Electrochemical cells Questions in Hindi

(A) सही मिलान इस प्रकार हैं:
$A$. ट्रांजिस्टर शुष्क सेल (लेक्लांशे सेल) का उपयोग करते हैं,जिसमें एनोड $Zn$ और कैथोड $Carbon$ होता है $(A-III)$.
$B$. श्रवण यंत्र मरकरी सेल का उपयोग करते हैं,जिसमें एनोड $Zn/Hg$ और कैथोड $HgO + C$ होता है $(B-I)$.
$C$. इनवर्टर लेड स्टोरेज बैटरी का उपयोग करते हैं,जिसमें एनोड $Pb$ और कैथोड $PbO_2$ होता है $(C-IV)$.
$D$. अपोलो स्पेस शिप में हाइड्रोजन ईंधन सेल का उपयोग किया गया था $(D-II)$.
अतः,सही क्रम $A-III, B-I, C-IV, D-II$ है।

(A) सेल अभिक्रिया में एनोड पर मेथनॉल का ऑक्सीकरण और कैथोड पर ऑक्सीजन का अपचयन होता है।
दिया गया है: $E_{\text{cell}}^{\ominus} = 1.21 \ V$ और $E_{\text{cathode}}^{\ominus} (O_2/H_2O) = 1.229 \ V$।
सूत्र का उपयोग करते हुए: $E_{\text{cell}}^{\ominus} = E_{\text{cathode}}^{\ominus} - E_{\text{anode}}^{\ominus}$।
$1.21 \ V = 1.229 \ V - E_{\text{anode}}^{\ominus}$।
$E_{\text{anode}}^{\ominus} = 1.229 \ V - 1.21 \ V = 0.019 \ V = 19 \ mV$।
चूंकि एनोड अभिक्रिया मेथनॉल का ऑक्सीकरण है $(CH_3OH + H_2O \rightarrow CO_2 + 6H^+ + 6e^-)$,इसलिए $CO_2/CH_3OH$ युग्म का अपचयन विभव $19 \ mV$ है।
अतः,विकल्प $A$ सही है।

(B) लेड स्टोरेज बैटरी को चार्ज करते समय,विपरीत अभिक्रिया होती है: $2 PbSO_{4(s)} + 2 H_2 O_{(l)} \rightarrow Pb_{(s)} + PbO_{2(s)} + 2 H_2 SO_{4(aq)}$.
एनोड पर,$PbSO_4$ का अपचयन होकर $Pb$ बनता है। $Pb$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+2$ $(x_1)$ से बदलकर $0$ $(y_1)$ हो जाती है।
कैथोड पर,$PbSO_4$ का ऑक्सीकरण होकर $PbO_2$ बनता है। $Pb$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+2$ $(x_2)$ से बदलकर $+4$ $(y_2)$ हो जाती है।
अतः,मान $x_1 = +2, y_1 = 0, x_2 = +2, y_2 = +4$ हैं।

(A) एक स्वतःस्फूर्त विद्युत रासायनिक अभिक्रिया के लिए,गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G)$ और सेल विभव $(E_{cell})$ के बीच संबंध $\Delta G = -nFE_{cell}$ समीकरण द्वारा दिया जाता है।
साम्यावस्था पर,शुद्ध अभिक्रिया रुक जाती है,जिसका अर्थ है कि अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता में कोई और परिवर्तन नहीं होता है।
इस स्थिति में,अभिक्रिया का गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन शून्य हो जाता है,अर्थात $\Delta G = 0$।
समीकरण $\Delta G = -nFE_{cell}$ में $\Delta G = 0$ रखने पर,हमें $0 = -nFE_{cell}$ प्राप्त होता है,जिसका अर्थ है कि $E_{cell} = 0$।

(D) जिन सेलों को रिचार्ज किया जा सकता है,उन्हें द्वितीयक (secondary) सेल कहा जाता है।
$(c)$ लेड स्टोरेज सेल और $(d)$ $Ni-Cd$ सेल द्वितीयक सेल के उदाहरण हैं।
$(a)$ मरकरी सेल और $(b)$ ड्राई सेल प्राथमिक सेल हैं और इन्हें रिचार्ज नहीं किया जा सकता है।

(A) $AgNO_{3}$ एक प्रबल विद्युत अपघट्य है। प्रबल विद्युत अपघट्यों के लिए,मोलर चालकता $(\lambda_{M})$ का सांद्रता $(C)$ के साथ परिवर्तन डेबाई-ह्यूकेल-ओनसागर समीकरण द्वारा दिया जाता है: $\lambda_{M} = \lambda_{M}^{\circ} - A\sqrt{C}$।
यहाँ,$\lambda_{M}^{\circ}$ अनंत तनुता पर मोलर चालकता है और $A$ एक स्थिरांक है।
यह समीकरण एक सीधी रेखा को दर्शाता है जिसका ढलान ऋणात्मक $(-A)$ है और y-अक्ष पर अंतःखंड $\lambda_{M}^{\circ}$ है,जब $\lambda_{M}$ को $\sqrt{C}$ के विरुद्ध आलेखित किया जाता है।
अतः,सही ग्राफ ऋणात्मक ढलान वाली एक सीधी रेखा है।

