિરુદ્ધ દિશામાં,એટલે કે કેથોડ ($Ag$ ઇલેક્ટ્રોડ) થી એનોડ ($Al$ ઇલેક્ટ્રોડ) તરફ વહે છે.
$5$. આકૃતિનું વર્ણન: $Al$ ઇલેક્ટ્રોડને $Al(NO_3)_3$ ના દ્રાવણમાં અને $Ag$ ઇલેક્ટ્રોડને $AgNO_3$ ના દ્રાવણમાં મૂકવામાં આવે છે,જે ક્ષાર સેતુ અને વોલ્ટમીટર સાથેના બાહ્ય તાર દ્વારા જોડાયેલા હોય છે.

(N/A) $Inert \ electrode$ એવો ઇલેક્ટ્રોડ છે જે કોષની રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતો નથી,પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણ માટે સપાટી પૂરી પાડે છે. ઉદાહરણ: $Platinum \ (Pt)$ અથવા $Graphite$.
$Active \ electrode$ એવો ઇલેક્ટ્રોડ છે જે દ્રાવણમાં આયનો મુક્ત કરીને અથવા દ્રાવણમાંથી આયનો મેળવીને રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે. ઉદાહરણો: $Zinc \ (Zn)$ ઇલેક્ટ્રોડ,$Copper \ (Cu)$ ઇલેક્ટ્રોડ,અથવા $Silver \ (Ag)$ ઇલેક્ટ્રોડ.

(N/A) વિદ્યુત-રાસાયણિક કોષમાં,જે ઇલેક્ટ્રોડ પર ઓક્સિડેશન થાય છે તેને $Anode$ (એનોડ) કહેવામાં આવે છે. આ તે સ્થાન છે જ્યાં ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય પરિપથમાં મુક્ત થાય છે.
વિદ્યુત-રાસાયણિક કોષમાં,જે ઇલેક્ટ્રોડ પર રિડક્શન થાય છે તેને $Cathode$ (કેથોડ) કહેવામાં આવે છે. આ તે સ્થાન છે જ્યાં બાહ્ય પરિપથમાંથી ઇલેક્ટ્રોન વપરાય છે.

(A) ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષમાં,જે ઇલેક્ટ્રોડ પર ઓક્સિડેશન થાય છે તેને $Anode$ કહેવામાં આવે છે,અને જે ઇલેક્ટ્રોડ પર રિડક્શન થાય છે તેને $Cathode$ કહેવામાં આવે છે.
$Galvanic$ કોષમાં,$Anode$ એ ઋણ ઇલેક્ટ્રોડ છે અને $Cathode$ એ ધન ઇલેક્ટ્રોડ છે.
$Electrolytic$ કોષમાં,$Anode$ એ ધન ઇલેક્ટ્રોડ છે અને $Cathode$ એ ઋણ ઇલેક્ટ્રોડ છે.
સામાન્ય રીતે,$Anode$ ને ઓક્સિડેશનના સ્થાન તરીકે અને $Cathode$ ને રિડક્શનના સ્થાન તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.
આપેલા વિકલ્પો મુજબ,$A$ એ $Electrolytic$ કોષની રચના દર્શાવે છે.

(D) ક્ષાર સેતુ વિદ્યુત રાસાયણિક કોષમાં ઘણા મહત્વપૂર્ણ કાર્યો કરે છે:
$1$. તે બંને અર્ધ-કોષો વચ્ચે આયનોના પ્રવાહને મંજૂરી આપીને વિદ્યુત પરિપથ પૂર્ણ કરે છે.
$2$. તે બંને અર્ધ-કોષોમાં આયનો પૂરા પાડીને વિદ્યુતીય તટસ્થતા જાળવી રાખે છે.
$3$. તે બે દ્રાવણોના સંપર્ક સપાટી પર આયનોના અસમાન સ્થળાંતરને કારણે ઉદ્ભવતા લિક્વિડ જંકશન પોટેન્શિયલને ઘટાડે છે અથવા અટકાવે છે.

(N/A) ગેલ્વેનિક કોષમાં,ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ બે માર્ગો દ્વારા પૂર્ણ થાય છે:
$1$. બાહ્ય પરિપથ: ઇલેક્ટ્રોન બાહ્ય ધાતુના તાર દ્વારા એનોડથી કેથોડ તરફ વહે છે. આ પ્રવાહ બંને ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના પોટેન્શિયલ તફાવત દ્વારા સંચાલિત થાય છે.
$2$. આંતરિક પરિપથ: આંતરિક પરિપથ ક્ષાર સેતુ $(salt bridge)$ અથવા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ધરાવતા છિદ્રાળુ પટલ દ્વારા પૂર્ણ થાય છે. આ અર્ધ-કોષોમાં વિદ્યુત તટસ્થતા જાળવવા માટે આયનો ($cations$ અને $anions$) ની હિલચાલને મંજૂરી આપે છે અને ચાર્જને જમા થતા અટકાવે છે,જેનાથી ઇલેક્ટ્રોનનો સતત પ્રવાહ ચાલુ રહે છે.

