Electrolytes and Electrolysis Questions in Hindi

(A) कॉपर इलेक्ट्रोड के साथ $CuSO_{4(aq)}$ के विद्युत अपघटन के दौरान,कॉपर एनोड ऑक्सीकरण से गुजरता है: $Cu_{(s)} \to Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^-$.
कैथोड पर,विलयन से कॉपर आयन अपचयन से गुजरते हैं: $Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^- \to Cu_{(s)}$.
इस प्रकार,कॉपर एनोड पर घुल जाता है और कैथोड पर जमा हो जाता है।
चूंकि एनोड पर ऑक्सीकरण और कैथोड पर अपचयन होता है,इसलिए कारण कथन की सही व्याख्या है।

$i$. कैथोड पर,$Ag^+$ आयनों का $Ag_{(s)}$ में अपचयन होता है। एनोड पर,$Ag$ इलेक्ट्रोड का $Ag^+_{(aq)}$ में ऑक्सीकरण होता है।
$ii$. कैथोड पर,$Ag^+$ आयनों का $Ag_{(s)}$ में अपचयन होता है। एनोड पर,$H_2O$ का $O_{2_{(g)}}$ में ऑक्सीकरण होता है।
$iii$. कैथोड पर,$H^+$ आयनों का $H_{2_{(g)}}$ में अपचयन होता है। एनोड पर,$H_2O$ का $O_{2_{(g)}}$ में ऑक्सीकरण होता है।
$iv$. कैथोड पर,$Cu^{2+}$ आयनों का $Cu_{(s)}$ में अपचयन होता है। एनोड पर,$Cl^-$ आयनों का $Cl_{2_{(g)}}$ में ऑक्सीकरण होता है।

(A) दी गई विद्युत धारा $I = 0.5 \ A$ और समय $t = 2 \ hours = 2 \times 3600 \ s = 7200 \ s$ है।
तार से प्रवाहित कुल आवेश $Q = I \times t = 0.5 \ A \times 7200 \ s = 3600 \ C$ है।
एक इलेक्ट्रॉन का आवेश $e = 1.602 \times 10^{-19} \ C$ होता है।
इलेक्ट्रॉनों की संख्या $n = \frac{Q}{e} = \frac{3600 \ C}{1.602 \times 10^{-19} \ C} \approx 2.247 \times 10^{22} \approx 2.25 \times 10^{22}$ है।
अतः,तार से $2.25 \times 10^{22}$ इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होंगे।

(N/A) $(i)$ कैथोड पर: $Ag_{(aq)}^{+} + e^{-} \longrightarrow Ag_{(s)}$ (सिल्वर जमा होता है)।
एनोड पर: $Ag_{(s)} \longrightarrow Ag_{(aq)}^{+} + e^{-}$ (सिल्वर घुल जाता है)।
$(ii)$ कैथोड पर: $Ag_{(aq)}^{+} + e^{-} \longrightarrow Ag_{(s)}$ (सिल्वर जमा होता है)।
एनोड पर: $2H_2O_{(l)} \longrightarrow O_{2_{(g)}} + 4H_{(aq)}^{+} + 4e^{-}$ (ऑक्सीजन गैस मुक्त होती है)।
$(iii)$ कैथोड पर: $H_{(aq)}^{+} + e^{-} \longrightarrow \frac{1}{2} H_{2_{(g)}}$ (हाइड्रोजन गैस मुक्त होती है)।
एनोड पर: $2H_2O_{(l)} \longrightarrow O_{2_{(g)}} + 4H_{(aq)}^{+} + 4e^{-}$ (ऑक्सीजन गैस मुक्त होती है)।
$(iv)$ कैथोड पर: $Cu_{(aq)}^{2+} + 2e^{-} \longrightarrow Cu_{(s)}$ (कॉपर जमा होता है)।
एनोड पर: $2Cl_{(aq)}^{-} \longrightarrow Cl_{2_{(g)}} + 2e^{-}$ (क्लोरीन गैस मुक्त होती है)।

(N/A) क्लोरीन पिघले हुए $NaCl$ के विद्युत अपघटन और क्लोर-क्षार प्रक्रिया में ब्राइन $(NaCl_{(aq)})$ के विद्युत अपघटन में उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त होता है।
पिघले हुए $NaCl$ के विद्युत अपघटन में:
एनोड पर: $2Cl^-_{(melt)} \longrightarrow Cl_{2(g)} + 2e^-$
कैथोड पर: $2Na^+_{(melt)} + 2e^- \longrightarrow 2Na_{(s)}$
यदि $NaCl$ के जलीय विलयन (ब्राइन) का विद्युत अपघटन किया जाता है,तो एनोड पर $Cl_2$ गैस प्राप्त होती है,लेकिन कैथोड पर $Na$ धातु के बजाय $H_2$ गैस निकलती है। इसका कारण यह है कि $Na^+$ का मानक अपचयन विभव $(E^{\circ} = -2.71 \ V)$,$H_2O$ $(E^{\circ} = -0.83 \ V)$ की तुलना में बहुत अधिक ऋणात्मक है। इसलिए,कैथोड पर $H_2O$ का प्राथमिकता से अपचयन होता है।
कैथोड पर: $2H_2O_{(l)} + 2e^- \longrightarrow H_{2(g)} + 2OH^-_{(aq)}$
एनोड पर: $2Cl^-_{(aq)} \longrightarrow Cl_{2(g)} + 2e^-$

(N/A) $(i)$ कैथोड पर: $Ag^+_{(aq)} + e^- \rightarrow Ag_{(s)}$। एनोड पर: $Ag_{(s)} \rightarrow Ag^+_{(aq)} + e^-$।
$(ii)$ कैथोड पर: $Ag^+_{(aq)} + e^- \rightarrow Ag_{(s)}$। एनोड पर: $2H_2O_{(l)} \rightarrow O_{2(g)} + 4H^+_{(aq)} + 4e^-$।
$(iii)$ कैथोड पर: $2H^+_{(aq)} + 2e^- \rightarrow H_{2(g)}$। एनोड पर: $2H_2O_{(l)} \rightarrow O_{2(g)} + 4H^+_{(aq)} + 4e^-$।
$(iv)$ कैथोड पर: $Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^- \rightarrow Cu_{(s)}$। एनोड पर: $2Cl^-_{(aq)} \rightarrow Cl_{2(g)} + 2e^-$।

