Electrochemical cells Questions in Gujarati

(A) સાચી જોડીઓ નીચે મુજબ છે:
$A$. ટ્રાન્ઝિસ્ટર ડ્રાય સેલ (લેક્લાન્શે કોષ) નો ઉપયોગ કરે છે,જેમાં એનોડ $Zn$ અને કેથોડ $Carbon$ છે $(A-III)$.
$B$. સાંભળવાના સાધનો મર્ક્યુરી સેલનો ઉપયોગ કરે છે,જેમાં એનોડ $Zn/Hg$ અને કેથોડ $HgO + C$ છે $(B-I)$.
$C$. ઇન્વર્ટર લેડ સ્ટોરેજ બેટરીનો ઉપયોગ કરે છે,જેમાં એનોડ $Pb$ અને કેથોડ $PbO_2$ છે $(C-IV)$.
$D$. એપોલો સ્પેસ શિપમાં હાઇડ્રોજન ફ્યુઅલ સેલનો ઉપયોગ થતો હતો $(D-II)$.
તેથી,સાચો ક્રમ $A-III, B-I, C-IV, D-II$ છે.

(A) કોષની પ્રક્રિયામાં એનોડ પર મિથેનોલનું ઓક્સિડેશન અને કેથોડ પર ઓક્સિજનનું રિડક્શન થાય છે.
આપેલ છે: $E_{\text{cell}}^{\ominus} = 1.21 \ V$ અને $E_{\text{cathode}}^{\ominus} (O_2/H_2O) = 1.229 \ V$.
સૂત્રનો ઉપયોગ કરતા: $E_{\text{cell}}^{\ominus} = E_{\text{cathode}}^{\ominus} - E_{\text{anode}}^{\ominus}$.
$1.21 \ V = 1.229 \ V - E_{\text{anode}}^{\ominus}$.
$E_{\text{anode}}^{\ominus} = 1.229 \ V - 1.21 \ V = 0.019 \ V = 19 \ mV$.
એનોડ પ્રક્રિયા મિથેનોલનું ઓક્સિડેશન હોવાથી $(CH_3OH + H_2O \rightarrow CO_2 + 6H^+ + 6e^-)$,$CO_2/CH_3OH$ યુગ્મનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ $19 \ mV$ છે.
તેથી,વિકલ્પ $A$ સાચો છે.

(B) લેડ સ્ટોરેજ બેટરીને ચાર્જ કરતી વખતે,ઉલટી પ્રક્રિયા થાય છે: $2 PbSO_{4(s)} + 2 H_2 O_{(l)} \rightarrow Pb_{(s)} + PbO_{2(s)} + 2 H_2 SO_{4(aq)}$.
એનોડ પર,$PbSO_4$ નું રિડક્શન થઈને $Pb$ બને છે. $Pb$ ની ઓક્સિડેશન અવસ્થા $+2$ $(x_1)$ થી બદલાઈને $0$ $(y_1)$ થાય છે.
કેથોડ પર,$PbSO_4$ નું ઓક્સિડેશન થઈને $PbO_2$ બને છે. $Pb$ ની ઓક્સિડેશન અવસ્થા $+2$ $(x_2)$ થી બદલાઈને $+4$ $(y_2)$ થાય છે.
તેથી,મૂલ્યો $x_1 = +2, y_1 = 0, x_2 = +2, y_2 = +4$ છે.

(A) સ્વયંભૂ વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રક્રિયા માટે,ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર $(\Delta G)$ અને કોષ પોટેન્શિયલ $(E_{cell})$ વચ્ચેનો સંબંધ $\Delta G = -nFE_{cell}$ સમીકરણ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
સંતુલન સમયે,ચોખ્ખી પ્રક્રિયા અટકી જાય છે,જેનો અર્થ છે કે પ્રક્રિયકો અને નીપજોની સાંદ્રતામાં કોઈ વધુ ફેરફાર થતો નથી.
આ સ્થિતિમાં,પ્રક્રિયાનો ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર શૂન્ય થઈ જાય છે,એટલે કે $\Delta G = 0$.
$\Delta G = -nFE_{cell}$ સમીકરણમાં $\Delta G = 0$ મૂકતા,આપણને $0 = -nFE_{cell}$ મળે છે,જેનો અર્થ છે કે $E_{cell} = 0$.

(D) જે કોષોને રિચાર્જ કરી શકાય છે તેને ગૌણ (secondary) કોષો કહેવામાં આવે છે.
$(c)$ લેડ સ્ટોરેજ કોષ અને $(d)$ $Ni-Cd$ કોષ એ ગૌણ કોષોના ઉદાહરણો છે.
$(a)$ મર્ક્યુરી કોષ અને $(b)$ ડ્રાય સેલ એ પ્રાથમિક કોષો છે અને તેને રિચાર્જ કરી શકાતા નથી.

(A) $AgNO_{3}$ એ પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્ય છે. પ્રબળ વિદ્યુતવિભાજ્યો માટે,મોલર વાહકતા $(\lambda_{M})$ નો સાંદ્રતા $(C)$ સાથેનો ફેરફાર ડેબાય-હ્યુકેલ-ઓન્સાગર સમીકરણ દ્વારા આપવામાં આવે છે: $\lambda_{M} = \lambda_{M}^{\circ} - A\sqrt{C}$.
અહીં,$\lambda_{M}^{\circ}$ એ અનંત મંદને મોલર વાહકતા છે અને $A$ એ અચળાંક છે.
જ્યારે $\lambda_{M}$ ને $\sqrt{C}$ ની વિરુદ્ધ આલેખવામાં આવે ત્યારે આ સમીકરણ ઋણ ઢાળ $(-A)$ અને y-અક્ષ પર $\lambda_{M}^{\circ}$ ના અંતઃખંડ સાથેની સીધી રેખા દર્શાવે છે.
તેથી,સાચો આલેખ ઋણ ઢાળ ધરાવતી સીધી રેખા છે.