$(i)$ ડેનિયલ કોષ $(Zn|Zn^{2+}||Cu^{2+}|Cu)$ માટે:
એનોડ પ્રક્રિયા: $Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$
કેથોડ પ્રક્રિયા: $Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$
કુલ રેડોક્ષ પ્રક્રિયા: $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$
$(ii)$ $Cu-Ag$ ગેલ્વેનિક કોષ $(Cu|Cu^{2+}||Ag^+|Ag)$ માટે:
એનોડ પ્રક્રિયા: $Cu(s) \rightarrow Cu^{2+}(aq) + 2e^-$
કેથોડ પ્રક્રિયા: $2Ag^+(aq) + 2e^- \rightarrow 2Ag(s)$
કુલ રેડોક્ષ પ્રક્રિયા: $Cu(s) + 2Ag^+(aq) \rightarrow Cu^{2+}(aq) + 2Ag(s)$

(N/A) $(i)$ ડેનિયલ કોષ માટે,પ્રક્રિયા $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$ છે. તેનું સાંકેતિક નિરૂપણ $Zn(s) | Zn^{2+}(aq) || Cu^{2+}(aq) | Cu(s)$ છે.
$(ii)$ કોપર-સિલ્વર કોષ માટે,પ્રક્રિયા $Cu(s) + 2Ag^+(aq) \rightarrow Cu^{2+}(aq) + 2Ag(s)$ છે. તેનું સાંકેતિક નિરૂપણ $Cu(s) | Cu^{2+}(aq) || Ag^+(aq) | Ag(s)$ છે.

(A) વિદ્યુતરાસાયણિક કોષમાં,એનોડ એ ધ્રુવ છે જ્યાં ઓક્સિડેશન થાય છે અને કેથોડ એ છે જ્યાં રિડક્શન થાય છે.
$Daniell$ કોષ $(Zn|Zn^{2+}||Cu^{2+}|Cu)$ માટે:
$Zn$ એનોડ (ઋણ ધ્રુવ) તરીકે અને $Cu$ કેથોડ (ધન ધ્રુવ) તરીકે કાર્ય કરે છે.
$Copper-Silver$ કોષ $(Cu|Cu^{2+}||Ag^+|Ag)$ માટે:
$Cu$ એનોડ (ઋણ ધ્રુવ) તરીકે અને $Ag$ કેથોડ (ધન ધ્રુવ) તરીકે કાર્ય કરે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(N/A) $(1)$ ગેલ્વેનિક કોષમાં,એનોડ ઋણ ધ્રુવ (ઓક્સિડેશનનું સ્થાન) છે અને કેથોડ ધન ધ્રુવ (રિડક્શનનું સ્થાન) છે. તેથી,વીજભાર અનુક્રમે ઋણ અને ધન હોય છે.
$(2)$ રૂઢિગત પદ્ધતિ મુજબ,પ્રમાણિત કોષ આકૃતિ (કોષ સંજ્ઞા) માં,એનોડને ડાબી બાજુએ અને કેથોડને જમણી બાજુએ લખવામાં આવે છે.

(A) સમગ્ર કોષ પ્રક્રિયા એ બે અર્ધ-પ્રક્રિયાઓનો સરવાળો છે:
$Zn + Ag_{2}O + H_{2}O \rightarrow Zn^{2+} + 2Ag + 2OH^{-}$
પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ $E^{o}_{cell}$ નીચે મુજબ છે:
$E^{o}_{cell} = E^{o}_{cathode} - E^{o}_{anode}$
$E^{o}_{cell} = 0.34 \ V - (-0.76 \ V) = 1.10 \ V$
સંતુલિત સમીકરણમાં સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા $n = 2$ છે.
પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર નીચેના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને ગણવામાં આવે છે:
$\Delta G^{o} = -nFE^{o}_{cell}$
જ્યાં $F \approx 96500 \ C \ mol^{-1}$.
$\Delta G^{o} = -2 \times 96500 \ C \ mol^{-1} \times 1.10 \ V$
$\Delta G^{o} = -212300 \ J \ mol^{-1} = -2.123 \times 10^{5} \ J \ mol^{-1}$.

(N/A) બ્રાઈનમાંથી $Cl_2$ મેળવતી વખતે નીચે મુજબની પ્રક્રિયા થાય છે:
$2Cl^{-} + 2H_2O \rightarrow Cl_2 + 2OH^{-} + H_2$
આ પ્રક્રિયા માટે પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જાનો ફેરફાર $\Delta G^{\circ} = +422 \ kJ \ mol^{-1}$ છે.
સંબંધ $\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}$ નો ઉપયોગ કરતા,જ્યાં $n = 2$ અને $F = 96500 \ C \ mol^{-1}$,આપણે પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલની ગણતરી કરીએ છીએ:
$E^{\circ} = -\frac{\Delta G^{\circ}}{nF} = -\frac{422000 \ J \ mol^{-1}}{2 \times 96500 \ C \ mol^{-1}} \approx -2.2 \ V$.
પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ ઋણ હોવાથી,પ્રક્રિયા આપમેળે થતી નથી. તેથી,પ્રક્રિયાને આગળ વધારવા માટે $2.2 \ V$ કરતા વધારે બાહ્ય $emf$ ની જરૂર પડે છે.