(A) रेक्टिफायर एक विद्युत उपकरण है जो अल्टरनेटिंग करंट $(AC)$,जो समय-समय पर दिशा बदलता है,को डायरेक्ट करंट $(DC)$ में परिवर्तित करता है,जो केवल एक ही दिशा में बहता है। इस प्रक्रिया को रेक्टिफिकेशन कहा जाता है।

(A) ब्राइन (समुद्री जल) से क्लोरीन प्राप्त करने की प्रक्रिया इस प्रकार है:
$2Cl^-_{(aq)} + 2H_2O_{(l)} \rightarrow 2OH^-_{(aq)} + H_{2(g)} + Cl_{2(g)}$
इस अभिक्रिया के लिए $\Delta G^{\ominus} = +422 \ kJ$ है। $\Delta G^{\ominus} = -nFE^{\ominus}$ सूत्र का उपयोग करके गणना करने पर,$E^{\ominus} = -2.2 \ V$ प्राप्त होता है।
अतः,$2.2 \ V$ से अधिक का बाहरी $EMF$ लागू करने पर यह अभिक्रिया अग्र दिशा में होती है। हालाँकि,विद्युत अपघटन में कुछ बाधक अभिक्रियाओं को दूर करने के लिए अतिरिक्त विभव की आवश्यकता होती है।
इस प्रकार,विद्युत अपघटन द्वारा क्लोरीन गैस प्राप्त की जाती है,जबकि $H_2$ और जलीय $NaOH$ उप-उत्पादों के रूप में प्राप्त होते हैं।
गलित $NaCl$ का विद्युत अपघटन भी किया जा सकता है,लेकिन उस स्थिति में $NaOH$ के बजाय $Na$ धातु प्राप्त होती है।

(A) पिघले हुए $NaCl$ का विद्युत अपघटन वह प्रक्रिया है जिसमें पिघले हुए $NaCl$ से विद्युत धारा प्रवाहित करके उसे उसके घटक तत्वों में विघटित किया जाता है।
कैथोड पर: $Na^+ + e^- \rightarrow Na(l)$
एनोड पर: $2Cl^- \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-$
कुल अभिक्रिया: $2NaCl(l) \rightarrow 2Na(l) + Cl_2(g)$.

(B) $(i)$ विद्युत अपघट्यों में,धारा आयनों की गति के कारण प्रवाहित होती है,न कि इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन के कारण। अतः,यह कथन $False$ $(F)$ है।
$(ii)$ जब धातु (धात्विक चालक) से धारा प्रवाहित होती है,तो यह एक इलेक्ट्रॉनिक चालन प्रक्रिया है जहाँ इलेक्ट्रॉन गति करते हैं,लेकिन धातु की संरचना नहीं बदलती है। अतः,यह कथन $False$ $(F)$ है।
$(iii)$ विद्युत अपघटन में विद्युत अपघट्य विलयन से $DC$ धारा प्रवाहित की जाती है,जो इलेक्ट्रोड पर रासायनिक अभिक्रियाएँ (ऑक्सीकरण और अपचयन) उत्पन्न करती है। अतः,यह कथन $True$ $(T)$ है।
अतः,सही क्रम $F, F, T$ है।

(N/A) सबसे सरल विद्युत अपघटनी सेलों में से एक में कॉपर सल्फेट $(CuSO_4)$ के जलीय घोल में डूबी हुई दो कॉपर की पट्टियाँ होती हैं।
संरचना: इसमें कॉपर सल्फेट के जलीय घोल में डूबे हुए दो कॉपर इलेक्ट्रोड होते हैं। एक इलेक्ट्रोड एनोड के रूप में और दूसरा कैथोड के रूप में कार्य करता है।
कार्यप्रणाली: जब दोनों इलेक्ट्रोड पर $DC$ वोल्टेज लागू किया जाता है,तो $Cu^{2+}$ आयन कैथोड (ऋणात्मक आवेशित) की ओर बढ़ते हैं और अपचयन (reduction) से गुजरते हैं:
$Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^{-} \rightarrow Cu_{(s)}$
कैथोड पर कॉपर धातु जमा हो जाती है।
एनोड पर,कॉपर धातु का $Cu^{2+}$ आयनों में ऑक्सीकरण होता है:
$Cu_{(s)} \rightarrow Cu^{2+}_{(aq)} + 2e^{-}$
इस प्रकार,एनोड पर कॉपर घुल जाता है (ऑक्सीकरण होता है)।
कुल अभिक्रिया: $Cu_{(s)} (\text{एनोड}) \rightarrow Cu_{(s)} (\text{कैथोड})$ (अशुद्ध $\rightarrow$ शुद्ध)।
उपयोग: यह प्रक्रिया कॉपर के विद्युत अपघटनी शोधन का आधार है,जिसमें अशुद्ध कॉपर को उच्च शुद्धता वाले कॉपर में परिवर्तित किया जाता है। अशुद्ध कॉपर का उपयोग एनोड के रूप में किया जाता है,जो विद्युत धारा प्रवाहित करने पर घुल जाता है और शुद्ध कॉपर कैथोड पर जमा हो जाता है।

(B) कूलामीटर एक मानक विद्युत अपघटनी सेल है जिसका उपयोग परिपथ से प्रवाहित विद्युत की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
यह विद्युत अपघटन के दौरान इलेक्ट्रोड पर जमा या उपभोग की गई धातु (आमतौर पर चांदी या तांबा) की मात्रा को मापकर कार्य करता है।
यह ऐतिहासिक रूप से महत्वपूर्ण था क्योंकि फैराडे के समय में स्थिर विद्युत स्रोत उपलब्ध नहीं थे।
हालाँकि,कूलामीटर अब अप्रचलित हो गए हैं।