(C) એનોડ પર ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા: $H_2(g) \rightarrow 2H^+(aq) + 2e^-$.
$H_2$ ના મોલની સંખ્યા = $\frac{67.2 \ L}{22.4 \ L/mol} = 3 \ mol$.
$H_2$ ના પ્રતિ મોલ $2 \ mol$ ઇલેક્ટ્રોન ઉત્પન્ન થતા હોવાથી,ઇલેક્ટ્રોનના કુલ મોલ $(n)$ = $3 \times 2 = 6 \ mol$.
કુલ વિદ્યુતભાર $(Q)$ = $n \times F = 6 \times 96500 \ C = 579000 \ C$.
સમય $(t)$ = $15 \ min = 15 \times 60 \ s = 900 \ s$.
પ્રવાહ $(I)$ = $\frac{Q}{t} = \frac{579000 \ C}{900 \ s} = 643.33 \ A$.

(B) પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર $(\Delta G^{\circ})$ અને પ્રમાણિત કોષ પોટેન્શિયલ $(E_{\text{cell}}^{\circ})$ વચ્ચેનો સંબંધ $\Delta G^{\circ} = -nFE_{\text{cell}}^{\circ}$ સમીકરણ દ્વારા આપવામાં આવે છે.
$E_{\text{cell}}^{\circ}$ માટે આને ફરીથી ગોઠવતા,આપણને મળે છે: $E_{\text{cell}}^{\circ} = \frac{-\Delta G^{\circ}}{nF}$.
ડ્રાય સેલમાં,કુલ પ્રક્રિયામાં $n = 2$ ઇલેક્ટ્રોનનું સ્થાનાંતર થાય છે.
તેથી,$n = 2$ મૂકતા,$E_{\text{cell}}^{\circ} = \frac{-\Delta G^{\circ}}{2F}$ મળે છે.

(C) કોષની પ્રક્રિયા છે: $Zn_{(s)} + 2Ag_{(1 \ M)}^{+1} \rightarrow Zn_{(1 \ M)}^{+2} + 2Ag_{(s)}$.
અહીં, સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા $(n)$ $2$ છે.
કોષનો પ્રમાણિત $emf$ $(E_{cell}^o)$ $1.55 \ V$ છે.
પ્રમાણિત પરિસ્થિતિઓમાં થયેલ વિદ્યુત કાર્ય એ ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જામાં થતા ફેરફાર $(\Delta G^o)$ જેટલું હોય છે.
$\Delta G^o = -nFE_{cell}^o$.
કિંમતો મૂકતા: $n = 2$, $F = 96500 \ C \ mol^{-1}$, $E_{cell}^o = 1.55 \ V$.
$\Delta G^o = -2 \times 96500 \times 1.55 = -299150 \ J = -299.150 \ kJ$.
તેથી, થયેલ વિદ્યુત કાર્ય $-299.150 \ kJ$ છે.

(C) $1$. પ્રમાણિત સેલ પોટેન્શિયલ $(E^{\circ}_{cell})$ એ તીવ્ર ગુણધર્મ છે કારણ કે તે સિસ્ટમમાં હાજર પદાર્થના જથ્થા પર આધાર રાખતું નથી.
$2$. ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ એ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્રાવણની સાંદ્રતા પર આધાર રાખે છે,જે નર્ન્સ્ટ સમીકરણ $(E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln Q)$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.
$3$. પ્રમાણિત મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર $(\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}_{cell})$ એ વિસ્તૃત (extensive) ગુણધર્મ છે કારણ કે તે સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનના મોલની સંખ્યા $(n)$ પર આધાર રાખે છે,જે પદાર્થના જથ્થા સાથે સંબંધિત છે.
$4$. ગેલ્વેનિક સેલમાં થયેલું વિદ્યુત કાર્ય એ ગિબ્સ ઉર્જામાં થયેલા ઘટાડા $(W_{elec} = -\Delta G)$ જેટલું હોય છે.
$5$. તેથી,પ્રમાણિત મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર એ તીવ્ર ગુણધર્મ છે તે વિધાન ખોટું છે.

(B) ગેલ્વેનિક કોષમાં જે $Anode | Anode_{electrolyte} || Cathode_{electrolyte} | Cathode$ તરીકે દર્શાવેલ છે,એનોડ પર ઓક્સિડેશન અને કેથોડ પર રિડક્શન થાય છે.
આપેલ કોષ $A_{(s)} | A_{(aq)}^{+2} || B_{(aq)}^{+} | B_{(s)}$ માટે:
એનોડ પ્રક્રિયા (ઓક્સિડેશન): $A_{(s)} \rightarrow A_{(aq)}^{+2} + 2e^-$.
કેથોડ પ્રક્રિયા (રિડક્શન): $B_{(aq)}^{+} + e^- \rightarrow B_{(s)}$.
ઇલેક્ટ્રોનને સંતુલિત કરવા માટે,કેથોડ પ્રક્રિયાને $2$ વડે ગુણો: $2 B_{(aq)}^{+} + 2e^- \rightarrow 2 B_{(s)}$.
બંને અર્ધ-પ્રક્રિયાઓનો સરવાળો કરતા: $A_{(s)} + 2 B_{(aq)}^{+} \rightarrow A_{(aq)}^{+2} + 2 B_{(s)}$.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $B$ છે.