(N/A) ડેનિયલ કોષમાં,કુલ કોષ પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$.
અહીં,$Zn$ એ $2$ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને $Zn^{2+}$ માં ઓક્સિડેશન પામે છે,અને $Cu^{2+}$ એ $2$ ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને $Cu$ માં રિડક્શન પામે છે.
સંતુલિત રેડોક્સ પ્રક્રિયામાં સ્થાનાંતરિત થયેલા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા $2$ હોવાથી,$n$ નું મૂલ્ય $2$ છે.

(A) ગેલ્વેનિક કોષ દ્વારા કરવામાં આવતું વિદ્યુત કાર્ય ગિબ્સ ઉર્જામાં થતા ઘટાડા $(-\Delta G)$ જેટલું હોય છે.
કારણ કે $\Delta G = -nFE_{cell}$,તેથી વિદ્યુત કાર્ય $(W)$ $W = -\Delta G = nFE_{cell}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
આમ,તંત્ર દ્વારા કરવામાં આવતું વિદ્યુત કાર્ય $nFE_{cell}$ છે.

(A) $1.$ ડેનિયલ કોષનો પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ $(E_{cell}^o)$ $1.1 \ V$ છે.
$2.$ ડેનિયલ કોષમાં,પ્રક્રિયા $Zn(s) + Cu^{2+}(aq) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + Cu(s)$ છે. અહીં,સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા $(n)$ $2$ છે.
$3.$ પ્રક્રિયા $Al + 3Ag^{+} \rightarrow Al^{3+} + 3Ag$ માટે,ઓક્સિડેશન અર્ધ-પ્રક્રિયા $Al \rightarrow Al^{3+} + 3e^-$ અને રિડક્શન અર્ધ-પ્રક્રિયા $Ag^{+} + e^- \rightarrow Ag$ છે. રિડક્શન પ્રક્રિયાને $3$ વડે ગુણતા $3Ag^{+} + 3e^- \rightarrow 3Ag$ મળે છે. આમ,સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનની કુલ સંખ્યા $(n)$ $3$ છે.

(N/A) નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય માટે,વિયોજન અંશ $\alpha$ એ મોલર વાહકતા $\Lambda_m$ અને સીમિત મોલર વાહકતા $\Lambda_m^o$ સાથે નીચે મુજબ સંબંધિત છે: $\alpha = \frac{\Lambda_m}{\Lambda_m^o}$.
નિર્બળ વિદ્યુતવિભાજ્ય $AB$ માટે જે $AB \rightleftharpoons A^+ + B^-$ તરીકે વિયોજન પામે છે,વિયોજન અચળાંક $K_a$ નું સૂત્ર છે: $K_a = \frac{c \alpha^2}{1 - \alpha}$.
$\alpha = \frac{\Lambda_m}{\Lambda_m^o}$ ની કિંમત $K_a$ ના સમીકરણમાં મૂકતા:
$K_a = \frac{c (\frac{\Lambda_m}{\Lambda_m^o})^2}{1 - \frac{\Lambda_m}{\Lambda_m^o}}$.
સમીકરણનું સાદું રૂપ આપતા:
$K_a = \frac{c \Lambda_m^2}{(\Lambda_m^o)^2 (\frac{\Lambda_m^o - \Lambda_m}{\Lambda_m^o})}$.
આમ,અંતિમ સંબંધ: $K_a = \frac{c \Lambda_m^2}{\Lambda_m^o (\Lambda_m^o - \Lambda_m)}$ છે.

(A) કોહલરાઉસના સ્વતંત્ર આયનોના અભિગમનનો નિયમ મુજબ:
$Al_{2}(SO_{4})_{3} \rightarrow 2 Al^{3+}_{(aq)} + 3 S{O_{4}}^{2-}_{(aq)}$
$\Lambda_{m}^{o}[Al_{2}(SO_{4})_{3}] = 2 \lambda_{m}^{o}(Al^{3+}) + 3 \lambda_{m}^{o}(SO_{4}^{2-})$
આપેલ છે: $\Lambda_{m}^{o}[Al_{2}(SO_{4})_{3}] = 758 \ S \ cm^{2} \ mol^{-1}$ અને $\lambda_{m}^{o}(SO_{4}^{2-}) = 160 \ S \ cm^{2} \ mol^{-1}$
ધારો કે $\lambda_{m}^{o}(Al^{3+}) = x$
$758 = 2(x) + 3(160)$
$758 = 2x + 480$
$2x = 758 - 480 = 278$
$x = \frac{278}{2} = 139 \ S \ cm^{2} \ mol^{-1}$