(C) एनोड पर ऑक्सीकरण अभिक्रिया: $H_2(g) \rightarrow 2H^+(aq) + 2e^-$.
$H_2$ के मोलों की संख्या = $\frac{67.2 \ L}{22.4 \ L/mol} = 3 \ mol$.
चूंकि $H_2$ के प्रति मोल $2 \ mol$ इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं,इसलिए इलेक्ट्रॉनों के कुल मोल $(n)$ = $3 \times 2 = 6 \ mol$.
कुल आवेश $(Q)$ = $n \times F = 6 \times 96500 \ C = 579000 \ C$.
समय $(t)$ = $15 \ min = 15 \times 60 \ s = 900 \ s$.
धारा $(I)$ = $\frac{Q}{t} = \frac{579000 \ C}{900 \ s} = 643.33 \ A$.

(B) मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G^{\circ})$ और मानक सेल विभव $(E_{\text{cell}}^{\circ})$ के बीच संबंध $\Delta G^{\circ} = -nFE_{\text{cell}}^{\circ}$ समीकरण द्वारा दिया जाता है।
$E_{\text{cell}}^{\circ}$ के लिए इसे पुनर्व्यवस्थित करने पर,हमें मिलता है: $E_{\text{cell}}^{\circ} = \frac{-\Delta G^{\circ}}{nF}$।
ड्राई सेल में,कुल अभिक्रिया में $n = 2$ इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण होता है।
इसलिए,$n = 2$ रखने पर,$E_{\text{cell}}^{\circ} = \frac{-\Delta G^{\circ}}{2F}$ प्राप्त होता है।

(C) सेल अभिक्रिया है: $Zn_{(s)} + 2Ag_{(1 \ M)}^{+1} \rightarrow Zn_{(1 \ M)}^{+2} + 2Ag_{(s)}$.
यहाँ, स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या $(n)$ $2$ है।
सेल का मानक $emf$ $(E_{cell}^o)$ $1.55 \ V$ है।
मानक स्थितियों के तहत किया गया विद्युत कार्य गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन $(\Delta G^o)$ के बराबर होता है।
$\Delta G^o = -nFE_{cell}^o$.
मान रखने पर: $n = 2$, $F = 96500 \ C \ mol^{-1}$, $E_{cell}^o = 1.55 \ V$.
$\Delta G^o = -2 \times 96500 \times 1.55 = -299150 \ J = -299.150 \ kJ$.
अतः, किया गया विद्युत कार्य $-299.150 \ kJ$ है।

(C) $1$. मानक सेल विभव $(E^{\circ}_{cell})$ एक गहन गुण है क्योंकि यह प्रणाली में मौजूद पदार्थ की मात्रा पर निर्भर नहीं करता है।
$2$. इलेक्ट्रोड विभव इलेक्ट्रोलाइट घोल की सांद्रता पर निर्भर करता है,जैसा कि नर्नस्ट समीकरण $(E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln Q)$ द्वारा वर्णित है।
$3$. मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}_{cell})$ एक विस्तृत (extensive) गुण है क्योंकि यह स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों के मोल की संख्या $(n)$ पर निर्भर करता है,जो पदार्थ की मात्रा से संबंधित है।
$4$. गैल्वेनिक सेल में किया गया विद्युत कार्य गिब्स ऊर्जा में कमी $(W_{elec} = -\Delta G)$ के बराबर होता है।
$5$. इसलिए,यह कथन कि मानक मुक्त ऊर्जा परिवर्तन एक गहन गुण है,गलत है।

(B) एक गैल्वेनिक सेल में जिसे $Anode | Anode_{electrolyte} || Cathode_{electrolyte} | Cathode$ के रूप में दर्शाया गया है,एनोड पर ऑक्सीकरण और कैथोड पर अपचयन होता है।
दिए गए सेल $A_{(s)} | A_{(aq)}^{+2} || B_{(aq)}^{+} | B_{(s)}$ के लिए:
एनोड अभिक्रिया (ऑक्सीकरण): $A_{(s)} \rightarrow A_{(aq)}^{+2} + 2e^-$.
कैथोड अभिक्रिया (अपचयन): $B_{(aq)}^{+} + e^- \rightarrow B_{(s)}$.
इलेक्ट्रॉनों को संतुलित करने के लिए,कैथोड अभिक्रिया को $2$ से गुणा करें: $2 B_{(aq)}^{+} + 2e^- \rightarrow 2 B_{(s)}$.
दोनों अर्ध-अभिक्रियाओं को जोड़ने पर: $A_{(s)} + 2 B_{(aq)}^{+} \rightarrow A_{(aq)}^{+2} + 2 B_{(s)}$.
अतः,सही विकल्प $B$ है।