(B) आजकल,हमारे पास स्थिर धारा $I$ स्रोत उपलब्ध हैं,और प्रवाहित विद्युत की मात्रा $Q$ को निम्न प्रकार से दिया जाता है:
$Q = I \times t$
जहाँ:
$I$ = एम्पीयर $(A)$ में धारा
$t$ = धारा प्रवाहित होने का समय सेकंड $(s)$ में
$Q$ = कूलम्ब $(C)$ में विद्युत की मात्रा

(N/A) इलेक्ट्रोड दो प्रकार के होते हैं:
$(a)$ अक्रिय इलेक्ट्रोड: जो इलेक्ट्रोड रासायनिक अभिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं और केवल इलेक्ट्रॉनों के स्रोत या सिंक के रूप में कार्य करते हैं,उन्हें अक्रिय इलेक्ट्रोड कहा जाता है। अक्रिय इलेक्ट्रोड अभिक्रिया में घुलते नहीं हैं,इसलिए उनका द्रव्यमान स्थिर रहता है। उदाहरण के लिए $Pt$ और $Au$।
उदाहरण: $Pt$ इलेक्ट्रोड का उपयोग करके $CuCl_{2}$ के विलयन के विद्युत अपघटन में,$Pt$ इलेक्ट्रोड ऑक्सीकरण का अनुभव नहीं करता है। इसके बजाय,एनोड के पास $Cl^{-}$ का ऑक्सीकरण होकर $Cl_{2}$ गैस प्राप्त होती है।
$2Cl_{(aq)}^{-} \rightarrow Cl_{2(g)} + 2e^{-}$
$(b)$ सक्रिय इलेक्ट्रोड: जो इलेक्ट्रोड रासायनिक अभिक्रिया में भाग लेते हैं,उन्हें सक्रिय इलेक्ट्रोड कहा जाता है। जब सक्रिय इलेक्ट्रोड अभिक्रिया में भाग लेते हैं,तो उनके परमाणु विलयन में घुल जाते हैं या इलेक्ट्रोड पर जमा हो जाते हैं,जिससे उनका द्रव्यमान बदल जाता है। उदाहरण के लिए $Cu$,$Zn$,और $Al$।
उदाहरण: जब $Cu$ इलेक्ट्रोड का उपयोग करके $CuCl_{2}$ के विलयन का विद्युत अपघटन किया जाता है,तो एनोड पर $Cu$ इलेक्ट्रोड का ऑक्सीकरण होता है और $Cu^{2+}$ आयन बनते हैं जो विलयन में घुल जाते हैं।
$Cu_{(s)} \rightarrow Cu_{(aq)}^{2+} + 2e^{-}$
निष्कर्ष: इलेक्ट्रोड अक्रिय है या सक्रिय,इसके आधार पर विद्युत अपघटन के उत्पाद भिन्न हो सकते हैं।

(N/A) अपचयन अभिक्रियाएँ कैथोड की सतह पर होती हैं। यदि कैथोड के पास एक से अधिक प्रजातियाँ मौजूद हैं,तो जिस प्रजाति का मानक अपचयन विभव $(E^{\ominus})$ मान अधिक होता है,उसका अपचयन होता है।
जलीय $NaCl$ विलयन के लिए,कैथोड के पास $NaCl$ से $Na^{+}$ आयन और $H_2O$ से $H^{+}$ आयन मौजूद होते हैं।
$NaCl_{(aq)} \rightarrow Na^{+}_{(aq)} + Cl^{-}_{(aq)}$
$H_2O_{(l)} \rightleftharpoons H^{+}_{(aq)} + OH^{-}_{(aq)}$
संभावित अपचयन अभिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
$(i) \ Na^{+}_{(aq)} + e^{-} \rightarrow Na_{(s)} \quad E^{\ominus} = -2.71 \ V$
$(ii) \ H^{+}_{(aq)} + e^{-} \rightarrow \frac{1}{2} H_{2(g)} \quad E^{\ominus} = 0.00 \ V$
चूँकि $H^{+}$ (या $H_2O$) के अपचयन के लिए $E^{\ominus}$ मान $Na^{+}$ से अधिक है,इसलिए जल का अपचयन थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल है।
अतः,कैथोड पर होने वाली अभिक्रिया है:
$H_2O_{(l)} + e^{-} \rightarrow \frac{1}{2} H_{2(g)} + OH^{-}_{(aq)}$
परिणामस्वरूप,कैथोड पर $H_2$ गैस निकलती है और $OH^{-}$ आयन जमा हो जाते हैं,जिससे विलयन क्षारीय हो जाता है,जिसे फिनोलफथलीन के साथ गुलाबी रंग द्वारा पुष्टि की जा सकती है।

(A) पिघले हुए $NaCl$ के लिए,वियोजन इस प्रकार है: $NaCl \longrightarrow Na^+ + Cl^-$
कैथोड पर (अपचयन): $Na^+ + e^- \longrightarrow Na$
एनोड पर (ऑक्सीकरण): $Cl^- \longrightarrow \frac{1}{2} Cl_{2(g)} + e^-$
कुल अभिक्रिया: $NaCl \longrightarrow Na + \frac{1}{2} Cl_{2(g)}$

(N/A) $NaCl_{(aq)} \rightarrow Na^{+}_{(aq)} + Cl^{-}_{(aq)}$
एनोड के पास $NaCl$ के $Cl^{-}$ आयन और जल उपस्थित होते हैं।
अतः,दो ऑक्सीकरण अभिक्रियाएं संभव हैं:
$(i) \ Cl^{-}_{(aq)} \rightarrow \frac{1}{2} Cl_{2(g)} + e^{-} \quad E^{\circ} = 1.36 \ V$
$(ii) \ 2 H_{2}O_{(l)} \rightarrow O_{2(g)} + 4 H^{+}_{(aq)} + 4 e^{-} \quad E^{\circ} = 1.23 \ V$
सामान्यतः,कम $E^{\circ}$ मान वाली अभिक्रिया एनोड पर होनी चाहिए। लेकिन ऑक्सीजन के ओवरपोटेंशियल (overpotential) के कारण,जल का ऑक्सीकरण नहीं होता है,बल्कि एनोड के पास $Cl^{-}$ का ऑक्सीकरण होता है और $Cl_{2}$ गैस उत्पन्न होती है।