(B) કોહલરાઉસના નિયમ મુજબ,અનંત મંદને ઇલેક્ટ્રોલાઇટની મોલર વાહકતા તેના ઘટક આયનોની આયનીય વાહકતાના સરવાળા જેટલી હોય છે.
$1$. $NaBr$ માટે: $\Lambda_{m}^{o}(NaBr) = \lambda_{m}^{o}(Na^{+}) + \lambda_{m}^{o}(Br^{-}) = 128.2 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$.
આપેલ છે કે $\lambda_{m}^{o}(Br^{-}) = 78.1 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$,તેથી $\lambda_{m}^{o}(Na^{+}) = 128.2 - 78.1 = 50.1 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$.
$2$. $NaCl$ માટે: $\Lambda_{m}^{o}(NaCl) = \lambda_{m}^{o}(Na^{+}) + \lambda_{m}^{o}(Cl^{-}) = 126.5 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$.
$\lambda_{m}^{o}(Na^{+}) = 50.1$ મૂકતા,આપણને $\lambda_{m}^{o}(Cl^{-}) = 126.5 - 50.1 = 76.4 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$ મળે છે.
$3$. $KCl$ માટે: $\Lambda_{m}^{o}(KCl) = \lambda_{m}^{o}(K^{+}) + \lambda_{m}^{o}(Cl^{-}) = 149.5 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$.
$\lambda_{m}^{o}(Cl^{-}) = 76.4$ મૂકતા,આપણને $\lambda_{m}^{o}(K^{+}) = 149.5 - 76.4 = 73.1 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$ મળે છે.
વૈકલ્પિક રીતે,$\lambda_{m}^{o}(K^{+}) = \Lambda_{m}^{o}(KCl) - \Lambda_{m}^{o}(NaCl) + \Lambda_{m}^{o}(NaBr) - \lambda_{m}^{o}(Br^{-}) = 149.5 - 126.5 + 128.2 - 78.1 = 73.1 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$.
નજીકના વિકલ્પ મુજબ,જવાબ $73.5 \, S \, cm^{2} \, mol^{-1}$ છે.

(N/A) વિદ્યુતવિભાજન કોષ એ એક એવું સાધન છે જેમાં બિન-સ્વયંસ્ફુરિત રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરવા માટે બાહ્ય વોલ્ટેજ સ્ત્રોતનો ઉપયોગ થાય છે. આ કોષમાં,બાહ્ય વિદ્યુત ઊર્જાનું રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.
ઉપયોગો: વિદ્યુત-રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પ્રયોગશાળાઓ અને રાસાયણિક ઉદ્યોગોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગી છે. તેના કેટલાક મુખ્ય ઉપયોગો નીચે મુજબ છે:
$(i)$ ધાતુઓનું શુદ્ધિકરણ: ઉદાહરણ તરીકે,અશુદ્ધ કોપરને ઉચ્ચ શુદ્ધતા ધરાવતા કોપરમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. આ માટે,અશુદ્ધ કોપર ધાતુનો એનોડ તરીકે ઉપયોગ થાય છે,જે $DC$ પ્રવાહ પસાર કરવાથી ઓગળી જાય છે અને દ્રાવણના $Cu^{2+}$ આયનો રિડક્શન પામીને કેથોડ પર જમા થાય છે.
$(ii)$ ધાતુઓનું ઉત્પાદન: $Na, Mg,$ અને $Al$ જેવી ધાતુઓ તેમના આયનોના રિડક્શન દ્વારા મેળવી શકાય છે. સોડિયમ અને મેગ્નેશિયમ ધાતુઓ તેમના પીગળેલા ક્લોરાઈડના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે,જ્યારે $Al$ ને ક્રાયોલાઈટની હાજરીમાં એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઈડના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.

(N/A) $1$. સક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ: આ ઇલેક્ટ્રોડ વિદ્યુતવિભાજન અથવા ગેલ્વેનિક કોષ દરમિયાન વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ભાગ લે છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન તેઓ કાં તો ઓક્સિડેશન પામે છે અથવા રિડક્શન પામે છે. ઉદાહરણ: કોપર સલ્ફેટના દ્રાવણમાં $Cu$ ઇલેક્ટ્રોડ.
$2$. નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડ: આ ઇલેક્ટ્રોડ રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ભાગ લેતા નથી (ન તો ઓક્સિડેશન પામે છે કે ન તો રિડક્શન પામે છે),પરંતુ માત્ર ઇલેક્ટ્રોનના સ્થાનાંતરણ માટે સપાટી પૂરી પાડે છે. ઉદાહરણ: $Pt$ (પ્લેટિનમ) અથવા ગ્રેફાઇટ ઇલેક્ટ્રોડ.