(B) एक गैल्वेनिक सेल में जिसे $Anode | Anode \text{ } electrolyte || Cathode \text{ } electrolyte | Cathode$ के रूप में दर्शाया जाता है,एनोड पर ऑक्सीकरण और कैथोड पर अपचयन होता है।
दी गई सेल नोटेशन: $A_{(s)} | A^{+}_{(1 \ M)} || B^{+2}_{(1 \ M)} | B_{(s)}$.
एनोड पर (ऑक्सीकरण): $A_{(s)} \rightarrow A^{+}_{(aq)} + e^-$.
कैथोड पर (अपचयन): $B^{+2}_{(aq)} + 2e^- \rightarrow B_{(s)}$.
इलेक्ट्रॉनों को संतुलित करने के लिए,एनोड अभिक्रिया को $2$ से गुणा करें: $2A_{(s)} \rightarrow 2A^{+}_{(aq)} + 2e^-$.
दोनों अर्ध-अभिक्रियाओं को जोड़ने पर: $2A_{(s)} + B^{+2}_{(aq)} \rightarrow 2A^{+}_{(aq)} + B_{(s)}$.
चूंकि $EMF$ धनात्मक है,इसलिए यह अभिक्रिया स्वतःस्फूर्त है।

(B) गैल्वेनिक सेल में,जिस इलेक्ट्रोड का अपचयन विभव (reduction potential) अधिक होता है,वह कैथोड के रूप में कार्य करता है और जिसका कम होता है,वह एनोड के रूप में कार्य करता है।
दिया गया है $E^{\circ}(Cu^{2+}/Cu) = +0.34 \ V$ और $E^{\circ}(H^{+}/H_2) = 0.00 \ V$.
चूंकि $0.34 \ V > 0.00 \ V$,कॉपर इलेक्ट्रोड कैथोड (अपचयन) के रूप में और मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड $(SHE)$ एनोड (ऑक्सीकरण) के रूप में कार्य करता है।
एनोड अभिक्रिया: $H_{2(g)} \longrightarrow 2H^{+}_{(aq)} + 2e^{-}$
कैथोड अभिक्रिया: $Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^{-} \longrightarrow Cu_{(s)}$
इन दोनों अर्ध-अभिक्रियाओं को जोड़ने पर नेट सेल अभिक्रिया प्राप्त होती है: $H_{2(g)} + Cu^{2+}_{(aq)} \longrightarrow 2H^{+}_{(aq)} + Cu_{(s)}$.

(A) मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन का सूत्र है: $\Delta G^{\circ} = -nFE_{cell}^{\circ}$
यहाँ,$n$ संतुलित रेडॉक्स अभिक्रिया में स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या है। $Mg + Sn^{2+} \longrightarrow Mg^{2+} + Sn$ के लिए,$n = 2$ है।
$F$ फैराडे स्थिरांक है,जिसका मान लगभग $96500 \ C \ mol^{-1}$ है।
$E_{cell}^{\circ} = 2.23 \ V$ है।
मान रखने पर: $\Delta G^{\circ} = -2 \times 96500 \times 2.23 \ J \ mol^{-1}$।
$\Delta G^{\circ} = -430390 \ J \ mol^{-1}$।
$1000$ से विभाजित करके $kJ \ mol^{-1}$ में बदलने पर: $\Delta G^{\circ} = -430.39 \ kJ \ mol^{-1} \approx -430.4 \ kJ \ mol^{-1}$।

(D) विद्युत-रासायनिक श्रेणी का उपयोग रेडॉक्स अभिक्रियाओं की स्वतःप्रवर्तकता,ऑक्सीकारकों की सापेक्ष शक्ति और अपचायकों की सापेक्ष शक्ति की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है।
हालाँकि,ऑटोमोबाइल बैटरी में $SHE$ (मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड) का उपयोग विद्युत-रासायनिक श्रेणी का अनुप्रयोग नहीं है। $SHE$ एक संदर्भ इलेक्ट्रोड है जिसका उपयोग मानक इलेक्ट्रोड विभव को मापने के लिए किया जाता है,जबकि ऑटोमोबाइल बैटरी (जैसे लेड-एसिड बैटरी) विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करने और मुक्त करने के लिए विशिष्ट रासायनिक अभिक्रियाओं पर निर्भर करती हैं।

(C) विद्युत रासायनिक सेल में,वह पदार्थ जिसका ऑक्सीकरण होता है,अपचायक के रूप में कार्य करता है।
एनोड पर,ऑक्सीकरण होता है: $Ni_{(s)} \rightarrow Ni^{2+} + 2e^{-}$.
चूंकि $Ni_{(s)}$ इलेक्ट्रॉन खोता है,इसलिए यह अपचायक है।
कैथोड पर,अपचयन होता है: $Ag^{+} + e^{-} \rightarrow Ag_{(s)}$.