(B) जलीय $NaCl$ के विद्युत अपघटन के दौरान,एनोड पर निम्नलिखित ऑक्सीकरण अभिक्रियाएं संभव हैं:
$(i)$ $Cl^{-}_{(aq)} \rightarrow \frac{1}{2} Cl_{2_{(g)}} + e^{-} \quad E^{o} = 1.36 \ V$
$(ii)$ $2H_{2}O_{(l)} \rightarrow O_{2_{(g)}} + 4H^{+}_{(aq)} + 4e^{-} \quad E^{o} = 1.23 \ V$
यद्यपि पानी के ऑक्सीकरण का मानक इलेक्ट्रोड विभव $(E^{o} = 1.23 \ V)$ क्लोराइड आयनों $(E^{o} = 1.36 \ V)$ की तुलना में कम है,फिर भी पानी के ऑक्सीकरण के लिए अतिरिक्त 'ओवरपोटेंशियल' की आवश्यकता होती है।
ऑक्सीजन के इस ओवरपोटेंशियल के कारण,पानी का ऑक्सीकरण गतिज रूप से बाधित हो जाता है और एनोड पर $Cl^{-}$ आयनों का ऑक्सीकरण प्राथमिकता से होता है,जिसके परिणामस्वरूप $Cl_{2}$ गैस उत्पन्न होती है।

(N/A) अक्रिय इलेक्ट्रोड वे इलेक्ट्रोड होते हैं जो रासायनिक अभिक्रिया में भाग नहीं लेते हैं।
जलीय $NaCl$ विलयन में,आयनीकरण इस प्रकार होता है: $NaCl_{(aq)} \rightarrow Na^{+}_{(aq)} + Cl^{-}_{(aq)}$.
कैथोड पर,$Na^{+}$ के अपचयन और $H_{2}O$ (या $H^{+}$) के अपचयन के बीच प्रतिस्पर्धा होती है:
$Na^{+}_{(aq)} + e^{-} \rightarrow Na_{(s)} \quad E^{\ominus} = -2.71 \ V$
$2H_{2}O_{(l)} + 2e^{-} \rightarrow H_{2(g)} + 2OH^{-}_{(aq)} \quad E^{\ominus} = -0.83 \ V$
चूंकि पानी का अपचयन विभव अधिक है,इसलिए कैथोड पर $H_{2}$ गैस उत्पन्न होती है।
एनोड पर,$Cl^{-}$ के ऑक्सीकरण और $H_{2}O$ के ऑक्सीकरण के बीच प्रतिस्पर्धा होती है:
$2Cl^{-}_{(aq)} \rightarrow Cl_{2(g)} + 2e^{-} \quad E^{\ominus} = 1.36 \ V$
$2H_{2}O_{(l)} \rightarrow O_{2(g)} + 4H^{+}_{(aq)} + 4e^{-} \quad E^{\ominus} = 1.23 \ V$
हालांकि पानी का ऑक्सीकरण विभव कम है,लेकिन ऑक्सीजन के ओवरपोटेंशियल के कारण,$Cl^{-}$ का प्राथमिकता से $Cl_{2}$ गैस में ऑक्सीकरण होता है।
कुल अभिक्रिया:
$2NaCl_{(aq)} + 2H_{2}O_{(l)} \rightarrow Cl_{2(g)} + H_{2(g)} + 2NaOH_{(aq)}$

(N/A) $H_2SO_4$ विलयन का आयनीकरण इस प्रकार है: $H_2SO_4 \rightarrow 2H^{+}{_{\text{(aq)}}} + SO_4^{2-}{_{\text{(aq)}}}$.
एनोड के पास,$SO_4^{2-}$ आयन और $H_2O$ अणु दोनों मौजूद होते हैं। इसलिए,$SO_4^{2-}$ या $H_2O$ दोनों का ऑक्सीकरण संभव है।
$1$. $H_2O$ का ऑक्सीकरण: $2H_2O_{(l)} \rightarrow O_{2(g)} + 4H^{+}_{(aq)} + 4e^- \quad E^{\circ} = 1.23 \ V$
$2$. $SO_4^{2-}$ का ऑक्सीकरण: $2SO_4^{2-}{_{\text{(aq)}}} \rightarrow S_2O_8^{2-}{_{\text{(aq)}}} + 2e^{-} \quad E^{\circ} = 1.96 \text{ V}$
चूंकि पानी के ऑक्सीकरण के लिए मानक इलेक्ट्रोड विभव $(E^{\circ})$ सल्फेट आयन की तुलना में कम है,इसलिए तनु विलयनों में एनोड पर पानी का ऑक्सीकरण प्राथमिकता से होता है,जिससे ऑक्सीजन गैस उत्पन्न होती है। हालांकि,अत्यधिक सांद्र $H_2SO_4$ विलयनों में,पेरोक्सोडाइसल्फेट $(S_2O_8^{2-})$ बनाने के लिए $SO_4^{2-}$ का ऑक्सीकरण संभव हो जाता है।