(N/A) બેટરી એટલે શું?: કોઈપણ બેટરી અથવા કોષ જેનો ઉપયોગ આપણે વિદ્યુત ઉર્જાના સ્ત્રોત તરીકે કરીએ છીએ તે મૂળભૂત રીતે એક ગેલ્વેનિક કોષ છે,જ્યાં રેડોક્ષ પ્રક્રિયાની રાસાયણિક ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.
$(b)$ બેટરીના લક્ષણો: તે વજનમાં હલકી,કોમ્પેક્ટ હોવી જોઈએ અને તેના ઉપયોગ દરમિયાન તેનો વોલ્ટેજ નોંધપાત્ર રીતે બદલાવો જોઈએ નહીં.
$(c)$ બેટરીના પ્રકારો: મુખ્યત્વે બે પ્રકારની બેટરીઓ હોય છે: $(i)$ પ્રાથમિક બેટરી અને $(ii)$ ગૌણ (સેકન્ડરી) બેટરી.
$(d)$ ઉદાહરણો: ડ્રાય સેલ,લેડ સ્ટોરેજ સેલ,$Ni-Cd$ સ્ટોરેજ સેલ,હાઇડ્રોજન ફ્યુઅલ સેલ વગેરે જાણીતી બેટરીઓ છે.

(N/A) પ્રાથમિક બેટરી એ એક પ્રકારનો વિદ્યુત રાસાયણિક કોષ છે જેમાં રાસાયણિક પ્રક્રિયા માત્ર એક જ વાર થાય છે. સમય જતાં વપરાશ પછી,પ્રક્રિયકો વપરાઈ જાય છે,બેટરી મૃત થઈ જાય છે અને તેને ફરીથી ચાર્જ કરી શકાતી નથી કે ફરીથી વાપરી શકાતી નથી.
ડ્રાય સેલ (લેક્લાન્શે કોષ):
તે પ્રાથમિક બેટરીનું સૌથી સામાન્ય ઉદાહરણ છે.
ઉપયોગો: તે સામાન્ય રીતે ટ્રાન્ઝિસ્ટર,રમકડાં અને ઘડિયાળોમાં વપરાય છે.
રચના:
એનોડ: કોષમાં ઝિંકનું પાત્ર હોય છે જે એનોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.
કેથોડ: કેથોડ એ કાર્બન (ગ્રેફાઇટ) સળિયો છે,જે ઝિંક સિલિન્ડરની મધ્યમાં ઊભી રીતે રાખવામાં આવે છે.
વિદ્યુતવિભાજ્ય: ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેની જગ્યા એમોનિયમ ક્લોરાઇડ $(NH_{4}Cl)$ અને ઝિંક ક્લોરાઇડ $(ZnCl_{2})$ ની ભીની પેસ્ટથી ભરેલી હોય છે. કાર્બન સળિયો પાવડર કરેલા મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ $(MnO_{2})$ અને કાર્બનના મિશ્રણથી ઘેરાયેલો હોય છે.
પ્રક્રિયાઓ:
એનોડ પર ઓક્સિડેશન:
$Zn_{(s)} \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}$
કેથોડ પર રિડક્શન:
$MnO_{2} + NH_{4}^{+} + e^{-} \rightarrow MnO(OH) + NH_{3}$
ઉત્પન્ન થયેલા $Zn^{2+}$ આયનો $NH_{3}$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને સંકીર્ણ $[Zn(NH_{3})_{4}]^{2+}$ બનાવે છે.
સમગ્ર કોષ પ્રક્રિયા:
$Zn_{(s)} + 2MnO_{2} + 2NH_{4}^{+} \rightarrow Zn^{2+} + 2MnO(OH) + 2NH_{3}$
કોષ પોટેન્શિયલ: આ કોષનો પોટેન્શિયલ આશરે $1.5 \ V$ છે.