(B) ગેલ્વેનિક કોષમાં જેનું નિરૂપણ $Anode | Anode \text{ } electrolyte || Cathode \text{ } electrolyte | Cathode$ તરીકે થાય છે,તેમાં એનોડ પર ઓક્સિડેશન અને કેથોડ પર રિડક્શન થાય છે.
આપેલ કોષ સંકેત: $A_{(s)} | A^{+}_{(1 \ M)} || B^{+2}_{(1 \ M)} | B_{(s)}$.
એનોડ પર (ઓક્સિડેશન): $A_{(s)} \rightarrow A^{+}_{(aq)} + e^-$.
કેથોડ પર (રિડક્શન): $B^{+2}_{(aq)} + 2e^- \rightarrow B_{(s)}$.
ઇલેક્ટ્રોનને સંતુલિત કરવા માટે,એનોડ પ્રક્રિયાને $2$ વડે ગુણતા: $2A_{(s)} \rightarrow 2A^{+}_{(aq)} + 2e^-$.
બંને અર્ધ-પ્રક્રિયાઓનો સરવાળો કરતા: $2A_{(s)} + B^{+2}_{(aq)} \rightarrow 2A^{+}_{(aq)} + B_{(s)}$.
કોષનો $EMF$ ધન હોવાથી,આ પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ છે.

(B) ગેલ્વેનિક કોષમાં,જે ઇલેક્ટ્રોડનો રિડક્શન પોટેન્શિયલ વધારે હોય તે કેથોડ તરીકે અને જેનો ઓછો હોય તે એનોડ તરીકે વર્તે છે.
આપેલ છે $E^{\circ}(Cu^{2+}/Cu) = +0.34 \ V$ અને $E^{\circ}(H^{+}/H_2) = 0.00 \ V$.
અહીં $0.34 \ V > 0.00 \ V$ હોવાથી,કોપર ઇલેક્ટ્રોડ કેથોડ (રિડક્શન) તરીકે અને પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ $(SHE)$ એનોડ (ઓક્સિડેશન) તરીકે વર્તે છે.
એનોડ પ્રક્રિયા: $H_{2(g)} \longrightarrow 2H^{+}_{(aq)} + 2e^{-}$
કેથોડ પ્રક્રિયા: $Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^{-} \longrightarrow Cu_{(s)}$
આ બંને અર્ધ-પ્રક્રિયાઓનો સરવાળો કરતા ચોખ્ખી કોષ પ્રક્રિયા મળે છે: $H_{2(g)} + Cu^{2+}_{(aq)} \longrightarrow 2H^{+}_{(aq)} + Cu_{(s)}$.

(A) પ્રમાણિત ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા ફેરફારનું સૂત્ર: $\Delta G^{\circ} = -nFE_{cell}^{\circ}$
અહીં,$n$ એ સંતુલિત રેડોક્ષ પ્રક્રિયામાં સ્થાનાંતરિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા છે. $Mg + Sn^{2+} \longrightarrow Mg^{2+} + Sn$ માટે,$n = 2$.
$F$ એ ફેરાડે અચળાંક છે,જે આશરે $96500 \ C \ mol^{-1}$ છે.
$E_{cell}^{\circ} = 2.23 \ V$.
કિંમતો મૂકતા: $\Delta G^{\circ} = -2 \times 96500 \times 2.23 \ J \ mol^{-1}$.
$\Delta G^{\circ} = -430390 \ J \ mol^{-1}$.
$1000$ વડે ભાગીને $kJ \ mol^{-1}$ માં ફેરવતા: $\Delta G^{\circ} = -430.39 \ kJ \ mol^{-1} \approx -430.4 \ kJ \ mol^{-1}$.

(D) વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીનો ઉપયોગ રેડોક્સ પ્રક્રિયાની સ્વયંસ્ફુરિતતા,ઓક્સિડેશનકર્તાની સાપેક્ષ પ્રબળતા અને રિડક્શનકર્તાની સાપેક્ષ પ્રબળતા નક્કી કરવા માટે થાય છે.
જોકે,ઓટોમોબાઈલ બેટરીમાં $SHE$ (પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ) નો ઉપયોગ એ વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીનો ઉપયોગ નથી. $SHE$ એ પ્રમાણિત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ માપવા માટે વપરાતો સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ છે,જ્યારે ઓટોમોબાઈલ બેટરીઓ (જેમ કે લેડ-એસિડ બેટરી) વિદ્યુત ઊર્જા સંગ્રહિત કરવા અને મુક્ત કરવા માટે ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પર આધાર રાખે છે.

(C) વિદ્યુતરાસાયણિક કોષમાં,જે પદાર્થનું ઓક્સિડેશન થાય છે તે રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.
એનોડ પર,ઓક્સિડેશન થાય છે: $Ni_{(s)} \rightarrow Ni^{2+} + 2e^{-}$.
આમ,$Ni_{(s)}$ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે,તેથી તે રિડક્શનકર્તા છે.
કેથોડ પર,રિડક્શન થાય છે: $Ag^{+} + e^{-} \rightarrow Ag_{(s)}$.