(A) विद्युत-अपघटनी सेल में,एनोड धनात्मक इलेक्ट्रोड होता है जहाँ ऑक्सीकरण होता है,और कैथोड ऋणात्मक इलेक्ट्रोड होता है जहाँ अपचयन होता है। इसलिए,धनात्मक इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण होता है।

(A) मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड $(SHE)$ एक प्राथमिक संदर्भ इलेक्ट्रोड है।
$SHE$ को $Pt_{(s)} | H_{2(g)} | H^{+}_{(aq)}$ द्वारा दर्शाया जाता है और इसे सभी तापमानों पर $0.00 \ V$ का विभव दिया जाता है।
यह अन्य अर्ध-सेलों के इलेक्ट्रोड विभव को मापने के लिए एक मूलभूत मानक के रूप में कार्य करता है।
अर्ध-सेल अभिक्रिया है: $H^{+}_{(aq)} + e^- \rightarrow \frac{1}{2} H_{2(g)}$

(D) लेड स्टोरेज बैटरी (लेड एक्यूमुलेटर) में,धनात्मक इलेक्ट्रोड $PbO_2$ का बना होता है।
डिस्चार्ज के दौरान (जब यह विद्युत ऊर्जा के स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है),धनात्मक इलेक्ट्रोड पर होने वाली अपचयन अभिक्रिया है:
$PbO_{2\text{(s)}} + 4H^{+}{_{\text{(aq)}}} + SO_4^{2-}{_{\text{(aq)}}} + 2e^{-} \rightarrow PbSO_{4\text{(s)}} + 2H_2O_{\text{(l)}}$
इस अभिक्रिया में,लेड की ऑक्सीकरण अवस्था $PbO_2$ में $+4$ से बदलकर $PbSO_4$ में $+2$ हो जाती है।
अतः,अपचयन प्रक्रिया को $Pb^{4+} \rightarrow Pb^{2+}$ द्वारा दर्शाया जाता है।

(A) शुष्क सेल में,$Zn$ (जिंक) से बना पात्र ऋणात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) के रूप में कार्य करता है,जबकि ग्रेफाइट की छड़ धनात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) के रूप में कार्य करती है।

(A) सेल अभिक्रिया $Pb_{(s)} + 2Ag_{(aq)}^{+} \longrightarrow Pb_{(aq)}^{2+} + 2Ag_{(s)}$ है।
इस अभिक्रिया में,$Pb$ इलेक्ट्रॉन खोकर $Pb^{2+}$ बनाता है,जो एक ऑक्सीकरण प्रक्रिया है।
जो पदार्थ ऑक्सीकृत होता है,वह अपचायक के रूप में कार्य करता है।
अतः,$Pb$ अपचायक है।

(A) दी गई अभिक्रिया एक असमानुपातन (disproportionation) अभिक्रिया है: $2 Cu^{+}_{(aq)} \rightarrow Cu^{2+}_{(aq)} + Cu_{(s)}$.
इसे दो अर्ध-अभिक्रियाओं में विभाजित किया जा सकता है:
$1$. ऑक्सीकरण: $Cu^{+}_{(aq)} \rightarrow Cu^{2+}_{(aq)} + e^{-}$,जहाँ $E^{\circ}_{ox} = -E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu^{+}} = -0.15 \ V$.
$2$. अपचयन: $Cu^{+}_{(aq)} + e^{-} \rightarrow Cu_{(s)}$,जहाँ $E^{\circ}_{red} = E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu}$.
$E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu}$ ज्ञात करने के लिए,हम संबंध का उपयोग करते हैं: $\Delta G^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu} = \Delta G^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu^{+}} + \Delta G^{\circ}_{Cu^{+}/Cu}$.
$-(2)F(E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu}) = -(1)F(E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu^{+}}) + -(1)F(E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu})$.
$2(0.34) = 0.15 + E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu} \implies E^{\circ}_{Cu^{+}/Cu} = 0.68 - 0.15 = 0.53 \ V$.
अब,$E^{\circ}_{cell} = E^{\circ}_{ox} + E^{\circ}_{red} = -0.15 \ V + 0.53 \ V = +0.38 \ V$.