(N/A) આ સેલ પ્રાથમિક સેલનું એક ઉદાહરણ છે. તેની રચના નીચે મુજબ છે:
રચના: આકૃતિમાં દર્શાવ્યા મુજબ,
એનોડ: તે ઝિંક-મર્ક્યુરી એમાલગમનો બનેલો છે.
કેથોડ: $HgO$ અને કાર્બનની પેસ્ટ.
વિદ્યુતવિભાજ્ય: $KOH$ અને $ZnO$ ની ભેજવાળી પેસ્ટ.
પ્રક્રિયા: ઇલેક્ટ્રોડ પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
એનોડ પર ઝિંક-મર્ક્યુરી એમાલગમના $Zn$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે:
$(i) \ Zn(Hg) + 2 OH^{-} \rightarrow ZnO_{(s)} + H_{2}O + 2 e^{-}$
કેથોડ પર $HgO$ નું રિડક્શન થાય છે:
$(ii) \ HgO_{(s)} + H_{2}O + 2 e^{-} \rightarrow Hg_{(l)} + 2 OH^{-}$
સમગ્ર સેલ પ્રક્રિયા:
$(iii) \ Zn(Hg) + HgO_{(s)} \rightarrow ZnO_{(s)} + Hg_{(l)}$
આ સેલમાં $Zn$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે અને તે રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે,જ્યારે $HgO$ નું રિડક્શન થાય છે અને તે ઓક્સિડેશનકર્તા તરીકે વર્તે છે.
સેલ પોટેન્શિયલ અને લાક્ષણિકતા: સેલ પોટેન્શિયલ આશરે $1.35 \ V$ છે અને તે તેના આયુષ્ય દરમિયાન અચળ રહે છે કારણ કે સમગ્ર પ્રક્રિયામાં દ્રાવણમાં કોઈ એવા આયનો સામેલ નથી જેની સાંદ્રતા તેના કાર્યકાળ દરમિયાન બદલાય.
ઉપયોગો: મર્ક્યુરી સેલ હિયરિંગ એઇડ્સ,ઘડિયાળો વગેરે જેવા ઓછા પ્રવાહ ધરાવતા ઉપકરણો માટે યોગ્ય છે.

(N/A) ગૌણ કોષ એ એક પ્રકારનો વિદ્યુત-રાસાયણિક કોષ છે જેને ઉપયોગ કર્યા પછી તેની વિરુદ્ધ દિશામાં વિદ્યુત પ્રવાહ પસાર કરીને ફરીથી ચાર્જ કરી શકાય છે,જેથી તેનો ફરીથી ઉપયોગ કરી શકાય.
$(i)$ એક સારો ગૌણ કોષ મોટી સંખ્યામાં ડિસ્ચાર્જિંગ અને ચાર્જિંગ ચક્રમાંથી પસાર થઈ શકે છે.
$(ii)$ ગૌણ કોષોના સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઉદાહરણો લેડ સ્ટોરેજ બેટરી અને $Ni-Cd$ કોષ છે.

(N/A) સૌથી મહત્વનો ગૌણ કોષ લેડ સ્ટોરેજ બેટરી છે. તેને ડિસ્ચાર્જ થયા પછી ફરીથી ચાર્જ કરી શકાય છે.
રચના:
એનોડ: તે સ્પોન્જી લેડ $(Pb)$ થી ભરેલી લેડની ગ્રીડનો બનેલો છે.
કેથોડ: લેડ ડાયોક્સાઇડ $(PbO_2)$ થી ભરેલી લેડની ગ્રીડ.
ઇલેક્ટ્રોલાઇટ: સલ્ફ્યુરિક એસિડ $(H_2SO_4)$ નું $38\%$ દ્રાવણ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે વપરાય છે.
(ઘનતા: શરૂઆતની $1.25$ થી $1.30 \ g \ mL^{-1}$)
કોષની ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા:
જ્યારે કોષ કાર્યરત હોય ત્યારે નીચે મુજબની પ્રક્રિયાઓ થાય છે:
એનોડ: $Pb$ નું $PbSO_4$ માં ઓક્સિડેશન.
$(i) \ Pb_{(s)} + SO_{4(aq)}^{2-} \rightarrow PbSO_{4(s)} + 2e^{-}$
કેથોડ: $PbO_2$ નું $PbSO_4$ માં રિડક્શન.
$(ii) \ PbO_{2(s)} + SO_{4(aq)}^{2-} + 4H^+_{(aq)} + 2e^- \rightarrow PbSO_{4(s)} + 2H_2O_{(l)}$
સમગ્ર પ્રક્રિયા: $(i)$ અને $(ii)$ નો સરવાળો કરતા લેડ સ્ટોરેજ સેલની કુલ પ્રક્રિયા મળે છે:
$(iii) \ Pb_{(s)} + PbO_{2(s)} + 2H_2SO_{4(aq)} \rightarrow 2PbSO_{4(s)} + 2H_2O_{(l)}$

(N/A) $Ni-Cd$ સેલ એ ગૌણ (secondary) સેલ છે,જેનો અર્થ છે કે તે રિચાર્જેબલ છે.
રચના:
તેમાં કેડમિયમ એનોડ અને નિકલ$(IV)$ ઓક્સાઈડ $(NiO_2)$ ધરાવતી મેટલ ગ્રીડ કેથોડ તરીકે હોય છે. વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે પોટેશિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ $(KOH)$ નું જલીય દ્રાવણ વપરાય છે.
સેલ પ્રક્રિયાઓ:
ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન થતી કુલ પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$Cd_{(s)} + 2NiO(OH)_{(s)} + 2H_2O_{(l)} \rightarrow Cd(OH)_{2_{(s)}} + 2Ni(OH)_{2_{(s)}}$
ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન,એનોડ પર કેડમિયમનું $Cd(OH)_2$ માં ઓક્સિડેશન થાય છે અને કેથોડ પર નિકલ$(IV)$ ઓક્સાઈડનું નિકલ$(II)$ હાઈડ્રોક્સાઈડમાં રિડક્શન થાય છે.
લાક્ષણિકતાઓ:
તેનું આયુષ્ય લેડ સ્ટોરેજ સેલ કરતા વધારે હોય છે પરંતુ તે બનાવવામાં વધુ મોંઘો છે.