(A) ઇલેક્ટ્રોલિટીક કોષમાં,એનોડ એ ધન ધ્રુવ છે જ્યાં ઓક્સિડેશન થાય છે,અને કેથોડ એ ઋણ ધ્રુવ છે જ્યાં રિડક્શન થાય છે. તેથી,ધન ધ્રુવ પર ઓક્સિડેશન થાય છે.

(A) પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન વિદ્યુતધ્રુવ $(SHE)$ એ પ્રાથમિક સંદર્ભ વિદ્યુતધ્રુવ છે.
$SHE$ ને $Pt_{(s)} | H_{2(g)} | H^{+}_{(aq)}$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે અને તેને તમામ તાપમાને $0.00 \ V$ પોટેન્શિયલ આપવામાં આવે છે.
તે અન્ય અર્ધ-કોષોના વિદ્યુતધ્રુવ પોટેન્શિયલ માપવા માટે મૂળભૂત પ્રમાણ તરીકે કાર્ય કરે છે.
અર્ધ-કોષ પ્રક્રિયા છે: $H^{+}_{(aq)} + e^- \rightarrow \frac{1}{2} H_{2(g)}$

(D) લેડ સ્ટોરેજ બેટરી (લેડ એક્યુમ્યુલેટર) માં,ધન ધ્રુવ $PbO_2$ નો બનેલો હોય છે.
ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન (જ્યારે તે વિદ્યુત ઉર્જાના સ્ત્રોત તરીકે વપરાય છે),ધન ધ્રુવ પર થતી રિડક્શન પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$PbO_{2\text{(s)}} + 4H^{+}{_{\text{(aq)}}} + SO_4^{2-}{_{\text{(aq)}}} + 2e^{-} \rightarrow PbSO_{4\text{(s)}} + 2H_2O_{\text{(l)}}$
આ પ્રક્રિયામાં,લેડનો ઓક્સિડેશન આંક $PbO_2$ માં $+4$ થી બદલાઈને $PbSO_4$ માં $+2$ થાય છે.
તેથી,રિડક્શન પ્રક્રિયા $Pb^{4+} \rightarrow Pb^{2+}$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે.

(A) ડ્રાય સેલમાં,$Zn$ (ઝિંક) થી બનેલું પાત્ર ઋણ ધ્રુવ (એનોડ) તરીકે કાર્ય કરે છે,જ્યારે ગ્રેફાઇટનો સળિયો ધન ધ્રુવ (કેથોડ) તરીકે કાર્ય કરે છે.

(A) કોષની પ્રક્રિયા $Pb_{(s)} + 2Ag_{(aq)}^{+} \longrightarrow Pb_{(aq)}^{2+} + 2Ag_{(s)}$ છે.
આ પ્રક્રિયામાં,$Pb$ ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને $Pb^{2+}$ બનાવે છે,જે ઓક્સિડેશનની પ્રક્રિયા છે.
જે પદાર્થનું ઓક્સિડેશન થાય છે તે રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.
તેથી,$Pb$ એ રિડક્શનકર્તા છે.

(A) આપેલ પ્રક્રિયા વિષમપ્રમાણીકરણ (disproportionation) પ્રક્રિયા છે: $2 Cu^{+}_{(aq)} \rightarrow Cu^{2+}_{(aq)} + Cu_{(s)}$.
આ પ્રક્રિયાને બે અર્ધ-પ્રક્રિયાઓમાં વિભાજિત કરી શકાય છે:
$1$. ઓક્સિડેશન: $Cu^{+}_{(aq)} \rightarrow Cu^{2+}_{(aq)} + e^{-}$,જ્યાં $E^{\circ}_{ox} = -E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu^{+}} = -0.15 \ V$.
$2$. રિડક્શન: $Cu^{+}_{(aq)} + e^{-} \rightarrow Cu_{(s)}$,જ્યાં $E^{\circ}_{red} = E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu}$.
$E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu}$ શોધવા માટે,આપણે સંબંધનો ઉપયોગ કરીએ છીએ: $\Delta G^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu} = \Delta G^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu^{+}} + \Delta G^{\circ}_{Cu^{+}/Cu}$.
$-(2)F(E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu}) = -(1)F(E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu^{+}}) + -(1)F(E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu})$.
$2(0.34) = 0.15 + E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu} \implies E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu} = 0.68 - 0.15 = 0.53 \ V$.
હવે,$E^{\circ}_{cell} = E^{\circ}_{ox} + E^{\circ}_{red} = -0.15 \ V + 0.53 \ V = +0.38 \ V$.

(C) મેટલ-મેટલ આયન ઇલેક્ટ્રોડમાં ધાતુનો સળિયો તેના પોતાના આયનો ધરાવતા દ્રાવણમાં ડૂબેલો હોય છે.
વિકલ્પ $Zn^{2+} (aq.) \mid Zn (s)$ માં,ઝિંક ધાતુનો સળિયો દ્રાવણમાં રહેલા $Zn^{2+}$ આયનોના સંપર્કમાં છે.
તેથી,તે મેટલ-મેટલ આયન ઇલેક્ટ્રોડનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.