(N/A) $(i)$ विद्युत अपघट्य पदार्थ की प्रकृति।
$(ii)$ प्रयुक्त इलेक्ट्रोड का प्रकार: यदि इलेक्ट्रोड अक्रिय है (जैसे $Pt$ या $Au$),तो यह अभिक्रिया में भाग नहीं लेता है। यदि इलेक्ट्रोड सक्रिय है,तो यह इलेक्ट्रोड अभिक्रिया में भाग लेता है।
$(iii)$ उपस्थित स्पीशीज के मानक इलेक्ट्रोड विभव: जिस स्पीशीज का $E^{\circ}$ मान अधिक होता है उसका अपचयन होता है और जिसका $E^{\circ}$ मान कम होता है उसका ऑक्सीकरण होता है।
उदाहरण: जलीय $NaCl$ के विद्युत अपघटन में,कैथोड पर $Na^{+}$ के बजाय $H_{2}O$ का अपचयन होता है क्योंकि $H_{2}O$ का अपचयन विभव अधिक होता है।
$(iv)$ विलयन की सांद्रता: नर्नस्ट समीकरण के अनुसार,सांद्रता में परिवर्तन इलेक्ट्रोड विभव को प्रभावित करता है,जिससे उत्पाद बदल सकते हैं।
उदाहरण: तनु $H_{2}SO_{4}$ के विद्युत अपघटन में,जल का ऑक्सीकरण होकर $O_{2}$ प्राप्त होता है। हालांकि,सांद्र $H_{2}SO_{4}$ में,$SO_{4}^{2-}$ आयनों का ऑक्सीकरण होकर $S_{2}O_{8}^{2-}$ बनता है: $2SO_{4}^{2-} \rightarrow S_{2}O_{8}^{2-} + 2e^{-}$.

$A$. जल का विद्युत अपघटन:
एनोड पर (ऑक्सीकरण): $2H_2O(l) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-$
कैथोड पर (अपचयन): $4H_2O(l) + 4e^- \rightarrow 2H_2(g) + 4OH^-(aq)$
कुल अभिक्रिया: $2H_2O(l) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)$
$B$. गलित $NaCl$ का विद्युत अपघटन:
एनोड पर (ऑक्सीकरण): $2Cl^-(l) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-$
कैथोड पर (अपचयन): $2Na^+(l) + 2e^- \rightarrow 2Na(l)$
कुल अभिक्रिया: $2NaCl(l) \rightarrow 2Na(l) + Cl_2(g)$

(N/A) ($NaCl$ के सांद्र विलयन के लिए):
कैथोड पर: $2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)$
एनोड पर: $2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-$
कुल अभिक्रिया: $2NaCl(aq) + 2H_2O(l) \rightarrow 2Na^+(aq) + 2OH^-(aq) + H_2(g) + Cl_2(g)$
$B$ ($NaCl$ के तनु विलयन के लिए):
कैथोड पर: $2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)$
एनोड पर: $2H_2O(l) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-$
कुल अभिक्रिया: $2H_2O(l) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)$

(N/A) . $H_2SO_4$ का विद्युत अपघटन:
$1$. तनु $H_2SO_4$: यह अभिक्रिया अनिवार्य रूप से जल का विद्युत अपघटन है।
कैथोड पर: $4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2(g)$
एनोड पर: $2H_2O \rightarrow O_2(g) + 4H^+ + 4e^-$
$2$. सांद्र $H_2SO_4$: एनोड पर $HSO_4^-$ आयन मुक्त होते हैं।
कैथोड पर: $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2(g)$
एनोड पर: $2HSO_4^- \rightarrow H_2S_2O_8 + 2e^-$
$B$. $SO_4^{2-}$ का ऑक्सीकरण:
$SO_4^{2-}$ आयनों को उच्च विभव पर पेरोक्सिडाइसल्फेट $(S_2O_8^{2-})$ में ऑक्सीकृत किया जा सकता है।
$2SO_4^{2-} \rightarrow S_2O_8^{2-} + 2e^-$

(C) कैथोड पर अपचयन की सुगमता अपचयन विभव (reduction potential) पर निर्भर करती है। उच्च (अधिक धनात्मक) अपचयन विभव का अर्थ है आसान अपचयन।
युग्म $(i)$ के लिए: $H_2O$ का अपचयन विभव $(-0.83 \ V)$,$Na^+$ $(-2.71 \ V)$ से अधिक है। अतः,$H_2O$ का अपचयन $Na^+$ की तुलना में आसानी से होता है।
युग्म (ii) के लिए: $H^+$ का अपचयन विभव $(0.00 \ V)$,$Na^+$ $(-2.71 \ V)$ से काफी अधिक है। अतः,$H^+$ का अपचयन $Na^+$ की तुलना में आसानी से होता है।
चूंकि दोनों युग्मों में एक ऐसा घटक है जिसका अपचयन $Na^+$ की तुलना में आसान है,इसलिए $(i)$ और (ii) दोनों सही हैं।

(C) एनोड पर ऑक्सीकरण की सुगमता मानक ऑक्सीकरण विभव और आयनों की सांद्रता पर निर्भर करती है।
$(iii)$ के लिए,$Cl^{-}$ का ऑक्सीकरण विभव $H_2O$ से कम होता है,लेकिन ऑक्सीजन के ओवरपोटेंशियल के कारण,सांद्र विलयन में $H_2O$ की तुलना में $Cl^{-}$ का ऑक्सीकरण प्राथमिकता से होता है।
$(iv)$ के लिए,$SO_4^{2-}$ का ऑक्सीकरण विभव बहुत अधिक होता है,जिससे इसका ऑक्सीकरण $H_2O$ की तुलना में बहुत कठिन हो जाता है। इसलिए,$SO_4^{2-}$ की तुलना में $H_2O$ का ऑक्सीकरण अधिक आसानी से होता है।
अतः,ऑक्सीकरण की सुगमता के संदर्भ में युग्म $(iii)$ $Cl^{-}$ और $H_2O$ सही उत्तर है।

(N/A) विद्युत अपघटन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें आयनों वाले तरल या घोल के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित करके रासायनिक अपघटन किया जाता है।
इस प्रक्रिया के दौरान,विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।
विद्युत अपघटन की सहायता से विभिन्न पदार्थ उत्पादित किए जा सकते हैं,जैसे:
$1$. उनके पिघले हुए लवणों से $Na$,$Mg$,$Al$ जैसी धातुओं का उत्पादन।
$2$. पानी से $H_2$ और $O_2$ जैसी गैसों का उत्पादन।
$3$. धातुओं की इलेक्ट्रोप्लेटिंग (जैसे,$Cu$ या $Ag$ की कोटिंग)।
$4$. क्लोर-क्षार प्रक्रिया के माध्यम से $NaOH$ और $Cl_2$ जैसे रसायनों का उत्पादन।