(C) धातु-धातु आयन इलेक्ट्रोड में एक धातु की छड़ अपने ही आयनों वाले घोल में डूबी होती है।
विकल्प $Zn^{2+} (aq.) \mid Zn (s)$ में,जिंक धातु की छड़ घोल में मौजूद $Zn^{2+}$ आयनों के संपर्क में है।
इसलिए,यह एक धातु-धातु आयन इलेक्ट्रोड का प्रतिनिधित्व करता है।

(B) धातु-अल्प विलेय लवण इलेक्ट्रोड में एक धातु अपने अल्प विलेय लवण और उस लवण के ऋणायन युक्त विलयन के संपर्क में होती है।
इलेक्ट्रोड $Cl^{-} (aq) | AgCl_{(s)} | Ag_{(s)}$ में,धातु $Ag$ अपने अल्प विलेय लवण $AgCl$ और ऋणायन $Cl^{-}$ के संपर्क में है।
अर्ध-सेल अभिक्रिया है: $AgCl_{(s)} + e^{-} \rightarrow Ag_{(s)} + Cl^{-} (aq)$.
यह धातु-अल्प विलेय लवण इलेक्ट्रोड का एक उत्कृष्ट उदाहरण है,जिसका उपयोग संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में किया जाता है।

(B) लवण सेतु एक उपकरण है जिसका उपयोग विद्युत रासायनिक सेल में उसके ऑक्सीकरण और अपचयन अर्ध-सेलों को जोड़ने के लिए किया जाता है। इसके मुख्य कार्य हैं:
$1$. दोनों विलयनों के बीच विद्युत संपर्क प्रदान करके विद्युत परिपथ को पूरा करना।
$2$. आयनों के प्रवास की अनुमति देकर दोनों अर्ध-सेलों में विद्युतीय उदासीनता बनाए रखना।
$3$. दोनों विद्युत अपघट्य विलयनों को सीधे मिश्रित होने से रोकना।
यह विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित नहीं करता है; बल्कि,यह गैल्वेनिक सेल में धारा के प्रवाह को सुगम बनाता है जहाँ रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

(A) हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल में,इलेक्ट्रोड पर निम्नलिखित अभिक्रियाएँ होती हैं:
एनोड पर: $2H_2(g) + 4OH^-(aq) \rightarrow 4H_2O(l) + 4e^-$
कैथोड पर: $O_2(g) + 2H_2O(l) + 4e^- \rightarrow 4OH^-(aq)$
एनोड अभिक्रिया में,$H_2$ का ऑक्सीकरण होता है (इलेक्ट्रॉनों का त्याग),जिसका अर्थ है कि यह एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।
अतः,$H_2$ वह प्रजाति है जो अपचायक के रूप में कार्य करती है।

(C) शुष्क सेल (लेक्लांशे सेल) में,एनोड जिंक का पात्र होता है,जहाँ ऑक्सीकरण होता है: $Zn_{(s)} \rightarrow Zn^{2+}_{(aq)} + 2e^-$.
कैथोड (धनात्मक इलेक्ट्रोड) एक ग्रेफाइट की छड़ होती है जो चूर्णित $MnO_2$ और कार्बन से घिरी होती है।
कैथोड पर,अपचयन अभिक्रिया होती है: $MnO_{2\text{(s)}} + NH_4^+{_{\text{(aq)}}} + e^{-} \rightarrow MnO(OH)_{\text{(s)}} + NH_{3\text{(g)}}$.
इस अभिक्रिया में $MnO_2$ में $Mn$ की $+4$ ऑक्सीकरण अवस्था कम होकर $MnO(OH)$ में $+3$ हो जाती है,जिसे अक्सर $Mn_2O_3$ के रूप में दर्शाया जाता है।
अतः,$MnO_{2_{(s)}}$ का अपचयन $Mn_2O_{3_{(s)}}$ में हो जाता है।

(B) लेड स्टोरेज बैटरी के डिस्चार्जिंग के दौरान,धनात्मक इलेक्ट्रोड $(PbO_2)$ का $PbSO_4$ में अपचयन होता है।
रिचार्जिंग प्रक्रिया के दौरान,रासायनिक अभिक्रियाएं उल्टी हो जाती हैं।
धनात्मक इलेक्ट्रोड पर (रिचार्जिंग के दौरान एनोड),$PbSO_4$ का $PbO_2$ में ऑक्सीकरण निम्नलिखित अभिक्रिया के अनुसार होता है:
$PbSO_4(s) + 2H_2O(l) \rightarrow PbO_2(s) + SO_4^{2-}(aq) + 4H^+(aq) + 2e^-$.

(B) लेड एक्यूमुलेटर के डिस्चार्जिंग के दौरान,निम्नलिखित कुल सेल अभिक्रिया होती है:
$Pb_{(s)} + PbO_{2_{(s)}} + 2 H_2 SO_{4_{(aq)}} \rightarrow 2 PbSO_{4_{(s)}} + 2 H_2 O_{(l)}$
इस प्रक्रिया में,एनोड पर $Pb$ का ऑक्सीकरण होता है और कैथोड पर $PbO_2$ का अपचयन होता है।
जैसे-जैसे अभिक्रिया आगे बढ़ती है,$H_2 SO_4$ की खपत होती है,जिससे इलेक्ट्रोलाइट की सांद्रता कम हो जाती है।