(B) ધાતુ-અલ્પ દ્રાવ્ય ક્ષાર વિદ્યુતધ્રુવમાં ધાતુ તેના અલ્પ દ્રાવ્ય ક્ષાર અને તે ક્ષારના ઋણાયન ધરાવતા દ્રાવણના સંપર્કમાં હોય છે.
વિદ્યુતધ્રુવ $Cl^{-} (aq) | AgCl_{(s)} | Ag_{(s)}$ માં,ધાતુ $Ag$ તેના અલ્પ દ્રાવ્ય ક્ષાર $AgCl$ અને ઋણાયન $Cl^{-}$ ના સંપર્કમાં છે.
અર્ધ-કોષ પ્રક્રિયા છે: $AgCl_{(s)} + e^{-} \rightarrow Ag_{(s)} + Cl^{-} (aq)$.
આ ધાતુ-અલ્પ દ્રાવ્ય ક્ષાર વિદ્યુતધ્રુવનું એક ઉત્તમ ઉદાહરણ છે,જેનો ઉપયોગ સંદર્ભ વિદ્યુતધ્રુવ તરીકે થાય છે.

(B) ક્ષાર સેતુ એ વિદ્યુત રાસાયણિક કોષમાં તેના ઓક્સિડેશન અને રિડક્શન અર્ધ-કોષોને જોડવા માટે વપરાતું સાધન છે. તેના મુખ્ય કાર્યો નીચે મુજબ છે:
$1$. બંને દ્રાવણો વચ્ચે વિદ્યુત સંપર્ક પૂરો પાડીને વિદ્યુત પરિપથ પૂર્ણ કરવો.
$2$. આયનોના સ્થળાંતરને મંજૂરી આપીને બંને અર્ધ-કોષોમાં વિદ્યુતીય તટસ્થતા જાળવવી.
$3$. બંને વિદ્યુતવિભાજ્ય દ્રાવણોને સીધા મિશ્ર થતા અટકાવવા.
તે વિદ્યુત ઉર્જાનું રાસાયણિક ઉર્જામાં રૂપાંતર કરતું નથી; તેના બદલે,તે ગેલ્વેનિક કોષમાં પ્રવાહના વહનને સરળ બનાવે છે જ્યાં રાસાયણિક ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.

(A) હાઇડ્રોજન-ઓક્સિજન ફ્યુઅલ સેલમાં,ઇલેક્ટ્રોડ પર નીચે મુજબની પ્રક્રિયાઓ થાય છે:
એનોડ પર: $2H_2(g) + 4OH^-(aq) \rightarrow 4H_2O(l) + 4e^-$
કેથોડ પર: $O_2(g) + 2H_2O(l) + 4e^- \rightarrow 4OH^-(aq)$
એનોડ પ્રક્રિયામાં,$H_2$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે (ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે),જેનો અર્થ છે કે તે રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તે છે.
તેથી,$H_2$ એ સ્પીસીઝ છે જે રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(C) ડ્રાય સેલ (લેક્લાન્શે સેલ) માં,એનોડ એ ઝિંકનું પાત્ર છે,જ્યાં ઓક્સિડેશન થાય છે: $Zn_{(s)} \rightarrow Zn^{2+}_{(aq)} + 2e^-$.
કેથોડ (ધન વિદ્યુતધ્રુવ) એ ગ્રેફાઇટનો સળિયો છે જે પાવડર સ્વરૂપના $MnO_2$ અને કાર્બનથી ઘેરાયેલો હોય છે.
કેથોડ પર,રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય છે: $MnO_{2\text{(s)}} + NH_4^+{_{\text{(aq)}}} + e^{-} \rightarrow MnO(OH)_{\text{(s)}} + NH_{3\text{(g)}}$.
આ પ્રક્રિયામાં $MnO_2$ માં રહેલા $Mn$ નો $+4$ ઓક્સિડેશન આંક ઘટીને $MnO(OH)$ માં $+3$ થાય છે,જેને ઘણીવાર $Mn_2O_3$ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે.
આમ,$MnO_{2_{(s)}}$ નું રિડક્શન $Mn_2O_{3_{(s)}}$ માં થાય છે.

(B) લેડ સ્ટોરેજ બેટરીના ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન,ધન ઇલેક્ટ્રોડ $(PbO_2)$ નું $PbSO_4$ માં રિડક્શન થાય છે.
રિચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન,રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ ઉલટાવવામાં આવે છે.
ધન ઇલેક્ટ્રોડ પર (રિચાર્જિંગ દરમિયાન એનોડ),$PbSO_4$ નું $PbO_2$ માં ઓક્સિડેશન નીચે મુજબની પ્રતિક્રિયા દ્વારા થાય છે:
$PbSO_4(s) + 2H_2O(l) \rightarrow PbO_2(s) + SO_4^{2-}(aq) + 4H^+(aq) + 2e^-$.

(B) લેડ એક્યુમ્યુલેટરના ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન,નીચેની કુલ કોષ પ્રક્રિયા થાય છે:
$Pb_{(s)} + PbO_{2_{(s)}} + 2 H_2 SO_{4_{(aq)}} \rightarrow 2 PbSO_{4_{(s)}} + 2 H_2 O_{(l)}$
આ પ્રક્રિયામાં,એનોડ પર $Pb$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે અને કેથોડ પર $PbO_2$ નું રિડક્શન થાય છે.
જેમ જેમ પ્રક્રિયા આગળ વધે છે,તેમ $H_2 SO_4$ વપરાય છે,જેના પરિણામે ઇલેક્ટ્રોલાઇટની સાંદ્રતામાં ઘટાડો થાય છે.