(A) બેટરી એ મૂળભૂત રીતે એક વિદ્યુત-રાસાયણિક કોષ અથવા શ્રેણીમાં જોડાયેલા વિદ્યુત-રાસાયણિક કોષોનું સંયોજન છે,જેનો ઉપયોગ અચળ વોલ્ટેજ પર સીધા વિદ્યુત પ્રવાહના સ્ત્રોત તરીકે થઈ શકે છે.
તે રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા સંગ્રહિત રાસાયણિક ઉર્જાને વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.

(N/A) ડ્રાય સેલ (લેક્લાન્શે સેલ) માં,પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$1.$ એનોડ પ્રક્રિયા (ઝિંકનું ઓક્સિડેશન):
$Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$
$2.$ કેથોડ પ્રક્રિયા (મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડનું રિડક્શન):
$2MnO_2(s) + 2NH_4^+(aq) + 2e^- \rightarrow Mn_2O_3(s) + 2NH_3(g) + H_2O(l)$

$1.$ લેડ સ્ટોરેજ સેલ:
એનોડ (ઓક્સિડેશન): $Pb(s) + SO_4^{2-}(aq) \rightarrow PbSO_4(s) + 2e^-$
કેથોડ (રિડક્શન): $PbO_2(s) + SO_4^{2-}(aq) + 4H^+(aq) + 2e^- \rightarrow PbSO_4(s) + 2H_2O(l)$
$2.$ $Ni-Cd$ સેલ:
કોષ પ્રક્રિયા: $Cd(s) + 2Ni(OH)_3(s) \rightarrow CdO(s) + 2Ni(OH)_2(s) + H_2O(l)$
$3.$ મર્ક્યુરી સેલ:
એનોડ (ઓક્સિડેશન): $Zn(Hg) + 2OH^-(aq) \rightarrow ZnO(s) + H_2O(l) + 2e^-$
કેથોડ (રિડક્શન): $HgO(s) + H_2O(l) + 2e^- \rightarrow Hg(l) + 2OH^-(aq)$
કુલ પ્રક્રિયા: $Zn(Hg) + HgO(s) \rightarrow ZnO(s) + Hg(l)$

(C) $Ni-Cd$ (નિકલ-કેડમિયમ) સેલ એ એક પ્રકારની રિચાર્જેબલ બેટરી છે.
તે લેડ સ્ટોરેજ સેલ કરતા લાંબુ આયુષ્ય ધરાવે છે.
તેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે કોર્ડલેસ ઉપકરણો,કેમેરા અને વિવિધ પોર્ટેબલ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં થાય છે.

(N/A) મર્ક્યુરી સેલનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ઓછા પ્રવાહવાળા ઉપકરણો જેવા કે હિયરિંગ એઇડ્સ (શ્રવણ સાધનો),ઘડિયાળો અને કેમેરામાં થાય છે.

(N/A) ફ્યુઅલ સેલ (બળતણ કોષ) એ એક એવું ઉપકરણ છે જે રાસાયણિક ઉર્જાનું સીધું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર કરે છે અને તેની રચના ગેલ્વેનિક કોષ જેવી હોય છે.
રચના: ફ્યુઅલ સેલમાં પ્રક્રિયકોને સતત ઇલેક્ટ્રોડ પર આપવામાં આવે છે અને નીપજોને ઇલેક્ટ્રોલાઇટના ભાગમાંથી સતત દૂર કરવામાં આવે છે. આ કોષો $H_2$,$CH_4$,અથવા $CH_3OH$ જેવા બળતણના દહનની ઉર્જાને સીધી વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે બનાવવામાં આવ્યા છે.
ફ્યુઅલ સેલના ફાયદા:
$(i)$ તેમાં હવા કે અવાજનું પ્રદૂષણ થતું નથી.
$(ii)$ ફ્યુઅલ સેલની કાર્યક્ષમતા $70 \%$ કે તેથી વધુ હોય છે,જ્યારે થર્મલ પાવર સ્ટેશનની કાર્યક્ષમતા $40 \%$ કે તેથી ઓછી હોય છે.
$(iii)$ ફ્યુઅલ સેલમાં વિવિધ પ્રકારના બળતણનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

(B) કારમાં,જરૂરી વોલ્ટેજ મેળવવા માટે લેડ-એસિડ બેટરીઓને શ્રેણીમાં જોડવામાં આવે છે.
દરેક લેડ-એસિડ સેલ આશરે $2 \ V$ પૂરો પાડે છે.
એક પ્રમાણભૂત કાર બેટરીમાં શ્રેણીમાં જોડાયેલા આવા $6$ સેલ હોય છે.
કુલ વોલ્ટેજ = $6 \times 2 \ V = 12 \ V$.