(C) $H_2-O_2$ ईंधन सेल में,इलेक्ट्रोड आमतौर पर छिद्रयुक्त कार्बन इलेक्ट्रोड होते हैं जो प्रतिक्रियाओं को सुविधाजनक बनाने के लिए प्लेटिनम,पैलेडियम या निकल जैसे उत्प्रेरकों से युक्त होते हैं।
इलेक्ट्रोड के रूप में प्लेटिनम के तारों का उपयोग मानक अभ्यास नहीं है क्योंकि:
$1$. प्लेटिनम महंगा है,और इसे ठोस तारों के रूप में उपयोग करना लागत प्रभावी नहीं होगा।
$2$. छिद्रयुक्त इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया के लिए सतह क्षेत्र को बढ़ाते हैं और दक्षता में सुधार करते हैं।
निष्कर्ष: यह कथन कि प्लेटिनम के तारों का उपयोग एनोड और कैथोड के रूप में किया जाता है,सही नहीं है।

(C) लेड स्टोरेज बैटरी (लेड एक्यूमुलेटर) के डिस्चार्जिंग के दौरान,कैथोड लेड डाइऑक्साइड $(PbO_2)$ का बना होता है।
कैथोड पर,$PbO_2$ सल्फ्यूरिक एसिड $(H_2SO_4)$ की उपस्थिति में इलेक्ट्रॉन ग्रहण करके अपचयन (reduction) करता है।
कैथोड पर होने वाली अपचयन अभिक्रिया का संतुलित रासायनिक समीकरण है:
$PbO_{2(s)} + 4 H_{(aq)}^{+} + SO_{4(aq)}^{2-} + 2 e^{-} \longrightarrow PbSO_{4(s)} + 2 H_2 O_{(l)}$
अतः,सही विकल्प $(C)$ है।

(C) शुष्क सेल में,कैथोड केंद्र में स्थित एक अक्रिय ग्रेफाइट छड़ होती है जो इलेक्ट्रोलाइट पेस्ट में डूबी होती है।
इलेक्ट्रोलाइट $NH_4Cl$ और $ZnCl_2$ का नम पेस्ट होता है।
पेस्ट को गाढ़ा बनाने के लिए इसमें स्टार्च मिलाया जाता है ताकि इलेक्ट्रोलाइट का रिसाव न हो।

(B) एक शुष्क सेल में,कैथोड पर $NH_4^{+}$ आयनों का अपचयन होता है और अमोनिया तथा हाइड्रोजन गैस उत्पन्न होती है।
अभिक्रिया: $2NH_{4(aq)}^{+} + 2e^{-} \longrightarrow 2NH_{3(aq)} + H_{2(g)}$।
अतः,कैथोड पर उत्पन्न होने वाली गैस हाइड्रोजन है।

(C) जब लेड स्टोरेज सेल विद्युत धारा प्रदान करता है (अर्थात डिस्चार्ज के दौरान),तो स्पंजी लेड $(Pb)$ एनोड पर $Pb^{2+}$ आयनों में ऑक्सीकृत हो जाता है। इस प्रकार बने $Pb^{2+}$ आयन $H_2SO_4$ से प्राप्त $SO_4^{2-}$ आयनों के साथ मिलकर अघुलनशील $PbSO_4$ बनाते हैं। कुल ऑक्सीकरण अर्ध-अभिक्रिया इन दो प्रक्रियाओं का योग है।

$Pb_{(s)} \longrightarrow Pb_{(aq)}^{2+} + 2 e^{-}$	(ऑक्सीकरण)
$Pb_{(aq)}^{2+} + SO_{4(aq)}^{2-} \longrightarrow PbSO_{4(s)}$	(अवक्षेपण)
$Pb_{(s)} + SO_{4(aq)}^{2-} \longrightarrow PbSO_{4(s)} + 2 e^{-}$	(कुल ऑक्सीकरण)

(C) वोल्टाइक सेल (या गैल्वेनिक सेल) एक विद्युत रासायनिक सेल है जो स्वतःस्फूर्त रेडॉक्स अभिक्रियाओं के माध्यम से रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
इसलिए,यह कथन कि यह विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है,गलत है।
वोल्टाइक सेल में,एनोड ऋणात्मक इलेक्ट्रोड होता है और कैथोड धनात्मक इलेक्ट्रोड होता है।
ड्राई सेल वोल्टाइक सेल का एक सामान्य प्रकार है।

(B) द्वितीयक वोल्टाइक सेल एक रिचार्जेबल बैटरी होती है।
$A$,$C$,और $D$ द्वितीयक सेल या रिचार्जेबल सिस्टम के उदाहरण हैं।
$B$ (ड्राई सेल) एक प्राथमिक सेल है क्योंकि इसे रिचार्ज नहीं किया जा सकता है।

(A) गैल्वेनिक सेल में,एनोड ऋणात्मक इलेक्ट्रोड होता है जहाँ ऑक्सीकरण होता है,और कैथोड धनात्मक इलेक्ट्रोड होता है जहाँ अपचयन होता है।
गैल्वेनिक सेल में रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