(C) $H_2-O_2$ ફ્યુઅલ સેલમાં,ઇલેક્ટ્રોડ્સ સામાન્ય રીતે છિદ્રાળુ કાર્બન ઇલેક્ટ્રોડ્સ હોય છે જે પ્રતિક્રિયાઓને સરળ બનાવવા માટે પ્લેટિનમ,પેલેડિયમ અથવા નિકલ જેવા ઉત્પ્રેરકોથી સજ્જ હોય છે.
ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે પ્લેટિનમના તારનો ઉપયોગ પ્રમાણભૂત પદ્ધતિ નથી કારણ કે:
$1$. પ્લેટિનમ મોંઘું છે,અને તેનો નક્કર તાર તરીકે ઉપયોગ કરવો ખર્ચ-અસરકારક નથી.
$2$. છિદ્રાળુ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પ્રતિક્રિયા માટે સપાટીનું ક્ષેત્રફળ વધારે છે અને કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે.
નિષ્કર્ષ: પ્લેટિનમના તારનો ઉપયોગ એનોડ અને કેથોડ તરીકે થાય છે તે વિધાન સાચું નથી.

(C) લેડ સ્ટોરેજ બેટરી (લેડ એક્યુમ્યુલેટર) ના ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન,કેથોડ લેડ ડાયોક્સાઇડ $(PbO_2)$ નો બનેલો હોય છે.
કેથોડ પર,$PbO_2$ સલ્ફ્યુરિક એસિડ $(H_2SO_4)$ ની હાજરીમાં ઇલેક્ટ્રોન મેળવીને રિડક્શન પામે છે.
કેથોડ પર થતી રિડક્શન પ્રક્રિયાનું સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
$PbO_{2(s)} + 4 H_{(aq)}^{+} + SO_{4(aq)}^{2-} + 2 e^{-} \longrightarrow PbSO_{4(s)} + 2 H_2 O_{(l)}$
તેથી,સાચો વિકલ્પ $(C)$ છે.

(C) ડ્રાય સેલમાં,કેથોડ એ કેન્દ્રમાં રહેલો નિષ્ક્રિય ગ્રેફાઇટનો સળિયો છે જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પેસ્ટમાં ડૂબેલો હોય છે.
ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એ $NH_4Cl$ અને $ZnCl_2$ ની ભેજવાળી પેસ્ટ છે.
પેસ્ટને ઘટ્ટ બનાવવા માટે તેમાં સ્ટાર્ચ ઉમેરવામાં આવે છે જેથી તે લીક ન થાય.

(B) ડ્રાય સેલમાં,કેથોડ પર $NH_4^{+}$ આયનોનું રિડક્શન થાય છે અને એમોનિયા તથા હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે.
પ્રક્રિયા: $2NH_{4(aq)}^{+} + 2e^{-} \longrightarrow 2NH_{3(aq)} + H_{2(g)}$.
આમ,કેથોડ પર ઉત્પન્ન થતો વાયુ હાઇડ્રોજન છે.

(C) જ્યારે લેડ સ્ટોરેજ સેલ વિદ્યુત પ્રવાહ આપે છે (એટલે કે ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન),ત્યારે સ્પોન્જી લેડ $(Pb)$ એનોડ પર $Pb^{2+}$ આયનોમાં ઓક્સિડાઈઝ થાય છે. આમ બનેલા $Pb^{2+}$ આયનો $H_2SO_4$ માંથી મળતા $SO_4^{2-}$ આયનો સાથે જોડાઈને અદ્રાવ્ય $PbSO_4$ બનાવે છે. કુલ ઓક્સિડેશન અર્ધ-પ્રક્રિયા આ બે પ્રક્રિયાઓનો સરવાળો છે.

$Pb_{(s)} \longrightarrow Pb_{(aq)}^{2+} + 2 e^{-}$	(ઓક્સિડેશન)
$Pb_{(aq)}^{2+} + SO_{4(aq)}^{2-} \longrightarrow PbSO_{4(s)}$	(અવક્ષેપન)
$Pb_{(s)} + SO_{4(aq)}^{2-} \longrightarrow PbSO_{4(s)} + 2 e^{-}$	(કુલ ઓક્સિડેશન)

(C) વોલ્ટેઇક કોષ (અથવા ગેલ્વેનિક કોષ) એ એક વિદ્યુતરાસાયણિક કોષ છે જે સ્વયંભૂ રેડોક્ષ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા રાસાયણિક ઊર્જાનું વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
તેથી,તે વિદ્યુત ઊર્જાનું રાસાયણિક ઊર્જામાં રૂપાંતર કરે છે તે વિધાન ખોટું છે.
વોલ્ટેઇક કોષમાં,એનોડ ઋણ વિદ્યુતધ્રુવ છે અને કેથોડ ધન વિદ્યુતધ્રુવ છે.
ડ્રાય સેલ એ વોલ્ટેઇક કોષનો એક સામાન્ય પ્રકાર છે.

(B) ગૌણ વોલ્ટેઇક કોષ એ રિચાર્જ કરી શકાય તેવી બેટરી છે.
$A$,$C$,અને $D$ એ ગૌણ કોષો અથવા રિચાર્જ કરી શકાય તેવી સિસ્ટમોના ઉદાહરણો છે.
$B$ (ડ્રાય સેલ) એ પ્રાથમિક કોષ છે કારણ કે તેને રિચાર્જ કરી શકાતો નથી.