(A) $Cu$ इलेक्ट्रोड का उपयोग करके $CuSO_4$ विलयन के विद्युत अपघटन में,इलेक्ट्रोड सक्रिय होते हैं।
एनोड पर,$Cu$ धातु का ऑक्सीकरण होता है: $Cu(s) \rightarrow Cu^{2+}(aq) + 2e^-$.
कैथोड पर,विलयन से $Cu^{2+}$ आयनों का अपचयन होता है: $Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$.
इस प्रकार,कुल अभिक्रिया में एनोड से कैथोड की ओर कॉपर का स्थानांतरण होता है।

(A) विद्युत अपघटनी सेल में $NaOH$ बनने के कारण विलयन का $pH$ बढ़ जाएगा।
ब्राइन $(NaCl_{(aq)})$ के विद्युत अपघटन के दौरान,कैथोड पर $Na^+$ आयनों का अपचयन नहीं होता है क्योंकि पानी का अपचयन अधिक आसानी से होता है।
कैथोड पर अपचयन अभिक्रिया है:
$2 H_2O_{(l)} + 2 e^- \rightarrow H_{2(g)} + 2 OH^-_{(aq)}$
जैसे-जैसे अभिक्रिया आगे बढ़ती है,विलयन में $OH^-$ आयनों की सांद्रता बढ़ती है।
चूंकि $pOH = -\log_{10} [OH^-]$,इसलिए $[OH^-]$ में वृद्धि होने से $pOH$ कम हो जाता है।
$pH + pOH = 14$ संबंध के अनुसार,$pOH$ में कमी होने से $pH$ में वृद्धि होती है।
अतः,विद्युत अपघटन के दौरान ब्राइन विलयन का $pH$ बढ़ जाता है।

(N/A) $pH$ मान में कोई परिवर्तन नहीं होता है। $pH$ मान विलयन की $H^{+}$ आयन सांद्रता पर निर्भर करता है।
तनु $H_{2}SO_{4}$ के विद्युत अपघटन में निम्नलिखित अभिक्रियाएँ होती हैं:
$H_{2}SO_{4} \rightarrow 2H^{+} + SO_{4}^{2-}$
कैथोड पर,$H^{+}$ आयनों का अपचयन होता है:
$2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_{2(g)}$ $(i)$
एनोड पर,$SO_{4}^{2-}$ आयनों के बजाय $H_{2}O$ का ऑक्सीकरण होता है:
$H_{2}O_{(l)} \rightarrow \frac{1}{2}O_{2(g)} + 2H^{+} + 2e^{-}$ $(ii)$
कुल अभिक्रिया = $(i)$ + $(ii)$:
$H_{2}O_{(l)} \rightarrow H_{2(g)} + \frac{1}{2}O_{2(g)}$
चूंकि शुद्ध अभिक्रिया में $H_{2}O$ का उपभोग होता है और $H_{2}$ तथा $O_{2}$ गैसें उत्पन्न होती हैं,इसलिए विलयन में $H^{+}$ आयनों की सांद्रता स्थिर रहती है। अतः,विलयन का $pH$ नहीं बदलता है।

(A) $CH_3COOH$ एक दुर्बल विद्युत अपघट्य है,जो विलयन में आंशिक रूप से वियोजित होता है।
तनुकरण पर,ओस्टवाल्ड के तनुकरण नियम के अनुसार वियोजन की मात्रा $(\alpha)$ काफी बढ़ जाती है,जिससे आयनों की संख्या में तीव्र वृद्धि होती है और इस प्रकार मोलर चालकता $(\Lambda_m)$ में भारी वृद्धि होती है।
$CH_3COONa$ एक प्रबल विद्युत अपघट्य है,जो विलयन में पहले से ही पूरी तरह से वियोजित होता है।
तनुकरण पर,आयनों की संख्या स्थिर रहती है और $\Lambda_m$ में वृद्धि केवल अंतर-आयनिक आकर्षण में कमी के कारण होती है,जिसके परिणामस्वरूप धीरे-धीरे वृद्धि होती है।

(C) तनु $H_2SO_4$ के विद्युत अपघटन के दौरान,निम्नलिखित अभिक्रियाएँ होती हैं:
कैथोड पर: $2H^+_{(aq)} + 2e^- \rightarrow H_{2(g)}$
एनोड पर: $2H_2O_{(l)} \rightarrow O_{2(g)} + 4H^+_{(aq)} + 4e^-$
चूंकि पानी का ऑक्सीकरण विभव सल्फेट आयन $(SO_4^{2-})$ से अधिक होता है,इसलिए एनोड पर पानी का ऑक्सीकरण होकर ऑक्सीजन गैस मुक्त होती है।

(B) सांद्र अम्लीकृत सल्फेट विलयन के विद्युत अपघटन के दौरान,एनोड पर सल्फेट आयनों का ऑक्सीकरण होता है।
एनोड अभिक्रिया: $2S{O_{4}}^{2-}_{(aq)} \rightarrow S_{2}{O_{8}}^{2-}_{(aq)} + 2e^{-}$.
कैथोड अभिक्रिया: $2H^{+}_{(aq)} + 2e^{-} \rightarrow H_{2(g)}$.
परिणामी पेरोक्सोडाइसल्फ्यूरिक अम्ल $(H_{2}S_{2}O_{8})$ विलयन में $S_{2}O_{8}^{2-}$ आयनों और $H^{+}$ आयनों के संयोजन से बनता है।