(C) लेड एक्यूमुलेटर (लेड-एसिड बैटरी) में,कैथोड लेड डाइऑक्साइड $(PbO_{2_{(s)}})$ का बना होता है।
डिस्चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान,कैथोड पर होने वाली अभिक्रिया है: $PbO_{2\text{(s)}} + 4H^{+}{_{\text{(aq)}}} + SO_4^{2-}{_{\text{(aq)}}} + 2e^{-} \rightarrow PbSO_{4\text{(s)}} + 2H_2O_{\text{(l)}}$।
इस अभिक्रिया में,$PbO_{2}$ में $Pb$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+4$ से घटकर $PbSO_{4}$ में $+2$ हो जाती है।
चूंकि ऑक्सीकरण अवस्था कम हो रही है,इसलिए $PbO_{2_{(s)}}$ का $Pb^{2+}$ आयनों में अपचयन होता है (जो बाद में $PbSO_{4_{(s)}}$ बनाते हैं)।

(B) हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल एक विद्युत-रासायनिक सेल है जो हाइड्रोजन (ईंधन) और ऑक्सीजन (ऑक्सीकरण एजेंट) की रासायनिक ऊर्जा को रेडॉक्स अभिक्रियाओं के माध्यम से विद्युत में परिवर्तित करता है।
इस सेल में,कैथोड पर ऑक्सीजन का अपचयन होता है: $O_2(g) + 2H_2O(l) + 4e^- \rightarrow 4OH^-(aq)$.
चूंकि ऑक्सीजन इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है,इसलिए यह ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है।
अतः,विकल्प $B$ सही है।

(D) मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड $(SHE)$ में,प्लैटिनम ब्लैक से लेपित प्लैटिनम प्लेट का उपयोग इलेक्ट्रोड के रूप में किया जाता है।
प्लैटिनम ब्लैक बड़ी मात्रा में $H_2$ गैस को अधिशोषित करने में सक्षम है।
यह गुण गैसीय $H_2$ और जलीय $H^+$ आयनों के बीच प्रतिवर्ती रूपांतरण को सुगम बनाता है,जिसका अर्थ है कि अभिक्रिया आसानी से दोनों दिशाओं में हो सकती है।
इसलिए,अभिक्रिया को विपरीत दिशा में लाना कोई कठिनाई नहीं है।

(B) लेड स्टोरेज बैटरी (लेड एक्यूमुलेटर्स) में,इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सल्फ्यूरिक एसिड $(H_2SO_4)$ के जलीय घोल का उपयोग किया जाता है।
इसकी सांद्रता आमतौर पर द्रव्यमान के अनुसार लगभग $38\%$ बनाए रखी जाती है।
इस सल्फ्यूरिक एसिड घोल का घनत्व लगभग $1.2 \ g \ mL^{-1}$ होता है।

(D) गिब्स मुक्त ऊर्जा और सेल विभव के बीच संबंध ${\Delta}G = -nFE_{cell}$ द्वारा दिया जाता है। स्वतःप्रवर्तित अभिक्रिया के लिए,${\Delta}G$ ऋणात्मक होना चाहिए,जिसका अर्थ है कि $E_{cell}$ धनात्मक होना चाहिए। अतः,यह कथन कि स्वतःप्रवर्तित अभिक्रिया के लिए $E^{\circ}_{cell}$ ऋणात्मक होना चाहिए,गलत है।

(A) निकेल-कैडमियम सेल में होने वाली रासायनिक अभिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
एनोड पर: $Cd(s) + 2OH^-(aq) \rightarrow Cd(OH)_2(s) + 2e^-$
कैथोड पर: $NiO_2(s) + 2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow Ni(OH)_2(s) + 2OH^-(aq)$
कैथोड अभिक्रिया में,$NiO_2$ (जिसे अक्सर $Ni(OH)_3$ के रूप में दर्शाया जाता है) का अपचयन होता है,जिसका अर्थ है कि यह ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(A) $\text{सेल निरूपण में, एनोड (ऑक्सीकरण) को बाईं ओर और कैथोड (अपचयन) को दाईं ओर लिखा जाता है।}$
$1$. $\text{ऑक्सीकरण अर्ध-अभिक्रिया: } Mg_{(s)} \rightarrow Mg^{2+}_{(aq)} + 2e^-$. $\text{यह एनोड पर होता है: } Mg_{(s)} \mid Mg^{2+}_{(aq)}$.
$2$. $\text{अपचयन अर्ध-अभिक्रिया: } Cl_{2(g)} + 2e^- \rightarrow 2Cl^-_{(aq)}$. $\text{यह कैथोड पर होता है। चूंकि } Cl_2 \text{ एक गैस है, इसलिए } Pt \text{ जैसे अक्रिय इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है: } Cl_{2(g)} \mid Cl^-_{(aq)} \mid Pt_{(s)}$.
$3$. $\text{लवण सेतु } (\parallel) \text{ के साथ जोड़ने पर, सही निरूपण } Mg_{(s)} \mid Mg^{2+}_{(aq)} \parallel Cl_{2(g)} \mid Cl^-_{(aq)} \mid Pt_{(s)} \text{ है।}$