(A) ગેલ્વેનિક કોષમાં એનોડ એ ઋણ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં ઓક્સિડેશન થાય છે,અને કેથોડ એ ધન ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં રિડક્શન થાય છે.
ગેલ્વેનિક કોષમાં રાસાયણિક ઊર્જાનું વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.

(C) લેડ એક્યુમ્યુલેટર (લેડ-એસિડ બેટરી) માં,કેથોડ લેડ ડાયોક્સાઇડ $(PbO_{2_{(s)}})$ નો બનેલો હોય છે.
ડિસ્ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન,કેથોડ પરની પ્રતિક્રિયા છે:$PbO_{2\text{(s)}} + 4H^{+}{_{\text{(aq)}}} + SO_4^{2-}{_{\text{(aq)}}} + 2e^{-} \rightarrow PbSO_{4\text{(s)}} + 2H_2O_{\text{(l)}}$.
આ પ્રતિક્રિયામાં,$PbO_{2}$ માં $Pb$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+4$ થી ઘટીને $PbSO_{4}$ માં $+2$ થાય છે.
ઓક્સિડેશન આંક ઘટતો હોવાથી,$PbO_{2_{(s)}}$ નું રિડક્શન $Pb^{2+}$ આયનોમાં થાય છે (જે પછી $PbSO_{4_{(s)}}$ બનાવે છે).

(B) હાઇડ્રોજન-ઓક્સિજન ફ્યુઅલ સેલ એ એક વિદ્યુત-રાસાયણિક કોષ છે જે હાઇડ્રોજન (બળતણ) અને ઓક્સિજન (ઓક્સિડેશનકર્તા) ની રાસાયણિક ઉર્જાને રેડોક્સ પ્રક્રિયાઓ દ્વારા વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે.
આ કોષમાં,કેથોડ પર ઓક્સિજનનું રિડક્શન થાય છે: $O_2(g) + 2H_2O(l) + 4e^- \rightarrow 4OH^-(aq)$.
ઓક્સિજન ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે,તેથી તે ઓક્સિડેશનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.
આમ,વિકલ્પ $B$ સાચો છે.

(D) પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ $(SHE)$ માં,પ્લેટિનમ બ્લેકથી કોટેડ પ્લેટિનમ પ્લેટનો ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
પ્લેટિનમ બ્લેક મોટા પ્રમાણમાં $H_2$ વાયુનું અધિશોષણ કરવામાં સક્ષમ છે.
આ ગુણધર્મ વાયુરૂપ $H_2$ અને જલીય $H^+$ આયનો વચ્ચે પ્રતિવર્તી રૂપાંતરણને સરળ બનાવે છે,એટલે કે પ્રક્રિયા બંને દિશામાં સરળતાથી થઈ શકે છે.
તેથી,પ્રક્રિયાને ઉલટી દિશામાં લાવવી એ મુશ્કેલી નથી.

(B) લેડ સ્ટોરેજ બેટરી (લેડ એક્યુમ્યુલેટર્સ) માં,ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે સલ્ફ્યુરિક એસિડ $(H_2SO_4)$ ના જલીય દ્રાવણનો ઉપયોગ થાય છે.
તેની સાંદ્રતા સામાન્ય રીતે દળથી આશરે $38\%$ જાળવવામાં આવે છે.
આ સલ્ફ્યુરિક એસિડના દ્રાવણની ઘનતા આશરે $1.2 \ g \ mL^{-1}$ હોય છે.

(D) ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા અને કોષ પોટેન્શિયલ વચ્ચેનો સંબંધ ${\Delta}G = -nFE_{cell}$ દ્વારા આપવામાં આવે છે. સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા માટે,${\Delta}G$ ઋણ હોવું જોઈએ,જેનો અર્થ છે કે $E_{cell}$ ધન હોવું જોઈએ. તેથી,સ્વયંભૂ પ્રક્રિયા માટે $E^{\circ}_{cell}$ ઋણ હોવું જોઈએ તે વિધાન ખોટું છે.

(A) નિકલ-કેડમિયમ સેલમાં થતી રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
એનોડ પર: $Cd(s) + 2OH^-(aq) \rightarrow Cd(OH)_2(s) + 2e^-$
કેથોડ પર: $NiO_2(s) + 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow Ni(OH)_2(s) + 2OH^-(aq)$
કેથોડની પ્રક્રિયામાં,$NiO_2$ (જેને ઘણીવાર $Ni(OH)_3$ તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે) નું રિડક્શન થાય છે,જેનો અર્થ છે કે તે ઓક્સિડેશનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(A) $\text{કોષની રજૂઆતમાં, એનોડ (ઓક્સિડેશન) ડાબી બાજુએ અને કેથોડ (રિડક્શન) જમણી બાજુએ લખવામાં આવે છે.}$
$1$. $\text{ઓક્સિડેશન અર્ધ-પ્રક્રિયા: } Mg_{(s)} \rightarrow Mg^{2+}_{(aq)} + 2e^-$. $\text{આ એનોડ પર થાય છે: } Mg_{(s)} \mid Mg^{2+}_{(aq)}$.
$2$. $\text{રિડક્શન અર્ધ-પ્રક્રિયા: } Cl_{2(g)} + 2e^- \rightarrow 2Cl^-_{(aq)}$. $\text{આ કેથોડ પર થાય છે. } Cl_2 \text{ વાયુ હોવાથી, } Pt \text{ જેવા નિષ્ક્રિય ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ થાય છે: } Cl_{2(g)} \mid Cl^-_{(aq)} \mid Pt_{(s)}$.
$3$. $\text{ક્ષાર સેતુ } (\parallel) \text{ સાથે જોડતા, સાચી રજૂઆત } Mg_{(s)} \mid Mg^{2+}_{(aq)} \parallel Cl_{2(g)} \mid Cl^-_{(aq)} \mid Pt_{(s)} \text{ છે।}$