(A) सोडियम हाइड्रॉक्साइड $(NaOH)$ को व्यावसायिक रूप से $Castner-Kellner$ सेल में सोडियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा तैयार किया जाता है।
कैथोड पर,सोडियम आयनों का सोडियम अमलगम $(Na-Hg)$ में अपचयन होता है:
$Na^{+} + e^{-} \xrightarrow{Hg} Na-Hg$
एनोड पर,क्लोराइड आयनों का क्लोरीन गैस में ऑक्सीकरण होता है:
$Cl^{-} \longrightarrow \frac{1}{2}Cl_{2} + e^{-}$
इसके बाद सोडियम अमलगम को पानी के साथ उपचारित करके सोडियम हाइड्रॉक्साइड और आणविक हाइड्रोजन गैस को उप-उत्पाद के रूप में प्राप्त किया जाता है:
$2Na(amalgam) + 2H_{2}O \longrightarrow 2NaOH + H_{2} + 2Hg$

(A) सांद्र जलीय $NaCl$ (ब्राइन) के विद्युत अपघटन में निम्नलिखित अर्ध-अभिक्रियाएं होती हैं:
कैथोड पर: $2 H_2O(l) + 2 e^{-} \longrightarrow H_2(g) + 2 OH^{-}(aq)$
एनोड पर: $2 Cl^{-}(aq) \longrightarrow Cl_2(g) + 2 e^{-}$
कुल अभिक्रिया है: $2 NaCl(aq) + 2 H_2O(l) \longrightarrow 2 NaOH(aq) + H_2(g) + Cl_2(g)$
चूंकि विलयन में $NaOH$ उत्पन्न होता है,इसलिए $OH^{-}$ आयनों की सांद्रता बढ़ जाती है,जिससे विलयन के $pH$ में वृद्धि होती है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(D) ब्राइन ($NaCl$ विलयन) के विद्युत अपघटन में निम्नलिखित अभिक्रियाएं होती हैं:
$NaCl_{(aq)} \longrightarrow Na^{+}_{(aq)} + Cl^{-}_{(aq)}$
एनोड पर: $2Cl^{-}_{(aq)} \longrightarrow Cl_{2_{(g)}} + 2e^-$
कैथोड पर: $2H_2O_{(\ell)} + 2e^- \longrightarrow H_{2_{(g)}} + 2OH^{-}_{(aq)}$
परिणामस्वरूप,कैथोड पर $H_2$ गैस निकलती है और कैथोड के पास विलयन में $OH^{-}$ आयन उत्पन्न होते हैं,जिससे $NaOH$ का निर्माण होता है।

(D) ब्राइन $NaCl$ का जलीय विलयन है।
$NaCl_{(aq)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)}$
कैथोड पर,$Na^+$ आयनों की तुलना में जल का अपचयन प्राथमिकता से होता है:
$2H_2O_{(l)} + 2e^- \rightarrow H_{2(g)} + 2OH^-_{(aq)}$
एनोड पर,क्लोराइड आयनों का ऑक्सीकरण होता है:
$2Cl^-_{(aq)} \rightarrow Cl_{2(g)} + 2e^-$
विलयन में शेष $Na^+$ और $OH^-$ आयन मिलकर $NaOH_{(aq)}$ बनाते हैं।
अतः,ब्राइन के विद्युत अपघटन के दौरान $H_2$,$Cl_2$ और $NaOH$ उत्पन्न होते हैं,जबकि $HCl$ नहीं बनता है।

(C) पेरोक्सिडाइसल्फ्यूरिक एसिड $(H_2S_2O_8)$ प्राप्त करने के लिए सांद्र सल्फ्यूरिक एसिड $(H_2SO_4)$ के विद्युत अपघटन का उपयोग किया जाता है।
एनोड पर,हाइड्रोजन सल्फेट आयनों $(HSO_4^-)$ का ऑक्सीकरण होता है:
$2HSO_4^{-} \rightarrow H_2S_2O_8 + 2e^{-}$

(A) सिल्वर इलेक्ट्रोड का उपयोग करके $AgNO_3$ के जलीय घोल के विद्युत अपघटन में $(A)$,एनोड घुल जाता है $(Ag \rightarrow Ag^+ + e^-)$,इसलिए $O_2$ विकसित नहीं होता है।
प्लैटिनम इलेक्ट्रोड का उपयोग करके $AgNO_3$ के जलीय घोल के विद्युत अपघटन में $(B)$,एनोड पर पानी का ऑक्सीकरण होता है $(2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-)$,जिससे $O_2$ गैस निकलती है।
प्लैटिनम इलेक्ट्रोड का उपयोग करके $H_2SO_4$ के तनु घोल के विद्युत अपघटन में $(C)$,एनोड पर पानी का ऑक्सीकरण होता है $(2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e^-)$,जिससे $O_2$ गैस निकलती है।
प्लैटिनम इलेक्ट्रोड का उपयोग करके $H_2SO_4$ के उच्च सांद्रता वाले घोल के विद्युत अपघटन में $(D)$,एनोड पर $SO_4^{2-}$ आयनों का ऑक्सीकरण होता है $(2SO_4^{2-} \rightarrow S_2O_8^{2-} + 2e^-)$,जो $O_2$ गैस के बजाय पेरोक्सिडाइसल्फ्यूरिक एसिड बनाता है।
इसलिए,$O_2$ केवल $(B)$ और $(C)$ स्थितियों में विकसित होता है।

(B) कथन $(I)$ सही है: उच्च मानक अपचयन विभव $(E^{\theta})$ वाली धातुएं कैथोड पर पहले जमा होती हैं। $E^{\theta}$ मानों का क्रम $Ag^{+} (0.80 \ V) > Hg_2^{2+} (0.79 \ V) > Cu^{2+} (0.24 \ V) > Mg^{2+} (-2.37 \ V)$ है। अतः,जमा होने का क्रम $Ag, Hg, Cu$ है।
कथन $(II)$ गलत है: कैथोड पर,$Mg^{2+}$ के अपचयन के बजाय जल का अपचयन $(2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-)$ होता है क्योंकि $E^{\theta}_{H_2O/H_2} > E^{\theta}_{Mg^{2+}/Mg}$। इसलिए,कैथोड पर $H_2$ गैस निकलती है,न कि ऑक्सीजन गैस (ऑक्सीजन गैस एनोड पर निकलती है)।