(D) दिया गया सेल $Zn_{(s)} | Zn_{(aq)}^{2+}(1 \ M) || Ni_{(aq)}^{2+}(1 \ M) | Ni_{(s)}$ है।
यह एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल है,जिसे वोल्टाइक या गैल्वेनिक सेल के रूप में भी जाना जाता है,जहाँ रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।
$Daniel$ सेल गैल्वेनिक सेल का एक विशिष्ट प्रकार है जो $Zn|Zn^{2+}$ एनोड और $Cu|Cu^{2+}$ कैथोड का उपयोग करता है।
चूंकि यह सेल $Cu|Cu^{2+}$ के बजाय $Ni|Ni^{2+}$ कैथोड का उपयोग करता है,इसलिए यह $Daniel$ सेल नहीं है।
अतः,गलत कथन $D$ है।

(B) दिया गया सेल एक सांद्रता सेल है: $Pt \mid Cl_{2(g, 1 \ bar)} \mid Cl_{(C_1)}^{-} \parallel Cl_{(C_2)}^{-} \mid Cl_{2(g, 1 \ bar)} \mid Pt$।
सांद्रता सेल के लिए,$E_{cell}^{0} = 0$ होता है।
सेल अभिक्रिया $2Cl_{(C_1)}^{-} \longrightarrow 2Cl_{(C_2)}^{-}$ है।
नेर्न्स्ट समीकरण $E_{cell} = E_{cell}^{0} - \frac{0.0591}{n} \log \frac{C_2}{C_1}$ है।
चूंकि $E_{cell}^{0} = 0$ और $n = 2$,इसलिए $E_{cell} = -0.0591 \log \frac{C_2}{C_1} = 0.0591 \log \frac{C_1}{C_2}$।
सेल के स्वतःस्फूर्त होने के लिए,$E_{cell} > 0$,जिसका अर्थ है $\log \frac{C_1}{C_2} > 0$,अतः $C_1 > C_2$।
यदि $C_1 > C_2$ है,तो $\Delta G = -nFE_{cell} < 0$ (ऋणात्मक) होगा।
इसलिए,विकल्प $C_2 > C_1$ गलत है।

(A) विद्युत रासायनिक सेल निरूपण में,बाईं ओर एनोड (ऑक्सीकरण) और दाईं ओर कैथोड (अपचयन) को दर्शाता है।
एनोड अभिक्रिया (ऑक्सीकरण): $2Br_{(aq)}^{-} \rightarrow Br_{2(g)} + 2e^{-}$
कैथोड अभिक्रिया (अपचयन): $Cl_{2(g)} + 2e^{-} \rightarrow 2Cl_{(aq)}^{-}$
इन दोनों अर्ध-अभिक्रियाओं को जोड़ने पर कुल सेल अभिक्रिया प्राप्त होती है:
$2Br_{(aq)}^{-} + Cl_{2(g)} \rightarrow Br_{2(g)} + 2Cl_{(aq)}^{-}$
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(C) शुष्क सेल (लेक्लांशे सेल) में,कैथोड अभिक्रिया में मैंगनीज डाइऑक्साइड $(MnO_2)$ का अपचयन (reduction) होता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $MnO_2 + NH_4^{+} + e^{-} \rightarrow MnO(OH) + NH_3$.
यहाँ,$Mn$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+4$ से बदलकर $+3$ हो जाती है,जो अपचयन को दर्शाता है।
अतः,$MnO_2$ वह पदार्थ है जो अपचयित होता है।

(D) शुष्क सेल (लेक्लांचे सेल) में,एनोड जिंक $(Zn)$ का बना होता है और कैथोड मैंगनीज डाइऑक्साइड $(MnO_2)$ से घिरा हुआ कार्बन की छड़ होती है।
एनोड पर,जिंक का ऑक्सीकरण होता है: $Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$.
चूंकि जिंक इलेक्ट्रॉन खोता है,इसलिए यह अपचायक के रूप में कार्य करता है।
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(C) मर्करी सेल में,एनोड जिंक-मर्करी अमलगम $(Zn(Hg))$ होता है और कैथोड मर्क्यूरिक ऑक्साइड $(HgO)$ और कार्बन का पेस्ट होता है।
इलेक्ट्रोलाइट के रूप में पोटेशियम हाइड्रोक्साइड $(KOH)$ और जिंक ऑक्साइड $(ZnO)$ का नम पेस्ट उपयोग किया जाता है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।