(D) આપેલ કોષ $Zn_{(s)} | Zn_{(aq)}^{2+}(1 \ M) || Ni_{(aq)}^{2+}(1 \ M) | Ni_{(s)}$ છે.
આ એક ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષ છે,જેને વોલ્ટેઇક અથવા ગેલ્વેનિક કોષ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,જેમાં રાસાયણિક ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.
$Daniel$ કોષ એ ગેલ્વેનિક કોષનો એક વિશિષ્ટ પ્રકાર છે જે $Zn|Zn^{2+}$ એનોડ અને $Cu|Cu^{2+}$ કેથોડનો ઉપયોગ કરે છે.
આ કોષમાં $Cu|Cu^{2+}$ ને બદલે $Ni|Ni^{2+}$ કેથોડનો ઉપયોગ થતો હોવાથી,તે $Daniel$ કોષ નથી.
તેથી,ખોટું વિધાન $D$ છે.

(B) આપેલ કોષ એક સાંદ્રતા કોષ છે: $Pt \mid Cl_{2(g, 1 \ bar)} \mid Cl_{(C_1)}^{-} \parallel Cl_{(C_2)}^{-} \mid Cl_{2(g, 1 \ bar)} \mid Pt$.
સાંદ્રતા કોષ માટે,$E_{cell}^{0} = 0$.
કોષ પ્રક્રિયા $2Cl_{(C_1)}^{-} \longrightarrow 2Cl_{(C_2)}^{-}$ છે.
નેર્ન્સ્ટ સમીકરણ $E_{cell} = E_{cell}^{0} - \frac{0.0591}{n} \log \frac{C_2}{C_1}$ છે.
$E_{cell}^{0} = 0$ અને $n = 2$ હોવાથી,$E_{cell} = -0.0591 \log \frac{C_2}{C_1} = 0.0591 \log \frac{C_1}{C_2}$.
કોષ સ્વયંભૂ હોવા માટે,$E_{cell} > 0$,જેનો અર્થ છે કે $\log \frac{C_1}{C_2} > 0$,તેથી $C_1 > C_2$.
જો $C_1 > C_2$ હોય,તો $\Delta G = -nFE_{cell} < 0$ (ઋણ) થાય.
તેથી,વિકલ્પ $C_2 > C_1$ ખોટો છે.

(A) વિદ્યુતરાસાયણિક કોષની રજૂઆતમાં,ડાબી બાજુ એનોડ (ઓક્સિડેશન) અને જમણી બાજુ કેથોડ (રિડક્શન) દર્શાવે છે.
એનોડ પ્રક્રિયા (ઓક્સિડેશન): $2Br_{(aq)}^{-} \rightarrow Br_{2(g)} + 2e^{-}$
કેથોડ પ્રક્રિયા (રિડક્શન): $Cl_{2(g)} + 2e^{-} \rightarrow 2Cl_{(aq)}^{-}$
આ બંને અર્ધ-પ્રક્રિયાઓનો સરવાળો કરતા કુલ કોષ પ્રક્રિયા મળે છે:
$2Br_{(aq)}^{-} + Cl_{2(g)} \rightarrow Br_{2(g)} + 2Cl_{(aq)}^{-}$
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(C) ડ્રાય સેલ (લેક્લાન્શે કોષ) માં,કેથોડ પ્રક્રિયામાં મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ $(MnO_2)$ નું રિડક્શન થાય છે.
પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $MnO_2 + NH_4^{+} + e^{-} \rightarrow MnO(OH) + NH_3$.
અહીં,$Mn$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+4$ થી બદલાઈને $+3$ થાય છે,જે રિડક્શન સૂચવે છે.
તેથી,$MnO_2$ એ પદાર્થ છે જે રિડક્શન પામે છે.

(D) ડ્રાય સેલ (લેક્લાન્શે સેલ) માં,એનોડ ઝિંક $(Zn)$ નો બનેલો હોય છે અને કેથોડ એ મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ $(MnO_2)$ થી ઘેરાયેલો કાર્બનનો સળિયો હોય છે.
એનોડ પર,ઝિંકનું ઓક્સિડેશન થાય છે: $Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$.
ઝિંક ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે,તેથી તે રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(C) મર્ક્યુરી સેલમાં,એનોડ તરીકે ઝિંક-મર્ક્યુરી એમાલગમ $(Zn(Hg))$ અને કેથોડ તરીકે મર્ક્યુરિક ઓક્સાઈડ $(HgO)$ અને કાર્બનની પેસ્ટનો ઉપયોગ થાય છે.
વિદ્યુતવિભાજ્ય તરીકે પોટેશિયમ હાઈડ્રોક્સાઈડ $(KOH)$ અને ઝિંક ઓક્સાઈડ $(ZnO)$ ની ભીની પેસ્ટ વપરાય છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $C$ છે.