(A) લેડ સ્ટોરેજ સેલના ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન,લેડ એનોડ $(Pb)$ અને લેડ ડાયોક્સાઇડ કેથોડ $(PbO_2)$ સલ્ફ્યુરિક એસિડ $(H_2SO_4)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને લેડ સલ્ફેટ $(PbSO_4)$ અને પાણી $(H_2O)$ બનાવે છે.
સમગ્ર સેલ પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$Pb_{(s)} + PbO_{2(s)} + 2H_2SO_{4(aq)} \rightarrow 2PbSO_{4(s)} + 2H_2O_{(l)}$

(D) ડ્રાય સેલ (લેક્લાન્શે સેલ) એ એક પ્રાથમિક કોષ છે જે પોર્ટેબલ છે અને સ્થિર વોલ્ટેજ પ્રદાન કરે છે.
તે સામાન્ય રીતે ઓછા પાવર વપરાશવાળા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં વપરાય છે જેમ કે:
$1$. દીવાલ ઘડિયાળ અને કાંડા ઘડિયાળ.
$2$. રમકડાં અને રિમોટ કંટ્રોલ.
$3$. ફ્લેશલાઇટ અને પોર્ટેબલ રેડિયો.
તેથી,આપેલા તમામ વિકલ્પો ડ્રાય સેલના સાચા ઉપયોગો છે.

(A) લેડ સ્ટોરેજ સેલ એ દ્વિતીયક બેટરી છે. તેના મુખ્ય ઉપયોગો નીચે મુજબ છે:
$1$. તે ઓટોમોબાઈલ (કાર,ટ્રક) માં એન્જિન શરૂ કરવા અને વિદ્યુત પ્રણાલીઓને પાવર આપવા માટે વ્યાપકપણે વપરાય છે.
$2$. તે વીજળીના કટ-ઓફ દરમિયાન બેકઅપ પાવર પૂરો પાડવા માટે ઇન્વર્ટરમાં વપરાય છે.

(B) $1.$ ખોટું: બેટરી (ગેલ્વેનિક અથવા વોલ્ટેઇક કોષ) રાસાયણિક ઊર્જાનું વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે,તેનાથી ઉલટું નહીં. વિદ્યુત ઊર્જાનું રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતર વિદ્યુતવિભાજ્ય કોષમાં થાય છે.
$2.$ સાચું: બેટરી સંગ્રહિત રાસાયણિક ઊર્જાને વિદ્યુત પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરીને વિદ્યુત ઊર્જાના સ્ત્રોત તરીકે કાર્ય કરે છે.

(A) $1.$ ખોટું: નિકલ-કેડમિયમ સેલનું આયુષ્ય લેડ સ્ટોરેજ સેલ કરતા વધારે હોય છે કારણ કે તેને ઘણી વખત રિચાર્જ કરી શકાય છે.
$2.$ ખોટું: ડ્રાય સેલ એ પ્રાયમરી સેલ (રિચાર્જ ન થઈ શકે તેવો) છે,જ્યારે નિકલ-કેડમિયમ સેલ એ સેકન્ડરી સેલ (રિચાર્જ થઈ શકે તેવો) છે.
$3.$ ખોટું: ડ્રાય સેલ એ પ્રાયમરી સેલ છે,પરંતુ નિકલ-કેડમિયમ સેલ એ સેકન્ડરી સેલ છે.

(N/A) ફ્યુઅલ સેલ એ એક ગેલ્વેનિક કોષ છે જે બળતણની રાસાયણિક ઉર્જાનું સીધું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
રચના: ફ્યુઅલ સેલમાં પ્રક્રિયકોને સતત ઇલેક્ટ્રોડ પર આપવામાં આવે છે અને નીપજોને ઇલેક્ટ્રોલાઇટના ભાગમાંથી સતત દૂર કરવામાં આવે છે. આ કોષો $H_2$,$CH_4$,$CH_3OH$ જેવા બળતણના દહનની ઉર્જાને સીધી વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરવા માટે બનાવવામાં આવ્યા છે.
ફ્યુઅલ સેલના ફાયદા:
$(i)$ તેનાથી હવા કે અવાજનું પ્રદૂષણ થતું નથી.
(ii) ફ્યુઅલ સેલની કાર્યક્ષમતા $70 \%$ કે તેથી વધુ હોય છે,જ્યારે થર્મલ પાવર સ્ટેશનની કાર્યક્ષમતા $40 \%$ કે તેથી ઓછી હોય છે.
(iii) ફ્યુઅલ સેલમાં વિવિધ પ્રકારના બળતણનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.