(A) सिल्वर एनोड और प्लैटिनम कैथोड का उपयोग करके $AgNO_3$ के जलीय विलयन के विद्युत अपघटन में:
कैथोड पर,$Ag^+$ आयनों का अपचयन होकर धात्विक सिल्वर प्राप्त होता है: $Ag^+ (aq) + e^- \rightarrow Ag (s)$.
एनोड पर,सिल्वर इलेक्ट्रोड स्वयं ऑक्सीकृत होता है क्योंकि यह एक सक्रिय इलेक्ट्रोड है: $Ag (s) \rightarrow Ag^+ (aq) + e^-$.
अतः,कैथोड पर $Ag$ और एनोड पर $Ag^+$ आयन प्राप्त होते हैं।

(D) $1$. पिघले हुए $NaCl$ के विद्युत अपघटन में,अभिक्रियाएँ हैं: कैथोड पर: $Na^+ + e^- \rightarrow Na_{(s)}$; एनोड पर: $2Cl^- \rightarrow Cl_{2(g)} + 2e^-$.
$2$. जलीय $NaCl$ (ब्राइन) के विद्युत अपघटन में,अभिक्रियाएँ हैं: कैथोड पर: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_{2(g)} + 2OH^-_{(aq)}$; एनोड पर: $2Cl^- \rightarrow Cl_{2(g)} + 2e^-$.
$3$. दोनों प्रक्रियाओं की तुलना करने पर,दोनों स्थितियों में एनोड पर $Cl_{2(g)}$ गैस मुक्त होती है।

(C) पिघले हुए $NaCl$ का विद्युत अपघटन एक स्वतःस्फूर्त (non-spontaneous) प्रक्रिया नहीं है क्योंकि इसके लिए सेल विभव $(E^\circ_{cell})$ ऋणात्मक होता है।
अतः,$NaCl$ का $Na_{(s)}$ और $Cl_{2(g)}$ में अपघटन स्वतःस्फूर्त नहीं है।
इस गैर-स्वतःस्फूर्त अभिक्रिया को करने के लिए विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
एनोड पर,$Cl^-$ आयनों का $Cl_2$ गैस में ऑक्सीकरण होता है।
कैथोड पर,$Na^+$ आयनों का $Na$ धातु में अपचयन होता है।

(D) जलीय $NaCl$ के विद्युत अपघटन के दौरान,विलयन में $Na^+$,$Cl^-$,$H^+$ और $OH^-$ आयन उपस्थित होते हैं।
कैथोड पर,जल का अपचयन विभव $Na^+$ आयनों की तुलना में अधिक होता है।
इसलिए,$Na^+$ आयनों की तुलना में जल का अपचयन प्राथमिकता से होता है।
कैथोड पर अभिक्रिया है: $2H_2O_{(l)} + 2e^- \rightarrow H_{2(g)} + 2OH^-_{(aq)}$।

(B) गलित $NaCl$ के विद्युत अपघटन के दौरान,विद्युत अपघट्य $Na^+$ और $Cl^-$ आयनों में वियोजित हो जाता है।
कैथोड पर,$Na^+$ आयनों का अपचयन होता है: $Na^+ + e^- \rightarrow Na_{(s)}$।
एनोड पर,$Cl^-$ आयनों का ऑक्सीकरण होता है: $2Cl^- \rightarrow Cl_{2(g)} + 2e^-$।
अतः,कैथोड पर बनने वाला उत्पाद धात्विक सोडियम,$Na_{(s)}$ है।

(D) पिघले हुए $NaCl$ के विद्युत अपघटन के दौरान,$Na^{+}$ और $Cl^{-}$ आयन उपस्थित होते हैं।
एनोड पर ऑक्सीकरण होता है,जिसमें इलेक्ट्रॉनों का त्याग होता है।
$Cl^{-}$ आयन एनोड की ओर जाते हैं और क्लोरीन गैस बनाने के लिए ऑक्सीकृत होते हैं:
$2 Cl^{-} \rightarrow Cl_{2(g)} + 2 e^{-}$

(D) विद्युत अपघटन के दौरान,कैथोड पर अपचयन (reduction) अभिक्रिया होती है,जहाँ धातु आयन इलेक्ट्रॉन प्राप्त करके धातु परमाणु बनाते हैं। इसलिए,धातु एनोड पर नहीं बल्कि कैथोड पर जमा होती है। अतः,विकल्प $D$ गलत है।

(C) कुल आवेश $q$ का सूत्र $q = I \times t$ है।
यहाँ $I = 1 \ A$ और $t = 16.1 \ \text{minutes} = 16.1 \times 60 \ \text{seconds} = 966 \ \text{seconds}$ है।
अतः,$q = 1 \times 966 = 966 \ \text{Coulombs}$।
इलेक्ट्रॉनों की संख्या $n$ की गणना $q = n \times e$ द्वारा की जाती है,जहाँ $e = 1.602 \times 10^{-19} \ \text{C}$ है।
$n = \frac{q}{e} = \frac{966}{1.602 \times 10^{-19}} \approx 6.022 \times 10^{21}$ इलेक्ट्रॉन।

(B) तार से प्रवाहित कुल आवेश $Q = I \times t$ द्वारा दिया जाता है।
दिया गया है $I = 1.5 \ A$ और $t = 3 \ \text{hours} = 3 \times 3600 \ s = 10800 \ s$.
अतः,$Q = 1.5 \times 10800 = 16200 \ C$.
इलेक्ट्रॉनों की संख्या $n = \frac{Q}{e}$ द्वारा दी जाती है,जहाँ $e = 1.6 \times 10^{-19} \ C$.
$n = \frac{16200}{1.6 \times 10^{-19}} = 1.0125 \times 10^{23} \approx 1.01 \times 10^{23}$.

(B) जलीय $NaCl$ के विद्युत अपघटन के दौरान,निम्नलिखित अभिक्रियाएँ होती हैं:
कैथोड पर: $2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)$
एनोड पर: $2Cl^-(aq) \rightarrow Cl_2(g) + 2e^-$
अतः,एनोड पर $Cl_2$ गैस मुक्त होती है।